渾河沈陽(yáng)段底棲動(dòng)物群落特征及與環(huán)境因子的關(guān)系

丁振軍

(遼寧省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110161)

1 引言

渾河是遼河最大的支流，也是遼寧省內(nèi)的獨(dú)立水系，發(fā)源于撫順市清原縣滾馬嶺，主要流經(jīng)撫順市和沈陽(yáng)市，共有148家規(guī)模以上污染源產(chǎn)生廢水，其中96家排入污水處理廠，52家排入河流，主要污染物為BOD、氨氮、總磷等[1]。底棲動(dòng)物在水生生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中具有重要作用[2]，底棲動(dòng)物對(duì)水質(zhì)污染反應(yīng)敏感，群落結(jié)構(gòu)可反映生態(tài)環(huán)境的變化[3]，底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間的關(guān)系一直都是研究熱點(diǎn)[4～6]。目前，已有部分研究對(duì)渾河底棲動(dòng)物和水質(zhì)間的關(guān)系進(jìn)行了探討[7，8]，但渾河底棲動(dòng)物和環(huán)境因子間的關(guān)系扔需深入研究。本文選取了渾河沈陽(yáng)段東陵大橋和于家房斷面2016～2020年底棲動(dòng)物和環(huán)境因子數(shù)據(jù)，分析了該河段底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子間的關(guān)系，為后續(xù)綜合整治工作提供參考。

2 研究方法

2.1 樣品采集

2016～2020年，渾河沈陽(yáng)段共設(shè)置東陵大橋和于家房2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為COD、高錳酸鹽指數(shù)、BOD、氨氮、總磷和底棲動(dòng)物10項(xiàng)，理化指標(biāo)每月監(jiān)測(cè)1次，底棲動(dòng)物每年監(jiān)測(cè)枯、豐兩個(gè)水期。底棲動(dòng)物定量樣品的采集使用40目索伯網(wǎng)，固定于75%乙醇中，帶回實(shí)驗(yàn)室鏡檢。理化指標(biāo)參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版)[9]采集固定并帶回實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)定。

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 多樣性指數(shù)

采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)[10]、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(C)[11]、Margalef豐富度指數(shù)(R)[12]和Pielou均勻度指數(shù)(J)[13]對(duì)渾河沈陽(yáng)段底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

(1)

(2)

(3)

(4)

式(1)～(3)中，Pi為樣品中屬于第i種的個(gè)體比例；Pi=ni/N，其中ni為第i種物種的個(gè)體數(shù)，N為樣品的總個(gè)體數(shù)。S為物種數(shù)。

同時(shí)應(yīng)用BI指數(shù)評(píng)價(jià)各斷面水質(zhì)狀況[14]。

(5)

式(5)中，BI為BI生物指數(shù)值；N為物種總個(gè)體數(shù)；ni為第i個(gè)分類單元的個(gè)體數(shù)；ti為第i個(gè)分類單元的耐污值。

BI指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì)按個(gè)體數(shù)量和每個(gè)分類單元的耐污值將水質(zhì)分為清潔、良好、輕污染、中污染和重污染五類(表1)。

表1 BI指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 排序分析

采用R語(yǔ)言(v 4.1.0)vegan包(v 2.5-7)對(duì)東陵大橋和于家房底棲動(dòng)物與環(huán)境因子間關(guān)系進(jìn)行排序分析。首先判斷應(yīng)該采用線性模型還是單峰模型，對(duì)底棲動(dòng)物數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(Decentred Correspondence Analysis，DCA)，觀察結(jié)果中第一軸長(zhǎng)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(duì)應(yīng)分析(Canonical Correspondence Analysis，CCA)，若在3～4之間，則兩種模型均可。底棲動(dòng)物及環(huán)境因子數(shù)據(jù)應(yīng)先進(jìn)行l(wèi)g(x+1)轉(zhuǎn)換，以消除不同量綱間的影響。

3 結(jié)果與分析

3.1 種類及數(shù)量組成

渾河沈陽(yáng)段共鑒定出底棲動(dòng)物3門5綱42種(表2)。節(jié)肢動(dòng)物門昆蟲(chóng)綱種類最多，25種，占總數(shù)的50.0%，軟甲綱4種，占9.5%；軟體動(dòng)物門腹足綱8種，占19.1%，瓣鰓綱4種，占9.5%；環(huán)節(jié)動(dòng)物門蛭綱4種，占11.9%。

3.2 多樣性指數(shù)

由表3可知，東陵大橋斷面Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Margalef指數(shù)呈2016～2019年上升、2020年下降的趨勢(shì)，各指數(shù)2019年最高分別為2.08、0.84、2.23；Pielou指數(shù)呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，2018年達(dá)到最低0.67；BI指數(shù)呈先升后降趨勢(shì)，水質(zhì)主要為良好和輕污染。于家房斷面Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou指數(shù)呈先升后降的趨勢(shì)，Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)2018年最高分別為2.01、0.83，Margalef指數(shù)2019年最高為2.20，Pielou指數(shù)2017年最高為0.87；BI指數(shù)呈下降趨勢(shì)，2016年最高為8.08，水質(zhì)從中污染上升到2020年的良好水平。

表2 渾河沈陽(yáng)段底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 渾河沈陽(yáng)段底棲動(dòng)物多樣性

3.3 水質(zhì)特征及CCA分析

參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[15]，由表4可知，2016～2020年?yáng)|陵大橋斷面水質(zhì)類別為由Ⅴ類上升為Ⅲ類，Ⅴ類指標(biāo)為BOD和氨氮；于家房斷面由2016年的劣Ⅴ類上升為2020年的Ⅴ類，劣Ⅴ類指標(biāo)主要為氨氮和總磷。

應(yīng)用去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(DCA)，結(jié)果顯示第一軸長(zhǎng)度為5.0675，大于4，適用單峰模型，故選用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)對(duì)底棲動(dòng)物和環(huán)境因子關(guān)系進(jìn)行排序分析。由表5可知，前三軸特征值分別為0.7721、0.6608和0.5196，解釋比例分別為30.77%、26.33%和20.71%，累計(jì)比例分別為30.77%、57.10%和77.81%，前三軸能夠較好地解釋響應(yīng)變量的總方差。德永雕翅搖蚊、喙隱搖蚊、淺白雕翅搖蚊、三帶環(huán)足搖蚊、圓眼粒龍虱與COD、高錳酸鹽指數(shù)呈較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，墨黑搖蚊、斑點(diǎn)小劃蝽與其也呈正相關(guān)關(guān)系，柔嫩雕翅搖蚊、黃蜻、七紋尾蟌、蘇氏尾鰓蚓、中華小長(zhǎng)臂蝦、八目石蛭、日本醫(yī)蛭、梨形環(huán)棱螺、方形環(huán)棱螺、紋沼螺、小土蝸、圓頂珠蚌則與五項(xiàng)環(huán)境因子呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖1)。

表4 2016～2020年渾河沈陽(yáng)段水質(zhì)類別

表5 底棲動(dòng)物與環(huán)境因子間的CCA排序結(jié)果

圖1 渾河沈陽(yáng)段底棲動(dòng)物與環(huán)境因子間的CCA排序圖(2型標(biāo)尺)

4 討論

通過(guò)對(duì)2016～2020年渾河沈陽(yáng)段底棲動(dòng)物和5項(xiàng)環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)，共監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物3門5綱42種，節(jié)肢動(dòng)物門昆蟲(chóng)綱動(dòng)物25種，占種類數(shù)的50.0%。BI指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，東陵大橋斷面和于家房斷面均呈變好趨勢(shì)，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)結(jié)果與BI指數(shù)大致呈現(xiàn)相同趨勢(shì)，說(shuō)明渾河沈陽(yáng)段水質(zhì)平穩(wěn)向好。CCA排序分析結(jié)果顯示，德永雕翅搖蚊、喙隱搖蚊、淺白雕翅搖蚊、三帶環(huán)足搖蚊、圓眼粒龍虱等物種與COD和高錳酸鹽指數(shù)呈顯著正相關(guān)，可能是這兩項(xiàng)環(huán)境因子的污染耐受種。柔嫩雕翅搖蚊、黃蜻、七紋尾蟌、蘇氏尾鰓蚓、中華小長(zhǎng)臂蝦、八目石蛭、日本醫(yī)蛭、梨形環(huán)棱螺、方形環(huán)棱螺、紋沼螺、小土蝸、圓頂珠蚌與五項(xiàng)環(huán)境因子呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明這些物種可能是污染敏感種，種群數(shù)量易受這5項(xiàng)環(huán)境因子影響。