亞熱帶丘陵區(qū)池塘底棲動(dòng)物群落特征與水體面源 污染關(guān)系研究

彭健 ，李希 ，李裕元 ，王浩 ，孟岑，曾睿，王棟

（1. 中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3. 湖南艾布魯環(huán)保科技股份有限公司, 湖南 長沙 410000）

隨著點(diǎn)源污染不斷得到有效控制，農(nóng)業(yè)面源污染問題已成為我國農(nóng)村環(huán)境的最突出問題[1]。面源污染量大面廣，污染源分散度高，對(duì)水體污染持續(xù)性較強(qiáng)[2]，容易導(dǎo)致底棲動(dòng)物功能、豐富度和群落結(jié)構(gòu)的改變，因此，水體健康和底棲動(dòng)物的相關(guān)研究備受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注[3]，探討池塘底棲動(dòng)物群落特征與水體面源污染的關(guān)系對(duì)于池塘水體面源污染的預(yù)防與修復(fù)治理具有一定的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

目前我國農(nóng)村地區(qū)以污染物遷移方向?yàn)橹骶€、以小流域或集水區(qū)為單元開展綜合生態(tài)治理是治理面源污染的重要方向[4-5]。池塘是我國南方地區(qū)十分常見的小型水體[6-7]，作為小流域水文循環(huán)的重要節(jié)點(diǎn)，對(duì)于調(diào)蓄地表經(jīng)流、抗旱和農(nóng)業(yè)面源污染物消納轉(zhuǎn)化均具有重要作用[8]。同時(shí)，池塘水體水質(zhì)的變化也會(huì)引起包含底棲動(dòng)物在內(nèi)的水生生態(tài)系統(tǒng)特征發(fā)生不同程度的變化，從而進(jìn)一步影響到池塘的生態(tài)功能。

底棲動(dòng)物作為池塘等濕地生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要參與者，是池塘濕地生態(tài)功能健康的重要標(biāo)志之一[9]，在水生生態(tài)系統(tǒng)中扮演消費(fèi)者角色，一方面以細(xì)菌、有機(jī)碎屑顆粒和底棲藻類為食，促進(jìn)水體有機(jī)物降解，另一方面可為魚類提供天然餌料，加速池塘生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化[10]。由于底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)敏感，當(dāng)水體受到污染時(shí)，其群落結(jié)構(gòu)及多樣性會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，可對(duì)濕地系統(tǒng)水質(zhì)變化起到指示作用[11]，因此也受到水環(huán)境研究者的廣泛關(guān)注。

目前針對(duì)河流水系[12]、湖泊[13]、水庫[14]等大型水體底棲動(dòng)物的研究常見報(bào)道，與農(nóng)業(yè)面源污染治理密切相關(guān)的小型水體中底棲動(dòng)物的研究則相對(duì)集中于人工濕地[15]，人工濕地與天然池塘之間的底棲動(dòng)物群落特征既有區(qū)別又有聯(lián)系，進(jìn)一步研究天然池塘底棲動(dòng)物群落特征可以反映一個(gè)地區(qū)池塘水體面源污染狀況，建立具有一定指示作用的生物指標(biāo)體系。為此，本研究于2020 年7 月（夏季）和12月（冬季）對(duì)亞熱帶丘陵區(qū)金井小流域15 口典型池塘底棲動(dòng)物物種、豐度、生物量和水體污染情況進(jìn)行了現(xiàn)場采樣調(diào)查，通過分析兩季池塘水體污染情況和相關(guān)底棲動(dòng)物的群落特征，探討了底棲動(dòng)物群落特征隨季節(jié)和水體污染程度變化的關(guān)系，研究結(jié)果可為池塘水體面源污染的治理修復(fù)提供參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與采樣位點(diǎn)設(shè)置

研究區(qū)位于湖南省長沙縣金井鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)范圍28°30′～28°39′ N、113°18′～113°29′ E（圖1），區(qū)內(nèi)平均海拔98.3 m，為典型丘陵地貌，屬于典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，多年平均氣溫17.1 ℃，全年無霜期274 d，日照時(shí)數(shù)1 663 h，熱量充足，多年平均降水量1 394.6 mm，主要集中于4—7 月份。當(dāng)?shù)赝恋乩梅绞街饕修r(nóng)田（36.47%）、茶園（3.40%）、林地（49.01%）等[16]。利用研究區(qū)高分辨率影像（2016年12 月，0.5 m 分辨率），采用ArcGIS 軟件完成研究區(qū)內(nèi)森林、農(nóng)田、居民區(qū)、池塘、水庫和道路等土地利用要素的目視解譯與矢量圖層輸出，按影像解譯結(jié)果，該小流域池塘數(shù)量有2 012 個(gè)，密度高達(dá)19 個(gè)/km2。課題組定期監(jiān)測其中142 個(gè)池塘的水質(zhì)變化，通過實(shí)地調(diào)查，獲取池塘周邊景觀類型、池塘經(jīng)營管理（是否養(yǎng)魚）和池塘周邊污染物輸入來源、綜合水質(zhì)情況等基本信息，從142 個(gè)池塘中挑選15 個(gè)水質(zhì)狀況、污染物來源、分布區(qū)域和經(jīng)營模式等有顯著差異的典型池塘（平均水深約3 m）進(jìn)行底棲動(dòng)物群落調(diào)查與采樣分析，采樣點(diǎn)分布見圖1。

1.2 池塘底棲動(dòng)物調(diào)查

分別于2020 年7 月（夏季）和12 月（冬季）開展兩次底棲動(dòng)物的調(diào)查采樣分析，其中底棲動(dòng)物調(diào)查采用1/16 m2彼得森采泥器，每口池塘采用五點(diǎn)取樣法采集底泥樣，泥樣當(dāng)即用60 目尼龍網(wǎng)篩清洗后倒入采樣瓶，瓶中加入10%甲醛密封保存后帶回實(shí)驗(yàn)室，再用60 目尼龍網(wǎng)篩在自來水下沖洗，將甲醛洗凈后將網(wǎng)篩內(nèi)的剩余物倒入解剖盤中，用鑷子將底棲動(dòng)物樣本逐一撿出，放入盛有80%乙醇溶液的離心管中，隨后在光學(xué)顯微鏡下逐個(gè)進(jìn)行物種鑒定和分類計(jì)數(shù)，并用濾紙將底棲動(dòng)物表面水分吸干后在萬分之一天平上稱重，最終匯總記錄結(jié)果并換算成單位面積的個(gè)體數(shù)量即豐度（ind/m2）和鮮重質(zhì)量即生物量（g/m2）[17]。

1.3 水樣采集與測定

在進(jìn)行底棲動(dòng)物調(diào)查的同時(shí)采集水樣并帶回室內(nèi)進(jìn)行相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)的分析，部分水體理化指標(biāo)現(xiàn)場實(shí)時(shí)測定。用哈希便攜式水質(zhì)分析儀（型號(hào)：HQ40d）測定水溫（T）、酸堿度（pH）和溶解氧（DO），用雷磁DDB-303A 便攜式電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率（EC）。

水質(zhì)指標(biāo)測定方法按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4 版）進(jìn)行。氨氮（NH4+-N）、硝態(tài)氮 （NO3--N）和溶解態(tài)有機(jī)碳（DOC）的測定方法為將水樣抽濾過0.45 μm 膜后，取濾液直接上流動(dòng)注射儀（AA3，德國SEAL 公司）和TOC 分析儀（島津Vwp，日本）測定；總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解后用流動(dòng)注射儀（AA3，德國SEAL 公司）測定；總磷（TP）采用過硫酸鉀消解后，用鉬酸銨分光光度法測定[18]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

底棲動(dòng)物群落特征指數(shù)采用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Y）確定池塘底棲動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)物種；采用單位面積底棲動(dòng)物的數(shù)量（豐度，ind/m2）和生物量（g/m2）來評(píng)價(jià)底棲動(dòng)物的數(shù)量特征；采用Shannon-Weiner 多樣性指數(shù)（H ′）、Margalef 豐富度指數(shù)（D）、Pielou均勻度指數(shù)（J）分析底棲動(dòng)物的多樣性特征。各主要指數(shù)的計(jì)算公式為：

式中：Y 為優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，當(dāng)Y ＞0.02 時(shí)，確定該物種為優(yōu)勢(shì)種；Ai為相對(duì)豐度，即種i 的個(gè)體數(shù)量占總物種個(gè)體數(shù)量的比例；Fi為物種i 出現(xiàn)的頻率；S為總的物種數(shù)目。

水質(zhì)健康評(píng)價(jià)參照有關(guān)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范對(duì)相關(guān)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行限定，本研究中pH 的限定范圍取6.50～8.50，處于此區(qū)間內(nèi)為合格；DO 限定值取5 mg/L，高于5 mg/L 為合格；NH4+-N、NO3--N、TN、TP 和DOC 的限定值分別取1.00 mg/L、1.00 mg/L、1.00 mg/L、0.20 mg/L 和6.00 mg/L。評(píng)價(jià)方法依據(jù)農(nóng)用水源環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[19]，采用單項(xiàng)污染指數(shù)和負(fù)荷比對(duì)監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行單項(xiàng)評(píng)價(jià)，再通過綜合污染指數(shù)對(duì)水體環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。單項(xiàng)污染指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：Pi為水環(huán)境中污染物i 的污染指數(shù)；Ci為水環(huán)境中污染物i 的實(shí)測值；C0為水環(huán)境中污染物的限量標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)該計(jì)算方法，為了便于累積計(jì)算比較，需對(duì)Pi數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算：當(dāng)Pi≤1 時(shí)表示水環(huán)境未受污染，指標(biāo)合格，標(biāo)準(zhǔn)化值Ni=Pi；當(dāng)Pi＞1 時(shí)，表示水環(huán)境受到污染，指標(biāo)不合格，標(biāo)準(zhǔn)化值Ni= 1.0+5×lgPi，由此，在單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，采用兼顧單項(xiàng)污染指數(shù)最大值和平均值的綜合污染指數(shù)Pj進(jìn)行評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式為：

式中：Nmaxi為標(biāo)準(zhǔn)化的最大單項(xiàng)污染指數(shù)，Navei為標(biāo)準(zhǔn)化的平均單項(xiàng)污染指數(shù)。依據(jù)水體環(huán)境綜合污染指數(shù)，可將池塘水質(zhì)狀況分為5 個(gè)等級(jí)（表1），對(duì)所研究池塘水質(zhì)的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 水體綜合污染指數(shù)分級(jí)Table 1 Classification of comprehensive pollution index of waters

1.5 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用單因素方差分析（One-way ANOVA）來檢驗(yàn)不同類型池塘環(huán)境因子、底棲動(dòng)物群落特征差異的顯著性，采用Duncan’s 多重比較檢驗(yàn)組間差異。采用皮爾遜相關(guān)分析來檢驗(yàn)底棲動(dòng)物種類數(shù)、不同類群密度和生物量與主要環(huán)境因子的相關(guān)性，如果P ＜0.05，則認(rèn)為有顯著相關(guān)關(guān)系，并對(duì)底棲動(dòng)物與環(huán)境因子間進(jìn)行主成分分析（PCA）。以上所有分析在SPSS 21.0 軟件中完成。使用CANOCO 5 進(jìn)行冗余分析（RDA）。

2 結(jié)果與分析

2.1 池塘水體污染程度與分類

對(duì)15 個(gè)調(diào)查池塘兩個(gè)觀測季節(jié)綜合污染指數(shù)的計(jì)算結(jié)果表明，水體污染均達(dá)到輕污染程度以上（Pj＞1，圖2），研究區(qū)池塘水體主要污染物平均值為3.03，超出警戒水平?？傮w上，池塘冬季水體污染程度明顯高于夏季，4、6 和13～15 號(hào)池塘冬季污染程度有所降低，區(qū)域內(nèi)夏季高溫多雨，冬季低溫少雨，降雨可能是導(dǎo)致兩季污染程度不同的主要原因，13～15 號(hào)池塘可能由于周邊地理環(huán)境屬于林地而影響了地表徑流，導(dǎo)致夏季污染程度反而高于冬季，而4 號(hào)和6 號(hào)池塘周邊為居民地，受人為因素影響較大。根據(jù)實(shí)際調(diào)查結(jié)果，結(jié)合水體污染指數(shù)分級(jí)，可將15 個(gè)池塘劃分為3 類，即輕度污染（綜合污染指數(shù)1～2 級(jí)）：夏季7～12 號(hào)塘，冬季7 號(hào)塘和13 號(hào)塘；中度污染（綜合污染指數(shù)3 級(jí)）：夏季1～3 號(hào)池塘，冬季11、14 和15 號(hào)塘；重度污染（綜合污染指數(shù)＞3 級(jí)）：夏季4～6 號(hào)塘和13～15 號(hào)塘，冬季1～6、8、9、10 和12 號(hào)塘。

圖2 水環(huán)境綜合污染指數(shù)Fig. 2 Comprehensive pollution index of water environment

根據(jù)池塘分類結(jié)果，參照國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002），金井河小流域池塘水體總磷測定結(jié)果一般可達(dá)到地表水Ⅱ類～Ⅲ類之間，兩季平均總磷含量僅為0.09 mg/L，而總氮一般為Ⅴ類或劣Ⅴ類，夏季總氮平均含量為3.98 mg/L，地表水Ⅳ類超標(biāo)率達(dá)到73.3%，冬季總氮和氨氮平均含量甚至高達(dá)6.21 mg/L 和4.59 mg/L，總氮和氨氮地表水Ⅴ類超標(biāo)率分別為100%和86%以上（表2），表明 總氮和氨氮是金井河流域池塘水體污染的主要指標(biāo)。

表2 不同污染程度池塘氮磷指標(biāo)Table 2 Nitrogen and phosphorus indexes of ponds under different pollution degrees

2.2 底棲動(dòng)物群落特征

對(duì)底棲動(dòng)物種類的調(diào)查結(jié)果顯示，2 個(gè)季節(jié)共采集底棲動(dòng)物22 種，包括節(jié)肢動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物和軟體動(dòng)物三大類群，節(jié)肢動(dòng)物種類14 種，占群落總種數(shù)64%，軟體動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物種數(shù)均為4 種，群落結(jié)構(gòu)相對(duì)較為簡單（表3）。兩季物種數(shù)略有差異，其中夏季略多為16 種，冬季略少為14 種?？傮w而言，研究區(qū)池塘中主要以節(jié)肢動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物為主，軟體動(dòng)物數(shù)目和種類均較少，耐污性較強(qiáng)的霍甫水絲蚓、黃色羽搖蚊和中國長足搖蚊在研究區(qū)域池塘中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

底棲動(dòng)物豐度調(diào)查結(jié)果顯示，夏季和冬季污染程度較低的輕污染池塘均具有較高的底棲動(dòng)物豐度，平均分別為930 ind/m2和1 808 ind/m2（圖3）， 隨污染程度的升高底棲動(dòng)物豐度呈顯著下降的趨勢(shì)（P＜0.05），重污染池塘豐度平均僅為251 ind/m2（夏季）和352 ind/m2（冬季）?？傮w而言，冬季平均豐度（913 ind/m2）顯著高于夏季（544 ind/m2）。底棲動(dòng)物生物量的變化（圖3）與豐度表現(xiàn)為相同的趨勢(shì)，冬季平均生物量（6.67 g/m2）總體上顯著高于夏季（1.48 g/m2，P ＜0.05），且隨污染程度增加底棲動(dòng)物生物量呈顯著增加趨勢(shì)（P ＜0.05），但冬季中污染和重污染之間生物量差異不顯著（P ＞0.05）。

表3 不同池塘冬夏兩季底棲動(dòng)物物種及優(yōu)勢(shì)度（Y）Table 3 Species and dominance (Y) of zoobenthos in different ponds in winter and summer

圖3 池塘不同污染程度下底棲動(dòng)物豐度和生物量Fig. 3 Abundance and biomass of zoobenthos under different pollution levels in ponds

圖4 池塘不同污染程度下底棲動(dòng)物的相對(duì)豐度Fig. 4 Relative abundance of zoobenthos under different pollution levels in ponds

從池塘不同物種底棲動(dòng)物相對(duì)豐度的變化來看（圖4），其受季節(jié)影響較大，冬季黃色羽搖蚊和幽蚊相對(duì)豐度明顯要低于夏季，而霍甫水絲蚓冬季的相對(duì)豐度則顯著增加（P＜0.01），庫蠓、蘇氏尾鰓蚓和克拉伯水絲蚓 的相對(duì)豐度在冬季也有一定程度的增加。底棲動(dòng)物相對(duì)豐度受污染程度的影響也較大，總體來看，黃色羽搖蚊在中度污染池塘中相對(duì)豐度最大，水體污染程度升高會(huì)導(dǎo)致其相對(duì)豐度的下降。同樣，霍甫水絲蚓在總體污染程度較低的夏季，其相對(duì)豐度與污染程度成正比，而在總體污染程度較高的冬季，其相對(duì)豐度則與污染程度成反比。蘇氏尾鰓蚓則在冬季重污染程度池塘中相對(duì)豐度顯著增加（P＜0.01）。

池塘底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)的分析結(jié)果表明，總體上冬季各項(xiàng)指數(shù)均顯著高于夏季（P＜0.05，表4），而多樣性指數(shù)隨水質(zhì)變化的趨勢(shì)基本一致：Shannon- Weiner 多樣性指數(shù)（H′）和Margalef 豐富度指數(shù)（D）均隨著池塘水體污染程度的升高呈降低趨勢(shì)，而Pielou 均勻度指數(shù)（J）變化趨勢(shì)不明顯，且三種多樣性指數(shù)中除了冬季的物種豐富度指數(shù)隨水質(zhì)變化的差異達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平以外（P＜0.05），其余指標(biāo)的差異均不顯著（P＞0.05）。

表4 不同污染程度池塘底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)Table 4 Diversity index of zoobenthos under different pollution levels in ponds

2.3 底棲動(dòng)物物種分布與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

對(duì)池塘水環(huán)境因子的主成分分析（PCA）結(jié)果表明，9 個(gè)環(huán)境因子的累計(jì)解釋方差占總方差的75.94%，其中第一（F1）、第二（F2）和第三主成分 （F3）的貢獻(xiàn)率分別為36.19%、21.95%和17.81% （表5），表明9 種環(huán)境因子均對(duì)底棲動(dòng)物的組成和分布有較為重要的影響。F1 主要為TN、NH4+-N、TP 的組合，且與三者均呈正荷載；F2 主要為T、pH、DO、NO3--N 組合，與T、DO 呈正荷載，與pH、NO3

--N 呈負(fù)荷載；F3 主要為EC 和DOC，均呈正荷載。

表5 環(huán)境因子總方差解釋表Table 5 Total variance explained of environmental factors

通過前選法和蒙特卡羅檢驗(yàn)排除貢獻(xiàn)小的因子，進(jìn)一步對(duì)6 種優(yōu)勢(shì)底棲物種（Y＞0.02，且出現(xiàn)頻度超過一次的）霍甫水絲蚓、蘇氏尾鰓蚓、黃色羽搖蚊、中國長足搖蚊、幽蚊、庫蠓的生物量與環(huán)境因子間進(jìn)行RDA 分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，總解釋變量達(dá)到41.39%，其中軸1 和軸2 的解釋率較高，特征值分別為0.150 和0.132，分別解釋了14.99%和13.15%的物種數(shù)據(jù)方差變異以及34.68%和30.43%的物種與環(huán)境關(guān)系變異（表6），表明水體環(huán)境對(duì)底棲動(dòng)物的豐度、生物量以及優(yōu)勢(shì)度有重要影響。從RDA 排序圖中可知：第一排序軸與N 相關(guān)環(huán)境因子呈顯著正相關(guān)，與DO、T 呈顯著負(fù)相關(guān)。黃色羽搖蚊與T 呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而蘇氏尾鰓蚓和霍甫水絲蚓這兩種耐污能力強(qiáng)的物種則與TN、NH4+-N 呈顯著正相關(guān)。第一排序軸上顯示最大正值的主要有霍甫水絲蚓、蘇氏尾鰓蚓、中國長足搖蚊和幽蚊等，表明這些物種能夠耐受較高程度污染（圖5）。

3 討論

3.1 典型池塘底棲動(dòng)物群落特征及其季節(jié)變化

本研究發(fā)現(xiàn)金井小流域池塘兩季底棲動(dòng)物物種組成相對(duì)簡單，物種多樣性總體上較低，冬季豐度與生物量顯著高于夏季。區(qū)內(nèi)調(diào)查已知的底棲動(dòng)物僅有22 種，物種數(shù)目和多樣性均遠(yuǎn)低于我國相關(guān)區(qū)域河流、湖泊等大型水體的調(diào)查結(jié)果，如韋建福等[20]在廣西南溪河研究發(fā)現(xiàn)的大型底棲動(dòng)物有208種，王丑明等[21]在洞庭湖的研究共鑒定出大型底棲動(dòng)物58 種，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因可能在于池塘屬于相對(duì)破碎化的微小型生境，相互間具有一定的獨(dú)立性，而且池塘與周邊大型水體之間的物種遷移途徑和信息交流機(jī)會(huì)相對(duì)較少[22]。本研究中發(fā)現(xiàn)的軟體動(dòng)物也相對(duì)較少，僅有中華圓田螺、銅銹環(huán)棱螺、膀胱螺、凸旋螺和小土蝸5 種，且出現(xiàn)頻次較低，均不是優(yōu)勢(shì)種，這與大型湖泊內(nèi)底棲動(dòng)物的物種構(gòu)成有顯著區(qū)別，如鄒亮華等[23]對(duì)鄱陽湖的研究結(jié)果表明，河蜆、銅銹環(huán)棱螺和大沼螺在各湖區(qū)均占據(jù)顯著優(yōu)勢(shì)地位。研究區(qū)軟體動(dòng)物偏少的原因是多方面的，除了上述原因以外，可能還與池塘水體NH4+-N 濃度總體偏高（0.3～9.0 mg/L，表2）有密切關(guān)系，據(jù)Ilarri 等[24]的研究，NH4+-N 對(duì)底棲動(dòng)物尤其是軟體動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生較高的生物毒性，會(huì)導(dǎo)致軟體動(dòng)物的豐度和生物量下降。

表6 底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子冗余分析（RDA）結(jié)果Table 6 Results of redundancy analysis (RDA) of zoobenthos community and environmental factors

圖5 底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子冗余分析Fig. 5 Redundancy analysis (RDA) of zoobenthos community and environmental factors

金井河流域池塘水體冬季的污染程度總體上明顯高于夏季。研究區(qū)屬于典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季低溫少雨，降雨對(duì)稀釋區(qū)域內(nèi)池塘水體的污染物濃度有重要作用。申雅莉等[25]對(duì)金井河小流域調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域池塘TN、TP 濃度呈明顯的季節(jié)性變化趨勢(shì)，其中雨季較低而旱季較高，這與本研究的觀測結(jié)果基本一致，13～15 號(hào)池塘冬季綜合污染指數(shù)低于夏季，可能是因?yàn)檫@三個(gè)池塘周邊環(huán)境為林地，與農(nóng)田相比，林地能夠更好地控制徑流養(yǎng)分流失，緩解地下水污染，有利于農(nóng)業(yè)面源污染的控制[26]。相應(yīng)地，研究區(qū)冬季底棲動(dòng)物豐度和密度均顯著高于夏季（圖3），其中分布最為廣泛的霍甫水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓等耐污種的豐度及生物量均與水體富營養(yǎng)化水平呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖5），對(duì)反映池塘水體的富營養(yǎng)化程度具有明顯的指示作用，其豐度及生物量越大，則水體的富營養(yǎng)化程度就越高，這與國內(nèi)相關(guān)區(qū)域的研究結(jié)果較一致，如超富營養(yǎng)化水體中霍甫水絲蚓豐度最高可達(dá)到10 524 ind/m2[27]，而在中、低富營養(yǎng)化水體中僅為27 ind/m2[28]，這些均表明面源污染導(dǎo)致的池塘水體富營養(yǎng)化變化對(duì)底棲動(dòng)物物種及生物量的影響程度甚至要高于溫度（季節(jié)）變化的影響。水溫主要直接影響搖蚊類、寡毛類水生昆蟲的生長、繁殖和羽化進(jìn)程[29]，導(dǎo)致其在夏季更為活躍，冬季則以幼蟲形態(tài)棲息于底泥之中，因此該類底棲動(dòng)物在冬季的豐度相對(duì)較高，這可能主要決定于該類物種生活史與生活習(xí)性的本性。但是郭寧寧等[30]對(duì)亞熱帶丘陵區(qū)淺水人工濕地（水深20 cm 左右）的研究表明，夏、秋季濕地底棲動(dòng)物的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)?？傮w上均高于春、冬季，與本文結(jié)果不盡一致，表明水深可能也是影響底棲動(dòng)物多樣性的重要因素，具體影響機(jī)理尚值得進(jìn)一步深入研究。

3.2 農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)池塘底棲動(dòng)物群落特征的影響

隨污染程度升高，底棲動(dòng)物豐度呈顯著下降趨勢(shì)（P ＜0.05），多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均隨著池塘水體污染程度的升高呈降低趨勢(shì)但并未達(dá)到統(tǒng)計(jì)顯著水平（P ＞0.05），主要面源污染指標(biāo)TN、NH4

+-N 可能是影響研究區(qū)池塘底棲動(dòng)物群落特征的最主要因素。李麗娟等[31]對(duì)太子河大型底棲動(dòng)物的研究發(fā)現(xiàn)，氮磷等無機(jī)污染物進(jìn)入河流后會(huì)導(dǎo)致底棲動(dòng)物攝食功能群以收集者功能群和濾食者功能群為主，表明底棲動(dòng)物多樣性受水體污染影響且與污染程度呈負(fù)相關(guān)。

對(duì)池塘底棲動(dòng)物豐度、生物量、多樣性指數(shù)和底棲動(dòng)物物種分布與池塘水質(zhì)的相關(guān)性分析結(jié)果均顯示，非季節(jié)性分布的霍甫水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓這兩種耐污能力較強(qiáng)的物種的豐度和生物量與TN、NH4

+-N 呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明水體總氮與氨氮濃度是影響本區(qū)域?qū)Φ讞珓?dòng)物物種多樣性和群落構(gòu)成的主導(dǎo)因子，霍甫水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓對(duì)反映池塘水體的富營養(yǎng)化程度具有一定的指示作用。對(duì)于不同的底棲動(dòng)物，對(duì)環(huán)境因素變化的響應(yīng)特征也不盡相同，如郭寧寧等[30]研究發(fā)現(xiàn)，水體溶氧（DO）是影響腹足綱底棲動(dòng)物（如螺類）分布的主要因素，而寡毛綱（如霍甫水絲蚓）和昆蟲綱（如搖蚊幼蟲）與水體TN、COD 的關(guān)系更為密切。

本研究也發(fā)現(xiàn)，底棲動(dòng)物生物量冬季較夏季高，但在水體污染程度由中到高變化時(shí)池塘底棲動(dòng)物生物量的增加則不顯著，這可能是因?yàn)楫?dāng)水質(zhì)指標(biāo)超過耐污種的正響應(yīng)閾值時(shí)，部分耐污種達(dá)到了耐受極限而開始減少，如程佩瑄等[32]研究發(fā)現(xiàn)，大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)對(duì)水質(zhì)指示的指標(biāo)閾值也有相應(yīng)的變化，不同底棲動(dòng)物均有其適宜的水質(zhì)范圍，超出該范圍，其存活能力就會(huì)顯著降低。富營養(yǎng)化水體雖然能為底棲動(dòng)物提供更為豐富的食物來源，但過高的富營養(yǎng)化程度也會(huì)導(dǎo)致底泥中底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化，本研究中主要體現(xiàn)為物種多樣性的顯著降低，同時(shí)PCA 分析中發(fā)現(xiàn)底棲動(dòng)物豐度和生物量與pH 呈負(fù)荷載，這與蘆康樂[33]對(duì)黃河三角洲蘆葦濕地的調(diào)查結(jié)果較為一致，水體的pH 是影響底棲動(dòng)物分布的一個(gè)重要環(huán)境因子，不同的底棲動(dòng)物，其適宜的pH 不同，因而分布也不同。

3.3 底棲動(dòng)物對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染治理的重要意義

本次調(diào)查的池塘主要分布于土地利用方式為農(nóng)田和茶園的區(qū)域，化肥的施用和降雨可造成農(nóng)業(yè)面源污染，導(dǎo)致池塘水體營養(yǎng)鹽濃度總體偏高。區(qū)域內(nèi)池塘底棲動(dòng)物物種多樣性較低且優(yōu)勢(shì)種均為耐污種，表明了池塘水環(huán)境較差的污染現(xiàn)狀，為防止池塘生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化，應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域水體環(huán)境的保護(hù)和污染治理工作。

底棲動(dòng)物群落特征與水體污染密切關(guān)聯(lián)，其作為水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的重要組成部分，對(duì)營養(yǎng)鹽的流動(dòng)循環(huán)和污染物的去除有重要作用[34]。實(shí)際調(diào)查過程中也發(fā)現(xiàn)，污染程度相對(duì)較高的池塘水生植物相對(duì)較少，因此底棲動(dòng)物的棲息環(huán)境也相對(duì)較差。靳聰聰?shù)萚35]發(fā)現(xiàn)沉水植物的構(gòu)建可以有效控制農(nóng)業(yè)地區(qū)水體中農(nóng)藥等污染物的濃度，降低其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，有利于恢復(fù)底棲動(dòng)物的多樣性。底棲動(dòng)物通過移動(dòng)、攝食和筑穴等生物擾動(dòng)作用改變沉積物的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而影響水生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，田勝艷等[36]研究發(fā)現(xiàn)，生物擾動(dòng)可以促進(jìn)沉積物顆粒的遷移混合、釋放沉積物中有機(jī)物質(zhì)、改變沉積環(huán)境并提高沉積物中有機(jī)污染物的生物可利用性，從而提高水體有機(jī)污染物的去除效果，因此通過底棲動(dòng)物添加來強(qiáng)化污染池塘濕地等水體底泥污染的方法也不失為一條有效途徑，一些試驗(yàn)已經(jīng)證明了該技術(shù)的可行性，如陳桐等[37]在野外進(jìn)行的圍隔試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，投加螺和蚌的密度為150 g/m2時(shí)對(duì)水體TN 的去除率可達(dá)72.6%，朱明璇等[38]利用水生動(dòng)植物聯(lián)合技術(shù)凈化水庫水試驗(yàn)的研究也表明，水生動(dòng)植物聯(lián)合能取得最佳的水質(zhì)凈化效果。因此，構(gòu)建包含底棲動(dòng)物的復(fù)合人工濕地生態(tài)系統(tǒng)可能是提升人工濕地污染物消納容量的有效途徑，其作用機(jī)理尚值得進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

對(duì)亞熱帶丘陵區(qū)典型池塘底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的研究表明，該區(qū)域池塘中底棲動(dòng)物多樣性相對(duì)較低，共采集到底棲動(dòng)物22 種，其中以節(jié)肢動(dòng)物居多，耐污性較強(qiáng)的黃色羽搖蚊、霍甫水絲蚓和中華長足搖蚊為主要優(yōu)勢(shì)種。

池塘底棲動(dòng)物豐度、生物量與水體富營養(yǎng)化程度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，同時(shí)也受季節(jié)變化的顯著影響，其中冬季底棲動(dòng)物豐度和生物量顯著高于夏季。

不同底棲動(dòng)物對(duì)水環(huán)境因子表現(xiàn)出不同的響應(yīng)特征，黃色羽搖蚊生物量與溫度呈顯著正相關(guān)，而霍甫水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓生物量則與水體總氮、氨氮呈顯著正相關(guān)，霍甫水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓的豐度和生物量對(duì)于反映該區(qū)域池塘水體面源污染狀況具有一定的指示作用。