滆湖大型底棲動(dòng)物群落分布和氮磷因子的相關(guān)分析

陳志寧，張紅高，周崴，沈麗娟

(1.常州市環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 常州 213014；2.江蘇省環(huán)境保護(hù)水環(huán)境生物監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213014)

·解析評價(jià)·

滆湖大型底棲動(dòng)物群落分布和氮磷因子的相關(guān)分析

陳志寧1，2，張紅高1，2，周崴1，2，沈麗娟1，2

(1.常州市環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 常州 213014；2.江蘇省環(huán)境保護(hù)水環(huán)境生物監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213014)

大型底棲動(dòng)物；氮；磷；時(shí)空分布；滆湖

底棲動(dòng)物是水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的重要組成部分，影響著物質(zhì)分解和營養(yǎng)循環(huán)，有相對固定的棲息地且生命周期較長，其不同種類對水質(zhì)的敏感性差異大，在受外界干擾后生物群落的變化(如群落多樣性的減少、優(yōu)勢種群個(gè)體體型的變化)可反映水體受污染的性質(zhì)和程度，因此可以有效地指示水質(zhì)的生態(tài)狀況。底棲動(dòng)物，尤其是水棲昆蟲，已廣泛應(yīng)用于各種環(huán)境污染的指示，如有機(jī)污染[1]、重金屬污染[2]、水生生態(tài)系統(tǒng)退化[3-4]等。歐盟《水框架指令》和美國EPA也都明確地將底棲動(dòng)物列為指示生物。

現(xiàn)于2012年12月—2013年11月對滆湖各湖區(qū)進(jìn)行采樣調(diào)查，初步了解滆湖大型底棲動(dòng)物的空間分布特征及其同氮磷元素之間的關(guān)系，為滆湖水域生態(tài)學(xué)的研究提供基礎(chǔ)資料。

1 研究方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

滆湖(31°29′—31°42′N，119°44′—119°53′E)是蘇南地區(qū)僅次于太湖的第二大淡水湖，位于太湖流域西部?，F(xiàn)有水面積16 600 hm2，常年平均水深約1.3 m。根據(jù)滆湖的形狀及周邊環(huán)境，在滆湖設(shè)采樣點(diǎn)20個(gè)，分別為：S1 ～ S20。

1.2 樣品采集與處理

2012年12月—2013年11月對滆湖各采樣點(diǎn)進(jìn)行大型底棲動(dòng)物采樣，樣品采集利用1/16 m2采集面積的彼得遜采泥器，經(jīng)60目尼龍篩洗凈后置于白色搪瓷盤中進(jìn)行底棲動(dòng)物的挑選。樣品的保存、計(jì)數(shù)、稱重等按文獻(xiàn)[5]操作。

1.3 數(shù)據(jù)分析

TN、TP時(shí)空分布采用surfer 9.0進(jìn)行繪圖，空間插值采用普通克里格(Kriging)插值法；運(yùn)用典范對應(yīng)分析(canonical correspondence analysis，簡稱CCA)分析環(huán)境因子與底棲群落結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在Canoco for windows 4.5軟件包上進(jìn)行[6]，CCA分析時(shí)底棲動(dòng)物數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換，環(huán)境因子進(jìn)行l(wèi)g(x+1) 轉(zhuǎn)換(pH值除外)。

2 結(jié)果分析

2.1 滆湖水質(zhì)特征及TN、TP時(shí)空分布

表1 滆湖理化指標(biāo) mg/L

滆湖水體TN四季的空間分布見圖1。由圖1可見，滆湖水體TN值除秋季以外，都已超過地表水Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中冬季水體的TN值高于其他季節(jié)。湖北區(qū)和湖南區(qū)水體TN值差異顯著，湖北區(qū)的TN值顯著高于湖南區(qū)，且湖區(qū)TN值從北至南有遞減的趨勢，其中秋季的湖南區(qū)基本可達(dá)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

滆湖TP四季的空間分布見圖2。滆湖TP值在春季、夏季、秋季、冬季均已超過地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。其中，夏季水體的TP值相對較高，其他季節(jié)的TP值差異不大。與TN值的空間分布規(guī)律類似，TP值也呈現(xiàn)出湖北區(qū)高于湖南區(qū)的規(guī)律。

2.2 大型底棲動(dòng)物的種類與數(shù)量

調(diào)查共獲得大型底棲動(dòng)物15種，隸屬于3門8科13屬。其中，環(huán)節(jié)動(dòng)物有2科3屬5種，占總種數(shù)的33.3%，軟體動(dòng)物有2科2屬2種，占總種數(shù)的13.3%，節(jié)肢動(dòng)物有4科8屬8種，占總種數(shù)的53.3%，見表2。

由表2可見，大型底棲動(dòng)物在出現(xiàn)區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)差較大，如中國長足搖蚊，總均豐度標(biāo)準(zhǔn)差為399，而總均豐度僅為130，此外，克拉伯水絲蚓與貝蠓僅在一個(gè)樣點(diǎn)出現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)差為0。

2.3 主要優(yōu)勢種的時(shí)空分布

滆湖底棲動(dòng)物中霍甫水絲蚓和中國長足搖蚊具有較高的出現(xiàn)率，是主的要優(yōu)勢種。滆湖大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢種的時(shí)空分布情況見圖3(a)(b)(c)(d)。[(b)(c)單位為102m-2)]

由圖3可見，霍甫水絲蚓的豐度在時(shí)間上的變化顯著，總體表現(xiàn)為秋季>夏季>冬季>春季，且在夏季的出現(xiàn)頻率最高，冬季的出現(xiàn)頻率最低；霍甫水絲蚓在空間上無顯著的變化規(guī)律。

圖1 滆湖水體TN四季的空間分布特征

圖2 滆湖水體TP四季的空間分布特征

表2 滆湖各類大型底棲動(dòng)物的出現(xiàn)率和豐度

續(xù)表

圖3 滆湖大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢種四季分布

中國長足搖蚊在時(shí)間上的分布規(guī)律與霍甫水絲蚓類似，其豐度表現(xiàn)為秋季>夏季>冬季>春季，且夏季的出現(xiàn)頻率最高，冬季的出現(xiàn)頻率最低。站點(diǎn)S8的中國長足搖蚊豐度全年都顯著較高，變化范圍為104～2 272 m-2，其中春季豐度最低，秋季最高。

2.4 大型底棲動(dòng)物的分布與水體氮磷的關(guān)系

對滆湖氮磷營養(yǎng)元素及基本理化指標(biāo)與底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行CCA分析，CCA排序見圖4。前2個(gè)排序軸共解釋了整個(gè)底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變異程度的53.0%，其中Axis1解釋了37.7%。

圖4 滆湖大型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的CCA 排序

表3 優(yōu)勢種密度與水體氮磷濃度的Pearson相關(guān)性分析①

①**：p<0.01；*：p<0.05。

3 討論

TN、TP是滆湖的主要污染物[7-8]，滆湖水體的氮磷主要來源于：(1)滆湖周邊的工業(yè)企業(yè)污水處理不到位，包括印染、化工企業(yè)等；(2)滆湖上游大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)落后導(dǎo)致生活污水的排入；(3)農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重[9]；(4)人工養(yǎng)殖投餌量的增加。TN、TP在空間上呈現(xiàn)北高南低的規(guī)律，可能與滆湖上游快速發(fā)展的工業(yè)企業(yè)有關(guān)，此外，上游非武進(jìn)地區(qū)的污染排放也是重要的影響因素[10]。TN在冬季濃度較高這一規(guī)律與太湖類似，滆湖為淺水湖泊，冬季風(fēng)多且大對沉積物有擾動(dòng)，促進(jìn)沉積物中氮的釋放，另外，冬季水生植物生長緩慢，對氮的利用率較低，也可能引起氮含量的升高。

滆湖屬于施肥養(yǎng)殖湖泊兼具城市湖泊的特征，氮磷污染嚴(yán)重。湖泊的富營養(yǎng)化程度對底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢種、豐度、生物量等均存在顯著影響[11]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)顫蚓類和搖蚊科幼蟲是主要的特征種類(包括霍甫水絲蚓，巨毛水絲蚓，克拉伯水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓)，與前人的研究結(jié)果相符。與以往對滆湖底棲動(dòng)物的調(diào)研數(shù)據(jù)對比，所得物種種類顯著降低。2002—2003年采集的滆湖底棲動(dòng)物有31種[12]，2009—2010年報(bào)道的滆湖底棲動(dòng)物有35種[13]。究其原因，湖泊水體的污染、富營養(yǎng)化的加劇是導(dǎo)致底棲動(dòng)物多樣性急劇降低的重要因素[14]。滆湖水體的主要優(yōu)勢種為霍甫水絲蚓和中國長足搖蚊，其出現(xiàn)率分別達(dá)到71.3%和53.8%。霍甫水絲蚓是寡毛類常見的物種，耐污性較強(qiáng)，在低氧環(huán)境下可以正常生長繁殖，常被用作有機(jī)污染或富營養(yǎng)化的標(biāo)志性指示種[15]。有研究表明，霍甫水絲蚓豐度與湖泊富營養(yǎng)化程度有關(guān)，有隨著富營養(yǎng)程度的增加而增加的趨勢[16-17]。而研究中霍甫水絲蚓與總氮、硝酸鹽氮關(guān)系呈負(fù)相關(guān)，與這一結(jié)論不符，可能與污染的濃度范圍有關(guān)。調(diào)查中，北部湖區(qū)與南部湖區(qū)的氮磷濃度雖有顯著的差異，但霍甫水絲蚓在空間上無顯著的差異，因?yàn)殡S著湖泊深度的增加以及過高的污染物濃度，霍甫水絲蚓的生長繁殖也有可能會(huì)受到一定程度的抑制[18]。龔志軍等[17]認(rèn)為中國長足搖蚊可作為超富營養(yǎng)水體的指示種，適合在一定程度的超富營養(yǎng)化環(huán)境中生存。站點(diǎn)S8的中國長足搖蚊豐度顯著高于其他站點(diǎn)，但該站點(diǎn)處于湖南區(qū)，氮磷濃度較低，造成這種差異性的原因有多種可能性，底棲動(dòng)物的分布除了受氮磷營養(yǎng)元素的控制，區(qū)域因素和空間位置等都是不可忽視的環(huán)境因素。

4 結(jié)論

(1)滆湖各湖區(qū)水體氮磷污染嚴(yán)重。ρ(TN)在時(shí)間上表現(xiàn)為冬季>春季>夏季>秋季，ρ(TP)在時(shí)間上表現(xiàn)為夏季>春季、冬季>秋季；在空間上，北部湖區(qū)的TN、TP值均高于南部湖區(qū)，從北至南有遞減的趨勢；

(2)滆湖大型底棲動(dòng)物出現(xiàn)頻率最高的為霍甫水絲蚓和中國長足搖蚊，分別為71.3%和53.8%?；舾λz蚓和中國長足搖蚊的豐度在時(shí)間上的變化顯著，均表現(xiàn)為秋季>夏季>冬季>春季，在空間上的規(guī)律性不明顯；

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Analysis on the Relationship between the Distribution of Macrobenthos Community and Nitrogen-Phosphorus Factor in the Gehu Lake

CHEN Zhi-ning1，2，ZHANG Hong-gao1，2，ZHOU Wei1，2，SHEN Li-juan1，2

(1.ChangzhouEnvironmentalMonitoringCenter，Changzhou，Jiangsu213014，China；2.JiangsuProvincialEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryofWaterEnvironmentalBiologicalMonitoring，Changzhou，Jiangsu213014，China)

Macrobenthos； Nitrogen； Phosphorus； Spatial and temporal variation； Gehu Lake

2015-04-03；

2015-05-13

江蘇省環(huán)境監(jiān)測基金資助項(xiàng)目(1313)；國家科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2012ZX07506-003，2012ZXO7101-007)

陳志寧(1983—)，男，工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測與研究工作。

X826

B

1674-6732(2016)01-0045-06