大纵湖大型底栖生物群落结构及水质生物学评价

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　　摘要：大纵湖位于长江、淮河两大水系交融的里下河地区洼地中心地带，是江苏省级规划保护的重点湖泊之一。近20 a来，在人类活动影响下，大纵湖生态环境受到了严重挑战。底栖动物是水生态系统中的重要组成部分，在能量流动和物质循环中起着承上启下的作用。于2015～2016年对大纵湖底栖动物群落分布特征进行了监测分析。结果表明：在调查期间，大纵湖共采集出底栖动物10种（属），其中寡毛类、摇蚊幼虫、软体动物及其它底栖动物平均密度分别为132.27，100.52，82.02，5.29 ind./m2，平均生物量分别为1.52，0.61，168.74 ，0.02 g/m2。底栖动物密度與生物量均呈现出时空分布不均匀的特征。大纵湖底栖动物优势种主要为苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓、中国长足摇蚊和环棱螺。基于调查结果，选用4种不同的生物指数（BPI生物学指数、Shannon-wiener指数、Goodnight生物学、Wright指数）对大纵湖进行水质生物评价，结果表明大纵湖目前处于轻度-中度污染阶段。
　　关 键 词： 底栖动物; 群落结构; 水质评价; 水质生物学评价; 大纵湖; 里下河地区
　　中图法分类号：X824 文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.01.005
　　大型底栖动物是湖泊水生态系统重要组成部分之一，在能量流动和物质循环中起着承上启下的作用。比如，底栖动物可以分解水底有机质（碎屑），调节水-土界面物质交换和水体自净[1-3]。由于底栖动物寿命长，区域性强，迁移能力弱，且对环境变化较为敏感，所以常被作为评价水质的指示生物[4-5]，在水质生物评价中得到了广泛应用。研究底栖动物的种类组成、群落结构以及物种多样性等特征，对了解湖泊生态系统组织、功能、状态、健康变化，以及湖泊健康评价管理具有重要的指导意义[6-7]。
　　长江中下游是我国淡水湖泊的主要分布区域，占全国淡水湖泊总数的60%～70%[8]。但是随着工农业发展，大量污染物质进入湖泊，导致湖泊水质恶化、生态结构和功能也不断退化，水生生物群落也受到了严重影响。近年来，对长江中下游淡水湖泊底栖动物群落展开了一些研究，包括群落多样性、稳定性、能量转化和群落演替等[9-12]。比如，蔡永久[8]等对长江中下游地区4种不同类型湖泊（草型、天然养殖、施肥养殖以及城市湖泊）的大型底栖动物群落结构和多样性进行了研究，发现不同类型湖泊底栖动物的密度、生物量、多样性等存在显著差异。吴召仕等基于对太湖流域五大水系大型底栖动物的2次监测[13]，建立了各水系底栖动物群落结构与环境因子之间的关系，以此评价各水系水质状况。蔡琨等通过对太湖32个采样点底栖动物和环境变量的多次季节性调查[14]，应用底栖动物完整性指数评价太湖生态健康。王浠浠等对大纵湖5个采样点开展了大型底栖动物单次调查[15]，并采用多种指数方法，包括理化分析、Shannon-Wiener指数、Margalef指数、BPI指数，对大纵湖水质进行了综合评价。朱苏葛等基于里下河地区典型湖泊底栖生物群落的调查结果[16]，分析了大型底栖动物群落与环境因子的关系，研究表明里下河地区的4个典型湖泊均处于富营养化状态，并且大型底栖动物群落结构分布呈现出单一化的趋势。
　　本次研究选取长江中下游里下河腹地典型湖荡区大纵湖，对其大型底栖动物展开每月多采样点调查，研究大纵湖底栖动物群落结构特征，评价水环境健康状况，以期为大纵湖生态系统恢复与保护提供科学依据。
　　1 研究区域概况
　　大纵湖位于长江、淮河两大水系交汇的里下河地区洼地中心地带（119°43′E～119°50′E，33°7′N～33°13′N），是江苏省级规划保护的重点湖泊之一。大纵湖湖面呈椭圆形，总面积为36.67 km2，其中自由水面面积为10.02 km2（占27.3%），其余为圈圩和围网面积。大纵湖湖底平坦，水深较浅，大部分湖区平均水深为1 m左右。大纵湖为过水型湖泊，南部和西部的鲤鱼河、中引河及大溪河等为主要入湖河流，北边的蟒蛇河为主要出湖河流。由于大纵湖水深较浅，水-土界面易发生扰动，物质交换强烈，污染物沉积缓慢，水环境承载能力低，水体易发生富营养化，生态系统较为脆弱。
　　2 采样与分析方法
　　2.1 采样点布设及样品采集处理
　　本研究在大纵湖共布设3个采样点（见图1）。于2015年9月至2016年8月每月1次进行采样，监测指标为底栖动物。
　　底栖动物样品采集与处理：样品采集用改良的彼得生采泥器（1/16 m2），泥样用60目尼龙网筛洗，余留物置于白瓷盘中，再将底栖动物活体一一挑出。获得的样品用7%的福尔马林溶液保存。在实验室中鉴定样品中底栖动物的种类，并计算个数。用滤纸吸除底栖动物表面固定液，利用电子天平称重，并将结果换算成底栖动物单位面积的密度和生物量。
　　2.2 优势种相对重要性指标计算
　　相对重要性指数（IRI）主要考虑了大型底栖动物的密度、生物量和分布状况，可以在一定程度上平衡不同种类底栖动物密度和生物量较大差异产生的优势种偏差[17]。本研究利用IRI确定大纵湖各监测点位的优势种，计算公式为
　　IRI=（W+N）×F（1）
　　式中，W表示某一种类的生物量占大型底栖动物总生物量的百分比;N为该种类的密度占大型底栖动物总密度的百分比;F为该物种出现的相对频率。
　　2.3 水质生物学评价方法
　　本次研究分别采用4种不同的生物指数（BPI生物学指数、Shannon-wiener指数、Goodnight指数、Wright指数）对大纵湖进行水质评价。
　　BPI生物学指数=lg（N1+2）lg（N2+2）+lg（N3+2）（2） 　　式中，N1为寡毛类、蛭类和摇蚊幼虫数量;N2为多毛类、甲壳类、除摇蚊幼虫以外其它水生昆虫数量;N3为软体动物数量。
　　Shannon-wiener指数主要综合了群落丰富性和均匀度，其计算公式如下：
　　Shannon-wiener指数=-ni=1niN×lnniN（3）
　　式中，ni为样品中第i种生物的个体数或密度;N为样品中生物的总个体数或总密度。
　　Goodnight生物指数=颤蚓类个体数底栖动物总数（4）
　　Wright指数从寡毛类的密度来评价水体水质。
　　本研究同时运用以上这4种生物指数来评价大纵湖水質状况，各指数的评价标准见表1。
　　3 结果与讨论
　　3.1 底栖动物密度、生物量与出现频率
　　在采样调查期间，大纵湖共鉴定出底栖动物10种（属）（表2）。其中，摇蚊科幼虫4种，分别为中国长足摇蚊、羽摇蚊、红裸须摇蚊和侧叶雕翅摇蚊;寡毛类3种，分别为苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓和正颤蚓;软体动物2种，分别为环棱螺和圆顶珠蚌;蛭类1种，为扁舌蛭，均为长江中下游湖泊常见种类。大纵湖底栖动物平均密度和生物量，相对密度、相对生物量及物种出现的相对频率见表2和图2。
　　大纵湖寡毛类、摇蚊幼虫、软体动物、其它底栖动物的平均密度分别为132.27，100.52，82.02，5.29 ind./m2。从相对的密度来看，寡毛类的苏氏尾鳃蚓（39.68ind./m2）和霍甫水丝蚓（82.01 ind./m2），摇蚊幼虫的中国长足摇蚊（50.26 ind./m2）和羽摇蚊（29.10 ind./m2），软体动物的环棱螺（79.37 ind./m2 ）优势度较高，分别占总密度的12.40%，25.62 %，15.70%，9.09%和24.79%。
　　在生物量方面，由于软体动物个体较大，平均生物量为168.74 g/m2，占总生物量的98.74%。其中，环棱螺在总生物量上占据绝对优势，平均生物量167.57 g/m2，占总生物量的98.05%;圆顶珠蚌和苏氏尾鳃蚓平均生物量分别为1.17 g/m2和1.25 g/m2，所占比重次之，分别为0.69%，0.73%。
　　从各物种出现频率来看，苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓、中国长足摇蚊、羽摇蚊和环棱螺是大纵湖最常见的种类，在大部分采样点均能采集到。
　　3.2 大纵湖底栖动物时空分布
　　根据各季度大纵湖底栖动物平均密度和生物量的空间分布状况可知（图3），底栖动物平均密度与平均生物量时空分布不均匀，并且底栖动物平均生物量较平均密度空间分布差异更大。底栖动物平均密度在春季差异最大，最高值出现在2号采样点（619 ind./m2 ），最低值出现在3号采样点，为95 ind./m2;夏季差异最小，最高值在3号采样点，为381 ind./m2，最低值在1和2号采样点，都为333 ind./m2。平均生物量在冬季空间差异最为明显。冬季平均生物量最高值为656.05 g/m2（1号采样点），最低值为1.27 g/m2 （3号采样点）; 夏季差异最小， 最高值为114.32 g/m2（1号采样点），最低值为3.08 g/m2（3号采样点）。
　　图3 大纵湖底栖动物平均密度和生物量时空分布Fig.3 Seasonal and spatial distributions of average density  and biomass of macrobenthos in Dazong Lake
　　根据不同种属底栖动物所占比重可知，各季度各采样点中，考虑了摇蚊羽化过程，就平均密度而言，寡毛类和摇蚊幼虫主导了底栖动物平均密度的空间分布状况，软体动物所占比重相对较低;同时，随着时间向冬、春季过渡，软体动物所占比重逐渐提高，这可能是软体动物在冬、春季进入繁殖期，整体数量上升。总体而言，软体动物以及寡毛类、摇蚊幼虫共同主导了大纵湖底栖动物密度的空间分布格局。此外，在各种属底栖动物平均生物量时空分布方面，个体较大的软体动物在各个季度均占据绝对主导优势，寡毛类和摇蚊幼虫在湖区南部水域对总体生物量贡献较高。
　　3.3 大纵湖底栖动物优势种群
　　综合考虑大型底栖动物的密度、生物量以及分布状况，利用IRI指数确定大纵湖各个监测点位的优势种类。由表2 IRI计算结果可知，大纵湖现阶段的底栖动物优势种主要为苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓、中国长足摇蚊和环棱螺。
　　根据大纵湖底栖动物优势种全年平均密度和生物量的空间分布格局可知，各优势种在数量上存在空间异质性。环棱螺在1号采样点平均密度最高，为143 ind./m2;其在2号采样点平均密度最低，为16 ind./m2; 环棱螺平均生物量与平均密度空间分布格局类似。中国长足摇蚊主要分布在2号采样点水域附近（平均密度和生物量最高值分别为111 ind./m2与0.35g/m2），其它水域分布较少，这与摇蚊类生活习性相关。2号采样点附近靠入湖河道口，营养物质较多，较利于中国长足摇蚊的生长繁殖。霍甫水丝蚓与中国长足摇蚊分布格局类似。作为污染性指示物种，霍甫水丝蚓密度以及生物量对评价大纵湖的污染状态具有很强的指示作用，霍甫水丝蚓主要分布在大纵湖西北部，附近多靠近居民生活区以及农业生产区，受人为污染影响较大，说明大纵湖污染状态主要由人类活动影响所致。耐污性种苏氏尾鳃蚓的空间分布与霍甫水丝蚓也相似，调查期间均主要分布在人类活动频繁水域。
　　3.4 大纵湖水质生物学评价
　　基于底栖动物监测结果，计算各采样点4种生物学指数，即BPI生物学指数、Shannon-wiener指数、Goodnight生物学指数、Wright指数来进行水质生物评价（图4）。这4种方法各有侧重点，结论如下。 　　（1） Wright指数。寡毛类平均密度均不高，在3个采样点均低于200 ind./m2以下，属于轻污染状态，2号采样点位于入湖河道水域，受人类的生产生活影响较大，寡毛类平均密度要高于其它两个采样点水域。
　　（2） Goodnight生物学指数。大纵湖3个采样点的Goodnight指数介于0.32～0.46之间，说明大纵湖整体处于轻污染状态。
　　（3） BPI生物指数。大纵湖3个采样点的BPI指数介于0.6～2.0之间，说明大纵湖依照BPI指数分析法处于中污染状态，同时可以看出大纵湖污染状态呈现地理区域特点，北部主要为α-中污染，中南部主要为β-中污染。
　　（4） Shannon-Wiener指数。大纵湖3个采样点的Shannon-Wiener指数均在2.0～3.0之间，说明大纵湖水质整体处于中污染状态。
　　综合以上4种指数评价结果，表明大纵湖整体处于轻污染～中污染状态，评价结果与物理化学水质指标评价具有很好的一致性。结合底栖动物种类组成和多样性的分析结果，耐污能力较强的种类在大纵湖优势度较高，如苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓以及中国长足摇蚊。此外，对比王浠浠等于2013年1月开展的大纵湖大型底栖动物单次调查评价，两者结果类似[15]，说明大纵湖水环境质量一段时间以来一直维持在轻污染～中污染状态。作为苏北地区重要的生态湖泊，大纵湖水生态环境的治理及管理工作仍需进一步加强。特别是针对大纵湖过度围网养殖的现状，十分有必要合理规划养殖规模、优化放养品种、缓解过度养殖问题，从而进一步改善大纵湖生态环境，有助于形成良性的生态系统循环。
　　4 结 论
　　（1） 2015～2016年期间在大纵湖3个采样点共采集出底栖动物10种（属），属于寡毛类、摇蚊幼虫、软体动物、其它底栖动物，其平均密度分别为132.27，100.52，82.02 ind./m2和5.29 ind./m2，平均生物量分别为1.52，0.61，168.74 g/m2和0.02 g/m2。
　　（2） 大纵湖底栖动物平均密度与生物量时空分布不均匀，底栖动物生物量较密度空间分布差异性更大。
　　（3） 根据底栖动物种类组成和多样性的分析结果，耐污能力较强的种类在大纵湖优势度较高，如苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓以及中国长足摇蚊。
　　（4） 分别选用4种不同的生物指标（BPI生物学指数、Shannon-wiener指数、Goodnight生物学、Wright指数）进行水质生物评价。结果表明，Goodnight指数介于0.32～0.46之间，说明大纵湖整体处于轻污染状态;BPI指数介于0.6～2.0之间，说明大纵湖依照BPI指数分析法处于中污染状态，同时可以看出大纵湖污染状态呈现地理区域特点，北部主要为α-中污染，中南部主要为β-中污染; Shannon-Wiener指数为2.0～3.0之间，说明大纵湖水质整体处于中污染状态。综合4种生物指数评价结果可知，大纵湖现处于轻度-中度污染时期，作为苏北地区重要的生态湖泊，大纵湖水生态环境的治理及管理工作仍需进一步加强。
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　　引用本文：许静波，张加雪，徐 明，唐春燕，李一平，朱立琴，王 琴.大纵湖大型底栖生物群落结构及水质生物学评价[J].人民长江，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
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