一種淡水大型底棲無脊椎動物采樣器研究

李中宇，宋 楠，趙 然，陳 楊，陳家厚

1.黑龍江省環(huán)境監(jiān)測中心站，黑龍江 哈爾濱 150056

2.香港大學(xué)建筑學(xué)院城市規(guī)劃系，香港 999077

3.黑龍江省環(huán)境保護(hù)廳，黑龍江 哈爾濱 150090

一種淡水大型底棲無脊椎動物采樣器研究

李中宇1，宋 楠1，趙 然1，陳 楊2，陳家厚3

1.黑龍江省環(huán)境監(jiān)測中心站，黑龍江 哈爾濱 150056

2.香港大學(xué)建筑學(xué)院城市規(guī)劃系，香港 999077

3.黑龍江省環(huán)境保護(hù)廳，黑龍江 哈爾濱 150090

研制出一種長方體的十字筐采樣器，在采樣器內(nèi)分別填裝石、砂、底泥和水草4種基質(zhì)，利用大型底棲無脊椎動物對生境的選擇性進(jìn)行樣本被動采集?；|(zhì)越多，采樣器采集的生物種類越多，生物量也更豐富。用新研制的十字筐采樣器和傳統(tǒng)的籃式采樣器對松花江流域7個采樣點(diǎn)進(jìn)行大型底棲無脊椎動物對比采樣，結(jié)果顯示：十字筐采樣器是一種優(yōu)良的采樣器，適合在松花江流域乃至全國推廣應(yīng)用。

大型底棲無脊椎動物；采樣器；松花江流域

“十二五”時期，國家對環(huán)境監(jiān)測提出了更高更新的要求，對水生生物監(jiān)測給予了支持和關(guān)注。相對國外成熟完善的水環(huán)境生物監(jiān)測體系，在新的環(huán)境和需求下，中國推廣和發(fā)展水環(huán)境生物監(jiān)測體系已成為當(dāng)務(wù)之急[1]。目前國內(nèi)沒有統(tǒng)一的關(guān)于水生生物采樣方法、監(jiān)測方法的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范[2]，研究實(shí)用、高效的采樣器對開展水生生物例行監(jiān)測具有重要意義。

淡水大型底棲無脊椎動物是一種長期生活在河流、湖泊和水庫水體中的生物群落，是淡水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，常用來監(jiān)測水體環(huán)境質(zhì)量狀況及其變化情況[3]。一般認(rèn)為底棲動物種類越多，即生物多樣性越好，水體的水質(zhì)相對越好。采樣器材的優(yōu)劣對樣本采集的影響較大，同一采樣點(diǎn)，因采樣器材不同，采集到的物種存在較大的差異，對水質(zhì)評價的結(jié)果會產(chǎn)生偏差。傳統(tǒng)的采樣器是一種圓柱形的籃式采樣器[4]，由于內(nèi)部只填裝鵝卵石一種基質(zhì)，所以，只能采集石棲性的底棲動物，有明顯的局限性。研究設(shè)計(jì)的十字筐采樣器將采樣器分為4個采樣室，每個室分別填裝鵝卵石、砂、水草和底泥，形成了一個具有4種基質(zhì)的復(fù)合被動采樣器。在松花江流域的河流、湖泊等大型水體開展實(shí)際采樣實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證采樣效果。

1 采樣器設(shè)計(jì)

1.1 外形設(shè)置

十字筐采樣器是一種長方體采樣器，內(nèi)徑長、寬、高分別為40、40、20 cm，框架用直徑為12 mm鋼筋焊結(jié)而成，下底面和4個側(cè)面用12 mm鋼筋等分，內(nèi)部由12 mm鋼筋等分成4個長、寬、高約為20、20、20 cm的正方體采樣室，像十字一樣分開。底面和上蓋用14號鐵絲編織成邊長為1 cm的正六邊形，底面焊接成一體，上蓋可活動，采樣時用14號鐵絲從四周連接到主體框架上。采樣器的四周和內(nèi)部分隔墻側(cè)壁用孔徑大約為3～4 cm2的塑料網(wǎng)襯上，以鐵絲固定。塑料網(wǎng)厚4～6 mm。為了便于固定，四角的鋼筋底部長出5 cm，在采樣時長出的部分可插入泥沙和石縫中，見圖1。

圖1 十字筐采樣器模型軸測圖

1.2 基質(zhì)填裝

在填裝基質(zhì)前，每個采樣室的底部都要放上0.38 mm孔徑的尼龍篩絹。篩絹形狀為不封頂?shù)拈L方體，大小與采樣室相匹配。鵝卵石基質(zhì)的篩絹高度為2 cm，其他3個采樣室篩絹高度為10 cm。4個采樣室，分別填裝鵝卵石、砂、底泥和水草。鵝卵石直徑為7～9 cm，裝滿采樣室，不可用建筑毛石替代。砂、底泥和水草最好選擇采樣點(diǎn)附近的，如果采樣點(diǎn)附近沒有，可選擇采樣點(diǎn)附近的池塘、水田中的基質(zhì)。砂和底泥填裝高度為10 cm，與尼龍篩絹等高。水草需選擇在水體中能夠成活的種類，在水下不腐爛，常用的種類有金魚藻、黑藻、菹草、狐尾藻等沉水植物，不可用陸生的野草、蒿草替代水草，見圖2。在填裝基質(zhì)時，要將鵝卵石、砂、底泥和水草中的底棲動物剔出，不能帶入采樣室中。

圖2 十字筐采樣器實(shí)物圖

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 點(diǎn)位設(shè)置

2012年6、9月在黑龍江省興凱湖，嫩江，松花江吉林省段、肇源段和佳木斯段進(jìn)行采樣實(shí)驗(yàn)，共設(shè)7個點(diǎn)位，同時與傳統(tǒng)的籃式采樣器進(jìn)行采樣效果比對研究，共采集9組比對樣本。這些點(diǎn)位均屬于深水河流或湖庫的岸邊帶，點(diǎn)位分布見表1。

表1 點(diǎn)位分布情況一覽表

2.2 采樣方法及樣品處理

在1～1.5 m深度放置采樣器，2周后回收。采樣現(xiàn)場用30%的酒精固定樣品，貼上標(biāo)簽，回實(shí)驗(yàn)室后換用70%的酒精，固定液的體積為動物體積的10倍以上，常溫保存，每隔幾周檢查防腐劑，必要時進(jìn)行添加，直至完成種類鑒定。

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定時以水生昆蟲、軟體動物、甲殼動物和環(huán)節(jié)動物等進(jìn)行分類、整理和統(tǒng)計(jì)，相關(guān)方法見參考文獻(xiàn)[4-9]。鑒定時盡量鑒定到最小的分類單位。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

6、9月分別在松花江(吉林省)溪浪口斷面、嫩江江橋斷面、松花江肇源斷面和江南屯斷面以及興凱湖的檔壁鎮(zhèn)、泄洪一閘、泄洪二閘7個斷面采集9個樣品進(jìn)行比對，底質(zhì)情況和采樣深度以及鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 籃式采樣器和十字筐采樣器采樣結(jié)果統(tǒng)計(jì)

注：“—”表示湖庫點(diǎn)位，無河寬值；“()”內(nèi)為采樣時間，下同。

3.2 分析與討論

3.2.1 個體數(shù)和種類數(shù)分析

9個采樣點(diǎn)中，有8個點(diǎn)位的十字筐采樣器采集個數(shù)比籃式采樣器多，見圖3。十字筐采樣器采集的種類數(shù)多于籃式采樣器，見圖4。物種數(shù)非參數(shù)檢驗(yàn)(SPSS19.0)[10]結(jié)果表明，十字筐采樣器和籃式采樣器采集的種類數(shù)差異顯著(z=-2.692，P=0.007<0.05)。

圖3 籃式采樣器與十字筐采樣器采集密度對比圖

圖4 籃式采樣器與十字筐采樣器采集種類數(shù)對比圖

3.2.2 群落差異性分析

對參與比對的2種采樣器采樣結(jié)果進(jìn)行Jaccard相似性檢驗(yàn)[9]，結(jié)果表明：同一采樣點(diǎn)籃式采樣器和十字筐采樣器采集的物種相似性較差，多數(shù)點(diǎn)位物種相似性系數(shù)小于0.5。說明多數(shù)點(diǎn)位籃式采樣器與十字筐采樣器采集的樣品群落構(gòu)成存在較大差異，見表3。

表3 籃式采樣器和十字筐采樣器采集的物種相似性比較

江南屯左、肇源左位于松花江干流，底質(zhì)均為泥沙，江南屯有少量石頭，采樣點(diǎn)周圍無水草，生境較單一，雖然十字筐采樣器提供了水草，但也無法采集到適合在水草生境里生活的物種。而籃式采樣器雖然只有鵝卵石做基質(zhì)，但采樣點(diǎn)底質(zhì)為泥沙環(huán)境，泥沙一樣可以在籃式采樣器里與鵝卵石共同構(gòu)成小生境，因此這2個點(diǎn)位物種相似性較強(qiáng)。

同時對2個群落中各種類密度進(jìn)行變異系數(shù)[11]計(jì)算，得到變異系數(shù)為97%～346%，說明各群落間密度差異很大。

3.2.3 十字筐采樣器各基質(zhì)采集效果差異分析

十字筐采樣器中各種基質(zhì)采集的種類數(shù)不同，總體上以石頭基質(zhì)種類數(shù)較多，草、泥和砂基質(zhì)中表現(xiàn)的不一致，見表4。

表4 不同基質(zhì)采集種類數(shù)統(tǒng)計(jì)表

這3種基質(zhì)與石頭基質(zhì)比較，種類數(shù)增加情況見圖5(a)、(b)、(c)。

由圖5可見，草基質(zhì)在各點(diǎn)位均有增加，泥和砂基質(zhì)則無規(guī)律，某些點(diǎn)位有所增加，可能是由于石頭基質(zhì)里也會有泥沙存在的原因。但將這3種基質(zhì)較石頭基質(zhì)增加的種類數(shù)統(tǒng)計(jì)繪圖，見圖5(d)，由圖5(d)可見，各點(diǎn)位種類數(shù)均有不同程度的增加，種類數(shù)為3～7種，增加的百分比為30%～250%，變幅較大。表明增加采樣基質(zhì)有利于采集到更豐富的物種，更具代表性。

3.2.4 十字筐采樣器適用性分析

在比對實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，十字筐采樣器適用于各種可涉河流、湖庫靜止水體的樣品采集，也適用于不可涉的大江大河岸邊采樣。與傳統(tǒng)的籃式采樣器相比，十字筐采樣器的底部有4個固著用的鋼筋，且重量較大，所以更適合水流較急的河流采樣；十字筐采樣器具有4種基質(zhì)，更適合多生境的樣品采樣，尤其是存在水生植物的區(qū)域，采集效果更好。十字筐采樣器的局限性在于采集含沙量較大的河流或底質(zhì)不穩(wěn)定的區(qū)域，經(jīng)過為期2周的孵育后，容易淤積泥沙，影響樣品采集；同時，十字筐采樣器較重，移動和收集不如籃式采樣器方便。

圖5 不同基質(zhì)中種類增加圖

在水流較急的河流使用十字筐采樣時，要注意：①放置方向，最好將有卵石的一側(cè)朝向河流上游；②安置在砂和底泥基質(zhì)的墊網(wǎng)要做成網(wǎng)兜型，高度在采樣器的三分之二左右，防止砂和底泥基質(zhì)被沖散；③將水草用線繩固定在鐵籠上，防止被沖走。

4 結(jié)論

十字筐采樣器填裝了鵝卵石、砂、底泥和水草等4種基質(zhì)，增加了生境種類，為底棲動物提供了更為豐富的棲息環(huán)境，能采集到更多的底棲動物。與籃式采樣器相比，十字筐采樣器采集的底棲動物種類增加了30%～250%，采集到的生物量也有顯著增加。十字筐采樣器內(nèi)的不同種基質(zhì)采集的底棲動物種類存在差異，一般鵝卵石基質(zhì)采集的底棲動物種類數(shù)比較多。松花江流域的7個采樣點(diǎn)采樣實(shí)踐結(jié)果表明，十字筐采樣器適合大型河流和湖泊的岸邊采樣，能采集到更具有代表性的樣本。因此，在全國水生生物監(jiān)測工作中推薦使用此采樣器。

[1] 王業(yè)耀，陰琨，楊琦，等.河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2014,30(4):1-9.

[2] 陰琨，王業(yè)耀，許人驥.中國流域水環(huán)境生物監(jiān)測體系構(gòu)成和發(fā)展[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2014,30(5):114-120.

[3] HELLAWELL J M.Biological surveillance of rivers,a biological monitoring handbock[D].Stevenage:Water Research Centre,1978.

[4] 國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版增補(bǔ)版)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002:710-715.

[5] 周長發(fā)，歸鴻，周開亞.中國蜉蝣目稚蟲科檢索表(昆蟲綱)[J].南京師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2003,26(3)：65-68.

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[10] 時立文.SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社,2012.

[11] 吳天樂.退化濕地恢復(fù)中土壤節(jié)肢動物的群落結(jié)構(gòu)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011,35(2)：51-55.

Study on a Sampler for Benthic Macroinvertebrates in Fresh Water

LI Zhongyu1， SONG Nan1， ZHAO Ran1， CHEN Yang2， CHEN Jiahou3

1．Environmental Monitoring Central Station of Heilongjiang Province,Harbin 150056,China

2.Department of Urban Planning,University of Hong Kong,Pokfulam Road,Hong Kong 999077,China

3.Environmental Protection Agency of Heilongjiang Province,Harbin 150090,China

A cross sampler is a colonization passive sampler with four coboidal units. Cobblestones, sand, soil and grass were put into each unit when sampling. The sampler provides four different habits; it can collect more macroinvertebrates both in species and in quantities. Comparing with traditional basket sampler, a kind of cylinder cobblestone sampler, the cross sampler worked better during the collection in 7 place in Songhua River basin in practice. It was proved that the cross sampler was a good sampler and had a good performance in Songhua River basin, and was recommended to be used in whole China.

macroinvertebrate;sampler;Songhua river basin

2015-03-26;

2015-05-22

松花江流域水生態(tài)環(huán)境研究及國家生物監(jiān)測應(yīng)用試范項(xiàng)目

李中宇(1967-)，女，黑龍江哈爾濱人，學(xué)士，高級工程師。

陳家厚

X835.01

A

1002-6002(2016)02- 0116- 05