北運河水系底棲動物群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境質(zhì)量評價*

顧曉昀,徐宗學(xué),王 汨,殷旭旺,劉麟菲,張 欣,左德鵬

(1：大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,遼寧省水生生物重點實驗室,大連 116023)(2：北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,水沙科學(xué)教育部重點實驗室,北京 100875)

北運河水系底棲動物群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境質(zhì)量評價*

顧曉昀1,2,徐宗學(xué)2**,王 汨1,殷旭旺1,劉麟菲2,張 欣1,2,左德鵬2

(1：大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,遼寧省水生生物重點實驗室,大連 116023)(2：北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,水沙科學(xué)教育部重點實驗室,北京 100875)

為全面了解北運河水系的底棲動物群落結(jié)構(gòu)和水環(huán)境質(zhì)量,于2015年5月對北運河水系33個樣點的底棲動物和水體理化性質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查,分別采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法和底棲動物BI指數(shù)法對北運河水系進(jìn)行水質(zhì)評價,并通過Kolmogorov-Smirnov檢驗判斷正態(tài)性,用Pearson相關(guān)分析方法對兩種評價結(jié)果進(jìn)行比較和分析. 結(jié)果表明：北運河水系共采集到底棲動物23種,隸屬于3門4綱6目11科11屬,以水生昆蟲和軟體動物為主,整個水系底棲動物群落結(jié)構(gòu)單一；底棲動物BI指數(shù)法的評價結(jié)果顯示,72%的采樣點水質(zhì)為中污染(Ⅳ)或重污染(Ⅴ)；綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的評價結(jié)果顯示,超過57%的采樣點水質(zhì)為Ⅳ類及以下；根據(jù)K-S檢驗,兩組評價得分均符合正態(tài)分布；Pearson相關(guān)分析顯示兩種評價結(jié)果呈顯著正相關(guān). 兩種評價結(jié)果總體上呈現(xiàn)出相同的趨勢,均顯示北運河水系整體水質(zhì)狀況較差,干流水質(zhì)狀況優(yōu)于支流,上游水質(zhì)狀況優(yōu)于下游,溫榆河上游、壩河下游、通惠河上游和涼水河的水質(zhì)狀況較差,溫榆河源頭和壩河上游的水質(zhì)狀況較好. 兩種評價結(jié)果在個別點位存在一定差異,具體表現(xiàn)為基于水體理化因子的評價結(jié)果稍優(yōu)于水質(zhì)生物評價結(jié)果,造成這種差異的原因是兩種評價方法在時空尺度上存在差異. 針對城市化水平較高、人類活動干擾較強的北運河水系,同時采用這兩種評價方法有助于全面了解其復(fù)雜的水環(huán)境質(zhì)量.

底棲動物；群落結(jié)構(gòu)；BI指數(shù)；綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；水環(huán)境質(zhì)量評價；北運河

水環(huán)境質(zhì)量評價是水環(huán)境管理的一項基礎(chǔ)性工作,合理的評價方法可以準(zhǔn)確描述河流的水質(zhì)狀況,以滿足水環(huán)境管理和決策需要[1-4]. 在我國城市河流水質(zhì)評價研究中,綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法具有較好的評價效果和應(yīng)用前景[5-6]. 隨著近年來河流健康狀況的不斷惡化,水環(huán)境污染物質(zhì)的日益復(fù)雜,傳統(tǒng)的基于水體理化因子的評價方法對水環(huán)境質(zhì)量的反映較為片面,已不能夠滿足河流水質(zhì)評價的要求.

基于水生生物的水質(zhì)評價方法不僅能反映環(huán)境中各種污染因子對生物的綜合作用,而且能反映水體中污染物的累積效應(yīng),對水環(huán)境的長期影響作出反應(yīng)[7-8],具有傳統(tǒng)方法所不可替代的優(yōu)越性. 在水質(zhì)生物評價的研究中,水生生物的選擇是一項重要環(huán)節(jié)[9]. 底棲動物作為維系水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要部分,對水生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)的分解和循環(huán)有顯著影響[10]. 底棲動物具有生活場所相對固定、生命周期長、對環(huán)境變化敏感,且缺乏有力回避等特點,其群落結(jié)構(gòu)可較好地反映河流水環(huán)境健康狀況,因而常被用來作為水生態(tài)系統(tǒng)健康的指示生物[11-13]. 在基于底棲動物的水質(zhì)評價研究中,BI(Biotic Index)指數(shù)的應(yīng)用較為廣泛,國內(nèi)相關(guān)研究主要集中在遼寧省[13]、安徽省南部山區(qū)[7]、江蘇省南京秦淮河[14]和長江三角洲地區(qū)[8]等,在這些地區(qū)均取得了較好的評價效果.

北運河水系覆蓋北京市9個區(qū),北京市70%以上人口在此流域內(nèi)工作生活,是北京市人口最多、城市化水平最高的流域. 因此,北運河水系是受人類活動干擾較強烈的地區(qū),水環(huán)境狀況相對復(fù)雜. 近年來,北運河水環(huán)境質(zhì)量的相關(guān)研究主要集中在水質(zhì)指數(shù)[15]、污染物時空變化特征[16]、浮游動植物的多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)[17-18]、底棲動物的Trent指數(shù)和IBI指數(shù)[19-20]等方面. 這些研究多數(shù)基于水體理化因子或水生生物中的一個類群[6,21-23],這使得評價結(jié)果難以全面反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀,而同時采用兩種評價方法并進(jìn)行比較的研究相對較少[24-26].

基于以上背景,本文以北京市北運河水系為例,從水質(zhì)和水生生物兩個方面出發(fā),采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法和底棲動物BI指數(shù)法評價北運河水系的水質(zhì)狀況,并將兩種評價結(jié)果進(jìn)行對比,以期從不同的角度認(rèn)識北運河水系的水環(huán)境健康狀況,使得評價結(jié)果更具合理性,同時為改善和管理北運河水系的水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)域

北京市地處海河流域,轄區(qū)內(nèi)從東到西分布有薊運河、潮白河、北運河、永定河和大清河五大水系,北運河水系是唯一發(fā)源于北京市境內(nèi)的水系[27](圖1). 北運河地處潮白河和永定河之間,發(fā)源于北京市昌平縣燕山南麓,北京市境內(nèi)干流包括上游溫榆河段(圖2). 北運河上游自沙河閘起,沙河閘上有南沙河、北沙河和東沙河匯入,自沙河閘向東及東南流至通州,先后接納了藺溝、清河、壩河、通惠河等. 北運河下游始于通州北關(guān)閘,沿途有涼水河和港溝河匯入,于通州楊洼閘出北京市界,鳳河和龍河在北京市界外入北運河[28]. 北運河水系屬暖溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候,地形以平原為主(圖1),植被類型主要是暖溫帶落葉闊葉林,年平均氣溫為11～12℃,多年平均降雨量643 mm,降雨主要集中在6-9月,多年平均徑流量為4.81×108m3[29]. 作為北京市的主要排洪通道,北運河每年承納北京市區(qū)約90%的排洪量[30].

圖1 北運河水系區(qū)位和高程Fig.1 Location and elevation of the North Canal River Basin

1.2 研究方法

1.2.1 底棲動物樣品采集與鑒定 2015年5月,在北運河水系設(shè)立了33個采樣點開展底棲動物調(diào)查(圖2). 為了使采樣點盡可能準(zhǔn)確反映現(xiàn)實的水環(huán)境質(zhì)量狀況,布點原則主要依據(jù)水系內(nèi)的人類活動干擾強度,即人類活動干擾越強,采樣點越密集. 此外,采樣點要能夠代表點位附近河段尺度的水域自然特征. 由于水系內(nèi)昌平區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)和中心城區(qū)的人口密度較大,人類活動干擾較強,因此采樣點大多集中在這幾個區(qū)內(nèi). 用MAGELLAN全球定位系統(tǒng)(eXplorist-200)記錄采樣點的經(jīng)緯度. 在以所選采樣點為中心、50 m為半徑的圓形區(qū)域內(nèi),使用1/16 m2的彼得森采泥器采集1個泥樣,將采集到的泥樣用60目的網(wǎng)篩篩洗,并轉(zhuǎn)入白磁盤中. 在采樣現(xiàn)場用人工挑揀的方法,將肉眼可見的底棲動物樣品轉(zhuǎn)入200 ml的廣口塑料瓶中,并加入95%的酒精溶液保存待檢[9]. 轉(zhuǎn)入實驗室后,依據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)資料[31-34],在顯微鏡或解剖鏡下進(jìn)行分類和計數(shù),樣品盡量鑒定到屬或種.

圖2 北運河水系采樣點分布Fig.2 Distribution of sampling sites in the North Canal River Basin

1.2.2 水體理化因子測定 采用便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀(YSI 85)現(xiàn)場測定溶解氧(DO)濃度. 根據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,在實驗室內(nèi)測定水樣的氨氮(NH3-N)、五日生化需氧量(BOD5)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(TN)、總磷(TP)濃度.

1.2.3 底棲動物BI指數(shù)法 底棲動物BI指數(shù)是利用水體中指示生物的種類、數(shù)量及其對水污染的敏感性建立的表示水環(huán)境質(zhì)量的數(shù)值[14],該指數(shù)于1972年由Chutter最先提出.BI指數(shù)的計算公式為：

(1)

式中,ni為第i個分類單元(通常為屬級或種級)的個體數(shù)；ti為第i個分類單元的耐污值；N為樣本總個體數(shù). 底棲動物的耐污值參考文獻(xiàn)[7,35].

參考Karr等[36-39]使用的水質(zhì)生物評價指數(shù)值與分值的轉(zhuǎn)換方法,計算BI指數(shù)水質(zhì)評價分級標(biāo)準(zhǔn). 具體選擇方法為：應(yīng)用所有樣點的BI值,通過頻數(shù)分析,以5%分位數(shù)對應(yīng)的值作為標(biāo)準(zhǔn)[7-8],小于該值表示水質(zhì)最清潔(Ⅰ),對大于該值至最大值的分布范圍四等分,分值從小到大依次分別代表清潔(Ⅱ)、輕污染(Ⅲ)、中污染(Ⅳ)和重污染(Ⅴ).

1.2.4 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法以單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法為基礎(chǔ),不僅可以對河流Ⅰ～Ⅴ類水體進(jìn)行評價,也可以對劣Ⅴ類水體進(jìn)行詳細(xì)評價和比較[6]，將惡臭對水質(zhì)的不利影響考慮其中，適用范圍廣，且易于操作施行[40]，是目前最優(yōu)選的評價方法之一.

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)可以完整反映綜合水質(zhì)類別、水質(zhì)狀況以及與水環(huán)境功能區(qū)類別的比較結(jié)果等相關(guān)信息，由同濟(jì)大學(xué)徐祖信提出，其計算方法主要分為2部分[5，40].

1)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的計算：

單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)P由一位整數(shù)、小數(shù)點后二位或三位有效數(shù)字組成，可表示為：

Pi=X1.X2X3

(2)

式中，X1為第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別；X2為實測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，根據(jù)公式按四舍五入原則計算；X3為水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果.

2)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的計算：

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)由一位整數(shù)和三位或四位小數(shù)位組成，其結(jié)構(gòu)為：

Iwq=X1.X2X3X4

(3)

式中，X1為河流總體的綜合水質(zhì)類別；X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處的位置；X3為參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標(biāo)中，劣于目標(biāo)水環(huán)境功能區(qū)的單項指標(biāo)個數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果.

由于本研究只需用到X1和X2的計算，故這里對于X3和X4的計算不作具體介紹.X1.X2的計算公式為：

(4)

表1 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的分級標(biāo)準(zhǔn)

Tab.1 Water quality classification criterion on the basis of comprehensive water quality identification index

評價依據(jù)評價類別1.0≤X1.X2≤2.0Ⅰ類2.07.0劣Ⅴ類并黑臭

根據(jù)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水質(zhì)評價分級標(biāo)準(zhǔn)(表1)可以方便快捷地對水質(zhì)狀況作出較準(zhǔn)確的評價.

1.2.5 相關(guān)分析 針對底棲動物BI指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水質(zhì)評價結(jié)果，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析，得到相關(guān)系數(shù)r和顯著性水平P值. 兩種評價結(jié)果在分析之前均先進(jìn)行Kolmogorov-Smirnov正態(tài)檢驗，并根據(jù)檢驗結(jié)果判斷相關(guān)分析所用方法.

2 結(jié)果

2.1 底棲動物群落結(jié)構(gòu)

北運河水系共鑒定出底棲動物23種(附表)，隸屬于3門4綱6目11科11屬，以水生昆蟲和軟體動物為主. 其中水生昆蟲10種，占43.5%；軟體動物11種，占47.8%；環(huán)節(jié)動物2種，占8.7%. 水生昆蟲主要由雙翅目搖蚊組成，常見種為溪流搖蚊(Chironomusriparius). 軟體動物常見種為梨形環(huán)棱螺(Bellamyapurificata)、狹耳蘿卜螺(Radixtagotis)和擬沼螺(Assimineidae sp.)(附表). 北運河整個水系底棲動物群落結(jié)構(gòu)單一，物種種類數(shù)較少，且呈現(xiàn)中心低、南北高的分布趨勢(圖3).

2.2 基于底棲動物BI指數(shù)法的水質(zhì)評價

根據(jù)前述的BI指數(shù)水質(zhì)評價分級標(biāo)準(zhǔn)確定方法，本研究計算得到的BI指數(shù)最小值為2.50，最大值為9.60，5%分位數(shù)為2.50，故BI指數(shù)的水質(zhì)評價分級標(biāo)準(zhǔn)如表2所示.

在北運河水系設(shè)立的33個點位中，2個為清潔(Ⅱ)，占總點位的比例為6%；7個為輕污染(Ⅲ)，占21%；8個為中污染(Ⅳ)，占24%；16個為重污染(Ⅴ)，占48%；無最清潔(Ⅰ)水質(zhì)的點位(圖4a). 從全流域來看，總體水質(zhì)狀況較差，基本呈現(xiàn)為干流的水質(zhì)狀況優(yōu)于支流，上游的水質(zhì)狀況優(yōu)于下游. 其中，溫榆河上游、壩河下游、通惠河上游和涼水河的水質(zhì)狀況較差，水質(zhì)等級多為中污染(Ⅳ)和重污染(Ⅴ)，而溫榆河源頭和壩河上游的水質(zhì)狀況較好，永定河引水渠下段(B30)、團(tuán)城湖(B43)的水質(zhì)狀況均較其他支流好.

表2 底棲動物BI指數(shù)法的水質(zhì)評價分級標(biāo)準(zhǔn)

圖3 北運河水系底棲動物種類數(shù)分布Fig.3 Spatial pattern of species richness on macroinvertebrates in the North Canal River Basin

2.3 基于綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水質(zhì)評價

根據(jù)前述的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水質(zhì)評價分級標(biāo)準(zhǔn)，北運河水系的33個點位中，Ⅱ類水有10個，占總點位的比例為30%；Ⅲ類水有4個，占12%；Ⅳ類水有3個，占9%；Ⅴ類水有3個，占9%；劣Ⅴ類但不黑臭有7個，占21%；劣Ⅴ類并黑臭有6個，占18%；無Ⅰ類水水質(zhì)的點位(圖4b). 北運河水系整體的水質(zhì)狀況為一般，基本格局呈現(xiàn)為干流的水質(zhì)狀況優(yōu)于支流，上游的水質(zhì)狀況優(yōu)于下游. 水質(zhì)狀況較差的河段包括溫榆河中游、壩河下游、通惠河上游、涼水河和鳳河，魯疃閘(B10)、東玉河(B22)、沙窩(B40)、南花園(B47)、馬駒橋(B27)、鳳河營閘(B28)的水質(zhì)狀況最差，溫榆河源頭和壩河上游的水質(zhì)狀況集中較好.

圖4 北運河水系兩種水質(zhì)評價方法的評價類別分布Fig.4 Assessment clasfication distribution of two water quality assessment methods in the North Canal River Basin

2.4 兩種水質(zhì)評價結(jié)果的對比

底棲動物BI指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的水質(zhì)評價結(jié)果如表3所示，兩種評價結(jié)果存在一定的相似性. 對兩種評價結(jié)果分別進(jìn)行K-S正態(tài)檢驗，發(fā)現(xiàn)BI指數(shù)評價得分(Z=0.895，P=0.400)和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價得分(Z=0.812，P=0.524)均符合正態(tài)分布. 對兩種評價結(jié)果進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)兩組分值呈顯著正相關(guān)(r=0.573，P<0.001)，表明底棲動物BI指數(shù)法與綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的評價結(jié)果具有較高的一致性.

表3 北運河水系兩種水質(zhì)評價結(jié)果的對比

3 討論

北運河水系地處北京市中心區(qū)域，從西北方向橫跨北京市至東南方向，人口稠密，城市化水平高，是北京市境內(nèi)受人類活動干擾最強烈的水域之一.

有研究表明，水生昆蟲搖蚊主要以細(xì)菌和藻類為食，對水質(zhì)凈化有重要作用，而寡毛類喜歡生活在腐殖質(zhì)豐富、有機污染嚴(yán)重的水域中，是水質(zhì)污染程度的重要指示生物[32]. 高彩鳳[41]對北運河水系底棲動物的調(diào)查結(jié)果顯示，該水系的底棲動物有17種，以寡毛類和軟體動物為主，水生昆蟲種類極少，且典型的寡毛類如霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)、克拉伯水絲蚓(Limnodrilusclaparedianus)、管水蚓(Aulodrilusbretscher)和蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)均是該水系的優(yōu)勢種. 本次調(diào)查中共鑒定出底棲動物23種，以水生昆蟲和軟體動物為主，且呈現(xiàn)出群落結(jié)構(gòu)單一的特點. 與高彩鳳[41]的調(diào)查結(jié)果相比，本次調(diào)查中底棲動物的種類數(shù)有所增加，且群落組成呈現(xiàn)出水生昆蟲種類數(shù)增加，寡毛類種類數(shù)減少的態(tài)勢，可以推測北運河水系的水環(huán)境質(zhì)量得到了一定程度的改善. 由于寡毛類是水體有機污染的重要指示物種[42]，因此寡毛類的減少還可以間接推測北運河水系水質(zhì)變好的貢獻(xiàn)因素之一是有機污染的緩解，這與綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的評價結(jié)果大體一致.

通過分析綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法和底棲動物BI指數(shù)法的評價結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，北運河水系中水質(zhì)狀況集中較好的區(qū)域為壩河上游，這可能與近些年北京市政府著手治理壩河，興建壩河濕地公園，重建城市景觀河道有關(guān)，這些措施都使得壩河附近的水生態(tài)環(huán)境優(yōu)化，水質(zhì)狀況得到好轉(zhuǎn)[43]. 溫榆河作為北運河上游，自沙河水庫至通州區(qū)北關(guān)攔河閘，跨越了北京市昌平區(qū)、順義區(qū)和通州區(qū)，其中，昌平區(qū)的東南部處于城鄉(xiāng)結(jié)合部，人口增長較快，且沿線尚未鋪設(shè)污水管線，大量的生活污水未經(jīng)處理就直接排入河道，造成該地區(qū)成為溫榆河水質(zhì)狀況相對較差的河段[44]. 總體來看，兩種水質(zhì)評價方法得到的北運河水系水質(zhì)狀況相近，均為中污染和重污染，這與高彩鳳[41]通過浮游植物、浮游動物和底棲動物的生物多樣性指數(shù)得到的春季水質(zhì)在中—重污染之間的結(jié)論一致，與張光錦通過層次分析法得到的北運河生態(tài)狀況總體為亞健康的結(jié)論大體一致[45].

無論采用哪種水質(zhì)評價方法，其目的都是了解水體水質(zhì)狀況，衡量水環(huán)境健康程度，從而有目的地管理和保護(hù)水資源，因此底棲動物BI指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法應(yīng)該是相輔相成的[24]. 在本研究中，兩種評價結(jié)果總體趨勢相同，但個別點位仍存在差異，具體表現(xiàn)為綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的評價結(jié)果稍優(yōu)于底棲動物BI指數(shù)法，這與周笑白等[24]和焦柯偉等[46]的研究結(jié)果較一致. 依據(jù)周笑白等在太湖的研究成果，基于水體理化因子和水生生物的水質(zhì)評價方法在時空尺度上存在差異[24].

從時間尺度來看，水體理化因子表征的是采樣點瞬時的水環(huán)境質(zhì)量，其值受溫度、水量、風(fēng)力等環(huán)境因素影響較大，因此基于水體理化因子的水質(zhì)評價結(jié)果是瞬時水質(zhì)狀況. 相比之下，底棲動物的種類和數(shù)量表征的是采樣點長期的水環(huán)境綜合質(zhì)量，是在長時間的累積效應(yīng)下逐步形成的，因此基于生物的水質(zhì)評價結(jié)果是長期的平均水質(zhì)狀況. 近年來，隨著生活水平的提高，人們對于生態(tài)環(huán)境也提出了更高的要求. 2001年，天津市開始實施北運河綜合治理工程[47]；2008年，北京市首次通過了《北運河流域水系綜合治理規(guī)劃》[48]. 這些措施使得北運河水系的整體水環(huán)境質(zhì)量有了顯著改善，因此水質(zhì)狀況出現(xiàn)好轉(zhuǎn). Bertrand Millet等的研究表明，當(dāng)環(huán)境發(fā)生一定變化時，生物并不會作出即時響應(yīng)，生物對環(huán)境變化的響應(yīng)通常具有滯后性[49]. 北運河水系地處北京市中心，人口眾多，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，生活和工業(yè)廢污水排放量大，水環(huán)境變化劇烈，棲息生境遭到嚴(yán)重破壞，不利于底棲動物的附著；底棲動物在水生態(tài)系統(tǒng)中等級較高，移動能力較弱，只能被動耐受環(huán)境中的變化[50]；北運河水系的地形以平原為主，地勢平坦，河流的人工渠道化現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致流域內(nèi)水體流動緩慢，更新周期較長，不利于底棲動物快速感知水環(huán)境的變化[51]. 這些因素都導(dǎo)致生物健康狀況對水質(zhì)狀況變化的反映具有滯后性，因此基于生物的水質(zhì)評價結(jié)果并未表現(xiàn)出較大轉(zhuǎn)變，仍然劣于基于水體理化因子的水質(zhì)評價結(jié)果.

從空間尺度來看，基于水體理化因子的水質(zhì)評價主要關(guān)注水體中的營養(yǎng)鹽和污染物質(zhì)濃度是否超過環(huán)境閾值[24]，因此其評價結(jié)果僅針對水體本身. 而長期生活在水環(huán)境中的底棲動物，不僅反映了水體質(zhì)量，還體現(xiàn)了生境質(zhì)量(底質(zhì)、棲境復(fù)雜性、植被多樣性、人類活動強度、土地利用方式等)，因此其評價結(jié)果涉及的范圍更廣. 水質(zhì)生物評價結(jié)果劣于基于水體理化因子的水質(zhì)評價結(jié)果說明，雖然北運河水系的水質(zhì)狀況近些年有所改善，但水生態(tài)系統(tǒng)的整體質(zhì)量并未顯著提高. 綜上所述，基于水體理化因子的方法適宜評價短時間內(nèi)的單一水質(zhì)狀況，而基于水生生物的方法適宜評價長時間內(nèi)的綜合水質(zhì)狀況，這兩種評價方法能從不同角度反映水環(huán)境質(zhì)量，滿足管理部門對水環(huán)境進(jìn)行保護(hù)和治理的不同尺度需求.

對于城市河流，單純從某一個角度評價難以全面衡量其復(fù)雜多變的水環(huán)境質(zhì)量，考慮多方面因素、運用多種方法、整合不同時空尺度，將會是未來城市河流水質(zhì)評價的發(fā)展趨勢. 此外，本研究的底棲動物耐污值是從文獻(xiàn)中獲取的，有研究表明，耐污值本身會因底棲動物所處地域的差異而發(fā)生改變[52]，因此水質(zhì)生物評價結(jié)果可能會受耐污值準(zhǔn)確性的影響. 關(guān)于如何確定北運河水系的底棲動物耐污值，有待于進(jìn)一步的研究.

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MacroinvertebratescommunitystructureandwaterqualityassessmentintheNorthCanalRiverBasin,Beijing,China

GU Xiaoyun1,2, XU Zongxue2**, WANG Mi1, YIN Xuwang1, LIU Linfei2, ZHANG Xin1,2& ZUO Depeng2

(1:LiaoningProvincialKeyLaboratoryforHydrobiology,CollegeofFisheriesandLifeScience,DalianOceanUniversity,Dalian116023,P.R.China)(2:KeyLaboratoryofWaterandSedimentScience,MinistryofEducation,CollegeofWaterSciences,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,P.R.China)

Macroinvertebrates as a biological indicator of aquatic health condition plays an important role in the protection and management of water ecological environment. Macroinvertebrates and water quality were investigated on the basis of samples collected at 33 sampling sites in the North Canal River Basin in May 2015. The community structure of macroinvertebrates was analyzed. The comprehensive water quality identification index and Biotic Index of macroinvertebrates were used to assess the water quality in the North Canal River Basin. The results obtained by using these two methods were compared each other by using the Kolmogorov-Smirnov test and Pearson correlation analysis. In this study, a total of 23 species of macroinvertebrates belonging to 3 phylum, 4 class, 6 order, 11 family and 11 genera were identified in the North Canal River Basin, which mainly represented by aquatic insects and molluscs. The community structure of macroinvertebrates in the whole basin was simple. The result of Biotic Index showed that 72% of the sampling sites were moderately(Ⅳ) or seriously(Ⅴ) polluted and comprehensive water quality identification index showed that more than 57% of the sampling sites were worse than Class Ⅳ. The K-S test showed that the results were confirmed to normal distribution and Pearson correlation analysis exhibited that the results of these two methods had a significant positive correlation. The two results had the same tendency generally. Depending on the results, the water quality in the North Canal River Basin was poor. The main stream was better than the tributaries and the upstream was better than the downstream. The water quality in the upstream of the Wenyu River, the downstream of the Ba River, the upstream of the Tonghui River and the Liangshui River were poor while the headwater of the Wenyu River and the upstream of the Ba River were excellent. The result of comprehensive water quality identification index was a little better than that of Biotic Index. This was attributed to the reason that the two assessment methods focused on different spatial and temporal scales. In the North Canal River Basin with high urbanization level and strong human disturbance, the complex water ecological condition could be better understood with both assessment methods at the same time.

Macroinvertebrates； community structure； Biotic Index； comprehensive water quality identification index； water quality assessment； North Canal River

*北京市水生態(tài)監(jiān)測調(diào)查與研究項目資助. 2016-09-14收稿；2017-02-07收修改稿. 顧曉昀(1992～), 女, 碩士研究生；E-mail: guxiaoyun92@163.com.

**通信作者；E-mail: zxxu@bnu.edu.cn.