楊增元 相 華 王志遠 張子森

底棲動物是河流生態(tài)系統(tǒng)中重要的生態(tài)類群，在水生態(tài)系統(tǒng)中作用巨大，是微生物、藻類、魚和鳥類之間重要的營養(yǎng)紐帶，在水底起著加速碎屑分解、促進泥水界面物質(zhì)交換和水體自凈的作用，是河流生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量代謝重要的環(huán)節(jié)，也是了解河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能及健康狀況的關(guān)鍵類群。底棲動物生存周期長，棲息地點穩(wěn)定，易于采集，對環(huán)境變化敏感，可反映河流綜合生態(tài)條件，因此被廣泛應用于水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測。

鑒于底棲動物在水生態(tài)系統(tǒng)有著巨大的作用，同時也被廣泛用于水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測的指標。該研究利用濟南市3次底棲動物和環(huán)境因子采樣數(shù)據(jù)，分析底棲動物和環(huán)境因子的相關(guān)性，并對河流健康進行評價。通過底棲動物評價得出的健康狀況，為相關(guān)部門制定水生態(tài)防護措施提供科學依據(jù)。

一、研究區(qū)概況及采樣點分布

濟南市位于山東省中西部，南依泰山，北跨黃河，背山面水，分別與西南部的聊城、北部的德州和濱州、東部的淄博、南部的泰安和萊蕪交界。從地形上濟南市可分為三帶：北部臨黃帶，中部山前平原帶，南部丘陵山區(qū)帶。三個區(qū)域水網(wǎng)密集，水生態(tài)系統(tǒng)類型復雜，代表性的水生態(tài)類型有泉水、河流、水庫、湖泊、濕地、城市水控閘壩等。根據(jù)研究區(qū)具體狀況，選取了48處采樣點。

二、數(shù)據(jù)采集

上述48處采樣點分別于2015年5月、9月、10月進行了三次調(diào)查采樣和環(huán)境因子監(jiān)測。采樣點位用MAGELLAN全球定位系統(tǒng)（eXplorist-200）記錄地理坐標和海拔高度（Elev，m）。采集樣品主要包括水質(zhì)及底棲動物兩大類。水質(zhì)分為野外和實驗室測定兩大環(huán)節(jié)，野外所測指標有水溫（Temp）、電導率（Cond）、鹽度（Saline）、溶解氧（DO）、濁度（SS）、pH、水深（Depth）和流速（Velo）。實驗室測定指標有鈣（Ca）、氯化物（Cl-）、硫酸鹽、碳酸鹽、重碳酸鹽、總氮（TN）、氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽氮、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、砷（As）、鉻（Cr）、汞（Hg）、鋅（Zn）、錳（Mn）、鎘（Ge）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鐵（Fe）、氟化物（F-）、硒（Se）、總磷（TP）、堿度（Alk）、硬度（TD）和高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）。底棲動物采樣使用的定量采樣工具主要包括索伯網(wǎng)和彼得遜采泥器，兩者采樣方法不同。

1.使用索伯網(wǎng)采集

索伯網(wǎng)是進行河流底棲動物采樣的常用工具，根據(jù)采樣需求，可選用40目或60目、采樣框尺寸0.3m×0.3m或0.5m×0.5m的，主要適用于水深小于30cm的山溪型河流或河流的淺水區(qū)。

2.使用彼得遜采泥器采集

彼得遜采泥器依據(jù)采樣框面積分為三種：1/8m2、1/16m2、1/32m2，具體采樣框應根據(jù)采樣需求選擇不同的面積。主要適用于采集以淤泥和細沙為主的軟底質(zhì)生境。

三、數(shù)據(jù)分析

利用野外所測的環(huán)境因子和底棲動物進行相關(guān)性分析，對濟南城市河流健康做出評價。

CCA典型相關(guān)分析（canonical correlation analysis），利用綜合變量對之間的相關(guān)關(guān)系來反映兩組指標之間的整體相關(guān)性的多元統(tǒng)計分析方法?；驹硎牵簽榱藦目傮w上把握兩組指標之間的相關(guān)關(guān)系，分別在兩組變量中提取有代表性的兩個綜合變量U1和V1（分別為兩個變量組中各變量的線性組合），利用這兩個綜合變量之間的相關(guān)關(guān)系來反映兩組指標之間的整體相關(guān)性。

基于底棲動物的水生態(tài)系統(tǒng)健康評價中，采用生物完整性（B-IBI）指數(shù)進行評價。生物完整性是指可定量描述人類干擾與生物特性之間的關(guān)系，且對干擾反應敏感的一組生物指數(shù)。

四、分析結(jié)果

采用上述分析方法和數(shù)據(jù)，分別繪制不同月份底棲動物與各項因子CCA分布圖及底棲動物健康指數(shù)月變化圖，見圖 1～10。

圖1 濟南市5月底棲動物與物理因子CCA分布圖

圖2 濟南市9月底棲動物與物理因子CCA分布圖

圖3 濟南市10月底棲動物與物理因子CCA分布圖

圖4 濟南市5月底棲動物與化學因子CCA分布圖

圖5 濟南市9月底棲動物與化學因子CCA分布圖

圖6 濟南市10月底棲動物與化學因子CCA分布圖

圖7 濟南市5月底棲動物與水文因子CCA分布圖

圖8 濟南市9月底棲動物與水文因子CCA分布圖

圖9 濟南市10月底棲動物與水文因子CCA分布圖

圖1為濟南市5月底棲動物與物理因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選出對濟南市底棲動物分布與物流因子差異不顯著，差異相對顯著的物理因子為pH（p=0.276）。其中位于濟南顧小莊浮橋于pH因子響應關(guān)系明顯，對應的敏感底棲動物物種為中華小長臂蝦。

圖10 濟南市底棲動物健康指數(shù)對比圖（依次為5月、9月、10月）

圖2為濟南市9月底棲動物與物理因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選出對濟南市底棲動物分布差異顯著的物理因子為電導率（p=0.026）。其中位于濟南陳屯橋于pH因子響應關(guān)系明顯，對應的敏感底棲動物物種為左旋螺。

圖3為濟南市10月底棲動物與物理因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，10月濟南市底棲動物分布差異顯著的物理因子不顯著，相對顯著的因子為氣溫（p=0.192）。其中位于濟南濼口于10月氣溫因子響應關(guān)系明顯，對應的敏感底棲動物物種為短溝蜷。

圖4為濟南市5月底棲動物與化學因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選出對濟南市浮游植物分布差異顯著的化學因子為鉀離子（p=0.042）。濟南石河對鉀離子響應關(guān)系明顯，主要的敏感底棲動物物種為霍甫水絲蚓。

圖5為濟南市9月底棲動物與化學因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選出對濟南市浮游植物分布差異顯著的化學因子為鈉離子（p=0.002）。濟南明輝路橋?qū)︹c離子響應關(guān)系明顯，主要的敏感底棲動物物種為直緣蘿卜螺。

圖6為濟南市10月底棲動物與化學因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選出對濟南市浮游植物分布差異顯著的化學因子為高錳酸鉀指數(shù)（p=0.042）和亞硝酸鹽（p=0.030）。濟南鴨旺口對高錳酸鉀指數(shù)響應關(guān)系明顯，主要的敏感底棲動物物種為筍錐螺。

圖7為濟南市5月底棲動物與水文地貌因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選結(jié)果顯示，濟南市底棲動物的水文地貌因子相對差異不顯著，對應濟南市底棲動物的水文地貌因子相對差異顯著的水文地貌因子為流速（p=0.148）。其中濟南顧小莊浮橋?qū)α魉夙憫P(guān)系明顯，中華小長臂蝦對水體流速具有響應性。

圖8為濟南市9月底棲動物與水文地貌因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選結(jié)果顯示，對應濟南市底棲動物的水文地貌因子相對差異顯著的水文地貌因子為水深（p=0.048）。其中濟南顧小莊浮橋?qū)α髁宽憫P(guān)系明顯，秀麗白蝦對水體流量具有響應性。

圖9為濟南市10月底棲動物與水文地貌因子CCA分析結(jié)果，以p＜0.05差異顯著的標準進行Monte-Carlo篩選，篩選結(jié)果顯示，濟南10月無對應濟南市底棲動物的水文地貌因子，相對差異顯著的水文地貌因子為流量。其中濟南顧小莊浮橋?qū)α髁宽憫P(guān)系明顯，秀麗白蝦對水體流量具有響應性。

從圖10可以看出，5月底棲動物健康評價（B-IBI）顯示，濟南南部山區(qū)底棲動物健康狀況較好，濟南城區(qū)周邊底棲動物健康狀況不佳。濟南市梁府莊、板橋、顧小莊浮橋區(qū)域底棲動物健康評價結(jié)果偏低。最好的區(qū)域位于并渡口和黃巢水庫附近，在這一流域典型清潔物種東方蜉（EpHemera orientalis）各個季節(jié)均有發(fā)現(xiàn)。進入9月，底棲動物健康評價（B-IBI）顯示結(jié)果大體規(guī)律和5月相同，但南部區(qū)域部分點位由良好轉(zhuǎn)為一般，整體狀況略差于5月。10月，除并渡口、臥虎山流域和東部區(qū)域整體狀況較好，其他區(qū)域整體底棲動物健康狀況偏差，很多點位底棲動物物種多樣性明顯降低。

五、結(jié)論

該研究基于濟南城市河流底棲動物野外采樣的工作，利用典型相關(guān)法和棲息地適應性指數(shù)法，對底棲動物與環(huán)境因子進行相關(guān)性分析。評價結(jié)果顯示：5月，濟南南部山區(qū)底棲動物健康狀況較好，城區(qū)周邊底棲動物健康狀況不佳，梁府莊、板橋、顧小莊浮橋區(qū)域底棲動物健康評價結(jié)果偏低，最好的區(qū)域位于并渡口和黃巢水庫附近，在這一流域典型清潔物種東方蜉（EpHemera orientalis）各個季節(jié)均有發(fā)現(xiàn)；9月，南部區(qū)域部分點位由良好轉(zhuǎn)為一般，整體狀況略差于5月；10月，并渡口、臥虎山水庫流域和東部區(qū)域整體狀況較好，其他區(qū)域整體狀況偏差，很多點位底棲動物物種多樣性明顯降低。通過底棲動物評價河流健康狀況，可為相關(guān)部門制定或完善水生態(tài)防護措施提供科學依據(jù)。

本文所用的數(shù)據(jù)是野外實際采樣獲取的，相對真實、可靠，但在采樣過程中，難免會出現(xiàn)不確定性和隨機性，未來需要在不確定性和隨機性方面繼續(xù)進行改進■