苕溪上游臨安段底棲動物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)生物學(xué)評價

張 娜，李 斌

(浙江省水利科技推廣與發(fā)展中心，浙江 杭州 310012)

1 問題的提出

2013年11 月以來，浙江省積極開展“五水共治”工程，以治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節(jié)水為突破口倒逼經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級。苕溪上游地區(qū)地處長三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)，水資源壓力巨大，水污染問題不容樂觀。因此，加強(qiáng)水資源水質(zhì)監(jiān)測能力、提高水資源保護(hù)和管理水平是今后該地區(qū)開展水資源相關(guān)工作的重要方向之一。

環(huán)境監(jiān)測除了常規(guī)的理化指標(biāo)評價外，生物監(jiān)測也是重要的組成部分，是對水質(zhì)理化指標(biāo)評價方法的重要補(bǔ)充。水生生物由于生長、發(fā)育、繁殖等生命過程大多都在水環(huán)境中發(fā)生，對所處水體的水環(huán)境狀況變化十分敏感［1］，因此利用水生生物進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測具有直觀、客觀、綜合的特點(diǎn)，能直接反應(yīng)水環(huán)境變化對生物的影響及危害，是實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測的一種有效手段。大型底棲無脊椎動物是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，作為指示物種具有分布范圍廣、體型較大便于采集辨認(rèn)、遷徙能力差、對生態(tài)環(huán)境變化響應(yīng)迅速等特點(diǎn)，越來越廣泛地用于對水生態(tài)系統(tǒng)的生物監(jiān)測和快速生態(tài)評價［2］。2013年，經(jīng)浙江省水利廳立項進(jìn)行了“底棲動物在苕溪健康評估中的應(yīng)用”的研究，通過調(diào)查分析苕溪上游臨安段的大型底棲無脊椎動物群落特征，采用常規(guī)生物指數(shù)對該流域水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析評價，為該流域水資源管理和水生態(tài)保護(hù)提供基礎(chǔ)資料和參考。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

臨安市地處浙江省西北部天目山區(qū)，東鄰杭州市余杭區(qū)，南連富陽市和桐廬縣、淳安縣，西接安徽省歙縣，北界安吉縣及安徽省績溪縣、寧國市，總面積3126.8km2，是一個多山少田的山區(qū)市，天目山脈、昱嶺山脈及眾多低山丘陵貫穿全市。臨安市屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明、雨量充沛。市內(nèi)河網(wǎng)眾多，南苕溪、中苕溪、天目溪、昌化溪穿境而過。

2.2 采樣點(diǎn)及采樣時間

本研究于2013年枯水期和豐水期2個時段對苕溪上游南苕溪和中苕溪流域進(jìn)行底棲動物樣品采集，豐水期為2013年06月實(shí)施，枯水期為2013年10月實(shí)施。根據(jù)苕溪上游生境特征，共設(shè)置了9個斷面的9個監(jiān)測點(diǎn)，分別為水濤莊水庫 (S1)、里畈水庫 (S2)、浪口橋 (S3)、橫潭橋 (S4)、臨水橋 (S5)、長橋 (S6)、三眼橋 (S7)、青山水庫 (S8)、汪家埠 (S9)(見圖1)。

圖1 苕溪上游底棲動物監(jiān)測斷面圖

2.3 樣品采集與分析

底棲動物樣品采集用索伯網(wǎng) (60目，0.069m2)和D型抄網(wǎng) (直徑0.3m)進(jìn)行。索伯網(wǎng)采樣時在河流兩邊的近岸區(qū)進(jìn)行，采集時用小鐵鏟攪動索伯網(wǎng)前定量框內(nèi)底質(zhì)，并用刷子將黏附在石塊上的底棲動物洗涮入網(wǎng)。用D型抄網(wǎng)采集時，集中在溪岸邊、根墊和大型水生植物基部采集。采集后的底棲動物樣本放入60目分樣篩中篩洗，分類裝入樣本瓶中，并用5%～10%的甲醛固定后帶回實(shí)驗室。把樣本帶回實(shí)驗室后分別進(jìn)行鏡檢分類、計數(shù)、鑒定并稱重。稱重前先用濾紙吸干固定液，用1/10000電子天平進(jìn)行稱重，其中軟體動物不去殼稱重，筑巢類水生昆蟲去巢稱重。

2.4 水質(zhì)的生物學(xué)評價方法

應(yīng)用底棲動物對河流水質(zhì)評價最常用的方法是以底棲動物種群或群落結(jié)果的變化作為評價環(huán)境質(zhì)量數(shù)值的生物指數(shù)法［3］。

2.4.1 Shannon-Weiner指數(shù)［4］

式中:H'為種類多樣性指數(shù);ni為種i的個體數(shù);N為群落中全部物種的生物總體個數(shù)，S為物種數(shù)目，Pi為屬于種i的個體在全部個體中的比例。

水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)為:H'=0(無底棲動物)為嚴(yán)重污染;H'=0～1為重污染;H'=1～2為中度污染;H'=2～3為輕度污染;H'＞3為清潔。

2.4.2 Margalef物種豐富度指數(shù)［5］

式中:N為樣品總個數(shù)，S為物種數(shù)目。

該方法較為客觀地反映出水體污染狀態(tài)和水質(zhì)變化情況。評價標(biāo)準(zhǔn)為:dM＞3清潔;dM=2～3為中度污染;dM=1～2為重度污染;dM＜1為嚴(yán)重污染。

2.4.3 Beck 生物指數(shù)［6］

Beck指數(shù)通過較少次數(shù)的調(diào)查采樣即可了解某水域的評價水質(zhì)污染水平。

式中:TVi為第i個分類單元(屬或種)的耐污值;Ni為第i個分類單元(屬或種)的個體數(shù);N為各分類單元(屬或種)的個體總數(shù)。

該指數(shù)的水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)為:BI=0.00～3.50為極清潔;BI=3.51～4.50為很清潔;BI=4.51～5.50為清潔;BI=5.51～6.50為一般;BI=6.51～7.50為輕污染;BI=7.51～8.50為中污染;BI＞8.51為重污染。

3 結(jié)果與分析

3.1 底棲動物種類組成

對苕溪上游臨安段9個斷面共采集到底棲動物4門6綱27科46種。其中，扁形動物1種，為渦蟲綱;環(huán)節(jié)動物10種，包括2綱4目5科;軟體動物10種，全部為腹足綱，3目6科。節(jié)肢動物25種，包括2綱11目14科。底棲動物各綱出現(xiàn)頻率從多到少依次為昆蟲綱占50.00%，腹足綱占21.74%，寡毛綱占15.22%，蛭綱6.52%，甲殼綱6.35%，渦蟲綱最少，占2.17%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)所有底棲動物中，出現(xiàn)頻次最高的是霍甫水絲蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)，為66.67%;其次為羽搖蚊屬 (Chironomus sp.)和蘇氏尾鰓蚓 (Branchiura sowerbyi)。

底棲動物耐污值的劃分，主要根據(jù)王備新等［7］對我國東部地區(qū)底棲動物73個分類單位耐污值的核定值及段學(xué)花等［2］對我國常見底棲動物耐污值統(tǒng)計數(shù)據(jù)。耐污值不大于3.0的種群稱為敏感種群;耐污值為3.0～7.0的種群稱為中等耐污種群;耐污值大于7.0的種群稱為耐污種群。在采集到的46種底動物中，敏感類群4種，中等耐污種群20種，耐污種群22種。苕溪上游底棲動物物種組成、出現(xiàn)頻率及耐污值見表1。

表1 苕溪上游底棲動物物種特征表

3.2 底棲動物密度和生物量

苕溪上游底棲動物的平均密度為1111ind./m2，變化范圍為83～4598ind./m2。各采樣點(diǎn)密度大小排序為S5＞S3＞S7＞S8＞S1＞S6＞S4＞S9＞S2，各采樣斷面密度差異較大，S5和S3采樣現(xiàn)場水質(zhì)較差，底質(zhì)為黑色淤泥，水藻豐富，利于單向蚓等耐污種生長繁殖，因此密度較大。S2為臨安市飲用水源地，水位較高，底棲動物以水生昆蟲羽搖蚊屬為主，因此密度較小。

苕溪上游底棲動物的平均生物量為24.18g/m2，變化范圍為0.42～114.44g/m2。各采樣點(diǎn)密度大小排序為S8＞S3＞S5＞S7＞S6＞S9＞S4＞S2＞S1;各采樣斷面生物量差異較大，S8采樣點(diǎn)軟體動物比重較大，因此生物量較大;S1斷面以寡毛綱蘇氏尾鰓蚓、羽搖蚊、長趾搖蚊為主，體型較小，因此生物量較小。

苕溪上游底棲動物密度和生物量分布見表2。

表2 苕溪上游底棲動物密度和生物量表

3.3 群落結(jié)構(gòu)的時空變化

苕溪上游臨安段底棲動物種類豐水期和枯水期的分布特征見圖2。底棲動物種類豐水期32種，枯水期26種，分別占全年總種數(shù)的69.57%和56.52%。其中豐水期和枯水期均以昆蟲綱最多，分別占43.75%和50.00%。由于豐水期水生植物茂盛，溫度較高，河床或庫底腐殖質(zhì)豐富，適宜底棲動物生長發(fā)育，因此底棲動物種類數(shù)較枯水期豐富。

圖2 苕溪上游底棲動物群落的時間變化圖

各監(jiān)測斷面種類數(shù)量空間變化見圖3，從空間上看S8采到的底棲動物物種數(shù)最多，共計18種;S3其次，共計14種?？赡苁怯捎赟8采樣點(diǎn)位于水庫庫尾，S3位于水庫下游城市上游，河岸邊水生植物茂盛，底泥以腐殖質(zhì)淤泥為主，水生昆蟲和軟體動物種類種數(shù)較多。而S2采集到的種類最少，僅有4種，這可能是由于S2采樣點(diǎn)底質(zhì)以砂石為主，岸邊砌石固化，水體腐殖質(zhì)較少，僅有少量水生昆蟲。

圖3 苕溪上游底棲動物群落的空間變化圖

3.4 水質(zhì)生物學(xué)評價

利于底棲動物作為環(huán)境監(jiān)測的指示生物，目前已廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)健康評估及水體污染狀況評價［8］。本研究采用Shannon-Weiner生物指數(shù) (H')、Margalef物種豐富度指數(shù) (dM)和Beck生物指數(shù) (BI)，綜合豐水期和枯水期監(jiān)測結(jié)果，對苕溪上游臨安段水質(zhì)生物綜合評價結(jié)果見表3。

表3 各斷面的生物指數(shù)和水質(zhì)評價表

從表3中可以看出，Shannon-Weiner生物指數(shù) (H')、Margalef物種豐富度指數(shù) (dM)和Beck生物指數(shù) (BI)多數(shù)斷面的水質(zhì)評價結(jié)果差異較大，僅在S1、S5和S8斷面評價結(jié)果一致。其中 S3和S5Margalef物種豐富度指數(shù)(dM)和Beck生物指數(shù) (BI)評價結(jié)果一致;S6、S7和S9Shannon-Weiner生物指數(shù) (H')和 Beck生物指數(shù)(BI)評價結(jié)果一致。由于經(jīng)典的生物指數(shù)一般是針對特定區(qū)域開展的理論計算，未考慮底棲動物的地域性，造成同一生物指數(shù)對不同地區(qū)評價結(jié)果造成一定的偏差。產(chǎn)生差異的原因可能是Shannon-Wiener指數(shù)用于反映污染物狀況時認(rèn)為各物種在種群中地位平等，忽略了不同種類對污染的忍耐能力和敏感性差異，對均勻度反應(yīng)敏感，在很多情況下不能真實(shí)地反應(yīng)水質(zhì)實(shí)際情況，如清潔物種的比例很高反而使指數(shù)值大大降低，當(dāng)耐污種代替敏感種且密度較高時，對水質(zhì)評價準(zhǔn)確度偏低。Margalef物種豐富度指數(shù)評價時同樣只考慮物種數(shù)目和樣品個數(shù)，對各物種耐污值未作考慮，因此評價結(jié)果可能造成一定偏差。而BI指數(shù)既考慮了底棲動物密度，又考慮了物種本身的耐污值，能客觀地對河流水質(zhì)進(jìn)行評價，評價結(jié)果的可靠性和精確度都比較高。因此本文采用BI指數(shù)對苕溪上游河流水質(zhì)進(jìn)行評價，結(jié)果表明苕溪上游水質(zhì)狀況除了S2斷面外，均處于中污染—重污染狀態(tài)。

苕溪上游臨安段水質(zhì)較差的主要原因可能是該河段處于人口密集、人類干擾頻繁的地區(qū)，本次調(diào)查的9個斷面，有6個斷面底質(zhì)以黑臭淤泥為主，粗砂、碎石塊等硬質(zhì)較少，這6個斷面基本都處于臨安市居民區(qū)及工業(yè)區(qū)附近，生活生產(chǎn)污水可能加重河道污染，造成水質(zhì)惡化。寡毛綱及昆蟲綱耐污種往往是沉積生境中的優(yōu)勢種，本次調(diào)查顯示以霍甫水絲蚓為代表的寡毛綱耐污種底棲動物密度明顯高于其他類群生物。

4 結(jié)語

(1)調(diào)查期間，苕溪上游臨安段底棲動物共計6綱27科46種，各綱出現(xiàn)頻率從高到低依次為昆蟲綱、腹足綱、寡毛綱、蛭綱、甲殼綱。按耐污值來劃分以耐污種群和中等耐污種群為主，分別占47.83%和43.48%，敏感種群僅占8.70%。這主要是由于苕溪上游臨安段處于居民區(qū)附近，人類活動干擾較多，生活和生產(chǎn)污水有可能排入河道，引起河道水質(zhì)污染。此外，大多數(shù)斷面底泥以黑臭淤泥為主，適合耐污種生長繁殖。

(2)苕溪上游臨安段底棲動物平均密度為1111ind./m2;平均生物量為24.18g/m2，各采樣斷面的密度和生物量差異較大。其中S5和S3采樣現(xiàn)場水質(zhì)較差利于寡毛綱紅色單向蚓屬等耐污種生長繁殖，密度較大;S2為臨安市飲用水源地，底棲動物以水生昆蟲搖蚊屬為主，密度較小。S8采樣點(diǎn)軟體動物比重較大，生物量較大，S1斷面以蘇氏尾鰓蚓、羽搖蚊、長趾搖蚊等小體積底棲動物為主，生物量較小。

(3)本文采用 Shannon-Weiner生物指數(shù) (H')、Margalef物種豐富度指數(shù) (dM)和Beck生物指數(shù) (BI)評價苕溪上游水質(zhì)，其結(jié)果差異較大。Shannon-Weiner生物指數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)只考慮了物種數(shù)量，忽略了不同物種的特性，對生態(tài)系統(tǒng)變化不敏感，通常在物種數(shù)量接近的采樣點(diǎn)，生物多樣性指數(shù)方面難以體現(xiàn)差異。Beck生物指數(shù)既考慮了底棲動物密度，又考慮了物種本身的耐污值，因此，用于評價苕溪上游水質(zhì)狀況準(zhǔn)確性和可靠性比前兩種生物指數(shù)高。根據(jù)Beck生物指數(shù)，苕溪上游水質(zhì)除S2斷面外，均處于中污染—重污染狀態(tài)，水質(zhì)狀況不容樂觀。

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