利用水生昆蟲對阿什河上游秋季水質的生物學評價1)

李亞俊 吳夢婷 張 宇 梁靖媚 劉曼紅

(東北林業(yè)大學，哈爾濱，150040)

阿什河是松花江右岸的一級支流，流域總面積為3 581 km2，干流河道曲線長213 km。流經尚志、五常、阿城等市縣，于哈爾濱市東郊注入松花江。阿什河有南北兩源，本研究區(qū)域屬于南源，發(fā)源于尚志市帽兒山鎮(zhèn)的大青山東坡尖砬子溝，平均海拔311 m，地理坐標為東經 127°30'27.1″～ 127°39'23.1″，北緯 45°16'38.7″～45°24'59.5″。大陸性季風氣候，四季較為分明。植被屬長白植物區(qū)系，現(xiàn)有主要植被類型是以硬闊混交林為主的天然次生林和種類繁多的草本植物［1］。阿什河上游一直是帽兒山鎮(zhèn)和周邊村屯居民重要的用水水源，其水質的好壞直接關系到眾多居民的飲水安全，加強水質監(jiān)測非常必要。

水生昆蟲是指一類某個或幾個發(fā)育階段必須在水中或與水體有關的環(huán)境中完成的昆蟲，其作為大型底棲無脊椎動物的一類，具有種類多、數(shù)量大、肉眼可見、分布廣泛和生活習性專一等特點，尤其是EPT水生昆蟲(E:蜉蝣目;P:襀翅目;T:毛翅目)，對生境有特定的要求。因此，水生昆蟲經常被作為反映森林生態(tài)系統(tǒng)溪流水環(huán)境變化的重要指示生物［2］。國外利用水生昆蟲和其他大型底棲無脊椎動物評價河流和溪流水質已經有了相當長的歷史［3－6］，近些年來國內也已經有了大量的研究［7－11］。Guo等［12］和李金國［13］等在不同土地利用類型方式下，對帽兒山低級溪流中水生昆蟲的群落特征及其水質進行了生物學評價，但只將水生昆蟲鑒定到科。本研究則將物種鑒定到屬、種，以進一步對該水源區(qū)水生昆蟲群落進行監(jiān)測、分析及合理評價，為阿什河上游生態(tài)環(huán)境、水質變化及水污染防治提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采集點環(huán)境

在阿什河上游設置9個采集點(S1～S9)，見圖1。上游段為S1(老爺嶺)、S2(尖砬子溝)河水清澈見底，水流急，河底以圓石和小鵝卵石為主，岸邊有植被覆蓋;S3(十號橋)和S4(三號橋)水流平緩，底質為圓石和砂粒，圓石下有機質非常豐富;S5(頭號橋)和S6(紅明橋)采集點水流平緩，水淺，河底砂粒成分較多，岸邊無植被覆蓋;采集點S7靠近富民屯，S8靠近李家粉坊，海拔均較低，且水流平緩，這兩處采樣點經常受到居民的生活垃圾和周圍農田的有機污染;S9(上牌)在帽兒山鋼鐵廠排污口的下游，該樣點受工業(yè)廢水的污染較大。

圖1 阿什河上游采樣點示意圖

1.2 樣品采集與處理

采樣于2010年10月(秋季)進行，水生昆蟲的采集參考Barbour［5］的方法，并做了改進。水生昆蟲的定量采集用索伯網(wǎng)(Surber)(0.3 m×0.3 m，40 目尼龍紗)，結合D形抄網(wǎng)(直徑0.3 m，40目尼龍紗)半定量取樣。半定量采樣法的特點是在相對限定的時間和采樣范圍內，完成采樣區(qū)域內各種小棲境的采集，以盡可能獲得更多的代表性種類，減少采樣誤差對評價準確性的影響。索伯網(wǎng)主要用于定量取樣，用刷子刷下粘附在石塊上的水生昆蟲并收集到網(wǎng)內;D形抄網(wǎng)的采集長度為5 m，采樣面積約1.5 m2，主要用于生物定性取樣和EP，T豐富度分析;同時，根據(jù)實際情況采集目測樣(用于生物定性分析)，即在采樣點附近揀取石塊，采集附著的水生昆蟲。昆蟲標本在野外迅速檢出后立即保存于75%的乙醇中。在實驗室內對采集的水生昆蟲樣本進行整理歸類。物種鑒定借鑒Morse［4］、Merritt［14］和周長發(fā)［15］等的文獻，大多樣本鑒定至種，少數(shù)鑒定至科、屬、區(qū)分到種，并計數(shù)。數(shù)據(jù)在Excel中統(tǒng)計分析，計算各采樣點的水生昆蟲種類、密度和生物指數(shù)等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究的優(yōu)勢種分析利用 Lampitt等［16］的方法，其公式為:

y=(ni/N)fi。

當y＞0.02時，該種即為優(yōu)勢種。

式中:N為所有種個體總數(shù);ni為第i種的個體數(shù)。

1.4 水生昆蟲取食功能群的劃分

功能群用以描述在群落中功能相似的所有物種的集合，其組成及其之間的相互作用對群落生產力及其穩(wěn)定性具有重要影響［17］。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，以水生昆蟲為主的大型底棲無脊椎動物對物質分解起重要作用，尤其是維持溪流生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性有著至關重要的作用［18－19］。本文采用 Cummins等［20］關于水生昆蟲取食功能群的劃分方法，將水蟲昆蟲的聚集功能群分為6種類型，分別為:直接收集者、過濾收集者、刮食者、撕食者、牧食者和捕食者，并按照Vannote等［21］的方法把直接收集者和過濾收集者統(tǒng)一為收集者。

1.5 水質的評價方法

研究中根據(jù)生物與環(huán)境相互作用的原理，利用3種廣泛使用水生昆蟲的多種生物指數(shù)，即EP，T(E:蜉蝣目;P:襀翅目;T:毛翅目)豐富度指數(shù)［22］、科級水平生物指數(shù)(FB，I)［3］和生物指數(shù)(BI)［23］對阿什河上游各樣點水質進行評價。BI指數(shù)是一個用來分析生物群落與水質關系的參數(shù)，它考慮到了生物的生理反應，引入了生物的耐污值。所謂的耐污值就是某類水生昆蟲對水質污染的敏感程度，一般以0～10來表示，數(shù)值越大，耐污能力越強。該方法在評價水質時，既考慮了生物種類多樣性和個體數(shù)量，又考慮到生物本身對污染忍耐能力的差異。中國東北水體還未見對水生昆蟲的耐污值的研究，為此本文中的耐污值采用 Hilsenhoff［3］、Lenat［22］和王建國等［24］的研究結果。

2 結果與分析

2.1 水生昆蟲群落特征

阿什河上游9個采樣點共收集水生昆蟲1410只，鑒定出水生昆蟲41種(表1)，隸屬于5目，19科，33屬。毛翅目、襀翅目和蜉蝣目為3大優(yōu)勢類群，其個體數(shù)量之和占水生昆蟲總數(shù)的73.18%(表2)。其中:蜉蝣目為6科，占所有科數(shù)的31.58%;毛翅目7科，占所有科數(shù)的36.84%;襀翅目僅1科(綠襀科)，占5.26%;雙翅目3 科，占15.79%;半翅目2科(劃蝽科和蝎蝽科)，占10.53%。其中:毛翅目種類最多，共14種，占水生昆蟲全部種類的34.15%;其次是蜉蝣目，共13種，占31.71%;雙翅目9種，占21.95%;襀翅目3種和半翅目2種，見表3。物種分析得到亞美蜉屬(Ameletus sp.1)、斑紋角石蛾(Stenopsyche marmorata)、紋石蛾屬(Hydropsyche sp.1)、小劃蝽(Corixa substriata)、花翅前突搖蚊(Procladius choreus)和大蚊屬(Tipula sp.1)的優(yōu)勢度指數(shù)y均大于0.02，為阿什河上游的優(yōu)勢種。

表1 水生昆蟲名錄

表2 水生昆蟲各目、科、種數(shù)及所占的比例

由表3可知，阿什河上游各采樣點水生昆蟲的密度和物種數(shù)量存在一定差異，說明水生昆蟲群落特征與其棲息的環(huán)境密不可分。本研究中，水生昆蟲的密度和物種數(shù)量最大點為S3(密度為2 467 ind./m2，物種數(shù)為17種)，該樣點水流平緩，底質為小鵝卵石和砂粒，小鵝卵石下面腐爛的枯枝落葉較多，為搖蚊科幼蟲提供了很好的棲境;S1樣點水生昆蟲的密度最小，為44 ind./m2，只發(fā)現(xiàn)2種(Ameletus sp.1 和 Baetis sp.1)，該采樣點海拔 386 m，位于老爺嶺上，溪流底質為大的圓石，水流湍急，急流的沖刷使大石下的有機質較少，其生境可能使水生昆蟲難于棲息。S6采樣點水生昆蟲的密度較小(444 ind./m2)，而該點的物種數(shù)量卻很大(13種)。環(huán)境分析表明，S6采樣點位于紅明橋，水面寬約25 m，水流平緩，距離附近村子很近，居民經常在河里從事洗衣服等日?；顒?，水體的富營養(yǎng)物質含量豐富，水生昆蟲的物種多樣性也隨之增加。隨著海拔下降，S5～S9采樣點水生昆蟲的密度和物種數(shù)都有所下降。分析表明:S5位于富民屯，是夏季阿什河漂流的起點，經營者為了使游客達到順利漂流的目的，將該段溪流中大石塊基本清除掉了，因此S5、S6、S7樣點為小石塊和砂粒底質;S9(上牌)樣點位于鋼鐵廠的下游，水質混濁，為漂流的終點，工廠排出的廢水等因素可能是導致水生昆蟲豐富度下降的主要原因。

表3 各采樣點物種密度和物種數(shù)

2.2 水生昆蟲攝食功能群組成

研究中對阿什河上游水生昆蟲的總數(shù)量進行了統(tǒng)計，通過水生昆蟲的攝食功能群分析可知:收集者(61.13%)、捕食者(20.14%)和刮食者(15.60%)是主要的攝食功能群，這可能與溪流中枯枝落葉較多、營養(yǎng)物質較為豐富有關，而牧食者(2.70%)和撕食者(0.43%)的豐富度比較小，見表4。

表4 阿什河上游水生昆蟲攝食功能群組成比例

2.3 水質生物評價

基于水生昆蟲評價水環(huán)境的優(yōu)越性，選用豐富度指數(shù)(EP，T)、生物指數(shù)(BI)和科級水平生物指數(shù)(FB，I)對阿什河上游不同采集點的水質進行評價，結果見表5。由表5可見，科級水平生物指數(shù)(FB，I)的評價結果是，樣點S5和S9為極清潔水。利用BI的評價結果是:只有S1、S2和S5樣點為極清潔，為最好的水質;S4、S6、S7、S9樣點很好;水質一般為樣點S3和S8，表明這兩個采樣點水質有較明顯的有機污染。EP，T豐富度評價最好的樣點是S2和S4，為很好的水體。EP，T豐富度指數(shù)和BI指數(shù)評價水質的結果基本吻合，僅在清潔度次序上略有差異。綜合EP，T、BI兩種生物指數(shù)的評價結果，阿什河上游水質處于好到很好的過渡狀態(tài)。

表5 3種生物指數(shù)對阿什河上游水質的評價結果

3 結論與討論

2010年秋季，對阿什河上游的調查共獲底棲水生昆蟲1 410只，隸屬于5目19科33屬41種，毛翅目、襀翅目和蜉蝣目為東北山區(qū)溪流水生昆蟲的3大優(yōu)勢類群，其個體數(shù)量之和占水生昆蟲總數(shù)的73.18%(表2)?？梢?，毛翅目、襀翅目和蜉蝣目3大敏感類群廣布于我國南方［8］和北方溪流中，毛翅目的科、屬、種類最為豐富。毛翅目幼蟲是水生昆蟲中種類極為豐富的類群之一，可生活于各種類型的清潔水體中，對水質污染反應靈敏，是水質監(jiān)測的重要指示生物［25］。

在不同的水域中生活的水生昆蟲的多樣性，主要決定于水的理化條件，如:溫度、礦物質、有機質和pH值等，因而，水體中生活的不同適應性的昆蟲種類可反映出水體的污染狀況;在同一水域中，水生昆蟲群落結構的變化反映水質變化的程度。因此，水生昆蟲被廣范用來監(jiān)測和評價水體污染情況［10，26］。

以往的研究發(fā)現(xiàn)，利用科級生物指數(shù)(FB，I)進行水質評價，科級水平的耐污值比其屬、種級的要大［24］。本研究中也發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)B，I與 EP，T豐富度指數(shù)、BI指數(shù)評價的結果相比偏差較大，因此，F(xiàn)B，I指數(shù)不適合評價阿什河上游水體。EP，T豐富度指數(shù)僅以蜉蝣目、襀翅目和毛翅目3個敏感類群的種類作為評價標準，方法簡單易行，適用于水流湍急和石礫河床的山區(qū)河川。BI生物指數(shù)既考慮不同種類水生昆蟲的耐污能力的差異，又考慮種的個體數(shù)，增加了評價的準確性。秋天和冬天，大部分溪流的流量和流速都會變得很小，許多水生昆蟲以卵滯育越冬，以幼蟲態(tài)生活在水體中的種類比較少。在這種情況下計算出來的 BI值就會比夏季的偏低，對此，Lenat［27］建議，在山區(qū)，秋季和冬季的BI值都需要加上0.4～0.5以后再進行評價，可以提高評價結果的準確性。本次研究時間是秋季，水溫較低(4.0～4.9℃)，但研究中沒有對BI值進行修訂，而是直接用BI值進行評價，其結果比較符合阿什河上游實際水質狀況。為提高評價結果的準確性，下一步研究中將嘗試利用修訂后的BI值對阿什河上游的水質進行評價。

利用BI指數(shù)的評價結果是，只有樣點S1、S2和S5為極清潔，為最好的水質，而水質一般為樣點S3和S8(表3)?；ǔ崆巴粨u蚊和亞美蜉屬都是污水的指示生物［4］，在樣點S3中大量出現(xiàn)，表明該采集點水質有較明顯的有機污染。經分析表明，阿什河上游溪流受到旅游季節(jié)漂流、居民生活污水、工業(yè)排污等的干擾很大，這種隨機的人類活動干擾，是使不同級別溪流水質存在一定差異的原因［12］。

本次的研究結果顯示，EP，T和BI指數(shù)可以作為阿什河上游水質評價的兩種生物指數(shù)，評價結果為:阿什河上游秋季水質處于很好到好的過渡狀態(tài)。

水體的有機污染改變了水生昆蟲攝食功能的組成，最終導致攝食功能群分布非常不均。幼蟲的生長除了受到水體底質的影響，還受溪流兩岸營養(yǎng)物質的影響［28－30］。所以，還需要做的工作是:對水體的有機污染等理化因子進行監(jiān)測，探討水生昆蟲與環(huán)境之間的相關性，進一步完善生物監(jiān)測的準確性。

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