馬 卓 犖，凌 耀 忠，黃 文 達(dá)

(1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510610； 2.水利部珠江水利委員會(huì) 水生態(tài)工程中心，廣東 廣州 510610)

0 引 言

底棲動(dòng)物尤其是大型底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境反應(yīng)敏感且易于調(diào)查，因此常常被作為指示物種進(jìn)行水質(zhì)生物評(píng)價(jià)和河流健康評(píng)價(jià)。發(fā)達(dá)國家對(duì)利用底棲動(dòng)物進(jìn)行水質(zhì)生物評(píng)價(jià)的研究開展較早，并建立了一系列以底棲動(dòng)物為指示物種的評(píng)價(jià)體系，如美國的生物完整性指數(shù)(Index of Biological Integrity，IBI)[1]、快速生物監(jiān)測(cè)規(guī)程(Rapid Bioassessment Protocols，RBPs)[2]，英國的河流無脊椎動(dòng)物預(yù)測(cè)和分類計(jì)劃(River Invertebrate Prediction and Classification System，RIVPACS)[3]，澳大利亞的溪流狀態(tài)指數(shù)(Index of Stream Condition，ISC)[4]等。這些評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)的建立，使得利用底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)對(duì)水環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)有了科學(xué)依據(jù)。

中國也開展了對(duì)底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)及影響因素的相關(guān)研究[5-7]。其中，有部分研究借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，用底棲動(dòng)物作為指示物種來評(píng)價(jià)河流水質(zhì)受污染程度[8-9]，同時(shí)積極探索相關(guān)評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)的應(yīng)用[10]。目前，國內(nèi)應(yīng)用于底棲動(dòng)物水質(zhì)生物評(píng)價(jià)的方法較多，如個(gè)體密度和生物量[11]、Shannon-Wiener指數(shù)[8，12]、BMWP指數(shù)[13-14]、底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI)[15-16]、Goodnight生物指數(shù)及Wright指數(shù)[17]等，這些方法和指標(biāo)考慮了中國水系和生物特點(diǎn)，對(duì)于中國水質(zhì)生物評(píng)價(jià)工作具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

盡管基于底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的水質(zhì)生物評(píng)價(jià)工作已廣泛開展，但由于中國幅員遼闊，已開展相關(guān)工作的河流只是少部分，大部分流域尤其是欠發(fā)達(dá)地區(qū)的小流域尚未覆蓋到。本文所研究的貓?zhí)影l(fā)源于安順市西秀區(qū)，在貴陽市修文縣匯入烏江，是烏江的一級(jí)支流、長江的二級(jí)支流，流域總面積3 246 km2，總河長179 km，干流上已建成紅楓湖、百花湖兩個(gè)大型水庫。近年來隨著流域內(nèi)開發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)，貓?zhí)釉絹碓蕉嗟厥艿剿h(huán)境污染威脅。為摸清貓?zhí)恿饔蛩鷳B(tài)環(huán)境狀況，本研究用底棲動(dòng)物作為指示物種，對(duì)貓?zhí)铀廴緺顩r進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為貓?zhí)恿饔蚓C合管理策略的制定與實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。另外，貓?zhí)邮情L江水系的重要組成部分，詳細(xì)調(diào)研其生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀可為更廣闊流域的水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣地點(diǎn)及時(shí)間

為全面科學(xué)評(píng)價(jià)貓?zhí)恿饔虻牡讞珓?dòng)物群落，采樣地點(diǎn)覆蓋了貓?zhí)拥母闪骷?條一級(jí)支流，共設(shè)置了38個(gè)調(diào)查位點(diǎn)(見圖1)。采樣時(shí)間為2019年8月。

圖1 貓?zhí)恿饔蛘{(diào)查位點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling site in Maotiao River Basin

1.2 樣品采集方法

在所選定采樣位點(diǎn)的100 m范圍之內(nèi)，使用口徑為25 cm×25 cm的D型抄網(wǎng)(60目)，隨機(jī)采集水草區(qū)、急流區(qū)、緩流區(qū)的樣本。在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過60目篩網(wǎng)過篩沖洗，將網(wǎng)內(nèi)所有采集物裝入聚乙烯封口袋，加入10%福爾馬林溶液固定后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行種類鑒定、計(jì)數(shù)、稱重和個(gè)體大小的測(cè)量[18]。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.1鑒 定

鑒定工作在顯微鏡和解剖鏡下完成，底棲動(dòng)物標(biāo)本一般鑒定到種或?qū)?，部分鑒定到科。底棲動(dòng)物的分類鑒定主要參考資料包括AquaticOligochaetaoftheWorld[19]、AquaticInsectsofChinaUsefulForMonitoringWaterQuality[20]、IdentificationManualfortheLarvalChironomidae(Diptera)ofNorthandSouthCarolina[21]以及《中國小蚓類研究》[22]《中國經(jīng)濟(jì)動(dòng)物志：淡水軟體動(dòng)物》[23]《中國動(dòng)物志：軟體動(dòng)物門，雙殼綱》[24]《中國動(dòng)物志：環(huán)節(jié)動(dòng)物門，蛭綱》[25]等。

1.3.2優(yōu)勢(shì)度

優(yōu)勢(shì)度計(jì)算公式如下：

(1)

式中：Y為優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，ni為第i種底棲動(dòng)物個(gè)體數(shù)，N為底棲動(dòng)物總個(gè)體數(shù)，fi為該物種在各個(gè)位點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。當(dāng)Y>0.02時(shí)，該物種為群落中的優(yōu)勢(shì)種。

1.3.3密 度

數(shù)量密度為單位面積內(nèi)底棲動(dòng)物的個(gè)體數(shù)，單位為ind/m2；生物量密度為單位面積內(nèi)底棲動(dòng)物的生物量，單位為g/m2。

1.3.4Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[26]

(2)

式中：H′為多樣性指數(shù)；n為底棲動(dòng)物總個(gè)體數(shù)；S為底棲動(dòng)物種類數(shù)；ni為第i種底棲動(dòng)物個(gè)體數(shù)。

1.3.5Pielou均勻度指數(shù)[27]

(3)

式中：J為Pielou均勻度指數(shù)；H′為多樣性指數(shù)；Hmax=log2S，為最大多樣性指數(shù)。

1.4 水質(zhì)的生物學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)貓?zhí)恿饔蛏鷳B(tài)環(huán)境特點(diǎn)，參考相關(guān)研究，選取Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和BMWP記分系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)生物評(píng)價(jià)。

1.4.1Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

根據(jù)《河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)》[28]中提出的標(biāo)準(zhǔn)，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)>3.0為清潔，3.0～2.0為輕度污染，2.0～1.0為中污染，1.0～0為重污染，0為嚴(yán)重污染。

1.4.2BMWP記分系統(tǒng)

BMWP記分系統(tǒng)基于不同的底棲動(dòng)物對(duì)有機(jī)污染(如富營養(yǎng)化)有不同的敏感性/耐受性，按照各個(gè)類群的耐受程度給予分值，按照分值分布范圍，對(duì)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。BMWP分值越大表明水質(zhì)越好。BMWP得分>100為清潔，100～71為輕度污染，70～41為中污染，40～11為重污染，10～0為嚴(yán)重污染。底棲動(dòng)物BMWP得分計(jì)算公式如下：

BMWP=∑ti

(4)

式中：ti是調(diào)查樣點(diǎn)中出現(xiàn)的物種i的科一級(jí)敏感值，該指標(biāo)根據(jù)大型底棲動(dòng)物耐污特性的差異，從最不敏感至最敏感依次給予1～10的分值，對(duì)樣點(diǎn)中所出現(xiàn)物種的科級(jí)敏感值求和即為該樣點(diǎn)BMWP得分。本研究所采用的科級(jí)敏感值是在《河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)》[28]基礎(chǔ)上，參考國內(nèi)及本地區(qū)底棲動(dòng)物耐污性的相關(guān)研究[12，18]，并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了修訂并應(yīng)用(見表1)。

表1 大型底棲動(dòng)物類敏感值Tab.1 Sensivity of macrozoobenthos groups

2 結(jié)果與分析

2.1 底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)

2.1.1種類組成

本次調(diào)查共記錄底棲動(dòng)物82種，隸屬于4門7綱51科，其中扁形動(dòng)物門有1科1種，占底棲動(dòng)物總種數(shù)的1%；環(huán)節(jié)動(dòng)物門有4科9種，占總種數(shù)的11%；軟體動(dòng)物門有10科19種，占總種數(shù)的24%；甲殼動(dòng)物有2科2種，占總種數(shù)的2%；水生昆蟲有34科51種，占總種數(shù)的62%，水生昆蟲的種數(shù)占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。

2.1.2優(yōu)勢(shì)種

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，貓?zhí)恿饔虻讞珓?dòng)物主要優(yōu)勢(shì)種為蘇氏尾鰓蚓Branchiurasowerbyi、巨毛水絲蚓Limnodrilusgrandisetosus、霍甫水絲蚓Limnodrilushoffmeisteri、蘿卜螺屬Radixsp.、環(huán)棱螺屬Bellamyasp.、河蜆Corbiculafluminea、米蝦屬Caridinasp.、四節(jié)蜉屬Baetissp.、扁蜉屬Heptageniasp.、搖蚊屬Chironomussp.。

2.1.3密 度

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看(見表2)，貓?zhí)恿饔蚋魑稽c(diǎn)底棲動(dòng)物個(gè)體密度變化范圍為2～1 246 ind/m2，總平均個(gè)體密度為84 ind/m2，其中，水生昆蟲的平均個(gè)體密度最高，其次為環(huán)節(jié)動(dòng)物；底棲動(dòng)物生物量密度變化范圍為0.02～197.39 g/m2，總平均生物量密度為11.01 g/m2，其中軟體動(dòng)物的平均生物量密度最高。貓?zhí)痈闪鞯讞珓?dòng)物平均個(gè)體密度低于支流，主要是由于支流暗流河S38位點(diǎn)的個(gè)體密度為本次調(diào)查最高值(1 246 ind/m2)，且遠(yuǎn)高于其他位點(diǎn)，其主要物種為小蜉屬Ephemerellasp.。貓?zhí)痈闪鞯讞珓?dòng)物平均生物量密度高于支流，主要因?yàn)楸敬握{(diào)查干流各位點(diǎn)發(fā)現(xiàn)的軟體動(dòng)物較多，而軟體動(dòng)物普遍個(gè)體較大，從而抬高了生物量密度。

表2 貓?zhí)拥讞珓?dòng)物平均密度Tab.2 Density of zoobenthos in Maotiao River

2.1.4多樣性及均勻度

從多樣性統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看(見表3)，貓?zhí)尤饔蚋魑稽c(diǎn)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在0.11～3.01之間，平均值為1.57，大部分小于2.0；Pielou均勻度指數(shù)在0.05～0.97之間，平均值為0.66。貓?zhí)痈闪鞲魑稽c(diǎn)平均Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均高于支流。

表3 貓?zhí)拥讞珓?dòng)物多樣性及均勻度Tab.3 Shannon-Wiener index and Pielou index of zoobenthos in Maotiao River

2.2 水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：貓?zhí)痈闪骷爸Я髌毡槭艿搅宋廴?，僅有1個(gè)位點(diǎn)為清潔狀態(tài)，輕度污染位點(diǎn)為9個(gè)，中污染位點(diǎn)為20個(gè)，重污染位點(diǎn)為8個(gè)。其中干流(含水庫)有1個(gè)清潔位點(diǎn)，輕度污染及以上位點(diǎn)占比為29%；支流無清潔位點(diǎn)，輕度污染及以上位點(diǎn)占比為21%(見表4)。

BMWP記分水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明：貓?zhí)痈闪骷爸Я魅繉儆谖廴緺顟B(tài)，且大部分為重污染甚至嚴(yán)重污染，其中中污染位點(diǎn)5個(gè)，重污染位點(diǎn)30個(gè)，嚴(yán)重污染位點(diǎn)3個(gè)。其中干流(含水庫)中污染及以上位點(diǎn)占比為13%，支流中污染及以上位點(diǎn)占比為14%。

3 討 論

根據(jù)陳滸等[12，29]的研究，貓?zhí)铀鶎俚臑踅饔蛸F州段河流底質(zhì)環(huán)境類型豐富，底棲動(dòng)物物種較多，共發(fā)現(xiàn)有132種底棲動(dòng)物，多于本次研究發(fā)現(xiàn)的82種，這主要由于前者調(diào)查的地理范圍比本次研究更加廣闊，所發(fā)現(xiàn)的物種數(shù)量也相應(yīng)增多。在群落組成方面，烏江流域以軟體動(dòng)物和水生昆蟲占優(yōu)勢(shì)，分別占底棲動(dòng)物總種數(shù)的28.03%和53.78%，與本次貓?zhí)恿饔蛘{(diào)查結(jié)果的24%和62%比較接近。烏江流域調(diào)查發(fā)現(xiàn)，狹蘿卜螺Radixtagoiis、卵蘿卜螺Radixovata、閃蜆Corbiculanitens、隱搖蚊Cryptochironomussp.是流域的廣布種，本文作調(diào)查后貓?zhí)恿饔虻讞珓?dòng)物的優(yōu)勢(shì)種與該調(diào)查相似，也包含了蘿卜螺屬、河蜆、搖蚊屬等。上述結(jié)果表明貓?zhí)拥牡讞珓?dòng)物群落結(jié)構(gòu)跟其干流烏江類似，以水生昆蟲和軟體動(dòng)物為主。

陳滸等[12,29]對(duì)烏江流域貴州段的調(diào)查研究中涉及有貓?zhí)?，其調(diào)查位點(diǎn)位于貓?zhí)雍涌谔?，靠近本次調(diào)查的S16位點(diǎn)。該研究在貓?zhí)影l(fā)現(xiàn)有4種底棲動(dòng)物，全部為軟體動(dòng)物，主要為閃蜆、狹蘿卜螺、大臍圓扁螺Hippeutisumbilicalis，本次研究調(diào)查后同樣發(fā)現(xiàn)有4種底棲動(dòng)物，除了河蜆Corbiculafluminea與沼蛤Limnoperna fortunei這2種軟體動(dòng)物外，還有2種扁蜉科Heptageniidae水生昆蟲。在生物多樣性方面，陳滸等[12，29]的調(diào)查中，貓?zhí)覵hannon-Wiener多樣性指數(shù)為1.40，與本次研究S16位點(diǎn)調(diào)查結(jié)果的1.71接近，均表明位點(diǎn)所代表的河段受到了一定程度污染。

表4 貓?zhí)由镏笖?shù)和水質(zhì)評(píng)價(jià)Tab.4 Bio-index and assessment of water quality at different sites in Maotiao River

本次水質(zhì)生物評(píng)價(jià)結(jié)果顯示貓?zhí)尤饔虼蠖嗵幱谑芪廴緺顟B(tài)，一方面是由于貓?zhí)铀诘臑踅饔蛱幱谌蚬V化帶中[30]，礦產(chǎn)的開發(fā)和生產(chǎn)影響到河流水質(zhì)和沉積物，對(duì)底棲動(dòng)物的生存極為不利[29]。另一方面，貓?zhí)恿饔騼?nèi)生產(chǎn)活動(dòng)強(qiáng)度較大，城鄉(xiāng)污水及含有農(nóng)藥化肥的農(nóng)田退水排放也對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生了不利影響，進(jìn)而影響到了底棲動(dòng)物棲息。此外，根據(jù)池仕運(yùn)等[31]對(duì)烏江水生生物狀況的研究，水電站工程的建設(shè)活動(dòng)及頻繁的航運(yùn)也會(huì)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，而貓?zhí)拥乃婇_發(fā)程度較高，干流已建成7座梯級(jí)電站，梯級(jí)電站的建設(shè)與運(yùn)行改變了原有的天然生境結(jié)構(gòu)和水文過程，使得部分敏感物種逐漸消失。

從貓?zhí)痈闪?含水庫)與支流對(duì)比來看，干流各位點(diǎn)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)的平均值均高于支流，同時(shí)干流各位點(diǎn)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果好于支流，表明支流受污染情況比干流更嚴(yán)重。這可能由于貓?zhí)痈髦Я餮匕遁^干流沿岸開發(fā)程度高，分布有較多的居民點(diǎn)和農(nóng)田，而干流沿岸多高山峽谷，人煙稀少，對(duì)河流造成的直接污染程度較輕。但由于污染物通過各支流最終匯入到干流中，同樣使干流也受到了污染，進(jìn)而影響到底棲動(dòng)物生存。貓?zhí)恿饔蛩|(zhì)污染的超標(biāo)因子為總氮，而總氮主要來源于農(nóng)業(yè)面源、畜禽養(yǎng)殖等[32]，因此加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源和畜禽養(yǎng)殖的污染治理是改善貓?zhí)恿饔蛩|(zhì)的有效途徑。

本次研究采用《河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)指南(試行)》[28]中推薦的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和BMWP記分2種方法進(jìn)行水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)。從評(píng)價(jià)結(jié)果來看，二者之間存在一定差異，采用BMWP記分評(píng)價(jià)得到的結(jié)果普遍劣于Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)的結(jié)果。這可能由于Shannon-Wiener多樣性指數(shù)以全部物種的多寡和數(shù)量的多少為基礎(chǔ)，并未考慮到敏感種的重要性，若采集的樣品中有較多的耐污種，則會(huì)使得評(píng)價(jià)結(jié)果比實(shí)際偏好。BMWP記分為科級(jí)敏感值的累計(jì)值，敏感種的多少對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果貢獻(xiàn)較大，能較好體現(xiàn)敏感種在水質(zhì)生物評(píng)價(jià)中的重要性。BMWP記分方法近年來在國內(nèi)逐漸開始應(yīng)用，具有計(jì)算簡便、易于操作、成本較低等特點(diǎn)，且被證明具有較強(qiáng)的適用性[13]。但考慮到不同流域底棲動(dòng)物在群落組成上有地區(qū)性差異，敏感種所代表的科也會(huì)有所不同，因此需在評(píng)價(jià)前結(jié)合調(diào)查采樣結(jié)果及相關(guān)研究成果對(duì)底棲動(dòng)物科級(jí)敏感值表進(jìn)行補(bǔ)充和修正，以便提高評(píng)價(jià)的適用性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 語

調(diào)查河流底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)并進(jìn)行水質(zhì)生物評(píng)價(jià)，對(duì)制定流域環(huán)境管理策略有重要意義。本研究全面調(diào)查了長江二級(jí)支流、烏江一級(jí)支流貓?zhí)恿饔虻牡讞珓?dòng)物，共發(fā)現(xiàn)有82種底棲動(dòng)物，其中軟體動(dòng)物與水生昆蟲占大部分，與烏江流域底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)較為類似。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和BMWP記分兩種方法的水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果表明貓?zhí)恿饔蚋骱佣未蠖嗵幱谖廴緺顟B(tài)，污染的原因主要有礦產(chǎn)開發(fā)、城鄉(xiāng)生活污水排放、農(nóng)業(yè)污染排放、梯級(jí)水電站建設(shè)等，其中農(nóng)業(yè)面源、畜禽養(yǎng)殖等是主要的污染物來源。貓?zhí)又Я鞯氖芪廴境潭雀哂诟闪骱拥?，是因?yàn)橹Я餮匕兜拈_發(fā)程度較干流沿岸更高。下一步需要針對(duì)污染源的類型和分布制定相應(yīng)的貓?zhí)恿饔蛑卫韺?duì)策及管理措施，最終推進(jìn)長江大保護(hù)戰(zhàn)略的實(shí)施。