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        春季漕河底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其水質(zhì)評(píng)價(jià)研究

        2022-11-23 05:29:58譚印月李嘉義
        河南科技 2022年20期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)污染評(píng)價(jià)

        楊 鑫 譚印月 李嘉義

        (江蘇常環(huán)環(huán)境科技有限公司,江蘇 常州 213022)

        0 引言

        底棲動(dòng)物在水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)以及能量流動(dòng)中具有極其重要的作用[1-2],因?yàn)槠浠顒?dòng)場(chǎng)所相對(duì)固定,對(duì)不利環(huán)境的反應(yīng)比較緩慢,且不同底棲動(dòng)物對(duì)水生態(tài)環(huán)境變化的耐受性、適應(yīng)性等響應(yīng)程度不同,水生態(tài)環(huán)境的變化均可在底棲動(dòng)物的群落中得到不同程度的響應(yīng)[3]。因此,底棲動(dòng)物經(jīng)常作為指示性生物,廣泛用于水生態(tài)環(huán)境的生物監(jiān)測(cè)以及水質(zhì)評(píng)價(jià)[4]。

        關(guān)于底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究,目前主要局限于太湖、長(zhǎng)蕩湖等湖庫,而對(duì)河流則很少涉及。因此本研究以漕河底棲動(dòng)物調(diào)查監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ),分析其群落結(jié)構(gòu),并對(duì)水質(zhì)類別進(jìn)行評(píng)價(jià),其結(jié)果希望為漕河水環(huán)境改善以及生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)域與樣點(diǎn)設(shè)置

        漕河(119.526 2°—119.596 4°E,31.405 0°—31.974 5°N)位于江蘇西南部,是太湖西部地區(qū)主要水運(yùn)干線,全河北起丹陽七里橋,經(jīng)金壇,南至溧陽,總長(zhǎng)約68 km。本研究根據(jù)漕河的生境特征,從上游丹陽到下游溧陽共設(shè)置8個(gè)采樣點(diǎn)。

        1.2 樣品的采集與處理

        于2013年13—15日對(duì)漕河進(jìn)行采樣,樣品采集用改良的Peterson采泥器(1/16 m2),每樣點(diǎn)采集80次。泥樣經(jīng)尼龍篩清洗后,逐一將底棲動(dòng)物揀出。獲得的樣品用7%福爾馬林溶液保存。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)樣品進(jìn)行計(jì)數(shù)和種類鑒定,然后吸去表面固定液,再置于電子天平上稱重,結(jié)果折算成單位面積生物量和密度。

        1.3 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

        pH、DO等指標(biāo)用便攜式水質(zhì)分析儀(YSI6600 V2,USA)測(cè)定;同時(shí)采集水樣并冷凍保存,帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定TN、TP以及COD等指標(biāo)。測(cè)定方法依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》。

        1.4 優(yōu)勢(shì)度

        優(yōu)勢(shì)度(Y)計(jì)算公式為式(1)。

        式中:ni為第i個(gè)分類單元的個(gè)體數(shù);N為樣本總個(gè)數(shù);fi為第i種在采樣點(diǎn)出現(xiàn)的頻率。將Y≥0.02的種類視為優(yōu)勢(shì)種。

        1.5 水質(zhì)的生物學(xué)評(píng)價(jià)

        1.5.1 多樣性指數(shù)。其中,香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)計(jì)算公式為式(2)。

        瑪格列夫豐富度指數(shù)計(jì)算公式為式(3)。

        均勻度指數(shù)計(jì)算公式為式(4)。

        式中:S為樣品中底棲動(dòng)物的總種類數(shù)。

        1.5.2 生物指數(shù)。計(jì)算公式為式(5)。

        式中:ti為第i個(gè)分類單元(科或?qū)伲┑哪臀壑怠?/p>

        1.5.3 Goodnight-Whitely修正指數(shù)。計(jì)算公式為式(6)。

        式中:Noil為樣品中寡毛類個(gè)體總數(shù)。

        1.5.4 生物學(xué)污染指數(shù)(Biological Pollution Index,BPI)計(jì)算公式為式(7)。

        式中:N1為寡毛類、蛭類、搖蚊幼蟲個(gè)體數(shù);N2為多毛類、甲殼類、除搖蚊外的水生昆蟲個(gè)體數(shù);N3為軟體動(dòng)物個(gè)體數(shù)。生物指數(shù)與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

        表1 生物指數(shù)與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 理化環(huán)境狀況

        水質(zhì)數(shù)據(jù)表明樣點(diǎn)之間水質(zhì)差異明顯,漕河基本處在地表Ⅲ、Ⅳ類水。其中,金壇金塔大橋(J3)樣點(diǎn)NH4-N最高,達(dá)到2.275 mg·L-1,屬于地表Ⅴ類水,最小值出現(xiàn)在溧陽董家舍橋(J7),為0.627 mg·L-1,屬于地表Ⅲ類水。NH4-N、TP等水化指標(biāo)值均存在金壇段>丹陽段>溧陽段現(xiàn)象,說明總體上下游溧陽水質(zhì)優(yōu)于上游丹陽水質(zhì),上游丹陽水質(zhì)優(yōu)于中游金壇水質(zhì)。

        2.2 底棲動(dòng)物現(xiàn)狀

        2.2.1 底棲動(dòng)物群落組成和空間動(dòng)態(tài)。漕河底棲動(dòng)物樣本中,共鑒定出25種(類),隸屬于3門6綱17科。其中,環(huán)節(jié)動(dòng)物3種,占總種類的12.00%;節(jié)肢動(dòng)物11種,占44.00%;軟體動(dòng)物11種,占44.00%。所有底棲動(dòng)物中,出現(xiàn)頻次最高的是蘇氏尾鰓蚓(Branchiura sowerbyi)和銅銹環(huán)棱螺(Bellamya aeruginosa),為75.00%。

        底棲動(dòng)物耐污值的劃分,主要根據(jù)對(duì)我國(guó)東部地區(qū)底棲動(dòng)物73個(gè)分類單位耐污值的核定值。在采集到的25種底棲動(dòng)物中,敏感類群2種,占總種類的8.00%;中等耐污種群20種,占總種類的80.00%;耐污種群3種,占總種類的12.00%。說明漕河以耐污能力較強(qiáng)的物種為主。

        底棲動(dòng)物攝食類群的劃分,主要依據(jù)Cummins、Cummins和Kulg提出的劃分規(guī)則,在采集到的25種底棲動(dòng)物中,直接收集者4種(占總種類的16.00%);濾食者、撕食者和刮食者各6種(分別占24.00%);捕食者3種(12.00%)。

        從空間上看,金壇河西大橋(J5)樣點(diǎn)采集到的底棲動(dòng)物最多,共計(jì)20種。而剩余樣點(diǎn)底棲動(dòng)物較少,均不到10種。

        2.2.2 優(yōu)勢(shì)種。各樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度見表2,優(yōu)勢(shì)種差異較大??傮w上漕河底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種是以耐污能力較強(qiáng)的種類為主。金壇河西大橋樣點(diǎn)(J5)優(yōu)勢(shì)種最多為9種。從出現(xiàn)頻率看,銅銹環(huán)棱螺和蘇氏尾鰓蚓均在6個(gè)樣點(diǎn)為優(yōu)勢(shì)種。

        2.2.3 密度和生物量。漕河底棲動(dòng)物密度和生物量由于底質(zhì)、水深等環(huán)境的不同而變化,空間分布差異大。漕河各個(gè)樣點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度大小排序?yàn)镴2>J5>J1>J8>J6>J7>J4>J3,最大值J2樣點(diǎn)密度為153.94 ind.·m-2。各樣點(diǎn)生物量大小排序?yàn)镴1>J2>J5>J8>J6>J7>J3>J4,最大J1樣點(diǎn)生物量為429.25 g·m-2。

        2.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

        利用底棲動(dòng)物作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的指示生物,目前已廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估及水體污染狀況評(píng)價(jià)。本研究采用香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、生物指數(shù)、Goodnight-Whitely修正指數(shù)和生物學(xué)污染指數(shù)對(duì)漕河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。從表3可以看出,評(píng)價(jià)結(jié)果可分為3組。第一,香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì)結(jié)果基本一致,漕河從上游到下游水質(zhì)污染逐漸加重,而這與理化結(jié)果不相符。第二,生物指數(shù)、生物學(xué)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致,丹陽、金壇以及溧陽段分別處于輕微污染、中度污染和輕度污染,這與理化評(píng)價(jià)結(jié)果相符。第三,Goodnight-Whitely修正指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果較其他5個(gè)指數(shù)存在偏差,丹陽和溧陽段均處清潔狀態(tài),金壇段受重度污染。

        表3 各斷面的生物指數(shù)及水質(zhì)評(píng)價(jià)

        底棲動(dòng)物生活在水體底部,水環(huán)境質(zhì)量的變化都可以從底棲動(dòng)物的群落中得到響應(yīng)。香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)主要是受研究地區(qū)底棲動(dòng)物種類數(shù)影響,不能反映群落的組成。漕河底棲動(dòng)物是以耐污性比較強(qiáng)的種類為主,多樣性指數(shù)沒考慮其耐污值。Goodnight-Whitely修正指數(shù)主要根據(jù)寡毛類豐度來計(jì)算,但在漕河大多樣點(diǎn),寡毛類密度占比不足10%,所以在漕河不適合用GBI指數(shù)。BI生物指數(shù)既考慮了物種的豐度,又考慮到了不同物種的耐污性不同;生物學(xué)污染指數(shù)綜合考慮了底棲動(dòng)物的個(gè)體類群,所以,BI和BPI指數(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。本研究中,BI、BPI評(píng)價(jià)結(jié)果總體一致。因此,可以選用生物指數(shù)和生物學(xué)污染指數(shù)綜合評(píng)價(jià)漕河水環(huán)境質(zhì)量。

        3 結(jié)論

        ①調(diào)查期間,漕河底棲動(dòng)物共計(jì)3門6綱17科25種,各物種出現(xiàn)頻率最高的是蘇氏尾鰓蚓和銅銹環(huán)棱螺。按耐污值來劃分以中等耐污種為主,占到80.00%。從空間上看,金壇河西大橋(J5)樣點(diǎn)底棲動(dòng)物最多,共計(jì)20種。

        ②各樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種差異較大,其中總體上,金壇河西大橋樣點(diǎn)(J5)優(yōu)勢(shì)種最多為9種,溧陽董家舍橋(J7)優(yōu)勢(shì)種最少為2種,但總體上,漕河底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種是以耐污能力較強(qiáng)的種類為主。

        ③漕河底棲動(dòng)物平均密度為45.80 ind.·m-2;平均生物量為18.80 g·m-2,各樣點(diǎn)斷面密度和生物量差異較大。

        ④本研究采用香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)、生物指數(shù)(BI)、Goodnight-Whitely修正指數(shù)(GBI)和生物學(xué)污染指數(shù)(BPI)對(duì)漕河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),其結(jié)果差異較大。香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)、瑪格列夫豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)只考慮物種數(shù)量,忽略了不同物種的耐污特性等。Goodnight-Whitely修正指數(shù)(GBI)不適用于寡毛類密度較小的水域。BI生物指數(shù)既考慮了物種豐度,又考慮了物種耐污性,所以,BI和BPI指數(shù)較其他4個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)水質(zhì)準(zhǔn)確性和可靠性高。根據(jù)BI和BPI指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果,丹陽段、金壇段以及溧陽段分別處于輕微污染、中度污染和輕度污染。

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