馬明海, 劉善文, 黃民生, 冷培恩

(1.華東師范大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上海 200062;2.黃山學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,安徽 黃山 245041;3.上海市疾病預(yù)防控制中心 病媒生物防治科,上海 200031)

上海市河道水環(huán)境與蚊幼孳生關(guān)系分析

馬明海1,2, 劉善文1, 黃民生1, 冷培恩3

(1.華東師范大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,上海 200062;2.黃山學(xué)院 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,安徽 黃山 245041;3.上海市疾病預(yù)防控制中心 病媒生物防治科,上海 200031)

為探究影響河道蚊蟲孳生的水環(huán)境因素,2012年7月至2013年7月,對上海市7條河道進(jìn)行蚊幼采集及水質(zhì)分析,采用模糊聚類法評價(jià)河道水質(zhì),對蚊幼密度與水質(zhì)的耦聯(lián)關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析.結(jié)果表明,7條河道中有3條陽性河道,優(yōu)勢蚊種為淡色庫蚊.城市河道水體蚊幼孳生的季節(jié)為春末夏初,5月蚊幼密度最大.河道蚊幼密度與水中溶解態(tài)磷酸鹽(DP)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p＜0.01),當(dāng)河道水體中葉綠素a(Chla)濃度小于80 mg/m3時(shí),蚊幼密度隨著Chla濃度的增加而顯著增加(p＜0.05).在合適的水環(huán)境背景下,緩流型河道可成為蚊蟲潛在的孳生地.

河道水環(huán)境; 聚類分析; 蚊幼; 相關(guān)性

0 引 言

河道是城市生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,具有行洪排澇、運(yùn)輸、供水及景觀等功能,隨著城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染日益增多,導(dǎo)致河道水質(zhì)和生態(tài)日趨惡化,嚴(yán)重影響城市的環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)安全及居民的生活與健康[1-4].生態(tài)修復(fù)技術(shù)[5-6]在凈化河道水質(zhì)、改善河道景觀環(huán)境的同時(shí),其潛在的風(fēng)險(xiǎn)不容忽視,蚊蟲孳生就是其中之一.蚊蟲可傳播登革熱、瘧疾和乙型腦炎等多種疾病,導(dǎo)致全球每年近百萬人致病或死亡[7-8].蚊媒疾病的控制關(guān)鍵在于控制傳播媒介,從根本上減少蚊幼的數(shù)量[9].有關(guān)蚊蟲孳生地的報(bào)道多集中在小型積水容器、污水溝和人工濕地等[10-12],極少關(guān)注城市河道[13].

生態(tài)修復(fù)中使用的水生植物會減緩河道水流速度、遮擋部分陽光不致水體完全處于暴曬之下[14],水中的有機(jī)顆粒、藻類和氮磷營養(yǎng)鹽等物質(zhì)可為蚊幼的生長發(fā)育提供必要的食源[15],從而為蚊蟲的孳生提供有利條件.有研究指出,與蚊幼密度相關(guān)的水質(zhì)參數(shù)有pH、氨氮和磷酸鹽等[16-17].Scbrandour等[18]研究發(fā)現(xiàn),高水流速度(6～10 m/min)可消除水中幾乎全部的蚊幼和蚊卵;Soleimani-Ahmadi等[19]亦報(bào)道稱,靜止的水體為蚊幼貼近水面自由呼吸提供了舒適的條件.不同河道因污染、治理及修復(fù)在措施和力度等方面的差異性,勢必對蚊蟲的種群數(shù)量及時(shí)空分布造成影響,從而進(jìn)一步影響河道水體及沿岸的蚊害風(fēng)險(xiǎn)水平.

本文以上海市7條不同水環(huán)境背景的城市河道為例,同步對水質(zhì)及蚊幼密度進(jìn)行監(jiān)測分析,在此基礎(chǔ)上,探究城市河道水環(huán)境與蚊幼孳生的關(guān)系及影響河道蚊幼孳生的主要環(huán)境因素,有助于理解蚊蟲的孳生習(xí)性和傳播媒介的綜合防制,為實(shí)現(xiàn)城市污染河道治理修復(fù)與水體衛(wèi)生安全的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)及水樣采集

基于河道地理區(qū)位、周邊環(huán)境、治理修復(fù)措施及水質(zhì)優(yōu)劣層次等方面,在上海市總共選取了7條城市河道作為研究對象,其中普陀區(qū)3條,分別為麗娃河(LW)、夢清園(MQ)和工業(yè)河(GY);寶山區(qū)2條,分別為桃浦河(TP)和長浜(CB);嘉定區(qū)和閔行區(qū)各1條,依次為淡江河(DJ)和櫻桃河(YT).自2012年7月至2013年7月,逐月對該7條河道進(jìn)行水樣采集(采集深度約為水面下15 cm).采樣期間避開臺風(fēng)、暴雨等極端天氣.7條河道共設(shè)置26個(gè)采樣點(diǎn),其空間分布見圖1.

1.2 蚊幼采集及蚊種鑒定

采用500 mL標(biāo)準(zhǔn)勺捕法于2012年7月至2013年7月間(2012年12月—2013年2月除外)每月采集一次,采樣點(diǎn)間隔約10 m.出現(xiàn)蚊幼(蛹)的河道被稱為陽性河道,未出現(xiàn)蚊幼的河道則稱為陰性河道.記錄蚊幼(蛹)數(shù)量,并帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行培養(yǎng),待其羽化后送至上海市疾病預(yù)防與控制中心,借助立體顯微鏡(Motic SMZ168-TLED)進(jìn)行種類鑒定.蚊幼密度(Larval density,LD)(條/勺)=Nl/Np,其中,Nl為采集所得的蚊幼(蛹)總數(shù)(條),Np為陽性勺數(shù)(勺).

圖1 河道采樣點(diǎn)空間分布示意圖Fig.1 The diagram of spatial distribution of sampling sites in rivers

1.3 分析方法

使用HI9812-5型便攜式pH計(jì)現(xiàn)場測定水樣的pH值,溶解氧(DO)和水溫(WT)采用HQ30d53型便攜式溶氧儀測定,透明度(SD)則使用標(biāo)準(zhǔn)塞氏盤測定,氨氮(NH+4-N)、可溶性正磷酸鹽(DP)、化學(xué)需氧量(CODCr)和葉綠素a(Chla)的測定方法參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)于24 h內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試.無特別說明外,所用試劑均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水為新鮮去離子水.

在水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上,利用SPSS19.0,按照平方Euclidean距離,使用組間聯(lián)結(jié)聚類的方法,對7條城市河道進(jìn)行模糊聚類分析.采用Pearson相關(guān)分析法分析各水質(zhì)參數(shù)與蚊幼密度的關(guān)系,顯著性水平取α=0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 河道水質(zhì)分析

2012年7月至2013年7月間(冬季除外),對7條河道的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測,結(jié)果見表1.選取NH+4-N、DP和CODCr3項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)共計(jì)7個(gè)城市河道樣本,對7條城市河道進(jìn)行分類分析,綜合考慮模型的似然最大和河道實(shí)際背景,定義聚類類別個(gè)數(shù)最少為2,最大為5,結(jié)果見圖2.

經(jīng)比較,7條城市河道可分為四類.第一類河道包括麗娃河和櫻桃河,其水質(zhì)較清潔或污染程度較輕.麗娃河因生態(tài)構(gòu)建較豐富,管理維護(hù)較完善[20],故其水質(zhì)要好于櫻桃河.第二類河道包含夢清園和桃浦河,其水質(zhì)呈中度或重度污染狀態(tài).夢清園人工濕地的進(jìn)水直接取自蘇州河,通過人工濕地凈化后,其水質(zhì)優(yōu)于桃浦河.第三類河道包括長浜和淡江河,其水質(zhì)呈嚴(yán)重污染狀態(tài),但其污染特點(diǎn)卻存在明顯差異.由表1可知,長浜的主要污染問題在于其水體中Chla含量明顯偏高;而淡江河處于拆遷區(qū),河中垃圾肆意丟棄堆積,有機(jī)污染較為嚴(yán)重.第四類河道即工業(yè)河,受工業(yè)廢水和生活污水的漏排甚至直排的影響,部分河段水體已達(dá)黑臭,污染最為嚴(yán)重[20].因此,7條河道的污染程度由輕到重依次為麗娃河＜櫻桃河＜夢清園＜桃浦河＜長浜＜淡江河＜工業(yè)河.

表 1 城市河道水質(zhì)參數(shù)Tab.1 water quality parameters of the study rivers

圖2 聚類分析樹狀圖Fig.2 Dendrogram of cluster analysis

2.2 河道蚊幼時(shí)空分布

采樣期間,分別計(jì)數(shù)7條河道的蚊幼數(shù)量并計(jì)算蚊幼密度,結(jié)果見圖3.可以看出,麗娃河、工業(yè)河與淡江河共3條河道表現(xiàn)為陽性,約占43%;其余4條河(夢清園、桃浦河、長浜和櫻桃河)均為陰性.不同類型的河道對蚊幼密度存在顯著性影響(F6,63=2.375,p=0.039),3條陽性河道之間的蚊幼密度不存在顯著性差異(p＞0.05).有研究表明,蚊蟲理想的孳生地環(huán)境為溫濕度適宜、靜水、遮陽、無捕食性動(dòng)物及雌蚊產(chǎn)卵所必需的血源[21-22]等.

由聚類分析結(jié)果可知,麗娃河和櫻桃河同屬污染較輕的河道,氨氮及CODCr含量均小于1 mg/L和20 mg/L,其水質(zhì)接近地表III類水標(biāo)準(zhǔn),但蚊幼調(diào)查結(jié)果則完全不同.這是因?yàn)?麗娃河位于校園內(nèi),人口密集,兩岸綠樹成蔭,且水面風(fēng)浪較小,除汛期外均處于死水狀態(tài),豐富的水生植物系統(tǒng)也為蚊蟲孳生提供了有利條件;而櫻桃河作為典型的感潮河流,受黃浦江潮汐影響[23]導(dǎo)致風(fēng)浪較大,岸邊為親水步道且無樹木遮擋,處于暴曬狀態(tài)不適合蚊蟲孳生.夢清園水體流動(dòng)性較好,流速緩慢的蘆葦種植區(qū),因植株密度過大而覆蓋水面,以致成蚊無法貼近水面產(chǎn)卵,溢流池中存在的許多小魚則會捕食蚊幼,從而大大降低蚊幼孳生的可能性[24].桃浦河水面開闊,風(fēng)浪較大,且常出現(xiàn)油污漂浮水面,從而阻礙蚊幼呼吸,不利于蚊幼孳生.長浜和淡江河同屬嚴(yán)重污染的河道,氨氮含量均大于4 mg/L,且CODCr含量接近40 mg/L,但蚊幼孳生調(diào)查結(jié)果顯示長浜為陰性,淡江河為陽性.長浜作為附近新建小區(qū)的景觀河道,維護(hù)管理頻率較高,給河水造成的擾動(dòng)較大,且水中存在大量魚類,能減少蚊蟲孳生;淡江河地處棚戶動(dòng)遷區(qū),長期處于無人管理的狀態(tài),雜草叢生,生活垃圾隨意丟棄岸邊,為蚊幼棲息和生長發(fā)育提供了有利條件[15].工業(yè)河地處工業(yè)生活混合區(qū),除開閘放水外,其余時(shí)間水體流動(dòng)性較差.岸邊斜生的垂柳和夾竹桃,水體化學(xué)需氧量、氮磷等含量較高,既為成蚊產(chǎn)卵提供了遮陽處,又為蚊幼生長提供了豐富的食物來源.

圖3 河道蚊幼時(shí)空分布Fig.3 Special and temporal distribution of larvae in the studied rivers

采樣期間,共采集到156條蚊幼(蛹),其中麗娃河2條,工業(yè)河59條,淡江河95條.大中型水體蚊幼孳生調(diào)查顯示,以勺捕法計(jì),每100勺陽性勺數(shù)不超過3勺[25]即可認(rèn)為處于安全范圍內(nèi).麗娃河出現(xiàn)蚊幼的兩個(gè)月分別采集100勺,陽性勺數(shù)均為1勺且各有1條蚊幼,因而不會對人們的健康產(chǎn)生很大威脅.污染嚴(yán)重的工業(yè)河和淡江河分別采集到59條和95條蚊幼,陽性勺數(shù)分別共計(jì)45勺和34勺,雖然樣本量偏低,但作為潛在的孳生地,防治蚊蟲時(shí)應(yīng)當(dāng)給與重污染河道一定的關(guān)注.

季節(jié)變化對蚊幼密度存在顯著性影響(F9,60=2.112,p=0.042),從圖3可以看出,蚊幼密度的高峰期主要集中在2012年的7月與2013年的5月和6月,其中以2013年5月最高,這與其它孳生地的蚊蟲季節(jié)消長規(guī)律較一致[26].2013年7月的工業(yè)河平均WT較之前一年同期高出約2.2°C,加上高濃度Chla(104.47 mg/m3)形成的水華覆蓋了河面,從而抑制蚊幼孳生;同期的淡江河可能是因?yàn)榇罅糠敝车聂~類,使得2013年7月時(shí)河道顯陰性.因此,春末夏初河道蚊蟲孳生的高峰時(shí)段,應(yīng)給予一定重視.

采集的156條蚊幼羽化后經(jīng)上海市疾控中心病媒科鑒定,全部為淡色庫蚊,這與淡色庫蚊的生活習(xí)性密切相關(guān).淡色庫蚊偏好在污水中孳生,特別是水質(zhì)不澄清、營養(yǎng)較豐富的水體[27].鄧天福等[28]在淡色庫蚊的產(chǎn)卵選擇性模擬實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)淡色庫蚊產(chǎn)卵時(shí)偏重于選擇高濃度營養(yǎng)物質(zhì)水體.

2.3 河道水質(zhì)與蚊幼密度的相關(guān)性

對采樣期間的7條河道水質(zhì)參數(shù)與蚊幼密度進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果見表2.可以看出,當(dāng)水中DP濃度小于0.80 mg/L時(shí),蚊幼密度與水中的DP成極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.416,p=0.000);蚊幼密度與水中DO的負(fù)相關(guān)關(guān)系接近顯著性水平0.05(p=0.060).這與Vanlalruia等人[17]的研究結(jié)果較一致,他們發(fā)現(xiàn)水中庫蚊幼蟲孳生的數(shù)量受水溫、溶解氧及磷酸鹽含量影響較大.這是由于水中的DP作為營養(yǎng)物質(zhì),可促進(jìn)藻類繁殖,直接或間接為蚊幼提供營養(yǎng)或食物所致.水中耗氧有機(jī)物含量越高,污染越嚴(yán)重,則水中DO含量越低,魚類則難以生存,蚊幼(蛹)卻因呼吸的氧氣來自于大氣故對此并不特別敏感,捕食者的缺乏給予了蚊幼孳生更廣闊的空間[29].

表 2 河道水質(zhì)參數(shù)與蚊幼密度的相關(guān)系數(shù)矩陣(N=70)Tab.2 Correlation matrix of larval density and water quality parameters of rivers(N=70)

為進(jìn)一步考察蚊幼孳生高峰期河道水質(zhì)與蚊幼密度的關(guān)系,以2013年5月的城市河道作為研究對象,進(jìn)行其水質(zhì)與蚊幼密度的Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果見表3.可以看出蚊幼密度和Chla呈顯著正相關(guān)(r=0.804,p=0.029).蚊幼孳生高峰期內(nèi)麗娃河、夢清園、工業(yè)河、桃浦河、長浜、淡江河及櫻桃河的Chla濃度分別為(16.71±3.98)、17.17、(50.48±15.87)、2.86、(40.61±4.75)、(70.18±9.41)和(9.68±3.58)mg/m3,均低于80 mg/m3. 即水體中Chla含量小于80 mg/m3時(shí),Chla含量越高,越易孳生蚊幼.這可能是由于此時(shí)水體中營養(yǎng)較為豐富,可為蚊幼提供必要的食物來源.當(dāng)Chla含量過高時(shí),一方面因?yàn)槲糜紫纼?nèi)腔只有部分為高堿度環(huán)境(pH＞10.5),其余腔道仍為近中性(6.5＜pH＜7.5)[30],所以在藻類大量爆發(fā)時(shí)的高堿度負(fù)荷沖擊下蚊幼也難以適應(yīng)生存[31];另一方面是因?yàn)檩^高藻密度時(shí)可形成明顯的水華,覆蓋于河道水面妨礙蚊幼呼吸.

表 3 蚊幼孳生高峰期河道水質(zhì)與蚊幼密度的相關(guān)系數(shù)矩陣(N=7)Tab.3 Correlation matrix of larval density with water quality during the mosquito breeding peak(N=7)

3 結(jié) 論

基于城市河道水環(huán)境修復(fù)進(jìn)程中潛在的蚊蟲孳生問題,在上海市選取不同類型的7條河道開展研究,對河道水環(huán)境與蚊蟲孳生的關(guān)系進(jìn)行了分析,得出以下結(jié)論.

(1)采樣期間7條河道的污染程度由輕到重依次為麗娃河＜櫻桃河＜夢清園＜桃浦河＜長浜＜淡江河＜工業(yè)河.

(2)城市河道水體是蚊幼的潛在孳生地之一,研究的7條河道中陽性河道占比約43%.河道的水體流動(dòng)性、污染程度、水生植物和魚等均可影響蚊蟲的孳生.

(3)河道水質(zhì)會影響蚊蟲孳生,但不是唯一因素.當(dāng)水中DP濃度＜0.80 mg/L、Chla濃度小于80 mg/m3時(shí),隨著水中DP及Chla含量的增加,水體中蚊幼密度顯著增加.

(4)7條河道水體中蚊幼孳生的高峰期為每年的5月至7月.淡色庫蚊為城市河道水體中的優(yōu)勢蚊種.污染嚴(yán)重的河道應(yīng)防控,避免成為淡色庫蚊的又一孳生地.

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(責(zé)任編輯:張 晶)

Analysis on relationship between mosquito larvae breeding and river water environment in Shanghai

MA Ming-hai1,LIU Shan-wen1,HUANG Min-sheng1,LENG Pei-en2
(1.School of Ecology and Environmental Science,East China Normal University,Shanghai200062,China;2.School of Life and Environmental Sciences,Huangshan University,Huangshan Anhui, 245041,China;3.Department of vector control,Shanghai Municipal Center for Disease Controlamp;Prevention,Shanghai,200031,China)

Monthly data on water quality and larval density were obtained from 7 rivers in Shanghai from July 2012 to July 2013,in order to determine the effects of river water environment on the distribution and abundance of immature mosquitoes.Fuzzy clustering method was used for evaluation of river water quality.Correlation analysis of larval density and water quality was implemented.Results showed that 3 rivers were considered aspositive rivers from total 7 rivers.Culex pipiens pallens was the predominant species in the studied regions.High incidence of larvae from urban rivers appeared in late spring-early summer and larval density reached a peak in May.Larval density was positively significant with dissolved phosphate(DP)(p＜0.01).Moreover,larval density increased significantly with the increase of Chla concentration(p＜0.05)when the concentration of chlorophylla(Chla)was lower than 80 mg/m3.Slow-flowing river might be a potential habitat for some mosquito species under the appropriate conditions of water environment.

river water environment;cluster analysis;mosquito larvae;relationship

X835

A

10.3969/j.issn.1000-5641.2017.06.015

1000-5641(2017)06-0156-08

2016-11-17

國家科技重大專項(xiàng)(2013ZX07310001,2014ZX07101012);國家自然科學(xué)基金(51278192);普陀區(qū)高層次人才科研創(chuàng)新項(xiàng)目(普人才2014-A-18)

馬明海,男,博士研究生,研究方向?yàn)楹拥乐卫砼c修復(fù).E-mail:maminghai@hsu.edu.cn.

黃民生,男,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)樗h(huán)境治理與修復(fù).

E-mail:mshuang@des.ecnu.edu.cn.