江蘇省太湖流域主要河流底棲動物與水質的相關性研究

姜磊娜， 吳俊鋒， 凌 虹， 傅銀銀

(1．江蘇省環(huán)境科學研究院，江蘇南京 210036；2.江蘇省環(huán)境工程重點實驗室，江蘇南京 210036；3．江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術研究院股份公司，江蘇南京 210036)

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江蘇省太湖流域主要河流底棲動物與水質的相關性研究

姜磊娜1，2，3， 吳俊鋒1，2， 凌 虹1，2， 傅銀銀1，2，3

(1．江蘇省環(huán)境科學研究院，江蘇南京 210036；2.江蘇省環(huán)境工程重點實驗室，江蘇南京 210036；3．江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術研究院股份公司，江蘇南京 210036)

[目的]研究江蘇省太湖流域主要河流底棲動物與水質的相關性。[方法]于2012年11月(枯水期)、2013年4月(平水期)、2013年8月(豐水期)對太湖流域主要河流39個采樣點進行水質、大型底棲動物調查，分析底棲動物指數(shù)與水質因子的相關性，篩選出有相關性的水質因子。[結果]受水量的影響，與底棲動物指數(shù)有相關性的水質因子在各水期存在差異。各水期水質的營養(yǎng)狀況是影響底棲動物生態(tài)健康的重要水環(huán)境因素。水質因子的變化與底棲動物群落結構和多樣性有著復雜的關系，除營養(yǎng)鹽外，SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、DOC、TOC、TH、Ni2+與底棲動物指數(shù)呈顯著負相關，說明重金屬對河流底棲動物的生長有抑制作用。[結論]該研究結果可為太湖流域水生態(tài)保護提供基礎資料和科學依據(jù)。

太湖流域；水質；底棲動物指數(shù)；相關性

底棲動物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，水質的好壞直接或間接影響著底棲動物的生長、繁殖和分布[1]。國內(nèi)外對底棲動物的研究大多集中在分析大型底棲動物的群落特征，并以此作為評價水質污染程度的指標[2-5]，對流域性的底棲動物綜合生態(tài)指數(shù)與具體水質因子的關系研究報道較少。筆者對豐水期、平水期、枯水期太湖流域主要河流分別進行水質和大型底棲動物調查，研究大型底棲動物生態(tài)健康與水質因子的相關性，篩選具有相關性的水質因子，旨在為太湖流域水生態(tài)保護提供基礎資料和科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況太湖流域面積36 900 km2，地跨江蘇、浙江、安徽、上海。江蘇省太湖流域包括太湖湖體、蘇州市、無錫市、常州市和丹陽市的全部行政區(qū)域以及鎮(zhèn)江市區(qū)、句容市、南京高淳區(qū)行政區(qū)域內(nèi)對太湖水質有影響的河流、湖泊、水庫、渠道等水體所在區(qū)域，總面積約19 400 km2，占全流域的52.6%。全流域地勢平坦低洼，西南高，東北低，地形以平原水網(wǎng)為主，少量低山丘陵分布于流域西部，流域內(nèi)水網(wǎng)交錯，湖泊眾多，水流流速緩慢[6]。

1.2采樣點布設在江蘇省太湖流域主要河流布置了39個采樣點(圖1)，各點位所在河道具體見表1。

1.3水質因子的測定于2012年11月(枯水期)、2013年4月(平水期)、2013年8月(豐水期)分別對39個點位進行采樣。測定的水質指標包括化學需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、總氮(TN)、氨氮(NH4-N)、硝酸鹽(NO3-)、亞硝酸鹽(NO2-)、總磷(TP)、磷酸鹽(PO43-)、可溶性有機碳(DOC)、總有機碳(TOC)、懸浮物(SS)、總硬度(TH)、總堿度(TA)、碳酸鹽(CO32-)、重碳酸鹽(CO42-)、硫酸鹽(SO42-)、氯化物(Cl-)、鈉(Na+)、鈣(Ca2+)、鉀(K+)、鎂(Mg2+)、鎘(Cd2+)、鉻(Cr6+)、銅(Cu2+)、汞(Hg2+)、鉛(Pb2+)、鋅(Zn2+)、砷(As3+)、鎳(Ni2+)。水樣采用有機玻璃采水器在水面下50 cm處采集，所有水樣帶回實驗室后置于4 ℃冰箱中，在48 h內(nèi)完成分析測試[7]，各水樣的測定方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[8]。

1.4水生態(tài)健康底棲動物指數(shù)的計算

1.4.1大型底棲動物樣品采集。在各水期水質樣品采集的同時，對全部點位進行底棲動物樣品采集。采用1/16 m2的彼得遜采泥器采集底棲動物，每個樣點采集6次混合成1個樣品。將采集的泥樣經(jīng)過60目尼龍篩網(wǎng)現(xiàn)場篩洗，剩余物帶回實驗室進行分揀。實驗室中將剩余物置入白色盤中，將底棲動物逐一挑出，并用7%福爾馬林溶液固定保存。將所有樣品都鑒定至盡可能低的分類單元[9-10]，測定底棲動物種類、密度和生物量。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析使用SPSS17.0統(tǒng)計軟件分析底棲動物指數(shù)與水質因子的相關性。

圖1　江蘇省太湖流域采樣點的分布Fig.1　The distribution of sampling sites in Taihu Basin, Jiangsu Province

點位Site所在河道River點位Site所在河道River點位Site所在河道River1太平河14橫草路27德勝河2洛陽河15大廟港28張家港3通濟河16麻溪29望虞河4上興河17蘇東運河30瀏河5松溪河18蘇東運河31婁江6沙河水庫19小溪港32蠡塘河7屋溪河20武進港33白茆塘8伏西溪河21直湖港34洮湖9烏溪港22中干河35太浦河10滸光運河23丹金溧漕河36新河11江南運河24宜興六條河37夏溪河12滸光運河25武宜運河38界浦江13江南運河26太滆運河39張家港

2　結果與分析

2.1水質指標由表2可知，豐水期、平水期、枯水期江蘇省太湖流域的水質差異較大，除個別指標外，豐水期水質明顯優(yōu)于平水期和枯水期。各水質指標的變化范圍較大，說明江蘇省太湖流域內(nèi)各采樣點水質存在差異。

2.2底棲動物指數(shù)試驗結果表明，豐水期底棲動物指數(shù)為0.398 6，略優(yōu)于平水期底棲動物指數(shù)(0.394 6)，但明顯優(yōu)于枯水期底棲動物指數(shù)(0.342 4)，說明從底棲動物的角度來看，豐水期水生態(tài)最為健康，平水期次之，枯水期最差。

表2　不同水期江蘇省太湖流域的水體理化特征

注：—表示未檢出。

Note：— stands for not detected.

2.3底棲動物指數(shù)與水質因子的相關關系由表3可知，豐水期NO3-、SS與底棲生物指數(shù)呈極顯著負相關(P<0.05)；平水期NH3-N、TP、PO43-、SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+與底棲生物指數(shù)呈極顯著負相關(P<0.05)，TN、Zn2+與底棲生物指數(shù)呈顯著負相關(P<0.01)；枯水期TN、NH3-N、DOC、TOC、TH、Ni2+與底棲生物指數(shù)呈顯著負相關(P<0.05)。

表3　39個采樣點水質因子與底棲動物指數(shù)的Pearson相關系數(shù)

接下表

注：*表示相關性達到顯著水平(P<0.05)，**表示相關性達到極顯著水平(P<0.01)。

Note：* stands for correlation at significant level(P<0.05), ** stands for correlation at extremely significant level(P<0.01).

3　結論與討論

底棲動物在水生生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中處于中間環(huán)節(jié)，是生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(huán)、能量流動中積極的消費和轉移者，底棲動物群落健康與否在很大程度上反映整個水生態(tài)系統(tǒng)的健康程度[12-13]。研究底棲動物與水質因子的相關性，篩選出底棲動物敏感性較強的水污染物，在管理中優(yōu)先控制，對太湖流域水生態(tài)保護具有重要意義。

該研究結果表明，受水量的影響，與底棲動物指數(shù)有相關性的水質因子在各水期存在差異，豐水期影響底棲動物生境的水質因子個數(shù)較平水期和枯水期少，這也從側面反映了豐水期水質因子對底棲動物生態(tài)健康的影響相對偏小。這可能是由于豐水期水量充沛，河道自凈能力較強，底棲動物生態(tài)健康恢復較好。

各水期水質的營養(yǎng)狀況是影響底棲動物生態(tài)健康的重要水環(huán)境因素。NO3-、TN、NH3-N、TP、PO43-與底棲動物指數(shù)呈顯著負相關性，這是由于水體中營養(yǎng)物質增加會導致水體藻類大量繁殖，從而使水體透明度降低，影響水體底棲動物與外界的光和氧氣的交換，最終導致底棲動物中耐污耐缺氧生物的大量滋生[14]。吳東浩等[15]研究發(fā)現(xiàn)氨氮是影響西苕溪底棲動物分布的關鍵環(huán)境因子。彭建華等[16]研究發(fā)現(xiàn)NO3-N和TP是影響漢豐湖底棲動物密度的重要因素。龔志軍等[17]在研究東湖中發(fā)現(xiàn)隨著營養(yǎng)狀態(tài)的增加，底棲動物多樣性逐漸降低。一般而言，中等營養(yǎng)水平下生物群落結構最復雜，物種多樣性最高，而極端貧營養(yǎng)和超富營養(yǎng)條件下群落結構簡單、多樣性低[18]。熊金林等[19]在研究湖北省4個不同營養(yǎng)水平湖泊大型底棲動物群落結構時也發(fā)現(xiàn)，大型底棲動物種類數(shù)、物種多樣性與湖泊富營養(yǎng)程度呈負相關。太湖處于富營養(yǎng)水平，底棲動物指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)呈顯著負相關，說明隨著營養(yǎng)水平的升高，太湖底棲動物生態(tài)健康將趨于惡化。該研究結果表明，豐水期影響底棲動物生態(tài)健康的主要營養(yǎng)鹽是NO3-，平水期影響底棲動物生態(tài)健康的主要營養(yǎng)鹽是NH3-N、TP、PO43-，枯水期影響底棲動物生態(tài)健康的主要營養(yǎng)鹽是TN和NH3-N。

該研究結果表明SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、DOC、TOC、TH、Ni2+也與底棲動物指數(shù)呈顯著負相關，說明水質參數(shù)的變化與底棲動物群落結構和多樣性有著復雜的關系。目前，重金屬對底棲動物的影響研究主要集中在底棲動物對重金屬的富集作用及水體底泥中重金屬對底棲動物的不利影響等方面。朱江等[20]研究發(fā)現(xiàn)樂安江水體底泥中Cu的濃度與底棲動物種類多樣性指數(shù)呈顯著負相關。陳滸等[21]研究表明烏江主要支流底棲動物物種數(shù)和密度與底泥汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)均呈負相關。楊麗等[22]在研究深圳灣福田潮灘重金屬對大型底棲動物影響時發(fā)現(xiàn)，奇異稚齒蟲密度與沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn含量均有顯著負相關關系．尖刺纓蟲密度與Pb、Cd、Zn含量均有顯著負相關關系。李麗娜等[23-24]研究表明重金屬Zn、Cu對長江口濱岸潮灘底棲動物泥螺具有急性毒性。該研究結果也表明Cu2+、Hg2+、Zn2+、Ni2+等重金屬對河流底棲動物的生長有抑制作用。底棲動物生態(tài)健康與水質因子關系較為復雜，水質因子影響底棲動物生態(tài)健康的機理還有待進一步研究。

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Correlation between Macrozoobenthos and Water Quality of Main Rivers in Taihu Basin of Jiangsu Province

JIANG Lei-na1,2,3, WU Jun-feng1,2, LING Hong1,2et al

(1.Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science, Nanjing, Jiangsu 210036; 2.Jiangsu Key Laboratory of Environmental Engineering, Nanjing, Jiangsu 210036; 3.Jiangsu Academy of Environmental Industry and Technology Corp., Nanjing, Jiangsu 210036)

[Objective] The aim was to study the correlation between macrozoobenthos and water quality of main rivers in Taihu Basin of Jiangsu Province.[Method] Water quality and macrozoobenthos communities at 39 sampling sites across main river systems in Taihu Basin of Jiangsu Province in November 2012(low water period), April 2013 (normal water season) and August 2013 (high water season) were investigated, correlation between macrozoobenthos index and water quality factors was analyzed, relevant water quality factors were selected.[Result] The results showed that correlated water quality factors of macrozoobenthos index varied in different periods affected by water quantity.The nutritional status of water played an important role for the ecological health of macrozoobenthos in all periods.Water quality factors and macrozoobenthos communities had a complex relationship.Except for nutrients, SS, CO42-,Ca2+, Cu2+, Hg2+, Zn2+, DOC, TOC, TH, Ni2+also showed significant negative correlation with macrozoobenthos index, indicating that heavy metals may suppress growth of macrozoobenthos.[Conclusion] The study can provide basic data and scientific basis for ecological protection of water in Taihu Basin.

Taihu Basin; Water quality; Macrozoobenthos index; Correlation

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07506-001-03)。

姜磊娜(1986- )，女，江蘇海門人，工程師，碩士，從事環(huán)境影響評價與規(guī)劃研究。

2016-06-22

S 937

A

0517-6611(2016)24-057-04