劉國(guó)鋒，韓士群*，何俊，嚴(yán)少華，周慶

1．中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無(wú)錫，21408；2. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京，210014；3. 無(wú)錫市農(nóng)林局水產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 無(wú)錫 214023

水葫蘆生態(tài)凈化工程對(duì)竺山湖底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化的影響

劉國(guó)鋒1,2，韓士群2*，何俊3，嚴(yán)少華2，周慶2

1．中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇 無(wú)錫，21408；2. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇 南京，210014；3. 無(wú)錫市農(nóng)林局水產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)站，江蘇 無(wú)錫 214023

在解決了機(jī)械化采收、資源化利用的終端處理后，利用適應(yīng)性廣、生物量大、凈化能力強(qiáng)的漂浮植物凈化污染水體，成為當(dāng)前受污水體、尤其是富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)治理的有效治理手段之一。在常規(guī)控養(yǎng)水生植物凈化水體的工程實(shí)踐中，主要是在風(fēng)浪擾動(dòng)小的岸邊或內(nèi)河里進(jìn)行，在湖泊等多風(fēng)浪擾動(dòng)的較大水體中進(jìn)行控養(yǎng)水生植物、凈化水體的工程實(shí)踐尚不多見(jiàn)。因此，根據(jù)江蘇省通過(guò)種養(yǎng)水葫蘆（Eichharnia crassipes）凈化太湖受污水體的治理要求，江蘇省農(nóng)科院在太湖竺山湖中央水域連續(xù)進(jìn)行了放養(yǎng)1000畝水面水葫蘆的生態(tài)凈化工程。本研究主要針對(duì)這種工程措施下，通過(guò)2011年控養(yǎng)水葫蘆后研究其對(duì)水體環(huán)境的影響及底棲生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性的變化。結(jié)果表明，軟體動(dòng)物（主要是銅銹環(huán)棱螺）的平均密度從遠(yuǎn)離到種養(yǎng)區(qū)內(nèi)分別為15.13、15.63、22.63 ind·m-2，生物量從遠(yuǎn)離到種養(yǎng)區(qū)內(nèi)分別為17.00、17.60、25.50 g·m-2，密度和生物量表現(xiàn)為種養(yǎng)區(qū)內(nèi)要高于種養(yǎng)區(qū)外圍；種養(yǎng)區(qū)內(nèi)寡毛類（主要是霍甫水絲蚓）和搖蚊幼蟲類的密度和生物量的變化表現(xiàn)為遠(yuǎn)種養(yǎng)區(qū)＞近種養(yǎng)區(qū)＞種養(yǎng)區(qū)內(nèi)，表明以水葫蘆為代表的漂浮植物規(guī)?；N養(yǎng)后，對(duì)底棲環(huán)境有一定的改善效果；然而，短期內(nèi)的控養(yǎng)水葫蘆進(jìn)行水體生態(tài)治理，不能立即顯現(xiàn)出明顯的改善效果，尤其是對(duì)于太湖這樣一個(gè)淺水、多風(fēng)浪擾動(dòng)的大水體，更需要長(zhǎng)期、持久的多措施并舉才能起到效果。利用Shannon-Weaver和Simpson指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)底棲環(huán)境，水體仍處于重度污染狀態(tài)。因此，短期內(nèi)規(guī)模化控養(yǎng)水葫蘆生態(tài)凈化工程措施未表現(xiàn)出對(duì)底棲生境及底棲生物的不良影響。

生態(tài)凈化工程；水葫蘆；底棲生物；群落結(jié)構(gòu)；生物量

近 30年來(lái)，因人為活動(dòng)加劇導(dǎo)致太湖流域水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重（黃漪平，2001；秦伯強(qiáng)，2007），以藍(lán)藻水華暴發(fā)頻繁并產(chǎn)生藻源性黑水團(tuán)現(xiàn)象為代表的水質(zhì)惡化問(wèn)題頻繁發(fā)生（陸桂華，2009），對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活造成了巨大影響（Lucie，2007）。針對(duì)太湖水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理，已經(jīng)采取了多種治理措施，如污染底泥環(huán)保疏浚（劉愛(ài)菊等，2006；鐘繼承等，2009）、種養(yǎng)水生植物的生態(tài)工程措施（陳荷生，2001）、引江濟(jì)太（吳浩云，2008；賈鎖寶，2008）等，這些措施在短期內(nèi)、一定條件下取得了較好的水質(zhì)改善效果。

在各種治理措施中，實(shí)施以水生植物恢復(fù)為主的生物凈化技術(shù)被廣泛認(rèn)為是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化治理的有效途徑（宋玉芝等，2013）。水生植物凈化受污水體，不但可原位改善水質(zhì)，同時(shí)可以通過(guò)大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行打撈、回收，避免了水生植物死亡后產(chǎn)生了二次污染問(wèn)題，因此在富營(yíng)養(yǎng)化水體中構(gòu)建生態(tài)工程措施具有廣闊的應(yīng)用前景。大量的室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用不同類型的水生植物凈化水體，都可取得理想的水質(zhì)改善效果（鄭軍，2011；何娜，2013）。但實(shí)際水體中因風(fēng)浪擾動(dòng)等外部因素，其對(duì)部分水生植物特別是沉水植物的成功恢復(fù)起到主要的影響作用。而在太湖這樣大型淺水、多風(fēng)浪擾動(dòng)的湖泊中（范成新等，2003），成功構(gòu)建以水生植物凈化受污水體為主的生態(tài)工程措施，必須以擴(kuò)繁能力強(qiáng)、生物量大、抗風(fēng)浪擊打能力強(qiáng)的植物作為主要的物種。

作為最為成功的入侵植物之一，水葫蘆（Eichhornia crassipes）作為十大惡性入侵雜草之一在我國(guó)南方多處水體中造成諸多影響（高雷，李博，2004；陳瀟，2012）。但因其生態(tài)位廣且具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如擴(kuò)繁能力強(qiáng)、生物量大、適應(yīng)性廣，被用作污染水體生態(tài)治理中的先鋒物種（Gunnarsson& Petersen，2007；Lagos等，2007），且在實(shí)際的工程應(yīng)用中表現(xiàn)出不俗的水體凈化能力和水質(zhì)改善效果（張志勇等，2010）。

在湖灣等受風(fēng)浪影響較小的水體中種養(yǎng)水葫蘆后對(duì)水體環(huán)境尤其是底泥中的底棲生物群落及其結(jié)構(gòu)的影響，作者已經(jīng)在前期研究中對(duì)底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)和生物量變化做了相關(guān)的分析（劉國(guó)鋒等，2010）；然而在水體交換頻繁、風(fēng)浪擾動(dòng)嚴(yán)重的竺山湖中心開展鳳眼蓮控養(yǎng)工程后，其對(duì)底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)變化的影響，尚未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。底棲動(dòng)物因大部或全部時(shí)間是生活于水體底部，其種群結(jié)構(gòu)能反映水體質(zhì)量變化，是水體環(huán)境監(jiān)測(cè)的良好指示生物（陳其羽等，1980）。利用底棲生物作為水體水質(zhì)的監(jiān)測(cè)生物，國(guó)內(nèi)外已有較多學(xué)者做了大量研究（Kazanci等，1998；李強(qiáng)等，2007；馬陶武等，2008）。本研究選取大水面放養(yǎng)鳳眼蓮后，通過(guò)對(duì)放養(yǎng)區(qū)內(nèi)外的大型底棲動(dòng)物的連續(xù)調(diào)查，來(lái)監(jiān)控底棲動(dòng)物的數(shù)量、群落結(jié)構(gòu)等的變化，根據(jù)底棲動(dòng)物的這一變化，以期能夠?yàn)樵诖笏娣硼B(yǎng)鳳眼蓮后對(duì)水體環(huán)境的影響提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)和理論支持，同時(shí)也為在風(fēng)浪影響較大水域中控養(yǎng)鳳眼蓮后對(duì)底棲動(dòng)物的影響效果的環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)

研究地點(diǎn)設(shè)在太湖竺山湖的實(shí)驗(yàn)區(qū)，本實(shí)驗(yàn)區(qū)處于武進(jìn)太滆村與宜興周鐵處水域中間位置（距離周鐵及太滆岸邊各有1.5 km遠(yuǎn)）。水葫蘆放養(yǎng)區(qū)利用不銹鋼鋼管、圍網(wǎng)和重力錨進(jìn)行固定，以能有效防止風(fēng)浪擾動(dòng)，水葫蘆能夠良好生長(zhǎng)。為了能夠有效的監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，共設(shè)樣點(diǎn)8個(gè)，其中遠(yuǎn)離放養(yǎng)區(qū)（Controlling area, CK）2個(gè)（1號(hào)點(diǎn)與8號(hào)點(diǎn)），靠近放養(yǎng)區(qū)3個(gè)（3、5、7號(hào)點(diǎn)）（Adjacent Planting Area, APA），放養(yǎng)區(qū)內(nèi)（Planting Area, APA）3個(gè)（2、4、6號(hào)點(diǎn)）（如圖1所示）；并利用手持GPS定位。

1.2 樣品采集及分析處理

水葫蘆放養(yǎng)區(qū)從5月上旬開始投放，每畝水面投放300 kg后讓其自然擴(kuò)繁至7月份逐漸長(zhǎng)滿控養(yǎng)圍格。從水葫蘆種苗開始投放前進(jìn)行水樣采集。從4月開始至11月水葫蘆打撈完畢采樣結(jié)束；每月的上旬和下旬各采集一次水樣，采集水樣時(shí)用采水器采集水體的上中下三層，然后取其混合樣。

同時(shí)同步進(jìn)行2次/月的底棲動(dòng)物樣品采集，從2011年4月─11月按照一定順序進(jìn)行連續(xù)采集（11月第二次由于下雨，且水葫蘆打撈采收完畢，采樣沒(méi)有持續(xù)）。樣品采集用1/40 m2改良的彼得遜采泥器，每個(gè)樣點(diǎn)采集2次，然后泥樣經(jīng)60目尼龍篩洗凈后，置于白瓷盤中肉眼觀察、用鑷子將底棲動(dòng)物標(biāo)本挑出，標(biāo)本用體積分?jǐn)?shù)為10%的福爾馬林溶液保存。在實(shí)驗(yàn)室中將標(biāo)本鑒定到盡可能低的分類單元（劉月英，1982；何志輝等，1982；Morse等，1994；彭建華，2002），然后計(jì)算，結(jié)果最終折算成單位面積的密度和濕重生物量。同時(shí)測(cè)定水體的DO、pH、透明度并觀察水體狀況。水樣采集完畢立即帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。水樣的TN、TP利用堿性過(guò)硫酸鉀消煮法測(cè)定（魏復(fù)盛，2002），水溶性NH4+-N、NO3--N、PO43--P的含量是把水樣經(jīng)GF/C(Whatman)濾紙過(guò)濾后利用注射式流動(dòng)分析儀測(cè)定（劉國(guó)鋒，2009），葉綠素含量的測(cè)定采用熱乙醇法測(cè)定（陳宇煒，2006）。

圖1 采樣點(diǎn)位示意圖Fig. 1 sampling sites

1.3 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)指標(biāo)

采用相對(duì)重要性指數(shù)(index of relative importance，IRI)確定底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種類（韓潔，2004）：

式中W為相對(duì)生物量，即某一物種的生物量占大型底棲動(dòng)物總生物量的百分比；N為相對(duì)豐度，即該物種的豐度占大型底棲動(dòng)物總豐度的百分比；F為該物種出現(xiàn)的頻率。生物多樣性指數(shù)選取Shannon-Weaver（H′）作為水質(zhì)情況的評(píng)價(jià)指數(shù)（龔志軍，2001）：

式中S為群落內(nèi)的種類總數(shù)，ni為第i個(gè)種的個(gè)體數(shù)，N表示所有種類總個(gè)體數(shù)。寡毛綱顫蚓科是典型的耐污種，其對(duì)環(huán)境具有重要的指示作用（梁彥齡，2000），數(shù)據(jù)分析時(shí)發(fā)現(xiàn)其在采樣點(diǎn)中密度較高，因此在分析各類群底棲動(dòng)物空間分布時(shí)將其單獨(dú)作為一個(gè)類群，軟體動(dòng)物中的腹足類由于個(gè)體較大，生物量較高，在實(shí)際運(yùn)算中也分開計(jì)算。

文中所列數(shù)據(jù)為各采樣點(diǎn)多次采樣計(jì)算結(jié)果的平均值。數(shù)據(jù)處理利用Excel 2007和Origin8處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類組成

在調(diào)查采樣期間采集得到120份樣品中，共采集到7種生物，隸屬于5科8種，其中寡毛目顫蚓科有霍甫水絲蚓（Limodrilus hoffmeisteri）、中華顫蚓（Tubifex sinicus）；雙翅目搖蚊幼蟲科有粗腹搖蚊幼蟲（Pelopia）和羽搖蚊幼蟲（Chironomus plumosus）；腹足綱田螺科主要是銅銹環(huán)棱螺（Bellamya aeruginosa）；瓣鰓綱珠蚌科有橢圓背角無(wú)齒蚌（Anodonta elliptica）和圓頂珠蚌（Unio douglaniae）；蛭綱水蛭科主要為水蛭（Hirudo nipponica Whitman）。這些種類在遠(yuǎn)離種養(yǎng)區(qū)、近種養(yǎng)區(qū)和種養(yǎng)區(qū)內(nèi)都有出現(xiàn)，且所采集到的這些種類均是太湖中常見(jiàn)的種類。

2.2 底棲動(dòng)物出現(xiàn)率及多樣性指數(shù)變化

所設(shè)樣點(diǎn)中采集到的大型底棲動(dòng)物中，寡毛綱與搖蚊幼蟲類出現(xiàn)率在98%以上，表明在各個(gè)樣點(diǎn)基本都能采集到這兩類底棲動(dòng)物；寡毛綱顫蚓科與搖蚊幼蟲是典型的耐污種，其對(duì)環(huán)境具有重要的指示作用，采樣結(jié)果表明其在數(shù)量上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，表明該處底棲環(huán)境處于重度污染狀態(tài)（何志輝，1982）。軟體動(dòng)物中，以銅銹環(huán)棱螺出現(xiàn)頻率較高尤其是在水葫蘆種養(yǎng)后期，由于其個(gè)體體重大，其總的生物量較大，因此其相對(duì)重要性指數(shù)也比其他的要高（表1）；其他的軟體動(dòng)物中雖有瓣鰓綱及蛭綱類出現(xiàn)，但其出現(xiàn)頻率較低，在總的物種中所占比例過(guò)低。

表1 種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外大型底棲動(dòng)物種類組成及相對(duì)重要性指數(shù)Table 1 Species composition of macrozoobenthos in and out planting area and the index of relative importance (IRI)

圖2 不同采樣時(shí)間內(nèi)底棲生物多樣性指數(shù)變化Fig. 2 Changes of biological diversity index in sampling time

從其多樣性指數(shù)變化來(lái)看，水葫蘆生態(tài)治理工程措施實(shí)施后，沒(méi)有明顯的改善底棲動(dòng)物的生活環(huán)境，也即是在該環(huán)境和位置下，此種規(guī)模的工程措施的水質(zhì)改善效果不明顯，具體表現(xiàn)為底棲生物的Shannon-Weaver（H′）多樣性變化不明顯，都在0.3以下（圖2）；根據(jù)H′的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在該種情況下其指示的底棲環(huán)境處于嚴(yán)重污染狀態(tài)。從時(shí)間變化序列上看，在水葫蘆種養(yǎng)形成一定面積覆蓋后，底棲環(huán)境開始有明顯的改觀，并表現(xiàn)為種養(yǎng)區(qū)內(nèi)要高于種養(yǎng)區(qū)邊緣和外圍；在 8─9月份期間，種養(yǎng)區(qū)外圍H′指數(shù)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，指示著水環(huán)境出現(xiàn)惡化的趨勢(shì)，這種變化趨向也與太湖竺山湖藍(lán)藻發(fā)生后出現(xiàn)大量堆積的時(shí)間相吻合，每年的8─9月份期間，水華藍(lán)藻大量發(fā)生后，受高溫影響而出現(xiàn)快速衰亡、降解現(xiàn)象，從而導(dǎo)致水體出現(xiàn)惡化，表現(xiàn)為底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)下降。由于各種底棲無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)環(huán)境條件的變化都有其一定的耐受范圍，因此只能粗略反映水體質(zhì)量的狀況，而不易確切地反映水質(zhì)的等級(jí)（嚴(yán)國(guó)安，1994）。因此，通過(guò)所得出的底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)值的變化情況，也只能表明此種情況下底棲環(huán)境的短期變化。

2.3 底棲動(dòng)物密度、數(shù)量和生物量變化

底棲動(dòng)物的數(shù)量和密度變化情況與物種具有相關(guān)性，但與底棲環(huán)境條件有較大的相關(guān)性，不同的底棲環(huán)境條件對(duì)底棲動(dòng)物的物種繁殖、生長(zhǎng)具有較大的影響。在太湖竺山湖湖區(qū)，長(zhǎng)期受外源來(lái)水污染的影響，沉積物也處于重度污染狀況（成新等，2004）。此種底棲環(huán)境下不利于喜好清水環(huán)境中生長(zhǎng)的軟體動(dòng)物，而耐污染類型的寡毛綱底棲動(dòng)物具有生態(tài)學(xué)上的生存優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為數(shù)量和密度較高（見(jiàn)表 2）。遠(yuǎn)離種養(yǎng)區(qū)、近種養(yǎng)區(qū)和種養(yǎng)區(qū)內(nèi)底棲動(dòng)物的平均密度和生物量變化都表現(xiàn)出類似的變化趨勢(shì)。所設(shè)3個(gè)采樣區(qū)中華顫蚓和搖蚊幼蟲都有出現(xiàn)，而大型軟體動(dòng)物（主要是銅銹環(huán)棱螺）的出現(xiàn)率稍有變化，從種養(yǎng)區(qū)外圍到種養(yǎng)區(qū)內(nèi)部其出現(xiàn)頻率、平均密度和生物量都呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，其平均生物量從17.02 g·m-2增加為25.46 g·m-2，增加了 49%，但種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外差異不顯著（P＜0.05）。搖蚊幼蟲類和寡毛類從遠(yuǎn)離種養(yǎng)區(qū)到近種養(yǎng)區(qū)則趨于相反的變化趨勢(shì)，也即表現(xiàn)為由種養(yǎng)區(qū)外圍到種養(yǎng)區(qū)內(nèi)部呈現(xiàn)下降的變化特點(diǎn)，其生物量變化情況，搖蚊幼蟲類和寡毛類生物量變化類似于其密度的變化趨勢(shì)，從種養(yǎng)區(qū)外圍到種養(yǎng)區(qū)內(nèi)，其生物量分別為0.62 g·m-2和0.92 g·m-2，但種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外差異不顯著（P＜0.05）。各種底棲動(dòng)物總的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為指示底棲環(huán)境污染重的種群密度和生物量由種養(yǎng)區(qū)外圍至種養(yǎng)區(qū)內(nèi)部呈現(xiàn)下降。底棲動(dòng)物在各個(gè)月份數(shù)量動(dòng)態(tài)變化情況如圖3所示。從時(shí)間序列上看，指示水體環(huán)境污染較重的寡毛類（在本研究中主要選擇在數(shù)量上占有優(yōu)勢(shì)的粗腹搖蚊幼蟲、羽搖蚊幼蟲和中華顫蚓為代表物種）的變化趨勢(shì)表現(xiàn)較為一致，都是在初始階段（4─5月份）表現(xiàn)為數(shù)量和密度較大、進(jìn)入6月份后出現(xiàn)快速下降的規(guī)律，推測(cè)到5月份期間，水溫開始回升到15～20℃為期快速繁殖提供了有利的水溫條件，同時(shí)冬季積累的、未及時(shí)分解的大量有機(jī)物為刮毛類底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖提供了充足的物質(zhì)條件，因此數(shù)量上表現(xiàn)為突然增加的現(xiàn)象。軟體動(dòng)物（主要以銅銹環(huán)棱螺為代表物種，其他軟體動(dòng)物因出現(xiàn)頻率較低、所占比例較小而在計(jì)算中忽略掉）的數(shù)量變化表現(xiàn)為逐漸增加，且到了 10月份達(dá)到年度最高值；隨后其數(shù)量就快速降低。這種變化情況可能是因?yàn)樵诘搅?1月份時(shí)，隨著水溫降低，影響了軟體動(dòng)物的繁殖；同時(shí)水葫蘆在打撈后也減少了其棲息、附著的物理場(chǎng)所，也在客觀上造成其數(shù)量下降。

表2 鳳眼蓮種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外大型底棲動(dòng)物的平均密度及現(xiàn)存量Table 2 Average density and biomass of macro-benthos in internal and external water hyacinth stocking areas

圖3 種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外底棲動(dòng)物數(shù)量變化Fig. 3 Population Changes of macro-benthos biomass in and away from the planting area

從空間變化來(lái)看，刮毛類底棲動(dòng)物數(shù)量均表現(xiàn)為水葫蘆生態(tài)工程種養(yǎng)區(qū)外圍要高于種養(yǎng)區(qū)邊緣和種養(yǎng)區(qū)內(nèi)部，但3種數(shù)量上具有優(yōu)勢(shì)的底棲動(dòng)物密度隨著水葫蘆放養(yǎng)后、在形成一定覆蓋面積后都出現(xiàn)了快速下降趨勢(shì)，也即在7月份后基本上處于穩(wěn)定狀態(tài)，而且工程區(qū)內(nèi)外數(shù)量上差異不明顯。而軟體動(dòng)物數(shù)量變化呈現(xiàn)逐漸增加趨勢(shì)，到了 10月份達(dá)到本調(diào)查年度的最高值為 43 ind·m-2，且遠(yuǎn)大于種養(yǎng)區(qū)邊緣和外圍。

2.4 底棲動(dòng)物生物量及其群落結(jié)構(gòu)的變化

圖4 不同采樣時(shí)間底棲動(dòng)物生物量變化Fig. 4 Changes of macro-benthos biomass during different sampling time

底棲動(dòng)物的生物量變化如圖4所示，指示水體污染較為嚴(yán)重的寡毛類、搖蚊幼蟲類生物量變化趨勢(shì)較為一致，均表現(xiàn)出在5月份含量較高，從種養(yǎng)區(qū)外圍到種養(yǎng)區(qū)內(nèi)分別為2.37、1.58、1.95、2.19、1.95、1.64 g·m-2；在水葫蘆生態(tài)工程開始實(shí)施后其生物量開始下降，雖然種養(yǎng)區(qū)外的生物量要高于種養(yǎng)區(qū)內(nèi)部，但影響不明顯。而軟體動(dòng)物的生物量則表現(xiàn)為一直增加的變化趨勢(shì)，遠(yuǎn)離種養(yǎng)區(qū)軟體動(dòng)物生物量變幅為7.88～26.00 g·m-2，種養(yǎng)區(qū)內(nèi)軟體動(dòng)物生物量變幅為7.88～48.38 g·m-2，增加幅度遠(yuǎn)高于種養(yǎng)區(qū)外圍，但種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外差異不顯著（P＜0.05）。采集到的底棲動(dòng)物種類中，寡毛類主要是以中華顫蚓為主，搖蚊幼蟲類主要是羽搖蚊幼蟲和粗腹搖蚊幼蟲為主，而軟體動(dòng)物則是以銅銹環(huán)棱螺為主（雖然有河蚌、水蛭等，但由于出現(xiàn)頻率過(guò)低、所占比例過(guò)小，在計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)）。由于水絲蚓和搖蚊幼蟲主要是在水體污染較重的環(huán)境中生存（Morse等，1994），常常為水體最嚴(yán)重污染區(qū)的優(yōu)勢(shì)種，因此常常被用來(lái)作為水體污染的指示種類（蔡永久等，2009）。刮毛類數(shù)量和生物量在本研究中表現(xiàn)為初始較高而隨后開始下降，搖蚊幼蟲類和寡毛類（主要是霍甫水絲蚓）的這種變化趨勢(shì)不能說(shuō)明水質(zhì)的變化情況，即使在種養(yǎng)區(qū)內(nèi)外他們的密度及生物量的變化，也不能就此確定種養(yǎng)區(qū)內(nèi)水環(huán)境就要好于種養(yǎng)區(qū)外，但從側(cè)面也說(shuō)明了水葫蘆生態(tài)凈化工程措施實(shí)施后沒(méi)有造成水體水質(zhì)的惡化。軟體動(dòng)物的生物量和密度一直增加，由于銅銹環(huán)棱螺成體在水體底部生活，以底棲著生藻類為食，間食水底的一些細(xì)菌以及淤泥中的有機(jī)碎屑，其適應(yīng)性較強(qiáng)，生態(tài)位寬（蔡永久等，2009），而大面積、高密度種植的鳳眼蓮所具有的須根系可以攔截大量的藍(lán)藻細(xì)胞（周慶等，2012），使得種養(yǎng)區(qū)內(nèi)因鳳眼蓮根系攔截而滯留的藍(lán)藻大大高于種養(yǎng)區(qū)外圍；同時(shí)因大面積、高密度種植的鳳眼蓮在較大水面上放養(yǎng)時(shí)還可以降低水體的流動(dòng)性（朱紅均，2007），使得底棲動(dòng)物受水流影響較小；而且水葫蘆大量根系可吸附和持留大量的懸浮物，植物根系連同固定的圍欄設(shè)施可以為浮游生物提供天然的棲息場(chǎng)所，為軟體動(dòng)物提供了優(yōu)良的食物來(lái)源；同時(shí)較高的水溫影響，較有助于軟體動(dòng)物的生長(zhǎng)和活動(dòng)。這些因素可以為軟體動(dòng)物提供大量的可攝食的物質(zhì)及機(jī)會(huì)，相應(yīng)的軟體動(dòng)物的密度及生物量都有所上升。但其生物量和密度在 11月份出現(xiàn)下降，無(wú)論在遠(yuǎn)離種養(yǎng)區(qū)和靠近種養(yǎng)區(qū)還是在種養(yǎng)區(qū)內(nèi)；但與歷史資料相比，受水質(zhì)惡化、人工捕撈過(guò)于頻繁而導(dǎo)致銅銹環(huán)棱螺的個(gè)體重量都出現(xiàn)了個(gè)體小型化趨勢(shì)（蔡永久等，2009）。熊金林等（2003）認(rèn)為，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越重，則某些底棲動(dòng)物種類消失，而耐污種類增加；但在本研究中尚未出現(xiàn)此種情況，可能是因?yàn)楸竟こ檀胧┪挥隗蒙胶行膮^(qū)域，水體受湖流、風(fēng)浪等影響較大，而不會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)重度惡化的現(xiàn)象，因此底棲動(dòng)物表現(xiàn)為不同的變化模式。

2.5 上覆水體營(yíng)養(yǎng)鹽與葉綠素含量變化

從2011年4月─11月共進(jìn)行了15次樣品采集，水體中TN、TP含量變化如圖5所示（數(shù)據(jù)表示為該采樣時(shí)間分析結(jié)果的平均值）。上覆水體中TN、TP含量總體呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，尤其是以TN的變化較為明顯。在靠近種養(yǎng)區(qū)和遠(yuǎn)離種養(yǎng)區(qū)內(nèi)的TN、TP含量在總體上表現(xiàn)為要高于種養(yǎng)區(qū)內(nèi)TN、TP含量，但在水葫蘆凈化工程圍欄內(nèi)外差異不明顯；隨采樣時(shí)間變化，水體中TN、TP含量逐漸升高，尤其是TN含量在9月份達(dá)到本年度研究的最高值。水體中 TP含量變化較為平緩，但水體中PO43--P則表現(xiàn)為自9月份開始增加后處于較高的水平；上覆水體中葉綠素含量在進(jìn)入8月份后出現(xiàn)一個(gè)峰值，最高值出現(xiàn)在種養(yǎng)區(qū)外圍為86.84 μg·L-1，隨后其含量快速下降。出現(xiàn)種養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體 TN、TP含量高于種養(yǎng)區(qū)外的情況，是由于太湖在進(jìn)入6月份以后，水體中開始出現(xiàn)大量藍(lán)藻，受水體流動(dòng)性和鳳眼蓮根系的影響，這些藍(lán)藻在經(jīng)過(guò)鳳眼蓮種養(yǎng)區(qū)時(shí)會(huì)因鳳眼蓮根須的攔截、吸附作用而被持留在鳳眼蓮根須上，同時(shí)鳳眼蓮放養(yǎng)區(qū)也降低了水體流動(dòng)性，使得細(xì)胞內(nèi)含有大量N、P的藍(lán)藻細(xì)胞被攔截在鳳眼蓮種養(yǎng)區(qū)內(nèi)（圖 5下示），因此造成種養(yǎng)區(qū)內(nèi)水體的TN、TP含量要高于種養(yǎng)區(qū)外圍。到了8月下旬，較高的水體溫度及自身新陳代謝作用，大量藻細(xì)胞開始死亡，細(xì)胞內(nèi)含有的大量N、P營(yíng)養(yǎng)鹽開始釋放到水體中，且因流動(dòng)水體的混合作用，使得鳳眼蓮放養(yǎng)區(qū)內(nèi)外水體中TN、TP含量的差異反而降低。

圖5 不同采樣時(shí)間內(nèi)水體TN、TP及葉綠素含量變化Fig. 5 Concentration changes of TN, TP, Chl-a in water column in different sampling time

2.6 環(huán)境變量特征

對(duì)各環(huán)境變量進(jìn)行主成分分析（PCA）；在進(jìn)行PCA分析前，對(duì)相關(guān)環(huán)境變量進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明差異極顯著（P＜0.01）。軸1和軸2的特征值分別是0.512、0.096，第1和第2主成分分別解釋了總環(huán)境變量的51.22%和9.56%。前4個(gè)主成分可解釋的總環(huán)境變量信息的68.43%（圖6示）。其中，第1軸的貢獻(xiàn)率最大，達(dá)到51.22%。通過(guò)對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行篩選，排除一些貢獻(xiàn)小的因子后，結(jié)果顯示，水溫與軟體動(dòng)物間呈現(xiàn)正相關(guān)性；NO3--N含量、NH4+-N含量、TP含量、Chla含量和TLI指數(shù)與粗腹搖蚊幼蟲（Pentaneura sp．）、羽搖蚊幼蟲（Chironomus plumosus）、中華顫蚓（Rhyacodrilus sinicus）數(shù)量呈正相關(guān)；而與水體SD、DO、N：P呈負(fù)相關(guān)性。

環(huán)境因子負(fù)載值的大小，表明環(huán)境變量與主成分的關(guān)系密疏程度。在第1主成分上高負(fù)載值的環(huán)境變量有：水體葉綠素含量、TN含量、NO3--N含量、NH4+-N含量、TP含量及水體綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)TLI；第2主成分上高負(fù)載值的環(huán)境變量有：水體pH、溶解氧DO含量、TN含量、NP比（表3）。第1組樣點(diǎn)中主要是與營(yíng)養(yǎng)鹽含量及水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)密切相關(guān)，而與水溫、水體透明度、水體TN:TP比呈負(fù)相關(guān)。第2組樣點(diǎn)中，主要是與水體pH、DO、TN:TP比例呈正相關(guān)性，而與水溫、Chla含量、NO3--N含量、NH4+-N含量、PO43--P含量：等水體可溶性營(yíng)養(yǎng)鹽呈負(fù)相關(guān)性。

圖6 底棲動(dòng)物物種組成與環(huán)境變量的典范對(duì)應(yīng)分析Fig.6 CCA of the environmental variables in the DCA grouping sites of macrobenthos species in sampling time

3 討論

作為水體底棲環(huán)境的指示生物，搖蚊幼蟲和水絲蚓的平均密度和生物量變化情況反映了水體及底棲環(huán)境的變化，可以較好的記錄水體環(huán)境的長(zhǎng)期變化情況（Richy等，2007；Malik等，2007）。根據(jù)采樣調(diào)查結(jié)果，寡毛類和搖蚊幼蟲的生物量及其密度在5月份達(dá)到本研究調(diào)查年度的高值，由對(duì)照至種養(yǎng)區(qū)內(nèi)其生物量分別為2.37、1.95、2.19、1.64 g·m-2；隨著水葫蘆覆蓋面積擴(kuò)大其數(shù)量和生物量出現(xiàn)快速下降；軟體動(dòng)物的數(shù)量和生物量則表現(xiàn)為不斷增加的變化趨勢(shì)，從4月初的4.5 g·m-2到10月份的29.3 g·m-2，而對(duì)照和近種養(yǎng)區(qū)處的生物量分別從7.85 g·m-2增加到36.0和48.2 g·m-2。出現(xiàn)這種變化現(xiàn)象，應(yīng)該是在水葫蘆快速擴(kuò)繁覆蓋水面后對(duì)水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量及水體污染物、透明度等產(chǎn)生不同程度的影響。因水葫蘆具有快速吸收水體中氮磷、去除污染物和增加水體透明度的作用，特別是在夏秋季，由于光照強(qiáng)、溫度高，水葫蘆的生長(zhǎng)速度快、擴(kuò)繁能力強(qiáng)，水葫蘆可以在吸收水體中氮磷的同時(shí)，去除了其他污染物，如COD、有機(jī)碳、懸浮物及重金屬（Gunnarsson等，2007；姜麗紅等，2009），具有較強(qiáng)的水體改善效果；同時(shí)，種養(yǎng)區(qū)水體流速減緩，植物根系周圍聚集了大量的懸浮態(tài)顆粒物，有大量的有機(jī)質(zhì)供軟體動(dòng)物覓食，且提供了附著場(chǎng)所；植物根系可以分泌溶氧和有機(jī)酸。在凈化水體的同時(shí)也為軟體動(dòng)物提供了失誤來(lái)源，因此出現(xiàn)軟體動(dòng)物數(shù)量和生物量增加，而寡毛類和顫蚓類的數(shù)量與生物量下降的現(xiàn)象，這也與作者前期的研究結(jié)果相同（劉國(guó)鋒，2010）。

表3 各環(huán)境因子在典范對(duì)應(yīng)分析中的4個(gè)成分負(fù)載值Table 3 CCA loadings of each environmental variable on the first four axes

從所采集到的底棲動(dòng)物的組成來(lái)看，占有優(yōu)勢(shì)地位的底棲動(dòng)物主要是以寡毛類、搖蚊幼蟲類、軟動(dòng)物為主，也就是以指示水體環(huán)境污染較重的生物為主（圖3）。由于霍甫水絲蚓和搖蚊幼蟲主要指示著污染較重的水體環(huán)境，因此他們的密度和數(shù)量變化將直接反映水質(zhì)好壞情況，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越重，則他們的密度越高（Riky等，2007），底棲動(dòng)物的群落多樣性較低。出現(xiàn)的其他種類主要是橢圓背角無(wú)齒蚌、螞蟥及少量的河硯。群落多樣性指數(shù)下降，說(shuō)明水體處于嚴(yán)重污染狀態(tài)。熊金林等（2003）通過(guò)對(duì)湖北梁子湖不同污染類型湖泊的研究，發(fā)現(xiàn)軟體動(dòng)物的密度及種類數(shù)隨湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度的增加而呈反向變化趨勢(shì)；底棲動(dòng)物多樣性降低多是因?yàn)楹锤粻I(yíng)養(yǎng)化的加劇及生境條件破壞等造成的（Kazanci等，1998）。太湖地區(qū)受臺(tái)風(fēng)、湖流等影響，水流交換頻繁，即使種養(yǎng)數(shù)千畝的水葫蘆，其所占的水面面積與竺山湖面積相比仍然較小，因此不會(huì)出現(xiàn)對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響效果，這也從本年度及 2009年度的研究結(jié)果中得到了驗(yàn)證。從生態(tài)學(xué)和循環(huán)農(nóng)業(yè)的觀點(diǎn)來(lái)看，利用鳳眼蓮快速吸收水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽及擴(kuò)繁能力，作為富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理的一個(gè)選擇，在解決好植物安全性控制、后續(xù)資源化利用等后續(xù)問(wèn)題后，將是一種具有巨大的應(yīng)用前景和實(shí)用價(jià)值的治理方法（Malik等，2007；楊林章等，2013；Wang等，2013）。與其他農(nóng)業(yè)殘留物相比，水葫蘆具有較高的生產(chǎn)力和較高的沼氣生產(chǎn)率，同時(shí)也是各種污染物進(jìn)行植物修復(fù)的重要物種，具有較高的污染物去除效率和較高的污染物耐受能力（嚴(yán)少華等，2012）。因此，在污染水體中，尤其是重度富營(yíng)養(yǎng)化水體中種植鳳眼蓮將會(huì)顯著的改善污染水體的水質(zhì)，同時(shí)也將成為重污染水體生態(tài)治理的先鋒物種。

4 結(jié)論

在太湖竺山湖實(shí)施水葫蘆控制性種養(yǎng)圍欄工程措施后，指示底棲環(huán)境污染較重的物種刮毛類和搖蚊幼蟲類底棲動(dòng)物數(shù)量和生物量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從5月至10月份，由對(duì)照至種養(yǎng)區(qū)內(nèi)其生物量分別為2.37、1.95、2.19 g、1.64 g·m-2，且種養(yǎng)區(qū)內(nèi)＜種養(yǎng)區(qū)外圍。軟體動(dòng)物則表現(xiàn)為增加現(xiàn)象，從4月初的4.5 g·m-2到10月份的29.3 g·m-2，而對(duì)照和近種養(yǎng)區(qū)處的生物量分別從7.85 g·m-2增加到36.0和48.2 g·m-2，其數(shù)量呈現(xiàn)不斷增加趨勢(shì)；多樣性指數(shù)分析結(jié)果表明竺山湖水體仍然處于重度污染狀態(tài)。

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Effects of Ecological Purification Engineering of Planting Water Hyacinth on Macro-Benthos Community Structure

LIU Guofeng1,2, HAN Shiqun2, HE Jun3, YAN Shaohua2, ZHOU Qing2,

1. Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, China;
2. Institute of Agricultural Resource and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Science. Nanjing 210014, China;
3. Fisheries technical guidance Station of Wuxi Municipal Bureau of Agriculture, Forestry, Wuxi 214023, China

It is one of the effective ecological measures of management of purifying the polluted water body by using the floating plants, which has the wide adaptability, large biomass, strong purification ability, especially the eutrophication water, after solving the mechanized harvesting, recycling use of terminal processing. The conventional ecological engineering practice is mainly in small water body or inland rivers, which has the obvious purification effects for no wind disturbance. But controlled planting the aquatic plants in large water body to purify the polluted water is still rare now. According to the instruction and requirements of Jiangsu Province, the ecological effects of planting 67 hectares water hyacinth (E. crassipens) in Zhushan Bay, Lake Taihu, which is one of the polluted lake water purification measures in Jiangsu Province and mainly planted by Jiangsu Academic Agricultural Science, on macro-benthos population and structure and benthos environment, were studied during 4～11 month in 2011 with consecutive surveys. Results indicated that average density mollusca (the main species were Bellamya aeruginosa) in far-planting, near-planting and planting area was 15.13、15.63、22.63 ind·m-2，respectively, and biomass was 17.00、17.60、25.50 g·m-2，respectively, showed that benthos biomass in planting area was higher than that the others. However, the average density and biomass of Oligochaeta (the main species were Limodrilus hoffmeisteri) and Chironomidae in planting area were lower than that outside of planting area, and it demonstrated that the benthic environment gradually improved after controlled planting the floating plants. It indicated that the ecological engineering management through planting water hyacinth couldn’t show the obvious purification effects of polluted water in a short time, especially in a shallow, wind disturbance of large lake, and it need long-term, lasting approached to reach the purifying goals. The index of Shannon-Weaver and Simpson indicated that water environment was severe polluted state. On the basis of the survey results, the large-area and high-density planting water hyacinth haven’t demonstrate adverse impact on macro-benthos and benthos environment in short planting time.

ecological purification engineering; water hyacinth; Macro-Benthos; community structure; biomass

X17

：A

：1674-5906（2014）08-1311-09

劉國(guó)鋒，韓士群，何俊，嚴(yán)少華，周慶. 水葫蘆生態(tài)凈化工程對(duì)竺山湖底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(8): 1311-1319.

LIU Guofeng, HAN Shiqun, HE Jun, YAN Shaohua, ZHOU Qing. Effects of Ecological Purification Engineering of Planting Water Hyacinth on Macro-Benthos Community Structure [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(8): 1311-1319.

國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（41101525）；江蘇省自主創(chuàng)新資金（CX(12)5057）；國(guó)家重大科技專項(xiàng)巢湖水專項(xiàng)(2012ZX07103-005)

劉國(guó)鋒（1979年生），副研究員，博士。主要研究方向?yàn)樗h(huán)境污染及生態(tài)治理。E-mail:308390036@qq.com

*通訊聯(lián)系人：shqunh@126.com

2014-06-21