李 朝， 蔡吉林， 楊 靖徐州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 徐州 221002

云龍湖位于我國(guó)江蘇省徐州市城區(qū)西南部，東、西、南三面環(huán)山。東西長(zhǎng)約4 km，南北最寬處約2.4 km，水面面積6.76 km2，平均水深1.67 m。目前，云龍湖主要有3個(gè)補(bǔ)水來(lái)源：玉帶河河水，新河礦礦井水，以及珠山西路水源井水。2016年云龍湖景區(qū)被授予國(guó)家AAAAA級(jí)景區(qū)，是徐州市最著名的旅游景點(diǎn)，也是徐州市民重要的休閑、體育、文化活動(dòng)場(chǎng)所。按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)評(píng)價(jià)，云龍湖水質(zhì)屬于Ⅲ類水體(呂順等，2011)。

大型底棲動(dòng)物指棲息生活在水體底部淤泥內(nèi)或石塊、礫石的表面或其間隙中，以及附著在水生植物之間的肉眼可見(jiàn)的體長(zhǎng)超過(guò)2 mm，不能過(guò)40目分樣篩的水生無(wú)脊椎動(dòng)物(國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2006)。大型底棲動(dòng)物一般壽命較長(zhǎng)，移動(dòng)能力弱，容易被采集且對(duì)環(huán)境變化較敏感，可綜合地反映出污染物對(duì)環(huán)境和生物產(chǎn)生的影響，故常被作為重要的指示生物廣泛應(yīng)用于水質(zhì)評(píng)價(jià)和環(huán)境監(jiān)測(cè)(李楊等，2017； 舒鳳月等，2014； Duetal.，2017; Hamedetal.，2014)。李勇等(2014)曾于2008—2012年對(duì)云龍湖底棲動(dòng)物的種類和密度進(jìn)行了調(diào)查，但研究時(shí)間距今已較久。筆者調(diào)查近年來(lái)云龍湖大型底棲動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)變化，并對(duì)其環(huán)境影響因子進(jìn)行分析，以期為更好地保護(hù)云龍湖水生態(tài)環(huán)境提供資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與樣點(diǎn)布設(shè)

云龍湖中部南北方向的湖中路，將湖水分割成東、西兩部分，兩部分的湖水通過(guò)路北部的橋洞連接。云龍湖東湖東北部有一休閑碼頭，游客在此乘船游覽，因此該區(qū)域的人為干擾因素較大；東湖中心和西湖中心為開(kāi)闊水域；西湖西南部靠近垂釣中心，該區(qū)域長(zhǎng)期有人工養(yǎng)殖魚(yú)類，并開(kāi)展投放餌料等活動(dòng)，對(duì)附近水質(zhì)有一定的影響。

在云龍湖的東湖東北部、東湖中心、西湖中心和西湖西南部分別布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，記作DD、DZ、XZ、XX，共4個(gè)點(diǎn)位。于2013—2017年，每年的5月和10月各采樣一次，共采樣10次。

1.2 大型底棲動(dòng)物樣品采集

大型底棲動(dòng)物采集利用1/16 m2彼得遜采泥器，每個(gè)采樣點(diǎn)采2個(gè)樣，混合后作為該采樣點(diǎn)的樣品?，F(xiàn)場(chǎng)將底泥過(guò)40目篩后裝入塑料袋密封并帶回實(shí)驗(yàn)室，在白瓷盤(pán)上分揀出其中的大型底棲動(dòng)物。將挑揀出的大型底棲動(dòng)物用75%乙醇溶液固定，在顯微鏡和解剖鏡下分類鑒定并計(jì)數(shù)(中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2015)。依照分類鑒定相關(guān)資料(大連水產(chǎn)學(xué)院，1988； 遼寧省環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中心，2014； 王俊才和王新華，2011)，將大型底棲動(dòng)物鑒定至盡可能低的分類單元。本實(shí)驗(yàn)中環(huán)節(jié)動(dòng)物和軟體動(dòng)物鑒定到種，水生昆蟲(chóng)鑒定到屬。

1.3 環(huán)境因子測(cè)定

本實(shí)驗(yàn)選擇監(jiān)測(cè)的理化因子包括總磷(TP)和總氮(TN)濃度及高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)。在采集大型底棲動(dòng)物的同時(shí)利用有機(jī)玻璃采水器采集各點(diǎn)位的水樣，并送回實(shí)驗(yàn)室。按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2006)進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

1.4.1 生物多樣性指數(shù) 根據(jù)李朝等(2016a)，選取Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Margalef物種豐富度指數(shù)(d)和Pielou均勻度指數(shù)(J′)計(jì)算云龍湖大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)。

d=(S-1)/log2N

式中，Pi為第i種的個(gè)體數(shù)與樣品中總個(gè)數(shù)的比值，S為總種類數(shù)，N為總個(gè)體數(shù)。

根據(jù)Shannon-Wiener指數(shù)值評(píng)價(jià)水質(zhì)：指數(shù)值>3為清潔，2≤指數(shù)值≤3為輕污染，1≤指數(shù)值<2為中污染，0≤指數(shù)值<1為重污染(Simpson,1949)。

1.4.2 物種—環(huán)境因子相關(guān)性分析 數(shù)據(jù)處理采用 Canoco 5軟件。先在Excel中輸入大型底棲動(dòng)物的密度矩陣和環(huán)境因子矩陣，然后對(duì)大型底棲動(dòng)物物種多度數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，與環(huán)境因子數(shù)據(jù)一起導(dǎo)入Canoco 5軟件中，進(jìn)行物種和環(huán)境因子的典型相關(guān)分析(canonical correlation analysis，CCA)(李朝等，2016b； Petr & Jan，2014)。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成

2013—2017年云龍湖4個(gè)采樣點(diǎn)位共采集到40種底棲動(dòng)物，其中，環(huán)節(jié)動(dòng)物10種，軟體動(dòng)物3種，水生昆蟲(chóng)6種(表1)。出現(xiàn)頻次較多的為克拉泊水絲蚓Limnodrilusclaparedianus(39次)、小搖蚊屬的一種Microchironomussp.(39次)、霍甫水絲蚓Limnodrilushoffmeisteri(32次)、長(zhǎng)足搖蚊屬的一種Tanypussp.(29次)、前突搖蚊屬的一種Procladiussp.(28次)。

2.2 物種密度分析

將每個(gè)采樣點(diǎn)5、10月采集的物種密度的平均值作為該點(diǎn)位全年平均物種密度。由圖1可知，水生昆蟲(chóng)和環(huán)節(jié)動(dòng)物在物種構(gòu)成中占絕對(duì)比例，軟體動(dòng)物僅在個(gè)別點(diǎn)位有所出現(xiàn)。按各物種密度占總密度的百分比計(jì)算，克拉泊水絲蚓、霍甫水絲蚓和前突搖蚊屬的一種、小搖蚊屬的一種、長(zhǎng)足搖蚊屬的一種所占比例較高。物種密度最高的采樣點(diǎn)為2013年的西湖中心，達(dá)到了4608 ind·m-2；物種密度最低的采樣點(diǎn)也出現(xiàn)在西湖中心，2017年該點(diǎn)全年平均物種密度僅為112 ind·m-2(圖1)?？傮w來(lái)看，各點(diǎn)位物種密度有逐年下降的趨勢(shì)。

表1 云龍湖大型底棲動(dòng)物物種名錄Table 1 Species of macrobenthos collected from Yunlong Lake， Xuzhou City, China

圖1 2013—2017年云龍湖大型底棲動(dòng)物平均物種密度Fig.1 Density of macrobenthos in Yunlong Lake from 2013 to 2017DD：東湖東北部；DZ：東湖中心；XZ:西湖中心；XX：西湖西南部。DD: Northeastern Donghu; DZ: Central Donghu; XZ: Central Xihu; XX: Southwest Xihu.

2.3 生物多樣性指數(shù)

由圖2可見(jiàn)，各點(diǎn)位Shannon-Wiener指數(shù)(H′)最高的為2013年的西湖中心(2.77)和2015年的西湖西南部(2.77)，最低的為2016年的西湖西南部(1.93)。Margalef物種豐富度指數(shù)(d)最高的為2014年的東湖中心(0.95)，最低的為2016年的西湖西南部(0.46)。Pielou均勻度指數(shù)(J′)最高的為2017年的東湖東北部(1.28)，最低的為2014年的西湖西南部(0.96)。總體來(lái)看，3種群落多樣性指數(shù)年際波動(dòng)不大。利用Shannon-Wiener指數(shù)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)可知，西湖中心(2015、2017年)、西湖西南部(2016年)屬于中度污染，其他年份的各點(diǎn)位水質(zhì)都處于輕度污染水平。

2.4 CCA結(jié)果

將轉(zhuǎn)換后的大型底棲動(dòng)物群落數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)分別組成數(shù)據(jù)矩陣，進(jìn)行CCA排序分析，所得結(jié)果見(jiàn)表2和圖3。實(shí)驗(yàn)的整體P值小于0.05，說(shuō)明2組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)間有顯著關(guān)系。第1軸和第2軸的特征值分別為0.097和0.058，分別解釋了51.46%和82.43%的物種—環(huán)境關(guān)系變異率(表2)。

由CCA排序圖(圖3)可見(jiàn)，優(yōu)勢(shì)種中的克拉泊水絲蚓和霍甫水絲蚓主要受水質(zhì)中的TN濃度影響，前突搖蚊屬的一種和長(zhǎng)足搖蚊屬的一種的主要影響因子為CODMn，小搖蚊屬的一種受3種環(huán)境因子(TN濃度、TP濃度、CODMn)的影響很小。

圖2 2013—2017年云龍湖生物多樣性指數(shù)Fig.2 Biodiversity indices of the macrobenthic assemblage in Yunlong Lake from 2013 to 2017A：東湖東北部；B:西湖中心；C：東湖中心；D：西湖西南部。A: Northeastern Donghu; B: Central Xihu; C: Central Donghu; D: Southwest Xihu.

表2 底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子的CCA對(duì)應(yīng)分析結(jié)果Table 2 Results for the first four axes of the CCA of macrobenthos communities in Yunlong Lake from 2013 to 2017

3 討論

3.1 云龍湖大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

云龍湖四周的環(huán)湖路，將其與周圍的山體等自然要素分割開(kāi)，除了雨水，沒(méi)有地表徑流的補(bǔ)水；雖然人為增加了地表河流的補(bǔ)水，但云龍湖水的主要來(lái)源仍是人工補(bǔ)充的地下水，因此可以認(rèn)為該湖是一人工湖；同時(shí)，其面積有限，環(huán)境空間異質(zhì)性較低，水質(zhì)長(zhǎng)期處于Ⅲ類水體，所以監(jiān)測(cè)到的大型底棲動(dòng)物種類不多，以水絲蚓屬和搖蚊幼蟲(chóng)為主。出現(xiàn)頻次較多的為克拉泊水絲蚓、霍甫水絲蚓、小搖蚊屬的一種、長(zhǎng)足搖蚊屬的一種和前突搖蚊屬的一種。水絲蚓屬的物種較耐污，成為底棲動(dòng)物中的主要物種，反映出云龍湖水質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量偏高、溶解氧濃度較低的特性(大連水產(chǎn)學(xué)院，1988)。另外，出現(xiàn)頻次較高的幾種搖蚊幼蟲(chóng)也能耐受一定程度的水質(zhì)污染(王俊才和王新華，2011)。

圖3 云龍湖大型底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子CCA排序Fig.3 CCA plots of macrobenthos assemblages in Yunlong Lake, 2013-2017 and environmental factorsCODMn:高錳酸鹽指數(shù);TN:總氮濃度；TP：總磷濃度。CODMn: Permanganate index; TN: Total nitrogen concentration; TP： Total phosphorus concentration.

李勇等(2014)研究發(fā)現(xiàn)，云龍湖2008—2012年大型底棲動(dòng)物物種密度逐年增大。本研究表明，云龍湖2013年大型底棲動(dòng)物物種密度較高，但最近幾年呈下降趨勢(shì)，這與水利部門(mén)對(duì)云龍湖的清淤工程有關(guān)。清淤工程將湖底富含有機(jī)質(zhì)的泥土挖除，其中云龍湖西湖的原生底泥受到的破壞較大，現(xiàn)存底泥較為堅(jiān)硬，含有大量黃色的黏土團(tuán)球，不適合大型底棲動(dòng)物的生存，從而造成西湖2個(gè)點(diǎn)位的大型底棲動(dòng)物密度產(chǎn)生了較大的波動(dòng)。

云龍湖中軟體動(dòng)物被采集到的頻次很少，原因是湖底缺乏水生植物的生長(zhǎng)，無(wú)法給螺類等軟體動(dòng)物提供避難和繁殖的場(chǎng)所(陳小華等，2013)。

云龍湖大型底棲動(dòng)物的群落組成和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。利用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)顯示，云龍湖水質(zhì)污染水平在輕污染到中污染之間。

3.2 大型底棲動(dòng)物的環(huán)境影響因子分析

云龍湖優(yōu)勢(shì)種中的克拉泊水絲蚓和霍甫水絲蚓主要受總氮濃度影響，與張又等(2017)的研究結(jié)論類似。水體中總氮含量與有機(jī)質(zhì)含量有一定的相關(guān)性，而水體和底泥中的有機(jī)質(zhì)是水絲蚓屬食物的主要來(lái)源。

優(yōu)勢(shì)種中的前突搖蚊屬的一種和長(zhǎng)足搖蚊屬的一種的主要影響因子為高錳酸鹽指數(shù)；優(yōu)勢(shì)種中的小搖蚊屬的一種受所選的3種環(huán)境因子(TP和TN濃度及CODMn)的影響很小。這說(shuō)明小搖蚊屬的一種相對(duì)于其他2種搖蚊有更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。

除了本研究中選取的3種環(huán)境影響因子外，水溫、水深(陸強(qiáng)等，2013)，總氮、氨氮含量(Xieetal.，2016)，底質(zhì)類型、流速和電導(dǎo)率(殷旭旺等，2013)，也會(huì)影響水體中大型底棲動(dòng)物的種群分布。因此，今后開(kāi)展大型底棲動(dòng)物群落變化及影響因子的相關(guān)研究，應(yīng)選取更多的水質(zhì)參數(shù)，以便為保護(hù)云龍湖的水生態(tài)環(huán)境提供更多的理論支持。

由云龍湖監(jiān)測(cè)到的主要物種和水質(zhì)評(píng)價(jià)可知，云龍湖的水體有富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。在水體富營(yíng)養(yǎng)化的過(guò)程中往往會(huì)導(dǎo)致大型底棲動(dòng)物多樣性的降低，并且小個(gè)體的種類(如寡毛綱和搖蚊幼蟲(chóng))逐漸代替大個(gè)體的種類(如腹足綱和雙殼綱)而成為優(yōu)勢(shì)種，因?yàn)樾€(gè)體的種類一般生活年限較短，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)(Warwicketal.，1986 )。云龍湖物種的組成結(jié)構(gòu)和群落演變規(guī)律與該論斷相符。云龍湖的營(yíng)養(yǎng)鹽類主要來(lái)源于補(bǔ)充的地表水、環(huán)云龍湖餐飲飯店的排水以及西湖西南部人工養(yǎng)殖場(chǎng)混入的養(yǎng)殖水等。因此，今后對(duì)云龍湖的管理中，應(yīng)當(dāng)控制地表水的水質(zhì)，禁止湖邊餐飲飯店向湖水中排放污水，將人工養(yǎng)殖區(qū)與湖水隔離。

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