應(yīng)用水生昆蟲監(jiān)測與評價花溪水體質(zhì)量研究

張?zhí)K炯，俞葉飛，陳紅星，胡元斌，張國安，張 琴

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應(yīng)用水生昆蟲監(jiān)測與評價花溪水體質(zhì)量研究

張?zhí)K炯1，俞葉飛2，陳紅星1，胡元斌3，張國安1，張 琴4

（1. 磐安縣林業(yè)局，浙江 金華 322300；2. 大盤山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，浙江 金華 322300；3. 金華市林業(yè)局，浙江 金華 321000；4. 杭州市林業(yè)科學(xué)研究院，浙江 杭州 310022）

為采用水生昆蟲作為指示生物，于2016年6－7月和9－10月進(jìn)行昆蟲多樣性采集，并應(yīng)用物種豐富度指數(shù)（M）、EPT物種豐度指數(shù)、Beck指數(shù)（）、科級水平生物指數(shù)（）、底棲動物敏感性記分器SIGNAL指數(shù)對磐安大盤山花溪水源保護(hù)區(qū)水體環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價，結(jié)果表明，其M為23.32，水質(zhì)等級為最高等級，清潔；EPT物種豐度指數(shù)為32，水質(zhì)等級為第二等級，清潔；為101，水質(zhì)等級為最高等級，非常清潔；為2.8，水質(zhì)等級為最高等級，優(yōu)；SIGNAL指數(shù)等于6.43，水質(zhì)等級為最高等級，健康。5種表征不同水體質(zhì)量的指標(biāo)均顯示，花溪水質(zhì)健康清潔，表明磐安大盤山作為浙江省重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)和水源保護(hù)區(qū)，水質(zhì)未受到污染。本文所選評價方法操作簡單，并具有實(shí)時性，可長期對花溪水質(zhì)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。

花溪；水體質(zhì)量；水生昆蟲；污染敏感性；耐污值；評價

水是生命之源，人類在生活和生產(chǎn)活動中都離不開水，生活飲用水水質(zhì)的優(yōu)劣與人類健康密切相關(guān)。水質(zhì)監(jiān)測方法較多，通過水質(zhì)化學(xué)分析監(jiān)測非點(diǎn)源污染花費(fèi)很大，而通過大型底棲無脊椎動物進(jìn)行生物監(jiān)測可了解到水質(zhì)的長期變化，且成本低，除了能測出化學(xué)物質(zhì)的濃度外，還能表征污染物的毒性[1]。對儀器無法檢測出的一些低濃度甚至是痕量的污染物，生物可迅速呈現(xiàn)相應(yīng)癥狀，有助于及時進(jìn)行預(yù)報[2]。水生昆蟲，尤其是蜉蝣目Ephemeroptera，襀翅目Plecoptera，毛翅目Trichoptera等昆蟲，作為底棲無脊椎動物的重要組成部分，其種群數(shù)量、種類分布和群落結(jié)構(gòu)對水體質(zhì)量反應(yīng)靈敏；同時，具有生活周期長，生活場所穩(wěn)定，易于采集和識別等優(yōu)點(diǎn)，因而作為指示生物在水質(zhì)生物評價中得到廣泛應(yīng)用[3-5]。目前，理論上可應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測的水生昆蟲主要有鞘翅目Coleoptera，雙翅目Diptera，半翅目Hemiptera，鱗翅目Lepidoptera，蜻蜓目Odonata，廣翅目Megaloptera，脈翅目Neuroptera，蜉蝣目，襀翅目和毛翅目及彈尾目Collembola的100多種水生昆蟲，其中實(shí)際應(yīng)用最廣泛的為蜉蝣目、襀翅目和毛翅目[6-7]。

應(yīng)用指示生物對水體環(huán)境變化進(jìn)行評價具有直觀性和實(shí)時性，能長期動態(tài)監(jiān)測水體環(huán)境污染。目前，國內(nèi)利用大型底棲無脊椎動物評價水質(zhì)研究較多，且將研究地集中在長江等較大的水域，但對溪流中水生昆蟲的群落特征和水質(zhì)生物評價研究甚少[5,8]。而國外利用大型底棲無脊椎動物科級和屬級指示者的耐污值對溪流進(jìn)行評價及利用底棲無脊椎動物發(fā)展多元評價系統(tǒng)對溪流進(jìn)行評價[9-10]。

花溪作為浙江省錢塘江水系主要支流的發(fā)源地，位于浙江省重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)與水源地大盤山國家級自然保護(hù)區(qū)西北部，屬于保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，水質(zhì)清潔、生物多樣性豐富，直接反映大盤山國家級自然保護(hù)區(qū)環(huán)境優(yōu)良，生態(tài)功能完善；其次花溪作為浙江省重要的水源地，其水質(zhì)直接影響到下游幾百萬民眾飲用水安全。近年來，花溪被評為省級風(fēng)景名勝區(qū)，人為干擾力度有所增加。為確保飲水安全和對花溪水質(zhì)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，采集花溪水生昆蟲樣本，選取5個水質(zhì)評價指標(biāo)——物種豐富度指數(shù)M、EPT物種豐度指數(shù)、Beck指數(shù)、科級生物指數(shù)、底棲動物敏感性記分器SIGNAL指數(shù)，開展花溪水體環(huán)境質(zhì)量評價，現(xiàn)報導(dǎo)如下。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

花溪位于浙江省磐安縣大盤山國家級自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，是保護(hù)區(qū)內(nèi)最為重要的河流，全長13.2 km，由龍?zhí)犊印㈥惾A坑兩條支流組成，其中東側(cè)支流為龍?zhí)犊?，發(fā)源于大盤山海拔1 074.4 m處，南側(cè)支流為陳華坑，發(fā)源于海拔950.8 m處，徑流量1 985萬m3，匯合流入磐安城區(qū)主要水源飲用地花溪水庫（圖1）。大盤山保護(hù)區(qū)地理坐標(biāo)為28°57′05"~ 29°01′58" N，120°28'05" ~ 120°33′40" E，總面積4 558 hm2，主峰大盤山尖海拔1 245 m。大盤山山脈屬浙江山脈的中支部分，即由江西、福建交界的武夷山脈向浙江省延伸為仙霞嶺，仙霞嶺繼續(xù)向東北延展至大盤山、天臺山，會稽山、四明山則是這一山脈的支脈并在此地會集，故這里素有“群山之祖，諸水之源”之稱。

圖1 花溪水生昆蟲采集樣點(diǎn)示意圖

Figure 1 Location of collection of aquatic insects in Huaxi stream

大盤山地區(qū)為浙江省錢塘江、靈江、甌江三大水系主要支流的發(fā)源地之一，水體質(zhì)量優(yōu)良，未受污染。氣候?qū)俚湫偷膩啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，受東亞季風(fēng)影響，冬夏盛行風(fēng)向有顯著變化，降水有明顯的季節(jié)變化。氣候總的特點(diǎn)是：季風(fēng)顯著，四季分明，年氣溫適中，光照較多，雨量豐沛，空氣濕潤，雨熱季節(jié)變化同步，氣候資源配制多樣，氣象災(zāi)害繁多。大盤山年平均氣溫15.0℃，極端最高溫36.9℃，極端最低氣溫9.5℃；年平均降水量1 427.8 mm，年平均日照時數(shù)1 827.6 h；年均相對濕度為78%；年平均蒸發(fā)1 320.7 mm；年平均氣壓為980.3 hPa；無霜期192 d。

1.2 研究方法

1.2.1 采集點(diǎn)的生態(tài)環(huán)境 花溪的河床為卵石肋狀排列，溪流湍急，瀑布眾多，河床底質(zhì)由大卵石和粗沙組成，水深0.1 ~ 1.0 m。流速1 ~ 2 m·s-1。

1.2.2 采集時間和方法 以花溪為中心，在上游、中游、下游，分別設(shè)置1個采樣點(diǎn)，共設(shè)置3個采樣點(diǎn)，每個點(diǎn)再分設(shè)5個區(qū)塊（見圖1），每個區(qū)塊長度為30 m，2016年6－7月和9－10月分季節(jié)進(jìn)行昆蟲多樣性采集，每季采樣2次。

淺水處（＜0.6 m）采樣采用D—型拖網(wǎng)法（網(wǎng)格密度：60目）進(jìn)行定量采集；深水處（＞0.6 m）及湖泊采樣采用彼得遜采泥器（Peterson grab），采樣面積為0.8 m2。將所得的底泥倒入桶內(nèi)，經(jīng)60目分樣篩，去除泥沙，用鑷子挑出水生昆蟲，所有采集標(biāo)本用75%的酒精保存后帶回實(shí)驗室，在體視顯微鏡（徠卡M205C解剖鏡，20倍）下進(jìn)行分類計數(shù)，再委托相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜诣b定到種。

1.2.3 水質(zhì)評價指標(biāo)的選擇及其計算方法 選取物種豐富度指數(shù)M，EPT物種豐度指數(shù)，Beck指數(shù)，科級生物指數(shù)和底棲動物敏感性記分器SIGNAL指數(shù)共5種水質(zhì)評價指標(biāo)來評價花溪水體環(huán)境質(zhì)量。

（1）物種豐富度指數(shù)[1,11]：

M=（－1）／1n

式中，表示物種數(shù)；表示所有物種的個體數(shù)之和。

（2）EPT（E：蜉蝣目Ephemeroptera；P：襀翅目Plecoptera；T：毛翅目Trichoptera）物種豐度指數(shù)：用底棲動物群落中蜉蝣目、襀翅目和毛翅目三類水生昆蟲的物種數(shù)目之和來表示水體的污染程度[12]。

（3）Beck指數(shù)（或Florida指數(shù)）[13]:

式中，為Beck指數(shù)；1為敏感種類的物種數(shù)；2為耐污種類的物種數(shù)。

（4）科級生物指數(shù)[14]:

式中，為科級生物指數(shù)；i為第科的個體數(shù)；i為第科的耐污值；為各科個體總數(shù)；為科數(shù)。耐污值是指某類水生昆蟲對水質(zhì)污染的敏感程度，一般以0 ~ 10來表示，數(shù)值越大，耐污能力越強(qiáng)。一般將耐污值不大于3的物種稱為敏感類群；耐污值為3 ~ 7的物種稱為中等耐污種群；耐污值不低于7的物種稱為耐污類群。耐污值采用Hilsenhoff[14]、王備新[15]、段學(xué)花[1]等人的研究成果。

（5）底棲動物敏感性記分器SIGNAL指數(shù)[1]：

SIGNAL指數(shù)=敏感性分?jǐn)?shù)總和/類群數(shù)目

所有指數(shù)均由Excel 2007軟件計算完成。每種評價指標(biāo)的原理及評價等級見表1。

表1 5種水質(zhì)評價指標(biāo)的原理及評價等級劃分

表1（續(xù)） 水生昆蟲生物評價指原理評價等級劃分 FBI用來監(jiān)測有機(jī)污染，僅需將標(biāo)本鑒定至科，方法易掌握，操作簡單，評價結(jié)果準(zhǔn)確一級：0.00 ~ 3.75優(yōu)二級：3.76 ~ 4.25很好，輕微有機(jī)污染三級：4.26 ~ 5.00好，有些有機(jī)污染四級：5.01 ~ 5.75較好，較污染五級：5.76 ~ 6.50較差，污染六級：6.51 ~ 7.25差，非常污染七級：7.26 ~ 10很差，嚴(yán)重有機(jī)污染 SIGNAL指數(shù)利用研究區(qū)域所出現(xiàn)的底棲動物的敏感性來評價棲息地的水質(zhì)一級：>6健康二級：5 ~ 6略有污染三級：4 ~ 4.99中等污染四級：<4嚴(yán)重污染

2 結(jié)果與分析

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，共捕獲水生昆蟲959個。經(jīng)鑒定，隸屬于7目，33科，55屬，75種，其中EPT昆蟲科、屬、種數(shù)分別占總量的57.58%，40.00%和42.67%，科數(shù)達(dá)到總量的一半以上，屬、種數(shù)也接近總量的一半；其次是蜻蜓目，其科、屬、種數(shù)分別占18.18%，38.18%和38.67%，屬、種數(shù)量均為最大值（圖2）。其中，蜉蝣目（蜉蝣科、扁蜉科、等蜉科、小蜉科、細(xì)裳蜉科）、毛翅目（等翅石蛾科、鱗石蛾科）、襀翅目（扁襀科、卷襀科）、廣翅目（齒蛉科）、蜻蜓目（大蜓科、蜓科、春蜓科、蜻科）為典型的常見污染敏感種群，毛翅目（細(xì)翅石蛾科）與蜻蜓目（蟌科）耐污值均為6，是本研究耐污值最高的類群，均屬中等耐污種群，未出現(xiàn)耐污類群（耐污值不低于7的類群）（表2）。

圖2 水生昆蟲各目科、屬、種所占比例

Figure 2 Percentages of species, genera and families of aquatic insects

表2 水生昆蟲不同類群污染敏感性分?jǐn)?shù)和耐污值

表3 不同評價指標(biāo)對水質(zhì)評價結(jié)果

Table 3 Evaluation on water quality by different indicators

經(jīng)計算，對照表1，物種豐富度指數(shù)M為23.32，水質(zhì)評價為清潔；EPT物種豐度指數(shù)為32，水質(zhì)評價為清潔；為101，水質(zhì)評價為非常清潔；為2.80，水質(zhì)評價為優(yōu)；SIGNAL指數(shù)為6.43，水質(zhì)評價為健康（見表1，表3）。

3 結(jié)論與討論

物種豐富度指數(shù)M是與群落功能和結(jié)構(gòu)有關(guān)的指數(shù)，用于評價一個區(qū)域的物種豐富度，也用于評價水質(zhì)狀況，有較好的區(qū)別群落差異的能力，與采樣面積大小無關(guān)，能較為客觀地反映出水體的污染狀態(tài)和水質(zhì)變化情況[1]。EPT法是用底棲動物群落中蜉蝣目、襀翅目和毛翅目三類水生昆蟲（EPT昆蟲）的物種數(shù)目之和來表示水體的污染程度，這三大類群耐污能力最差，其中蜉蝣、石蠅、石蛾被稱為水質(zhì)指標(biāo)生物“三巨頭”。用EPT昆蟲豐富度來表示水體受污染的程度，簡單易行，適用于水流湍急和石礫河床的山區(qū)河川[16-17]，故該法適用于花溪的水體評價。Beck指數(shù)可了解某水域的平均水質(zhì)污染水平，容易計算，能通過較少次數(shù)的調(diào)查采樣即可了解某水域的平均水質(zhì)污染水平[18]，主要用來監(jiān)測有機(jī)污染，僅需將標(biāo)本鑒定至科，方法易掌握，操作簡單，評價結(jié)果準(zhǔn)確[19-20]。

5種指數(shù)除EPT指數(shù)外，其余指數(shù)的水質(zhì)評價等級均為一級，EPT指數(shù)的水質(zhì)評價等級為二級，均為清潔及以上水質(zhì)，說明花溪水體環(huán)境優(yōu)良，水質(zhì)健康清潔。5種指數(shù)從水生昆蟲群落結(jié)構(gòu)和功能角度、對環(huán)境敏感性、耐污能力的大小等不同角度，反映了花溪的水體環(huán)境質(zhì)量及其受污染的程度。雖然生物指標(biāo)的使用存在差異，但不同評價結(jié)果之間具有較高的相似性[21]，與本研究結(jié)果一致。

花溪為浙江省重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)和水源保護(hù)區(qū)（磐安大盤山）的主要支流，是重要的水源地，其水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良與否具有重要意義?；ㄏ谴蟊P山保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，水質(zhì)健康清潔，生物多樣性高，也從側(cè)面反映了大盤山保護(hù)區(qū)物種資源豐富度高，生態(tài)功能完善。同時，花溪是磐安縣主要的飲用水源地之一，其水質(zhì)狀況直接關(guān)系到下游幾百萬群眾的飲水安全。本研究結(jié)果得出，5種水質(zhì)指標(biāo)評價結(jié)果一致，表明水質(zhì)健康清潔，水體環(huán)境優(yōu)，說明花溪作為飲用水水源，其水質(zhì)安全得到了保證，同時反映了大盤山自然保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，未受到干擾和破壞。水生昆蟲作為對環(huán)境敏感和耐污染種類，對水中環(huán)境變化，能做出靈敏反應(yīng)，下一步可通過定期采集水生昆蟲，掌握其數(shù)量和種類變化，對花溪水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，以便能在水質(zhì)被破壞前做出保護(hù)。

致謝：感謝姚剛副研究員、劉立偉副研究員以及浙江省自然博物館對調(diào)查工作提供的幫助和支持！

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Monitoring and Evaluation of Water Quality by Aquatic Insects in Huaxi Stream

ZHANG Su-jiong1，YU Ye-fei2，CHEN Hong-xing1，HU Yuan-bin3，ZHANG Guo-an1，ZHANG Qin4

（1. Panan Forestry Bureau of Zhejiang, Jinhua 322300, China; 2. Dapanshan National Nature Reserve Administration of Zhejiang, Jinhua 322300, China; 3. Jinhua Forestry Bureau of Zhejiang, Jinhua 321000, China; 4. Hangzhou Forestry Academy of Zhejiang, Hangzhou 310022, China）

Collections and identifications of aquatic insects in Huaxi stream of Zhejiang province were conducted twice during June-July and September-October of 2016. The water quality of the stream was assessed by 5 indicators such as species richness index (M), EPT index, Beck’s biotic index (), family biotic index (). The results showed thatM,,and stream invertebrate grade number-average level was 23.32, 101, 2.8 and 6.43 respectively, and the water quality was excellent or good and healthy. The EPT index was 32, and the water quality was second grade. The results of biotic index analysis suggested that water quality of the stream was good.

aquatic insects; pollution sensitivity; tolerance values; evaluation

10.3969/j.issn.1001-3776.2018.04.007

TV21

A

1001-3776（2018）04-0043-06

2018-02-18；

2018-06-07

應(yīng)用指示型生物評價磐安縣域代表性濕地水體環(huán)境質(zhì)量研究（201715）

張?zhí)K炯，林業(yè)工程師，從事昆蟲分類和林業(yè)病蟲害研究工作；E-mail：ppaxlyj@126.com。

張琴，林業(yè)工程師，從事昆蟲分類和林業(yè)病蟲害研究工作；E-mail：qin910@126.com。