大凌河錦州段底棲動物群落特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系

丁振軍

（遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧沈陽 110161）

大凌河是遼寧省西部最大的河流，北與老哈河、教來河相鄰，南與小凌河、六股河相鄰，東鄰繞陽河，西鄰灤河支流青龍河，于凌海市與盤錦市交界處注入渤海。大凌河是遼寧省西部的重要河流，沿途造紙等高污染企業(yè)是大凌河主要污染源。在采取了一系列污染綜合整治措施后，大凌河水質(zhì)得到逐步好轉(zhuǎn)。本文選取了大凌河錦州段張家堡和王家溝斷面2015—2018年底棲動物和水質(zhì)指標數(shù)據(jù)，分析了該河段底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子之間的關(guān)系，以期為后續(xù)綜合整治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品采集

大凌河錦州段設(shè)置2個監(jiān)測斷面，分別是張家堡和王家溝。樣品采集時間為2015年4月、2016年5月、2017年5月、2018年5月。

1.2 監(jiān)測指標

監(jiān)測指標為底棲動物、pH值、溶解氧、COD、氨氮、鎘、汞、砷、鉛、鉻等10項。使用40目索伯網(wǎng)采集底棲動物定量樣品，現(xiàn)場挑取并固定于75%乙醇中，帶回實驗室鏡檢；采用便攜式水質(zhì)多參數(shù)分析儀測定pH值和溶解氧；其他理化指標參照《水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）》采樣固定并帶回實驗室分析測定[1]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 多樣性指數(shù)。運用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'）[2]、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)（C）、Margalef豐富度指數(shù)（R）[3]和 Pielou均勻度指數(shù)（J）對大凌河錦州段底棲動物群落結(jié)構(gòu)進行分析。

式中：Pi表示樣品中屬于第i種的個體比例；Pi=ni/N，其中ni為第i種物種的個體數(shù)，N為樣品的總個體數(shù)；S表示物種數(shù)。

同時，應(yīng)用BI指數(shù)評價各斷面水質(zhì)狀況[4]。公式如下：

式中：BI表示BI生物指數(shù)值；N表示物種總個體數(shù)；ni表示第i個分類單元的個體數(shù)；ti表示第i個分類單元的耐污值。

BI指數(shù)評價水質(zhì)按個體數(shù)量和每個分類單元的耐污值將水質(zhì)分為清潔（BI指數(shù)≤4.2）、良好（BI指數(shù)為 4.2～5.6）、輕污染（BI指數(shù)為 5.6～7.0）、中污染（BI指數(shù)為 7.0～8.4）和重污染（BI指數(shù)＞8.4）等 5 類。

1.3.2 排序分析。運用R語言 （ver 4.1.0）vegan包（ver 2.5-7）對張家堡和王家溝底棲動物與水質(zhì)指標之間的關(guān)系進行排序分析。先判斷選擇線性模型還是單峰模型，對底棲動物數(shù)據(jù)進行去趨勢對應(yīng)分析（decentred correspondence analysis，DCA）， 觀察結(jié)果中第一軸長度（DCA1）。若 DCA1＜3，則可選擇線性模型冗余分析（redundancy analysis，RDA）；若 DCA1＞4，則可選擇單峰模型典范對應(yīng)分析（canonical correspondence analysis，CCA）； 若 DCA1 在 3～4 之間，則2種模型均可。底棲動物及水質(zhì)指標數(shù)據(jù)應(yīng)先進行l(wèi)g（x+1）轉(zhuǎn)換，以消除不同量綱間的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 底棲動物種類及數(shù)量組成

大凌河錦州段共鑒定出底棲動物3門5綱59種（表1、表2），其中：節(jié)肢動物門昆蟲綱種類最多，為45種，占總數(shù)的76.3%；軟體動物門腹足綱7種，占11.9%；環(huán)節(jié)動物門蛭綱3種，占5.0%；軟體動物門腹足綱7種，占11.9%；節(jié)肢動物門軟甲綱和軟體動物門瓣鰓綱均為2種，分別占3.4%。

表1 （續(xù)）

表1 大凌河錦州段節(jié)肢動物門底棲動物監(jiān)測結(jié)果

表2 大凌河錦州段環(huán)節(jié)動物門、軟體動物門底棲動物監(jiān)測結(jié)果

2.2 底棲動物多樣性

由表3可知，張家堡斷面Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou指數(shù)均呈現(xiàn)2015—2017年遞減、2018年上升的趨勢；各指數(shù)在2017 年最低，分別為 0.74、0.34、0.92、0.46；各指數(shù)在2018 年達到最高值，分別為 2.80、0.92、4.80、0.87。 BI指數(shù)值越大表征水體污染越嚴重。張家堡BI指數(shù)評價結(jié)果顯示，2015年水質(zhì)清潔，2016年和2017年水質(zhì)均輕污染，2018年水質(zhì)回升到良好水平。王家溝斷面 Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou指數(shù)顯示：2015—2016年呈下降趨勢；2016 年各指數(shù)最低， 分別為 1.50、0.67、1.94、0.72；2017—2018年各指數(shù)呈上升趨勢；2018年各指數(shù)最高，分別為 2.68、0.90、4.25、0.83。 BI指數(shù)評價結(jié)果顯示，王家溝斷面水質(zhì)在2015年表現(xiàn)為良好，2018年達到清潔水平。

表3 大凌河錦州段底棲動物多樣性

2.3 水質(zhì)特征及CCA分析

參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[5]，張家堡斷面pH值、砷、鉛、鉻均滿足Ⅰ類水質(zhì)標準，COD范圍為18.0～23.4 mg/L，氨氮含量范圍為0.048～0.780 mg/L，鎘含量范圍為0.000 02～0.002 80 mg/L，汞含量范圍為0.000 02～0.000 10 mg/L。王家溝斷面pH值、COD、鎘、砷、鉛、鉻均滿足Ⅰ類水質(zhì)標準，氨氮濃度范圍為0.012～0.270 mg/L，汞含量范圍為0.000 02～0.000 09 mg/L。綜合來看，王家溝斷面水質(zhì)狀況整體好于張家堡斷面。

應(yīng)用去趨勢對應(yīng)分析（DCA），可知第一軸長度為4.874 0，該值＞4，適用單峰模型，故選用典范對應(yīng)分析（CCA）對底棲動物與環(huán)境因子之間的關(guān)系進行排序分析。由表4可知，第一軸、第二軸和第三軸特征值分別為0.7422、0.5290和0.511 7，解釋比例分別為27.17%、19.36%和18.73%，累計比例分別為27.17%、46.53%和65.26%，第一軸、第二軸和第三軸均能夠較好地解釋響應(yīng)變量的總方差。綠鉤尾春蜓、紅紋蜉、安圖小蜉、三刺彎握蜉、紅天角蜉、卡羅長角紋石蠶、圓眼粒龍虱、格式星齒蛉以及喙隱搖蚊、新賓紡蚋、毛頭瘤虻、四節(jié)蜉、葦氏巴蛭、赤豆螺與溶解氧成高度正相關(guān)；前突搖蚊、彎鋏搖蚊、蓋氏特突搖蚊、柔嫩雕翅搖蚊、漸變長跗搖蚊、展開琥珀螺、光滑狹口螺、紋沼螺、梨形環(huán)棱螺、背角無齒蚌與高砷濃度和高pH值成高度正相關(guān)；雙線環(huán)足搖蚊、費塔無突搖蚊、長跗搖蚊、綠倒毛搖蚊、東方蜉、扁蚴蜉、小石蠶、長角石蠶、瘦蟌、橢圓蘿卜螺與高濃度汞有較強的正相關(guān)關(guān)系（圖1）。

圖1 大凌河錦州段底棲動物與環(huán)境因子之間的CCA排序圖（2型標尺）

表4 底棲動物與環(huán)境因子間的CCA排序結(jié)果

3 結(jié)論與討論

通過對2015—2018年大凌河錦州段的監(jiān)測，共鑒定底棲動物3門5綱59種，其中節(jié)肢動物門昆蟲綱動物45種，占種類數(shù)的76.3%。BI指數(shù)評價結(jié)果顯示，張家堡斷面水質(zhì)呈先降后升趨勢，王家溝斷面水質(zhì)呈現(xiàn)平穩(wěn)上升趨勢。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢度指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)結(jié)果均與BI指數(shù)呈現(xiàn)的趨勢相同，說明大凌河錦州段張家堡斷面和王家溝斷面水質(zhì)呈現(xiàn)變好的趨勢。CCA排序分析結(jié)果顯示，綠鉤尾春蜓、紅紋蜉、安圖小蜉、三刺彎握蜉、紅天角蜉、卡羅長角紋石蠶、圓眼粒龍虱、格式星齒蛉、喙隱搖蚊、新賓紡蚋、毛頭瘤虻、四節(jié)蜉、葦氏巴蛭、赤豆螺等物種與溶解氧成高度正相關(guān)，與其他污染指標成負相關(guān)，是敏感物種。敏感物種增多也進一步證明了大凌河錦州段水質(zhì)在不斷變好，這也為大凌河綜合治理提供了參考。