姜磊娜， 吳俊鋒， 凌 虹， 傅銀銀

(1．江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇南京 210036；2.江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210036；3．江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇南京 210036)

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江蘇省太湖流域主要河流底棲動(dòng)物與水質(zhì)的相關(guān)性研究

姜磊娜1，2，3， 吳俊鋒1，2， 凌 虹1，2， 傅銀銀1，2，3

(1．江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院，江蘇南京 210036；2.江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210036；3．江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇南京 210036)

[目的]研究江蘇省太湖流域主要河流底棲動(dòng)物與水質(zhì)的相關(guān)性。[方法]于2012年11月(枯水期)、2013年4月(平水期)、2013年8月(豐水期)對(duì)太湖流域主要河流39個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)、大型底棲動(dòng)物調(diào)查，分析底棲動(dòng)物指數(shù)與水質(zhì)因子的相關(guān)性，篩選出有相關(guān)性的水質(zhì)因子。[結(jié)果]受水量的影響，與底棲動(dòng)物指數(shù)有相關(guān)性的水質(zhì)因子在各水期存在差異。各水期水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)狀況是影響底棲動(dòng)物生態(tài)健康的重要水環(huán)境因素。水質(zhì)因子的變化與底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和多樣性有著復(fù)雜的關(guān)系，除營(yíng)養(yǎng)鹽外，SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、DOC、TOC、TH、Ni2+與底棲動(dòng)物指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，說明重金屬對(duì)河流底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)有抑制作用。[結(jié)論]該研究結(jié)果可為太湖流域水生態(tài)保護(hù)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

太湖流域；水質(zhì)；底棲動(dòng)物指數(shù)；相關(guān)性

底棲動(dòng)物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，水質(zhì)的好壞直接或間接影響著底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖和分布[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)底棲動(dòng)物的研究大多集中在分析大型底棲動(dòng)物的群落特征，并以此作為評(píng)價(jià)水質(zhì)污染程度的指標(biāo)[2-5]，對(duì)流域性的底棲動(dòng)物綜合生態(tài)指數(shù)與具體水質(zhì)因子的關(guān)系研究報(bào)道較少。筆者對(duì)豐水期、平水期、枯水期太湖流域主要河流分別進(jìn)行水質(zhì)和大型底棲動(dòng)物調(diào)查，研究大型底棲動(dòng)物生態(tài)健康與水質(zhì)因子的相關(guān)性，篩選具有相關(guān)性的水質(zhì)因子，旨在為太湖流域水生態(tài)保護(hù)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況太湖流域面積36 900 km2，地跨江蘇、浙江、安徽、上海。江蘇省太湖流域包括太湖湖體、蘇州市、無錫市、常州市和丹陽(yáng)市的全部行政區(qū)域以及鎮(zhèn)江市區(qū)、句容市、南京高淳區(qū)行政區(qū)域內(nèi)對(duì)太湖水質(zhì)有影響的河流、湖泊、水庫(kù)、渠道等水體所在區(qū)域，總面積約19 400 km2，占全流域的52.6%。全流域地勢(shì)平坦低洼，西南高，東北低，地形以平原水網(wǎng)為主，少量低山丘陵分布于流域西部，流域內(nèi)水網(wǎng)交錯(cuò)，湖泊眾多，水流流速緩慢[6]。

1.2采樣點(diǎn)布設(shè)在江蘇省太湖流域主要河流布置了39個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，各點(diǎn)位所在河道具體見表1。

1.3水質(zhì)因子的測(cè)定于2012年11月(枯水期)、2013年4月(平水期)、2013年8月(豐水期)分別對(duì)39個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行采樣。測(cè)定的水質(zhì)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、總氮(TN)、氨氮(NH4-N)、硝酸鹽(NO3-)、亞硝酸鹽(NO2-)、總磷(TP)、磷酸鹽(PO43-)、可溶性有機(jī)碳(DOC)、總有機(jī)碳(TOC)、懸浮物(SS)、總硬度(TH)、總堿度(TA)、碳酸鹽(CO32-)、重碳酸鹽(CO42-)、硫酸鹽(SO42-)、氯化物(Cl-)、鈉(Na+)、鈣(Ca2+)、鉀(K+)、鎂(Mg2+)、鎘(Cd2+)、鉻(Cr6+)、銅(Cu2+)、汞(Hg2+)、鉛(Pb2+)、鋅(Zn2+)、砷(As3+)、鎳(Ni2+)。水樣采用有機(jī)玻璃采水器在水面下50 cm處采集，所有水樣帶回實(shí)驗(yàn)室后置于4 ℃冰箱中，在48 h內(nèi)完成分析測(cè)試[7]，各水樣的測(cè)定方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[8]。

1.4水生態(tài)健康底棲動(dòng)物指數(shù)的計(jì)算

1.4.1大型底棲動(dòng)物樣品采集。在各水期水質(zhì)樣品采集的同時(shí)，對(duì)全部點(diǎn)位進(jìn)行底棲動(dòng)物樣品采集。采用1/16 m2的彼得遜采泥器采集底棲動(dòng)物，每個(gè)樣點(diǎn)采集6次混合成1個(gè)樣品。將采集的泥樣經(jīng)過60目尼龍篩網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)篩洗，剩余物帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分揀。實(shí)驗(yàn)室中將剩余物置入白色盤中，將底棲動(dòng)物逐一挑出，并用7%福爾馬林溶液固定保存。將所有樣品都鑒定至盡可能低的分類單元[9-10]，測(cè)定底棲動(dòng)物種類、密度和生物量。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析使用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件分析底棲動(dòng)物指數(shù)與水質(zhì)因子的相關(guān)性。

圖1　江蘇省太湖流域采樣點(diǎn)的分布Fig.1　The distribution of sampling sites in Taihu Basin, Jiangsu Province

點(diǎn)位Site所在河道River點(diǎn)位Site所在河道River點(diǎn)位Site所在河道River1太平河14橫草路27德勝河2洛陽(yáng)河15大廟港28張家港3通濟(jì)河16麻溪29望虞河4上興河17蘇東運(yùn)河30瀏河5松溪河18蘇東運(yùn)河31婁江6沙河水庫(kù)19小溪港32蠡塘河7屋溪河20武進(jìn)港33白茆塘8伏西溪河21直湖港34洮湖9烏溪港22中干河35太浦河10滸光運(yùn)河23丹金溧漕河36新河11江南運(yùn)河24宜興六條河37夏溪河12滸光運(yùn)河25武宜運(yùn)河38界浦江13江南運(yùn)河26太滆運(yùn)河39張家港

2　結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)指標(biāo)由表2可知，豐水期、平水期、枯水期江蘇省太湖流域的水質(zhì)差異較大，除個(gè)別指標(biāo)外，豐水期水質(zhì)明顯優(yōu)于平水期和枯水期。各水質(zhì)指標(biāo)的變化范圍較大，說明江蘇省太湖流域內(nèi)各采樣點(diǎn)水質(zhì)存在差異。

2.2底棲動(dòng)物指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果表明，豐水期底棲動(dòng)物指數(shù)為0.398 6，略優(yōu)于平水期底棲動(dòng)物指數(shù)(0.394 6)，但明顯優(yōu)于枯水期底棲動(dòng)物指數(shù)(0.342 4)，說明從底棲動(dòng)物的角度來看，豐水期水生態(tài)最為健康，平水期次之，枯水期最差。

表2　不同水期江蘇省太湖流域的水體理化特征

注：—表示未檢出。

Note：— stands for not detected.

2.3底棲動(dòng)物指數(shù)與水質(zhì)因子的相關(guān)關(guān)系由表3可知，豐水期NO3-、SS與底棲生物指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；平水期NH3-N、TP、PO43-、SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+與底棲生物指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，TN、Zn2+與底棲生物指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；枯水期TN、NH3-N、DOC、TOC、TH、Ni2+與底棲生物指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

表3　39個(gè)采樣點(diǎn)水質(zhì)因子與底棲動(dòng)物指數(shù)的Pearson相關(guān)系數(shù)

接下表

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)，**表示相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

Note：* stands for correlation at significant level(P<0.05), ** stands for correlation at extremely significant level(P<0.01).

3　結(jié)論與討論

底棲動(dòng)物在水生生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中處于中間環(huán)節(jié)，是生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)中積極的消費(fèi)和轉(zhuǎn)移者，底棲動(dòng)物群落健康與否在很大程度上反映整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的健康程度[12-13]。研究底棲動(dòng)物與水質(zhì)因子的相關(guān)性，篩選出底棲動(dòng)物敏感性較強(qiáng)的水污染物，在管理中優(yōu)先控制，對(duì)太湖流域水生態(tài)保護(hù)具有重要意義。

該研究結(jié)果表明，受水量的影響，與底棲動(dòng)物指數(shù)有相關(guān)性的水質(zhì)因子在各水期存在差異，豐水期影響底棲動(dòng)物生境的水質(zhì)因子個(gè)數(shù)較平水期和枯水期少，這也從側(cè)面反映了豐水期水質(zhì)因子對(duì)底棲動(dòng)物生態(tài)健康的影響相對(duì)偏小。這可能是由于豐水期水量充沛，河道自凈能力較強(qiáng)，底棲動(dòng)物生態(tài)健康恢復(fù)較好。

各水期水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)狀況是影響底棲動(dòng)物生態(tài)健康的重要水環(huán)境因素。NO3-、TN、NH3-N、TP、PO43-與底棲動(dòng)物指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)性，這是由于水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增加會(huì)導(dǎo)致水體藻類大量繁殖，從而使水體透明度降低，影響水體底棲動(dòng)物與外界的光和氧氣的交換，最終導(dǎo)致底棲動(dòng)物中耐污耐缺氧生物的大量滋生[14]。吳東浩等[15]研究發(fā)現(xiàn)氨氮是影響西苕溪底棲動(dòng)物分布的關(guān)鍵環(huán)境因子。彭建華等[16]研究發(fā)現(xiàn)NO3-N和TP是影響漢豐湖底棲動(dòng)物密度的重要因素。龔志軍等[17]在研究東湖中發(fā)現(xiàn)隨著營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的增加，底棲動(dòng)物多樣性逐漸降低。一般而言，中等營(yíng)養(yǎng)水平下生物群落結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，物種多樣性最高，而極端貧營(yíng)養(yǎng)和超富營(yíng)養(yǎng)條件下群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、多樣性低[18]。熊金林等[19]在研究湖北省4個(gè)不同營(yíng)養(yǎng)水平湖泊大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)時(shí)也發(fā)現(xiàn)，大型底棲動(dòng)物種類數(shù)、物種多樣性與湖泊富營(yíng)養(yǎng)程度呈負(fù)相關(guān)。太湖處于富營(yíng)養(yǎng)水平，底棲動(dòng)物指數(shù)與營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)呈顯著負(fù)相關(guān)，說明隨著營(yíng)養(yǎng)水平的升高，太湖底棲動(dòng)物生態(tài)健康將趨于惡化。該研究結(jié)果表明，豐水期影響底棲動(dòng)物生態(tài)健康的主要營(yíng)養(yǎng)鹽是NO3-，平水期影響底棲動(dòng)物生態(tài)健康的主要營(yíng)養(yǎng)鹽是NH3-N、TP、PO43-，枯水期影響底棲動(dòng)物生態(tài)健康的主要營(yíng)養(yǎng)鹽是TN和NH3-N。

該研究結(jié)果表明SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、DOC、TOC、TH、Ni2+也與底棲動(dòng)物指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，說明水質(zhì)參數(shù)的變化與底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和多樣性有著復(fù)雜的關(guān)系。目前，重金屬對(duì)底棲動(dòng)物的影響研究主要集中在底棲動(dòng)物對(duì)重金屬的富集作用及水體底泥中重金屬對(duì)底棲動(dòng)物的不利影響等方面。朱江等[20]研究發(fā)現(xiàn)樂安江水體底泥中Cu的濃度與底棲動(dòng)物種類多樣性指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。陳滸等[21]研究表明烏江主要支流底棲動(dòng)物物種數(shù)和密度與底泥汞的潛在生態(tài)危害系數(shù)均呈負(fù)相關(guān)。楊麗等[22]在研究深圳灣福田潮灘重金屬對(duì)大型底棲動(dòng)物影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，奇異稚齒蟲密度與沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn含量均有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系．尖刺纓蟲密度與Pb、Cd、Zn含量均有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。李麗娜等[23-24]研究表明重金屬Zn、Cu對(duì)長(zhǎng)江口濱岸潮灘底棲動(dòng)物泥螺具有急性毒性。該研究結(jié)果也表明Cu2+、Hg2+、Zn2+、Ni2+等重金屬對(duì)河流底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)有抑制作用。底棲動(dòng)物生態(tài)健康與水質(zhì)因子關(guān)系較為復(fù)雜，水質(zhì)因子影響底棲動(dòng)物生態(tài)健康的機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。

[1] 孫剛，盛連喜，李明全.長(zhǎng)春南湖底棲動(dòng)物群落特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系 [J] .應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001,12(2)：319-320.

[2] 王備新，楊蓮芳．大型底棲無脊椎動(dòng)物水質(zhì)快速生物評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展[J]．南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，24(4)：107-111.

[3] 王偉莉，閏振廣，何麗，等．五種底棲動(dòng)物對(duì)優(yōu)控污染物的敏感性評(píng)價(jià)[J] .中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2013，33(10)：1856-1862.

[4] YAN Y J，LIANG Y L，WANG H Z．Annual production of five species of Chironomidae(Diptera)in Houhu Lake，a typical algal lake(Wuhan，China)[J]．Chinese journal of oceanology and limnology ，1999，17(2)：112-118．

[5] DAUVIN J C,RUELLET T．The estuarine quality paradox：Is it possible to define an ecological quality status for specific modified and naturally stressed estuarine estuarine ecosystems ?[J].Marine pollution bulletin，2009，59(1)：38-47．

[6] 鄭建平，徐惠強(qiáng)，姚志剛，等．江蘇省太湖流域濕地保護(hù)與修復(fù)研究[J] .污染防治技術(shù)，2012,25(3)：79-82.

[7] 胡開明，李冰，王水，等．太湖流域(江蘇省)水質(zhì)污染空間特征[J] .湖泊科學(xué)，2014,26(2)：200-206.

[8] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì)．水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版 ．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002．

[9] 張又，劉凌，蔡永久，等．太湖流域河流及溪流大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及影響因素[J] .中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2015，35(5)：1535-1546.

[10] MORSE J C,YANG L F,TIAN L X．Aquatic insects of China useful for monitoring water quality[M]．Nanjing：Hohai University Press，1994.

[11] 黃琪，高俊峰，張艷會(huì)，等．長(zhǎng)江中下游四大淡水湖水生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2016, 36(1)：118-126.

[12] 段學(xué)花，王兆印，徐夢(mèng)珍．底棲動(dòng)物與河流生態(tài)評(píng)價(jià)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2010．

[13] 戴紀(jì)翠，倪晉仁.底棲動(dòng)物在水生生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中的作用分析[J].生態(tài)環(huán)境，2008, 17(6)：2107-2111.

[14] 李娣，牛志春，王霞，等.溱湖底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)與多樣性及其與水環(huán)境變量的相關(guān)性分析[J] .安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014,42(20)：6613-6614.

[15] 吳東浩，張勇，于海燕，等．影響浙江西苕溪底棲動(dòng)物分布的關(guān)鍵環(huán)境變量指示種的篩選[J]．湖泊科學(xué)，2010，22(5)：693-699．

[16] 彭建華，鄭志偉，鄒曦，等．漢豐湖底棲動(dòng)物與環(huán)境因子間相關(guān)性初步研究[J]．環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2015，37(5)：63-68．

[17] 龔志軍，謝平，唐匯涓，等．水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響[J]．水生生物學(xué)報(bào)，2001，25(3)：210-216．

[18] GONG Z J，XIE P．Impact of eutrophication on biodiversity of the macrozoobenthos community in a Chinese shallow lake[J]．Journal of freshwater ecology，2001，16(2)：171-178.

[19] 熊金林，梅興國(guó)，胡傳林．不同污染程度湖泊底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及多樣性比較[J]．湖泊科學(xué)，2003，15(2)：160-168．

[20] 朱江，任淑智.德興銅礦廢水對(duì)樂安江底棲動(dòng)物群落的影響[J]．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，1996,2(2)：162-168.

[21] 陳滸，秦樊鑫，林陶，等．烏江主要支流夏季底棲動(dòng)物群落組成及其與汞污染的相關(guān)性[J] .環(huán)境科學(xué)研究，2010，23(8)：999-1006.

[22] 楊麗，蔡立哲，童玉貴，等．深圳灣福田潮灘重金屬含量及對(duì)大型底棲動(dòng)物的影響[J] .臺(tái)灣海峽，2005,24(2)：157-164.

[23] 李麗娜，陳振樓，張亞雷，等．長(zhǎng)江口濱岸潮灘底棲動(dòng)物泥螺受鋅污染的急性毒理試驗(yàn)研究[J] .生命科學(xué)研究，2008,12(4)：373-376.

[24] 李麗娜，陳振樓，許世遠(yuǎn)，等．長(zhǎng)江口濱岸潮灘底棲動(dòng)物泥螺受銅污染的毒理學(xué)研究[J] .海洋環(huán)境科學(xué)，2004,23(3)：24-26.

Correlation between Macrozoobenthos and Water Quality of Main Rivers in Taihu Basin of Jiangsu Province

JIANG Lei-na1,2,3, WU Jun-feng1,2, LING Hong1,2et al

(1.Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science, Nanjing, Jiangsu 210036; 2.Jiangsu Key Laboratory of Environmental Engineering, Nanjing, Jiangsu 210036; 3.Jiangsu Academy of Environmental Industry and Technology Corp., Nanjing, Jiangsu 210036)

[Objective] The aim was to study the correlation between macrozoobenthos and water quality of main rivers in Taihu Basin of Jiangsu Province.[Method] Water quality and macrozoobenthos communities at 39 sampling sites across main river systems in Taihu Basin of Jiangsu Province in November 2012(low water period), April 2013 (normal water season) and August 2013 (high water season) were investigated, correlation between macrozoobenthos index and water quality factors was analyzed, relevant water quality factors were selected.[Result] The results showed that correlated water quality factors of macrozoobenthos index varied in different periods affected by water quantity.The nutritional status of water played an important role for the ecological health of macrozoobenthos in all periods.Water quality factors and macrozoobenthos communities had a complex relationship.Except for nutrients, SS, CO42-,Ca2+, Cu2+, Hg2+, Zn2+, DOC, TOC, TH, Ni2+also showed significant negative correlation with macrozoobenthos index, indicating that heavy metals may suppress growth of macrozoobenthos.[Conclusion] The study can provide basic data and scientific basis for ecological protection of water in Taihu Basin.

Taihu Basin; Water quality; Macrozoobenthos index; Correlation

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07506-001-03)。

姜磊娜(1986- )，女，江蘇海門人，工程師，碩士，從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)與規(guī)劃研究。

2016-06-22

S 937

A

0517-6611(2016)24-057-04