固城湖底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生態(tài)評價(jià)

尹子龍，陸曉平，翁松干，胡曉東

（1.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210017；2.江蘇省秦淮河水利工程管理處，江蘇 南京 210001）

底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，與水體環(huán)境是相互依存、相互影響的統(tǒng)一體，具有分布廣泛、生命周期較長、形體較易辨認(rèn)、對污染的逃避能力弱和對環(huán)境變化較為敏感等特征，其群落結(jié)構(gòu)作為預(yù)測環(huán)境質(zhì)量變化的重要指標(biāo)，已廣泛應(yīng)用于生物監(jiān)測和生態(tài)評價(jià)[1]。

固城湖位于南京市高淳區(qū)西南部，其在保證當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟?、社?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡等方面起著不可替代的作用[2]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及受人類活動(dòng)的影響，固城湖水質(zhì)不斷惡化，水體富營養(yǎng)化速度加快，給高淳區(qū)人民的生活及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來了巨大威脅[3-4]。本研究以2015～2016年底棲動(dòng)物生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析了固城湖水域底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其變化，并由此反映出固城湖水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀。

1 研究區(qū)域

1.1 研究區(qū)域概況

固城湖又名小南湖，位于江蘇省南京市高淳區(qū)西南部的蘇皖接壤處，是一個(gè)典型的淺水湖泊，湖泊面積約為30.95 km2，主要的入湖河流有港口河、胥河、漆橋河、橫溪河等，官溪河為唯一的出湖河流。固城湖水環(huán)境功能規(guī)劃為飲用、漁業(yè)和景觀，現(xiàn)有功能以生活飲用水為主，是高淳區(qū)最重要的飲用水源地，提供全區(qū)66%以上人口的飲用水，水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)田灌溉也是湖區(qū)的主要功能[5]。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)固城湖湖區(qū)面積、地形輪廓、養(yǎng)殖分布、以及主要出入湖河流等情況，在整個(gè)湖區(qū)共設(shè)置了10個(gè)采樣點(diǎn)，在2015年3月至2016年2月期間對固城湖湖區(qū)進(jìn)行了全年的樣品采集（圖1）。

圖1 固城湖底棲動(dòng)物采樣點(diǎn)

2 調(diào)查方法

2.1 底棲動(dòng)物采集方法

底棲動(dòng)物樣品采集用面積為1/20 m2的改良彼得生采泥器，每個(gè)采樣點(diǎn)采集三下，底棲動(dòng)物與底泥、碎屑等混為一體，必須沖洗后才能進(jìn)行挑揀。洗滌工作通常采用網(wǎng)徑為0.45 mm網(wǎng)尼龍篩網(wǎng)進(jìn)行洗滌，剩余物帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分樣。在每個(gè)采樣點(diǎn)挑揀出各類動(dòng)物后，放入已裝好固定液的50 ml塑料瓶中。標(biāo)本的固定可直接投入到7%福爾馬林中固定。把每個(gè)采樣點(diǎn)所采集到的底棲動(dòng)物按不同種類準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)個(gè)體數(shù)，并用分析天平對不同種類的底棲動(dòng)物進(jìn)行分別稱重，根據(jù)個(gè)體數(shù)以及稱重所得結(jié)果推算出1 m2內(nèi)的數(shù)量以及生物量（g/m2）[6]。底棲動(dòng)物鑒定參照《中國經(jīng)濟(jì)動(dòng)物志·淡水軟體動(dòng)物》《中國小蚓類研究》《遼河流域底棲動(dòng)物監(jiān)測圖鑒》《中國北方搖蚊幼蟲》等鑒定書籍。

2.2 底棲動(dòng)物評價(jià)水質(zhì)方法

底棲無脊椎動(dòng)物個(gè)體較大，壽命較長，活動(dòng)范圍小，對環(huán)境條件改變反應(yīng)靈敏，能夠準(zhǔn)確反映水質(zhì)質(zhì)量狀況，是監(jiān)測污染、評價(jià)水質(zhì)的理想指示生物。通過對底棲無脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查研究，可以客觀地分析和評價(jià)湖泊營養(yǎng)狀況。并采用以下幾種生物指數(shù)試評價(jià)固城湖營養(yǎng)及污染狀況[7]。

Wright指數(shù)，從寡毛類的密度來評價(jià)水體水質(zhì)，認(rèn)為密度低于100ind./m2時(shí)無污染；100～999ind./m2時(shí)為輕污染；1000～5000ind./m2時(shí)為中度污染；而在5000ind./m2以上時(shí)為嚴(yán)重污染。Goodnight指數(shù)、BPI生物學(xué)指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計(jì)算方法如下，具體指數(shù)對應(yīng)的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果見表1。

式中：

N1—寡毛類、蛭類和搖蚊幼蟲個(gè)體數(shù)；

N2—多毛類、甲殼類、除搖蚊幼蟲以外其他的水生昆蟲個(gè)體數(shù)；

N3—軟體動(dòng)物個(gè)體數(shù)

式中：ni—第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)目，N—群落中所有種的個(gè)體總數(shù)。

表1 各種生物指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

3.1.1 底棲動(dòng)物種類組成

2015年3月至2016年2月期間固城湖共鑒定出底棲動(dòng)物21種（屬），見表2，其中搖蚊科幼蟲種類最多，共計(jì)11種；寡毛類次之，共檢出8種；軟體動(dòng)物種類最少，共2種。

3.1.2 底棲動(dòng)物優(yōu)勢種

從表2中可以看出，底棲動(dòng)物種類方面，固城湖2015～2016年度生態(tài)監(jiān)測檢出的底棲動(dòng)物包括寡毛類、搖蚊幼蟲以及軟體動(dòng)物3大類。固城湖底棲動(dòng)物密度和生物量被少數(shù)種類所主導(dǎo)。密度方面，寡毛類的蘇氏尾鰓蚓和霍甫水絲蚓，搖蚊科幼蟲的中國長足搖蚊、內(nèi)搖蚊以及紅羽搖蚊優(yōu)勢度較高，分別占總密度的9.95%、4.99%、26.79%35.78%和10.42%，其中搖蚊幼蟲類密度最高，密度排在前兩位的內(nèi)搖蚊屬和中國長足搖蚊的密度分別為1198ind./m2和897ind./m2。生物量方面，由于軟體動(dòng)物個(gè)體較大，軟體動(dòng)物的環(huán)棱螺在總生物量上占據(jù)絕對優(yōu)勢，達(dá)到61.42%，紅羽搖蚊、內(nèi)搖蚊、蘇氏尾鰓蚓所占比重次之，分別為10.03%、8.34%、7.32%，除去占絕對優(yōu)勢的軟體動(dòng)物，生物量排在前兩位的是紅羽搖蚊和內(nèi)搖蚊，其生物量分別為14.76 g/m2和112.277 g/m2。從21個(gè)物種的出現(xiàn)頻率來看，蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓、中國長足搖蚊、內(nèi)搖蚊、羽搖蚊、紅羽搖蚊等共6個(gè)種類是固城湖最常見的種類，其在大部分采樣點(diǎn)均能采集到。綜合底棲動(dòng)物的密度、生物量以及各物種在10個(gè)采樣點(diǎn)的出現(xiàn)頻率，利用優(yōu)勢度指數(shù)確定優(yōu)勢種類，結(jié)果表明固城湖現(xiàn)階段的底棲動(dòng)物優(yōu)勢種主要為蘇氏尾鰓蚓、中國長足搖蚊、內(nèi)搖蚊和環(huán)棱螺。

3.1.3 底棲動(dòng)物密度與生物量分布

固城湖底棲動(dòng)物密度和生物量各季度及全年平均值的空間分布格局見圖2。總體而言，生物量較密度空間差異更大。從圖2中可以看出，在各個(gè)季度中各采樣點(diǎn)密度空間分布不均、差異較大，最大差異出現(xiàn)在2015年冬季，最高值出現(xiàn)在gch-3采樣點(diǎn)，為1810 ind./m2，最低值為24 ind./m2（圖2d）；最小差異出現(xiàn)在2015年夏季，最高值出現(xiàn)在gch-5采樣點(diǎn)，為95 ind./m2，最低值為0 ind./m2（圖2b），全年平均密度最大值出現(xiàn)在gch-3采樣點(diǎn)，為675 ind./m2；而生物量空間差異極大，最大差異也出現(xiàn)在2015年夏季，最高值出現(xiàn)在gch-8采樣點(diǎn)，為150.357 g/m2，最低值為 0.000 g/m2（圖 2f）；最小差異出現(xiàn)在2015年春季，最高值出現(xiàn)在gch-7采樣點(diǎn)，為51.290 g/m2，最低值為1.024 g/m2（圖2e），全年平均生物量最大值出現(xiàn)在gch-5采樣點(diǎn)，為50.460 g/m2。在各個(gè)季度中，密度和生物量最高值均出現(xiàn)在固城湖的中北部等固定區(qū)域，且密度最高值主要分布在gch-2、gch-3以及gch-4等采樣點(diǎn)，生物量最高值集中在gch-2、gch-5等采樣點(diǎn)，空間格局較為一致，而在湖區(qū)中南部區(qū)域，密度和生物量均較低。

從不同類群底棲動(dòng)物所占比重可以看出。密度方面，在各個(gè)采樣點(diǎn)中，寡毛類和搖蚊幼蟲主導(dǎo)了密度的空間分布狀況，軟體動(dòng)物所占比重相對較低；同時(shí)，隨著時(shí)間向冬、春季過渡，底棲動(dòng)物密度有所提高，寡毛類、搖蚊幼蟲的密度在各采樣點(diǎn)均有很大程度的增大，軟體動(dòng)物密度隨季節(jié)變化不明顯，其主要原因可能與不同種類底棲動(dòng)物的生長習(xí)性相關(guān)，冬春季為搖蚊幼蟲在泥水界面的繁殖期，在密度方面占比較大；隨著溫度的升高，搖蚊幼蟲逐漸羽化，密度占比降低。生物量方面，隨著時(shí)間向冬、春季過渡，底棲動(dòng)物生物量均有所提高，但由于軟體動(dòng)物的特殊性，軟體動(dòng)物生物量所占比重較大，特別是夏、秋季，導(dǎo)致其它底棲動(dòng)物相對變化不明顯?？傮w而言，寡毛類、搖蚊幼蟲共同主導(dǎo)了固城湖底棲動(dòng)物密度的空間分布格局；生物量方面，個(gè)體較大的軟體動(dòng)物在各個(gè)季度均占據(jù)絕對優(yōu)勢。

3.2 水質(zhì)狀況評價(jià)

利用全年12個(gè)月的底棲動(dòng)物監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算各采樣點(diǎn)四種生物學(xué)指數(shù)得分（圖3～圖6）結(jié)果顯示，寡毛類平均密度均不高，在全部點(diǎn)位介于8～127 ind./m2之間，除gch-9采樣點(diǎn)外均低于100 ind./m2，屬于輕污染狀態(tài)，gch-9采樣點(diǎn)位于固城湖東南部水域，靠近居民區(qū)，附近有吳家村等7個(gè)自然村，人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生的污染物經(jīng)河流匯入湖中，比較適合底棲動(dòng)物的生長繁殖，特別是污染指示作用較強(qiáng)的寡毛類。寡毛類平均密度最高值為127 ind./m2，出現(xiàn)在gch-9采樣點(diǎn)，平均密度最低值為8 ind./m2，出現(xiàn)在gch-8采樣點(diǎn)。由圖4可以看出，固城湖所有10個(gè)采樣點(diǎn)的Goodnight指數(shù)小于0.5，其中g(shù)ch-5采樣點(diǎn)Goodnight指數(shù)最高，為0.5，最低值出現(xiàn)在gch-8采樣點(diǎn)，為0.06，說明固城湖整體處于輕污染狀態(tài)。從圖5可以看出，固城湖10個(gè)采樣點(diǎn)的BPI指數(shù)均介于1.0～3.5之間，說明固城湖依照BPI指數(shù)分析法處于中污染狀態(tài)，同時(shí)可以看出固城湖污染狀態(tài)呈現(xiàn)地理區(qū)域特點(diǎn)，中部主要表現(xiàn)出α-中污染，環(huán)湖沿岸帶主要表現(xiàn)為β-中污染。從圖6可以看出，固城湖10個(gè)采樣點(diǎn)的Shannon-wiener指數(shù)均在1.5～2.5之間，說明固城湖水質(zhì)整體處于中污染狀態(tài)?？梢园l(fā)現(xiàn)，4種指數(shù)評價(jià)結(jié)果顯示固城湖現(xiàn)狀態(tài)處于輕度-中度污染時(shí)期，屬于富營養(yǎng)化過程的初中期。

圖2 固城湖底棲動(dòng)物密度（ind./m2）和生物量（g/m2）空間分布格局

圖3 固城湖各采樣點(diǎn)底棲動(dòng)物Wright指數(shù)

圖4 固城湖各采樣點(diǎn)底棲動(dòng)物Goodnight指數(shù)

圖5 固城湖各采樣點(diǎn)底棲動(dòng)物BPI指數(shù)

圖6 固城湖各采樣點(diǎn)底棲動(dòng)物Shannon-wiener指數(shù)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）固城湖2015～2016年度底棲動(dòng)物主要以搖蚊幼蟲為主，共鑒定出搖蚊幼蟲11種，占總種類數(shù)的一半以上，密度方面也是搖蚊幼蟲占比最高，所有種類搖蚊幼蟲密度總和占總密度的80.16%，其中密度排在前兩位的內(nèi)搖蚊屬和中國長足搖蚊的密度分別為1198 ind./m2和897 ind./m2，分別占總密度的35.78%和26.79%。生物量方面除去個(gè)體較大的軟體動(dòng)物，也是搖蚊幼蟲占比較高。內(nèi)搖蚊屬與中國長足搖蚊也是湖區(qū)常見種和優(yōu)勢種。

（2）根據(jù)固城湖底棲動(dòng)物分布可以看出，在各個(gè)季度中，密度和生物量最高值均出現(xiàn)在固城湖的中北部等固定區(qū)域，空間格局較為一致，而在湖區(qū)中南部區(qū)域，密度和生物量均較低。這種密度、生物量空間分布格局與固城湖的地理位置以及功能區(qū)劃有密切關(guān)系，固城湖位于高淳市區(qū)的南部，固城湖北部水域緊鄰居民區(qū)，人類生產(chǎn)生活加劇對固城湖北部水域的生態(tài)環(huán)境惡化，對污染指示物種影響較大。而固城湖南部為開闊水域，隨著對人工漁業(yè)養(yǎng)殖的控制，底棲動(dòng)物作為魚蟹類的主要天然餌料，生長繁殖受到一定的抑制。

固城湖底棲動(dòng)物的年際變化，在冬、春季，底棲動(dòng)物密度有所提高，寡毛類、搖蚊幼蟲的密度在各采樣點(diǎn)均有很大程度的增大，隨著溫度的升高，搖蚊幼蟲逐漸羽化成搖蚊成蟲后離開水體，密度開始下降。生物量方面變化相類似，但由于軟體動(dòng)物的特殊性，軟體動(dòng)物生物量所占比重過大，在各個(gè)季度均占據(jù)絕對優(yōu)勢。

（3）根據(jù)各生物學(xué)指數(shù)結(jié)果表明固城湖水質(zhì)相對較好，整體處于輕-中度污染狀態(tài)，但是結(jié)合底棲動(dòng)物種類組成和多樣性分析結(jié)果，耐污能力較強(qiáng)的種類（蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓等）在固城湖優(yōu)勢度較高，表明固城湖水生態(tài)環(huán)境存在水質(zhì)污染惡化的潛在危險(xiǎn)。

4.2 建議

固城湖水生態(tài)環(huán)境目前正處于一個(gè)關(guān)鍵階段，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)生態(tài)方面的實(shí)時(shí)監(jiān)測、治理，同時(shí)加強(qiáng)宣傳管理，減少污染源頭的擴(kuò)大化、嚴(yán)重化。受胥河以及固城湖環(huán)湖工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，固城湖的湖水已經(jīng)受到影響，營養(yǎng)水平已經(jīng)較高，有水環(huán)境惡化的潛在危險(xiǎn)，同時(shí)固城湖屬于相對封閉型湖泊，出入湖河道較少，正常年份的換水周期較長，在一定程度上更加劇了水環(huán)境的惡化。

首先固城湖可在夏季合理調(diào)控其水體水位，加快湖水交換，如夏季上游長江水位較高時(shí)，引長江水交換湖水，縮短湖水的交換周期，降低湖水中營養(yǎng)物質(zhì)的濃度；其次嚴(yán)格控制輸入固城湖的氮磷含量，固城湖原有大堤已修建成漿砌石護(hù)坡，原有植被已被破壞，要有計(jì)劃地進(jìn)行植被的修復(fù)，使固城湖沿岸成為綠色屏障，削減面源營養(yǎng)物質(zhì)，建立生態(tài)緩沖帶，有效控制氮磷輸入固城湖。

固城湖作為高淳區(qū)最大的飲用水源地，要加強(qiáng)監(jiān)控，可采用人工監(jiān)測、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測與衛(wèi)星遙感相結(jié)合的方式，高密度監(jiān)控固城湖水質(zhì)生態(tài)發(fā)展的趨勢，及時(shí)預(yù)警，采取合適措施應(yīng)對。