大縱湖大型底棲生物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評價

許靜波 張加雪 徐明 唐春燕 李一平 朱立琴 王琴

摘要：大縱湖位于長江、淮河兩大水系交融的里下河地區(qū)洼地中心地帶，是江蘇省級規(guī)劃保護(hù)的重點(diǎn)湖泊之一。近20 a來，在人類活動影響下，大縱湖生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。底棲動物是水生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在能量流動和物質(zhì)循環(huán)中起著承上啟下的作用。于2015～2016年對大縱湖底棲動物群落分布特征進(jìn)行了監(jiān)測分析。結(jié)果表明：在調(diào)查期間，大縱湖共采集出底棲動物10種（屬），其中寡毛類、搖蚊幼蟲、軟體動物及其它底棲動物平均密度分別為132.27，100.52，82.02，5.29 ind./m2，平均生物量分別為1.52，0.61，168.74?，0.02 g/m2。底棲動物密度與生物量均呈現(xiàn)出時空分布不均勻的特征。大縱湖底棲動物優(yōu)勢種主要為蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓、中國長足搖蚊和環(huán)棱螺?；谡{(diào)查結(jié)果，選用4種不同的生物指數(shù)（BPI生物學(xué)指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Goodnight生物學(xué)、Wright指數(shù)）對大縱湖進(jìn)行水質(zhì)生物評價，結(jié)果表明大縱湖目前處于輕度-中度污染階段。

關(guān)?鍵?詞： 底棲動物; 群落結(jié)構(gòu); 水質(zhì)評價; 水質(zhì)生物學(xué)評價; 大縱湖; 里下河地區(qū)

中圖法分類號：X824?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.005

大型底棲動物是湖泊水生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分之一，在能量流動和物質(zhì)循環(huán)中起著承上啟下的作用。比如，底棲動物可以分解水底有機(jī)質(zhì)（碎屑），調(diào)節(jié)水-土界面物質(zhì)交換和水體自凈[1-3]。由于底棲動物壽命長，區(qū)域性強(qiáng)，遷移能力弱，且對環(huán)境變化較為敏感，所以常被作為評價水質(zhì)的指示生物[4-5]，在水質(zhì)生物評價中得到了廣泛應(yīng)用。研究底棲動物的種類組成、群落結(jié)構(gòu)以及物種多樣性等特征，對了解湖泊生態(tài)系統(tǒng)組織、功能、狀態(tài)、健康變化，以及湖泊健康評價管理具有重要的指導(dǎo)意義[6-7]。

長江中下游是我國淡水湖泊的主要分布區(qū)域，占全國淡水湖泊總數(shù)的60%～70%[8]。但是隨著工農(nóng)業(yè)發(fā)展，大量污染物質(zhì)進(jìn)入湖泊，導(dǎo)致湖泊水質(zhì)惡化、生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能也不斷退化，水生生物群落也受到了嚴(yán)重影響。近年來，對長江中下游淡水湖泊底棲動物群落展開了一些研究，包括群落多樣性、穩(wěn)定性、能量轉(zhuǎn)化和群落演替等[9-12]。比如，蔡永久[8]等對長江中下游地區(qū)4種不同類型湖泊（草型、天然養(yǎng)殖、施肥養(yǎng)殖以及城市湖泊）的大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)和多樣性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同類型湖泊底棲動物的密度、生物量、多樣性等存在顯著差異。吳召仕等基于對太湖流域五大水系大型底棲動物的2次監(jiān)測[13]，建立了各水系底棲動物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的關(guān)系，以此評價各水系水質(zhì)狀況。蔡琨等通過對太湖32個采樣點(diǎn)底棲動物和環(huán)境變量的多次季節(jié)性調(diào)查[14]，應(yīng)用底棲動物完整性指數(shù)評價太湖生態(tài)健康。王浠浠等對大縱湖5個采樣點(diǎn)開展了大型底棲動物單次調(diào)查[15]，并采用多種指數(shù)方法，包括理化分析、Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、BPI指數(shù)，對大縱湖水質(zhì)進(jìn)行了綜合評價。朱蘇葛等基于里下河地區(qū)典型湖泊底棲生物群落的調(diào)查結(jié)果[16]，分析了大型底棲動物群落與環(huán)境因子的關(guān)系，研究表明里下河地區(qū)的4個典型湖泊均處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，并且大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)分布呈現(xiàn)出單一化的趨勢。

本次研究選取長江中下游里下河腹地典型湖蕩區(qū)大縱湖，對其大型底棲動物展開每月多采樣點(diǎn)調(diào)查，研究大縱湖底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征，評價水環(huán)境健康狀況，以期為大縱湖生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1?研究區(qū)域概況

大縱湖位于長江、淮河兩大水系交匯的里下河地區(qū)洼地中心地帶（119°43′E～119°50′E，33°7′N～33°13′N），是江蘇省級規(guī)劃保護(hù)的重點(diǎn)湖泊之一。大縱湖湖面呈橢圓形，總面積為36.67 km2，其中自由水面面積為10.02 km2（占27.3%），其余為圈圩和圍網(wǎng)面積。大縱湖湖底平坦，水深較淺，大部分湖區(qū)平均水深為1 m左右。大縱湖為過水型湖泊，南部和西部的鯉魚河、中引河及大溪河等為主要入湖河流，北邊的蟒蛇河為主要出湖河流。由于大縱湖水深較淺，水-土界面易發(fā)生擾動，物質(zhì)交換強(qiáng)烈，污染物沉積緩慢，水環(huán)境承載能力低，水體易發(fā)生富營養(yǎng)化，生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱。

2?采樣與分析方法

2.1?采樣點(diǎn)布設(shè)及樣品采集處理

本研究在大縱湖共布設(shè)3個采樣點(diǎn)（見圖1）。于2015年9月至2016年8月每月1次進(jìn)行采樣，監(jiān)測指標(biāo)為底棲動物。

底棲動物樣品采集與處理：樣品采集用改良的彼得生采泥器（1/16 m2），泥樣用60目尼龍網(wǎng)篩洗，余留物置于白瓷盤中，再將底棲動物活體一一挑出。獲得的樣品用7%的福爾馬林溶液保存。在實(shí)驗(yàn)室中鑒定樣品中底棲動物的種類，并計算個數(shù)。用濾紙吸除底棲動物表面固定液，利用電子天平稱重，并將結(jié)果換算成底棲動物單位面積的密度和生物量。

2.2?優(yōu)勢種相對重要性指標(biāo)計算

相對重要性指數(shù)（IRI）主要考慮了大型底棲動物的密度、生物量和分布狀況，可以在一定程度上平衡不同種類底棲動物密度和生物量較大差異產(chǎn)生的優(yōu)勢種偏差[17]。本研究利用IRI確定大縱湖各監(jiān)測點(diǎn)位的優(yōu)勢種，計算公式為

IRI=（W+N）×F（1）

式中，W表示某一種類的生物量占大型底棲動物總生物量的百分比;N為該種類的密度占大型底棲動物總密度的百分比;F為該物種出現(xiàn)的相對頻率。

2.3?水質(zhì)生物學(xué)評價方法

本次研究分別采用4種不同的生物指數(shù)（BPI生物學(xué)指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Goodnight指數(shù)、Wright指數(shù)）對大縱湖進(jìn)行水質(zhì)評價。

BPI生物學(xué)指數(shù)=lg（N1+2）lg（N2+2）+lg（N3+2）（2）

式中，N1為寡毛類、蛭類和搖蚊幼蟲數(shù)量;N2為多毛類、甲殼類、除搖蚊幼蟲以外其它水生昆蟲數(shù)量;N3為軟體動物數(shù)量。

Shannon-wiener指數(shù)主要綜合了群落豐富性和均勻度，其計算公式如下：

Shannon-wiener指數(shù)=-ni=1niN×lnniN（3）

式中，ni為樣品中第i種生物的個體數(shù)或密度;N為樣品中生物的總個體數(shù)或總密度。

Goodnight生物指數(shù)=顫蚓類個體數(shù)底棲動物總數(shù)（4）

Wright指數(shù)從寡毛類的密度來評價水體水質(zhì)。

本研究同時運(yùn)用以上這4種生物指數(shù)來評價大縱湖水質(zhì)狀況，各指數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3?結(jié)果與討論

3.1?底棲動物密度、生物量與出現(xiàn)頻率

在采樣調(diào)查期間，大縱湖共鑒定出底棲動物10種（屬）（表2）。其中，搖蚊科幼蟲4種，分別為中國長足搖蚊、羽搖蚊、紅裸須搖蚊和側(cè)葉雕翅搖蚊;寡毛類3種，分別為蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓和正顫蚓;軟體動物2種，分別為環(huán)棱螺和圓頂珠蚌;蛭類1種，為扁舌蛭，均為長江中下游湖泊常見種類。大縱湖底棲動物平均密度和生物量，相對密度、相對生物量及物種出現(xiàn)的相對頻率見表2和圖2。

大縱湖寡毛類、搖蚊幼蟲、軟體動物、其它底棲動物的平均密度分別為132.27，100.52，82.02，5.29 ind./m2。從相對的密度來看，寡毛類的蘇氏尾鰓蚓（39.68ind./m2）和霍甫水絲蚓（82.01 ind./m2），搖蚊幼蟲的中國長足搖蚊（50.26 ind./m2）和羽搖蚊（29.10 ind./m2），軟體動物的環(huán)棱螺（79.37?ind./m2?）優(yōu)勢度較高，分別占總密度的12.40%，25.62?%，15.70%，9.09%和24.79%。

在生物量方面，由于軟體動物個體較大，平均生物量為168.74 g/m2，占總生物量的98.74%。其中，環(huán)棱螺在總生物量上占據(jù)絕對優(yōu)勢，平均生物量167.57 g/m2，占總生物量的98.05%;圓頂珠蚌和蘇氏尾鰓蚓平均生物量分別為1.17 g/m2和1.25 g/m2，所占比重次之，分別為0.69%，0.73%。

從各物種出現(xiàn)頻率來看，蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓、中國長足搖蚊、羽搖蚊和環(huán)棱螺是大縱湖最常見的種類，在大部分采樣點(diǎn)均能采集到。

3.2?大縱湖底棲動物時空分布

根據(jù)各季度大縱湖底棲動物平均密度和生物量的空間分布狀況可知（圖3），底棲動物平均密度與平均生物量時空分布不均勻，并且底棲動物平均生物量較平均密度空間分布差異更大。底棲動物平均密度在春季差異最大，最高值出現(xiàn)在2號采樣點(diǎn)（619?ind./m2?），最低值出現(xiàn)在3號采樣點(diǎn)，為95 ind./m2;夏季差異最小，最高值在3號采樣點(diǎn)，為381 ind./m2，最低值在1和2號采樣點(diǎn)，都為333 ind./m2。平均生物量在冬季空間差異最為明顯。冬季平均生物量最高值為656.05 g/m2（1號采樣點(diǎn)），最低值為1.27?g/m2?（3號采樣點(diǎn)）; 夏季差異最小， 最高值為114.32 g/m2（1號采樣點(diǎn)），最低值為3.08 g/m2（3號采樣點(diǎn)）。

圖3?大縱湖底棲動物平均密度和生物量時空分布Fig.3?Seasonal and spatial distributions of average density ?and biomass of macrobenthos in Dazong Lake

根據(jù)不同種屬底棲動物所占比重可知，各季度各采樣點(diǎn)中，考慮了搖蚊羽化過程，就平均密度而言，寡毛類和搖蚊幼蟲主導(dǎo)了底棲動物平均密度的空間分布狀況，軟體動物所占比重相對較低;同時，隨著時間向冬、春季過渡，軟體動物所占比重逐漸提高，這可能是軟體動物在冬、春季進(jìn)入繁殖期，整體數(shù)量上升?？傮w而言，軟體動物以及寡毛類、搖蚊幼蟲共同主導(dǎo)了大縱湖底棲動物密度的空間分布格局。此外，在各種屬底棲動物平均生物量時空分布方面，個體較大的軟體動物在各個季度均占據(jù)絕對主導(dǎo)優(yōu)勢，寡毛類和搖蚊幼蟲在湖區(qū)南部水域?qū)傮w生物量貢獻(xiàn)較高。

3.3?大縱湖底棲動物優(yōu)勢種群

綜合考慮大型底棲動物的密度、生物量以及分布狀況，利用IRI指數(shù)確定大縱湖各個監(jiān)測點(diǎn)位的優(yōu)勢種類。由表2 IRI計算結(jié)果可知，大縱湖現(xiàn)階段的底棲動物優(yōu)勢種主要為蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓、中國長足搖蚊和環(huán)棱螺。

根據(jù)大縱湖底棲動物優(yōu)勢種全年平均密度和生物量的空間分布格局可知，各優(yōu)勢種在數(shù)量上存在空間異質(zhì)性。環(huán)棱螺在1號采樣點(diǎn)平均密度最高，為143 ind./m2;其在2號采樣點(diǎn)平均密度最低，為16?ind./m2;?環(huán)棱螺平均生物量與平均密度空間分布格局類似。中國長足搖蚊主要分布在2號采樣點(diǎn)水域附近（平均密度和生物量最高值分別為111 ind./m2與0.35g/m2），其它水域分布較少，這與搖蚊類生活習(xí)性相關(guān)。2號采樣點(diǎn)附近靠入湖河道口，營養(yǎng)物質(zhì)較多，較利于中國長足搖蚊的生長繁殖?；舾λz蚓與中國長足搖蚊分布格局類似。作為污染性指示物種，霍甫水絲蚓密度以及生物量對評價大縱湖的污染狀態(tài)具有很強(qiáng)的指示作用，霍甫水絲蚓主要分布在大縱湖西北部，附近多靠近居民生活區(qū)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，受人為污染影響較大，說明大縱湖污染狀態(tài)主要由人類活動影響所致。耐污性種蘇氏尾鰓蚓的空間分布與霍甫水絲蚓也相似，調(diào)查期間均主要分布在人類活動頻繁水域。

3.4?大縱湖水質(zhì)生物學(xué)評價

基于底棲動物監(jiān)測結(jié)果，計算各采樣點(diǎn)4種生物學(xué)指數(shù)，即BPI生物學(xué)指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Goodnight生物學(xué)指數(shù)、Wright指數(shù)來進(jìn)行水質(zhì)生物評價（圖4）。這4種方法各有側(cè)重點(diǎn)，結(jié)論如下。

（1） Wright指數(shù)。寡毛類平均密度均不高，在3個采樣點(diǎn)均低于200 ind./m2以下，屬于輕污染狀態(tài)，2號采樣點(diǎn)位于入湖河道水域，受人類的生產(chǎn)生活影響較大，寡毛類平均密度要高于其它兩個采樣點(diǎn)水域。

（2） Goodnight生物學(xué)指數(shù)。大縱湖3個采樣點(diǎn)的Goodnight指數(shù)介于0.32～0.46之間，說明大縱湖整體處于輕污染狀態(tài)。

（3） BPI生物指數(shù)。大縱湖3個采樣點(diǎn)的BPI指數(shù)介于0.6～2.0之間，說明大縱湖依照BPI指數(shù)分析法處于中污染狀態(tài)，同時可以看出大縱湖污染狀態(tài)呈現(xiàn)地理區(qū)域特點(diǎn)，北部主要為α-中污染，中南部主要為β-中污染。

（4） Shannon-Wiener指數(shù)。大縱湖3個采樣點(diǎn)的Shannon-Wiener指數(shù)均在2.0～3.0之間，說明大縱湖水質(zhì)整體處于中污染狀態(tài)。

綜合以上4種指數(shù)評價結(jié)果，表明大縱湖整體處于輕污染～中污染狀態(tài)，評價結(jié)果與物理化學(xué)水質(zhì)指標(biāo)評價具有很好的一致性。結(jié)合底棲動物種類組成和多樣性的分析結(jié)果，耐污能力較強(qiáng)的種類在大縱湖優(yōu)勢度較高，如蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓以及中國長足搖蚊。此外，對比王浠浠等于2013年1月開展的大縱湖大型底棲動物單次調(diào)查評價，兩者結(jié)果類似[15]，說明大縱湖水環(huán)境質(zhì)量一段時間以來一直維持在輕污染～中污染狀態(tài)。作為蘇北地區(qū)重要的生態(tài)湖泊，大縱湖水生態(tài)環(huán)境的治理及管理工作仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。特別是針對大縱湖過度圍網(wǎng)養(yǎng)殖的現(xiàn)狀，十分有必要合理規(guī)劃養(yǎng)殖規(guī)模、優(yōu)化放養(yǎng)品種、緩解過度養(yǎng)殖問題，從而進(jìn)一步改善大縱湖生態(tài)環(huán)境，有助于形成良性的生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)。

4?結(jié) 論

（1） 2015～2016年期間在大縱湖3個采樣點(diǎn)共采集出底棲動物10種（屬），屬于寡毛類、搖蚊幼蟲、軟體動物、其它底棲動物，其平均密度分別為132.27，100.52，82.02 ind./m2和5.29 ind./m2，平均生物量分別為1.52，0.61，168.74 g/m2和0.02 g/m2。

（2） 大縱湖底棲動物平均密度與生物量時空分布不均勻，底棲動物生物量較密度空間分布差異性更大。

（3） 根據(jù)底棲動物種類組成和多樣性的分析結(jié)果，耐污能力較強(qiáng)的種類在大縱湖優(yōu)勢度較高，如蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓以及中國長足搖蚊。

（4） 分別選用4種不同的生物指標(biāo)（BPI生物學(xué)指數(shù)、Shannon-wiener指數(shù)、Goodnight生物學(xué)、Wright指數(shù)）進(jìn)行水質(zhì)生物評價。結(jié)果表明，Goodnight指數(shù)介于0.32～0.46之間，說明大縱湖整體處于輕污染狀態(tài);BPI指數(shù)介于0.6～2.0之間，說明大縱湖依照BPI指數(shù)分析法處于中污染狀態(tài)，同時可以看出大縱湖污染狀態(tài)呈現(xiàn)地理區(qū)域特點(diǎn)，北部主要為α-中污染，中南部主要為β-中污染; Shannon-Wiener指數(shù)為2.0～3.0之間，說明大縱湖水質(zhì)整體處于中污染狀態(tài)。綜合4種生物指數(shù)評價結(jié)果可知，大縱湖現(xiàn)處于輕度-中度污染時期，作為蘇北地區(qū)重要的生態(tài)湖泊，大縱湖水生態(tài)環(huán)境的治理及管理工作仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。

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引用本文：許靜波，張加雪，徐?明，唐春燕，李一平，朱立琴，王?琴.大縱湖大型底棲生物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)生物學(xué)評價[J].人民長江，2019，50（1）：24-28.

Macrozoobenthos community structure and water qualitybioassessment forDazong Lake in Lixiahe area

XU Jingbo1， ZHANG Jiaxue1， XU Ming1， TANG Chunyan2， LI Yiping3， ZHU Liqin3， WANG Qin1

（1. Taizhou Yinjiang Canal Administration of Jiangsu Province， Taizhou 225321， China; 2. South China Institute of Environment Science， Ministry of Environment Protection of PRC， Guangzhou 510535， China; 3. School of Environment， Hohai University， Nanjing 210098， China）

Abstract：Dazong Lake located in the middle of low-lying Lixiahe Region， a convergence area of the Yangtze River and the Huaihe River， and is one of the most important province-level protection lakes in Jiangsu Province. However， Dazong Lake is suffering serious environmental problems due to human activities in last two decades. Macrozoobenthos， an important part of aquatic ecosystems， contribute significantly to the circulations of energy and materials. In this study， macrozoobenthos community structure was investigated in Dazong Lake from 2015 to 2016 and 10 taxa macrozoobenthos were found. The average density of Oligochaeta， Chironomidae， Mollusca and other groups were 132.27， 100.52， 82.02， 5.29 ind./m2， while the average biomass were 1.52， 0.61， 168.74， 0.02 g/m2 respectively. The density and biomass of macrozoobenthos varied spatiotemporally. Branchiura sowerbyi， Limnodrilus hoffmeisteri， Tanypus chinensis， and Bellamya sp. were the dominant species in Dazong Lake. The results of water quality bioassessment using four different indexes （i.e. BPI， Shannon-wiener， Goodnight and Wright indexes） indicated that Dazong Lake was at the status of mild-intermediate polluted.

Key words：?macrozoobenthos; community structure; water quality assessment; water quality bioassessment; Dazong Lake; Lixiahe Region