运河段底栖动物多样性研究范文

《水生态学杂志》2014年第四期

1方法

1．1点位设置京杭运河常州段原长约44．5km，随着常州市区改线段工程于2009年末竣工验收，整个京杭运河常州段就形成了老运河和新运河并存的河道格局。本次研究主要针对近年来污染较为严重的老运河段展开。经过现场勘查，最终在河道上、中、下游各设1个调查点位，分别是位于上游的新河口、中游的水门桥和下游的横洛涧，具体点位分布见图1。

1．2采样调查调查历时5年，从2009年开始到2013年结束;期间每隔1年对该河段底栖动物进行1次调查，即分别在2009年、2011年和2013年对京杭运河常州老运河段的调查点位进行底栖动物采样，在当年的5月和9月各开展1次。定量采样工具采用改良彼得生采泥器(1/16m2)，以40目分样筛过滤后，将底栖生物捡出，装入样本瓶中。每点连续采集2次。样品带回室内后，在解剖镜和显微镜下进行活体种类鉴定，以分析天平称重。定性采集使用三角拖网，方法同定量分析(金相灿，1990;张觉民，1991;国家环境保护总局，2002)。

1．3评价指数采用物种分类单元数、Shannon-Wiener多样性指数(H'''')、BI指数(B)对各采样点的底栖动物进行分析(钱迎倩和马克平，1994;马克明等，2001;王备新和杨莲芳，2001);并利用污染生物效应指数(BPI)对河段水质进行评价。式中:Pi代表第i个物种的相对多度或相对显著度;N代表所有物种的个体数之和;Ni代表第i个物种的个体数，Bi为第i种的耐污值(张跃平，2006)。一般情况下，H''''值越大，多样性越高;B值越大，污染生态效应越重，环境生态状况越差。污染生物效应指数(BPI)=(Shannon-Wiener多样性指数得分+BI指数得分+颤蚓密度指数得分)/3各指数具体得分参照表1确定(常州市环境保护局，2013)。BPI分值越高，说明污染生物效应越轻，水质受污染程度越低;其等级划分、评分范围及分级标准见表2(常州市环境保护局，2013;王亚超等，2013)。

2结果与分析

2．1底栖动物群落结构通过连续3年的调查，京杭运河常州老运河段共发现底栖动物26种，其中环节动物(寡毛类)7种，占总种类数的26．9%，水生昆虫9种，占34．6%，软体动物7种，占26．9%，甲壳动物3种，占11．5%(表3)。从各调查点位情况来看，上游新河口断面共发现底栖动物18种，其中环节动物(寡毛类)5种，水生昆虫7种，软体动物3种，甲壳动物3种;中游水门桥断面共发现底栖动物13种，其中环节动物(寡毛类)6种，水生昆虫3种，软体动物4种;下游横洛涧断面共发现底栖动物4种，均为环节动物(寡毛类)。由此可见，常州上游河段的底栖动物数量最多，种类最丰富，群落完整性最好，中游河段次之，下游河段最差。从空间上对京杭运河常州老运河段的底栖动物群落进行比较(表4)，发现位于上游的新河口底栖动物物种数明显高于中游和下游，且种群丰富程度更高，群落结构更为合理;位于中游的水门桥底栖动物物种数低于上游但高于下游，种群丰富度较上游有所下降，部分种群常年缺失，群落结构完整性较差;而位于下游的横洛涧底栖动物物种数在3个调查点位中最低，种群极度单一，群落结构极不完整。造成这一结果的原因可能是运河常州段上游来水水质相对较好，周边主要以村庄农田为主，受到工业和生活污染的影响较小，生境条件保持较好;而随着河道的延伸，中游和下游河段沿岸的工业和城镇建筑逐步密集，加上来自城区支浜河水的汇入带来了大量的生活污染物，对河道形成极大的冲击，导致水质污染逐渐加重，生境条件逐步恶化，底栖动物群落的多样性遭到破坏(张跃平，2006)。从时间上对京杭运河常州老运河段的底栖动物群落进行比较(表4)，2009年运河常州段共发现底栖动物6种，其中环节动物(寡毛类)4种，软体动物2种;2011年共发现底栖动物12种，其中环节动物(寡毛类)3种，水生昆虫4种，软体动物4种，甲壳动物1种;2013年共发现底栖动物16种，其中环节动物(寡毛类)5种，水生昆虫6种，软体动物3种，甲壳动物2种。2009－2013年各调查点位的优势种均为霍甫水丝蚓，优势度为58．0%～100%。随着时间的推移，运河常州段底栖动物物种数量呈显著上升趋势，同时新发现的物种多数为软体动物和水生昆虫，说明常州段的底栖动物群落正在逐步恢复，在一定程度上反映出这一时期的水质正逐步得到改善。

2．2底栖动物多样性根据调查结果计算各点位2009－2013年底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数、BI指数，并从时间和空间上进行比较(图2－5)。各调查点位空间上的比较结果显示，Shannon-Wiener多样性指数表现为:新河口＞水门桥＞横洛涧;BI指数为:新河口＜水门桥＜横洛涧;说明位于上游的新河口底栖动物多样性状况最好，污染生态效应最轻，环境生态条件相对最好;中游的水门桥次之，下游的横洛涧底栖动物多样性最差，污染生态效应最重，环境生态条件最恶劣。而时间上的比较结果表明，2009－2013年京杭运河常州段底栖动物Shannon-Wiener多样性指数呈逐年上升趋势，而BI指数呈逐年下降趋势;说明运河常州段的底栖动物多样性正在逐步恢复中，污染生态效应也在逐步减轻，整条河道的环境生态条件正逐渐得到改善。

2．3污染生物效应评价将各调查点位底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数、BI指数及颤蚓密度相结合，计算出2009－2013年的污染生物效应指数，据此判断各调查点位的污染生物效应等级和水质污染程度(表5)。总体上看，各调查点位的污染生物指数逐年上升，污染生物效应则逐年下降，水质污染程度也呈逐年减轻的趋势。从空间上进行比较(表5、图6)，污染生物效应指数表现为:新河口＞水门桥＞横洛涧，其中新河口和水门桥均处在中污染生物效应等级，水质污染程度为α-中污染;而横洛涧则处在重污染生物效应等级，水质污染程度达到β-中污染;说明整条河段上游的水质最好，生态状况最佳，中游次之，下游的水质最差，生态状况也最差，与前文的结果相互印证，也解释了上游底栖动物物种最丰富、种群丰富度最高、群落完整性最好、多样性状况最好的成因。从时间上再进行比较(见表5、图7)，2009－2013年京杭运河常州老运河段的污染生物效应指数呈逐年上升的趋势，2009年该河段还处在重污染生物效应等级，水质污染程度为β-中污染;到2011年，河段的污染生物效应已降低了1级，成为中污染生物效应等级，水污染程度也减轻至α-中污染级别;2013年河段的污染生物效应等级虽未发生变化，但3个点位平均污染生物效应指数却达到1．72，较2011年上升了14．8%，已接近轻污染生物效应等级划分限值(2．0)，证明污染生物效应实际上是较2011年有所下降，水污染程度也有所减轻。这一结果说明运河常州段在调查期间的水质正逐年得到改善，其生态条件也在逐步好转，这可能与近年来常州市针对京杭运河持续开展的多项河道整治工程有关联。

3讨论

3．1河道整治对京杭运河常州段的生态作用自从2009年京杭运河常州市区改线工程顺利竣工后，整个常州段就形成了老运河和新运河并存的河道格局，其中老运河段因其常年受到沿岸工业城镇的污染，水质条件极差，生态环境迅速恶化，水域生态荒漠化越来越严重。为了彻底改变现状，重新恢复京杭运河常州老运河段的生态环境，常州市从2009年起就针对该河段制定了一系列河道整治方案并迅速加以实施。常州市环保局通过将沿岸直排的工业企业进行接管改造和整治搬迁，大幅减轻了工业污水对原有河道的污染;再通过对中心城区范围内的387家餐饮、200座公厕、13个垃圾中转站、30个居民点的污水实施截流，加强了对生活污染的控制;又通过完善对中心城区的支流截污，大幅削减了入河污水量(常州市环境监测中心站，2010;常州市环境保护局，2011;2012);此外，水利等相关部门还制订了常态换水机制，加大从长江引水力度，增加了该河段的蓄水量，提高了河道水环境容量，并在此基础上建立长效清淤机制，根据不同河段沉积情况确定清淤频次，定期开展清淤工作(张浩，2011)。上述一系列工程项目在近几年的持续开展，对于京杭运河常州段的水质与底质生态条件确实起到了一定的改善作用，降低了水体污染物总量，减轻了水环境的生态负荷，在一定程度上有利于河段生态环境的恢复，进而使底栖动物群落多样性也得到初步恢复。

3．2通过底栖动物群落建立河道生态评价体系从调查结果来看，底栖动物种类数、群落构成及多样性与水体的污染程度呈反向趋势，说明底栖动物种类丰富程度可作为评价河道受污染程度的重要生物指标;与刘缠民和冯照军(2008)以及王亚超等(2013)研究结果一致。采用污染生物效应指数(BPI)评价河段的水质生态状况，结果显示京杭运河常州老运河段的上游河段水质最好，生态状况最佳，随着河道延伸，尤其是流经城区之后，水质逐步恶化，生态状态逐渐遭到破坏;此外，从时间变化趋势上看，京杭运河常州段在调查期间的水质正逐年得到改善，河段生态条件也在逐步好转。当然，底栖动物群落变化是一个长期缓慢的过程，要解开底栖动物群落与河道水质和生境条件变化的关联机制和机理，需要长时间的调查研究和大量的数据积累分析;因此，持续开展生态监测和生物多样性评价的研究，对建立河道生态健康评价体系十分重要。尽管本次调查发现上游河段的底栖动物群落状况较中游和下游要好，且随着时间推移，整个河道的底栖动物群落正呈现恢复趋势，但京杭运河常州老运河段底栖动物的物种数总体偏低，尤其是清洁型的软体动物和水生昆虫种类较少，同时从上游至下游，各调查点位的优势种均为耐污型寡毛类，且优势度明显，由此说明河道目前的生态环境仍然较差，水污染依旧严重，底栖动物群落状况不容乐观。

作者：张皓徐东炯张翔曹志俊单位：江苏省环境保护水环境生物监测重点实验室江苏省常州市环境监测中心