“十三五”期間洪澤湖底棲動物多樣性調查及趨勢分析

楊廣利，王芹，楊子毅

(江蘇省淮安環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 淮安 223001)

洪澤湖(118°10′～118°52′ E、33°6′～33°40′ N)屬于平原淺水型湖泊，水域面積達1 597 km2，是中國五大淡水湖之一、江蘇省第二大淡水湖，具有豐富的自然資源以及重要生態(tài)系統(tǒng)服務價值。作為蘇北地區(qū)的重要水源地以及南水北調東線的重要調蓄庫，洪澤湖水域生物在物質循環(huán)與水生生物鏈作用中扮演著重要角色，也是生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。而近年來受粗放式發(fā)展模式的影響，洪澤湖非法侵占水域，生物多樣性、水體質量下降等生態(tài)環(huán)境問題較為嚴重[1]，削弱了洪澤湖生態(tài)服務功能的發(fā)揮，洪澤湖水生態(tài)系統(tǒng)健康遭受嚴重威脅。

底棲動物是水生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，同時也是監(jiān)測環(huán)境健康狀況與評價的重要指示物種[2]，有學者從底棲動物調查[3]、群落演替[4]、生物多樣性[5]、生物完整性[6-9]等角度開展了研究，但針對中長時序底棲動物生態(tài)評價與變化趨勢的研究相對較少。現(xiàn)利用“十三五”期間洪澤湖底棲動物監(jiān)測數據，選取香農威納指數(H′)評價洪澤湖底棲動物物種豐富程度，利用Goodnight-whitely修正指數(GBI)、生物學污染指數(BPI)、生物指數(BI)以及生物耐污敏感性指標(BMWP)數值對洪澤湖生態(tài)污染狀況進行了分析，在此基礎上構建廣義線性模型對底棲動物多樣性進行分析及預測[10]，為洪澤湖流域的合理開發(fā)利用與可持續(xù)發(fā)展提供基礎資料。

1 研究方法

1.1 采樣時間

2015—2020年每年春、秋季對各個點位進行一次采樣。

1.2 采樣點位

在洪澤湖共設置9個點位，分別為國控點6個(龍集鎮(zhèn)北、成河鄉(xiāng)中、臨淮鄉(xiāng)、老山鄉(xiāng)、高良澗鎮(zhèn)、蔣壩鎮(zhèn))，另增設3個點位(成河鄉(xiāng)東、成河鄉(xiāng)北、成河鄉(xiāng)西)，具體監(jiān)測點位示意見圖1。

1.3 樣品采集與處理

底棲動物的采集與分析均按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)進行。采樣時使用開口為1/16 m2的采泥器采集4個樣方，40目篩網篩洗后裝入自封袋，4℃冷藏保存，并在一定時間內完成活體挑揀。挑揀出的個體用濃度為70%的乙醇溶液固定，在實驗室進行分類鑒定和計數，并按濕重稱量法測量生物量，對鑒定好的物種按照采樣面積計算其密度。

1.4 數據處理與分析

采用香農威納指數(H′)對底棲動物多樣性進行評價，計算公式如下：

H′=-∑Pilog2Pi

(1)

式中：Pi——物種i所占點位總密度百分比。H′值的大小意味著群落多樣性的高低，其值越大，物種多樣性越高，反之多樣性越低。

H′對應評價標準如下：H′>3，物種豐富；2

利用GBI、BPI、BI以及BMWP指數對洪澤湖生態(tài)狀況進行評價，計算公式如下：

(2)

(3)

BI=∑(Ti)(Ni)/N

(4)

BMWP=∑Ti

(5)

式中：N——樣品中底棲動物總數；Noli——樣品中寡毛類總數；N1——寡毛類、蛭類和搖蚊幼蟲個體數，個/m2；N2——多毛類、甲殼類、除搖蚊幼蟲以外的其他水生昆蟲的個體數，個/m2；N3——軟體類個體數，個/m2；Ni——第i個分類單元的個體數，個；Ti——第i個分類單元的質量值，g。

GBI對應評價標準如下：0.4

BPI對應評價標準如下：BPI≤0.1，水質清潔；0.15.0，重污染。

BI對應評價標準如下：BI<5.40，水質極清潔；5.40≤BI<6.44，清潔；6.44≤BI<7.48，輕污染；7.48≤BI≤8.51，中污染；BI>8.51，重污染。

BMWP對應評價標準如下：BMWP≥43，水質極清潔；32≤BMWP<43，清潔；22≤BMWP<32，輕污染；11≤BMWP<22，中污染；BMWP<11，重污染。

通過廣義線性模型方法構建生物指標與環(huán)境變量間的預測模型。采用Origin 8.0和Excel對底棲動物群落結構以及水環(huán)境因子進行統(tǒng)計，利用SPSS 20構建廣義線性模型。

2 結果與分析

2.1 底棲動物種類組成及趨勢分析

2015—2020年洪澤湖底棲動物主要種類組成見圖2。由圖2可見，2015年共發(fā)現(xiàn)底棲動物13種，其中軟體動物門8種，環(huán)節(jié)動物門3種，節(jié)肢動物門2種；2016年共發(fā)現(xiàn)底棲動物9種，其中軟體動物門4種，環(huán)節(jié)動物門3種，節(jié)肢動物門2種；2017年共發(fā)現(xiàn)底棲動物10種，其中軟體動物門4種，環(huán)節(jié)動物門4種，節(jié)肢動物門2種；2018年共發(fā)現(xiàn)底棲動物5種，其中軟體動物門1種，環(huán)節(jié)動物門2種，節(jié)肢動物門2種；2019年共發(fā)現(xiàn)底棲動物7種，其中軟體動物門1種，環(huán)節(jié)動物門3種，節(jié)肢動物門3種；2020年共發(fā)現(xiàn)底棲動物22種，其中軟體動物門7種，環(huán)節(jié)動物門7種，節(jié)肢動物門7種。2015—2020年底棲動物優(yōu)勢種均為河蜆。

圖2 2015—2020年洪澤湖底棲動物主要種類組成

2015—2020年洪澤湖底棲動物、軟體動物種類數變化趨勢見圖3。由圖3可見，2015—2020年底棲動物種類數變化范圍為5～22，其中2015—2017年種類數基本維持穩(wěn)定，2018—2019年有所減少，2020年生物種類數增加。洪澤湖底棲動物種類數總體來說呈上升趨勢。其中對水質要求較高的軟體動物種類數在2015—2020年基本穩(wěn)定。主要原因為“十三五”以來，江蘇省和淮安市兩級政府加強了洪澤湖生態(tài)環(huán)境保護，印發(fā)了《關于加強洪澤湖生態(tài)保護和科學利用的實施意見》《江蘇省洪澤湖保護規(guī)劃》等一系列政策文件。2020年以來，淮安市政府投入30億元實施“兩船”整治與漁民上岸工程。生態(tài)文明建設的剛性約束，大大降低了洪澤湖外源污染的輸入，初步控制了農業(yè)面源污染，減少了漁業(yè)資源捕撈，豐富了生物多樣性，使得底棲動物物種數在2020年有了較大幅度的提高。

圖3 2015—2020年洪澤湖底棲動物、軟體動物種類數變化趨勢

2.2 底棲動物多樣性分析

2015—2020年洪澤湖底棲動物生物多樣性監(jiān)測結果見表1。

表1 2015—2020年洪澤湖底棲動物生物多樣性監(jiān)測結果

由表1可見，2015—2020年底棲動物多樣性在一般至較豐富之間，高良澗鎮(zhèn)、臨淮鄉(xiāng)和成河鄉(xiāng)西生物多樣性趨好，蔣壩鎮(zhèn)、成河鄉(xiāng)中、成河鄉(xiāng)西、成河鄉(xiāng)北、龍集鎮(zhèn)北、成河鄉(xiāng)東生物多樣性基本穩(wěn)定。2018年有3個點位的生物多樣性貧乏，推測原因可能與當年度干旱引起水位降低，物種多樣性減少有關。

2.3 底棲動物水質評價

選用GBI、BPI、BI、BMWP 4種指數對各監(jiān)測點位的水質狀況進行評價，2015—2020年洪澤湖各點位指數變化情況見圖4(a)(b)(c)(d)。

圖4 2015—2020年洪澤湖各點位指數變化情況

由圖4(a)可見，GBI指數法顯示各監(jiān)測點位在不同年度均處在清潔至輕污染之間，點位間和年度間變化均不大，龍集鎮(zhèn)北在2017和2018年分別為中污染和嚴重污染等級；由圖4(b)可見，BPI指數法顯示多數點位在不同年度均處在輕污染至α-中污染之間，僅2018年在龍集鎮(zhèn)北出現(xiàn)了β-中污染；由圖4(c)可見，BI指數法顯示多數點位在不同年度均處在清潔至輕污染之間，僅成河鄉(xiāng)中(2019年)和龍集鎮(zhèn)北(2018、2019年)個別年度為重污染；由圖4(d)可見，BMWP指數法顯示多數點位在不同年度均處在清潔至中污染之間，臨淮鄉(xiāng)(2019年)、成河鄉(xiāng)中(2019年)和龍集鎮(zhèn)北(2018、2019年)個別年度為重污染。總體而言，“十三五”期間洪澤湖污染狀況介于清潔至輕污染之間，龍集鎮(zhèn)北、成河鄉(xiāng)中和臨淮鄉(xiāng)在2018—2019年評價結果出現(xiàn)1～2次重污染，可能與當年洪澤湖流域出現(xiàn)大面積干旱引起的物種種類數減少有關。成河鄉(xiāng)東、成河鄉(xiāng)西和成河鄉(xiāng)北由于不是國控點位，2018—2020年以來未做采樣分析，因此缺少相關數據。

鑿出的這朵牡丹花，規(guī)模決不會比石佛小?？砷_鑿石佛，是在光天化日之下，在群山之間，舉嘉州全州之力，預備好的百年功業(yè)，哪怕是日后西巡成都的皇帝，也不敢奢望自己能有放舟岷江青衣江大渡河三江，得窺佛祖真容的一天，好在大唐千秋萬代，子孫中總有一個陛下會有去揭幕剪彩的運氣。工圣僧一行他老人家，帶領著他的弟子們，鑿空山腹，由實在的石頭里，鑿出子虛烏有的山洞，山洞里危危欲綻的牡丹花，牡丹花惟妙惟肖，好像在等待一只巨大的彩蝶，在火光里振翼飛來一般，這是如何做到的？

2.4 生物多樣性趨勢分析

2.4.1 模型構建

采用廣義線性模型方法構建預測模型[11]來預測洪澤湖底棲動物生物多樣性的變化趨勢。底棲動物多樣性指數作為應變量，水質理化變量pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷濃度作為模型的預測變量。

以底棲動物H′指數作為被預測變量，得到初步的預測模型如下：

Y=1.761-0.179X1+0.013X2+0.147X3+0.105X4-0.098X5+1.197X6

以底棲動物Simpson物種多樣性指數(D)作為被預測變量，得到初步的預測模型如下：

Y=0.632-0.046X1+0.008X2+0.054X3+0.031X4+0.021X5+0.495X6

以底棲動物Pielou均勻度指數(J)作為被預測變量，得到初步的預測模型如下：

式中：X1——pH值；X2——溶解氧質量濃度，mg/L；X3——高錳酸鹽指數，mg/L；X4——五日生化需氧量，mg/L；X5——氨氮質量濃度，mg/L；X6——總磷質量濃度，mg/L。

2.4.2 模型驗證

使用2021年上半年對北京路水廠取水口、戴樓衡陽、洪金、淮河大橋等共8個點位的理化指標實際監(jiān)測值代入預測模型，對洪澤湖底棲動物生物多樣性進行預測，洪澤湖底棲動物多樣性指數預測值與實際值對比結果見表2。

表2 洪澤湖底棲動物多樣性指數預測值與實際值對比

由表2可見，D和J指數模型的預測值和實際值更接近，而H′指數模型的預測值與實際值相差較大。因此選擇D與J指數模型進行進一步預測。

2.4.3 2025年生物多樣性指數預測

高良澗鎮(zhèn)、蔣壩鎮(zhèn)和老山鄉(xiāng)3個點位“十四五”末(2025年)的洪澤湖底棲動物生物多樣性指數預測結果見表3。

表3 洪澤湖底棲動物生物多樣性指數預測值

由表3可見，2025年預測值與2021年實際測量值基本持平，水質基本穩(wěn)定，底棲動物生物多樣性無明顯變化。

3 結論

(1)2015—2020年洪澤湖底棲動物類群主要有軟體動物門、環(huán)節(jié)動物門和節(jié)肢動物門，優(yōu)勢種均為河蜆，底棲動物種類數介于5～22種，2020年最多。從年度變化趨勢來看，“十三五”期間底棲動物種類數略有波動，但總體上呈上升趨勢，生物多樣性有所改善。

(2)用4種指數方法對2015—2020年洪澤湖水質污染狀況評價的結果基本一致，除龍集鎮(zhèn)北點位以外，其他點位在不同年度水質污染狀況均處在清潔至輕污染之間，時間和空間上變化均不大。龍集鎮(zhèn)北在4種指數計算中結果為中污染至重污染，應引起足夠重視。

(3)預測模型結果顯示，“十四五”末(2025年)洪澤湖底棲動物生物多樣性與2021年相比基本無變化，水質穩(wěn)定。