(大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室，遼寧 大連 116023) (北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，水沙科學(xué)教育部重點實驗室，北京 100875) (大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室，遼寧 大連 116023)

底棲動物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要組成部分[1～3]，具有種類多、對干擾反應(yīng)十分敏感等特點，在水生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞等功能中起到十分重要的作用[4,5]。底棲動物是監(jiān)測環(huán)境污染的重要健康評價指示物種，其不同種類對水體環(huán)境變化的敏感性差異較大，因此，底棲動物群落被廣泛地應(yīng)用與水生態(tài)系統(tǒng)的保護、管理及健康評價中[6,7]。

底棲動物生物完整性指數(shù)(index of biological integrity，IBI)可以從水生態(tài)系統(tǒng)的角度反映出水體的健康情況，在國內(nèi)外已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用[6～9]，已成為國內(nèi)外河流健康評價主要的研究手段[1～3]。筆者調(diào)查了濟南地區(qū)底棲動物的群落結(jié)構(gòu)特征，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用生物完整性評價體系對濟南地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價，旨在為濟南地區(qū)水體底棲動物健康評價指標和方法的建立提供參考，并對濟南地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)健康的維護和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 底棲動物樣品采集

在濟南市區(qū)及各區(qū)域代表性水體設(shè)定28個調(diào)查站位(圖1)，于2014年11月進行采樣調(diào)查。在所選定的采樣點位100m范圍內(nèi)，用索伯網(wǎng)采集2個底棲動物樣本，現(xiàn)場將可見的底棲動物與碎屑等雜質(zhì)區(qū)分開，將底棲動物樣品置于100mL樣品瓶中，用90%的酒精固定。在實驗室中用顯微鏡或解剖鏡下依據(jù)文獻[2,10～15]進行底棲動物樣品鑒定工作。

1.2 數(shù)據(jù)分析與處理

構(gòu)建濟南地區(qū)水體底棲動物生物完整性(B-IBI)評價體系，分為5類屬性，分別為：物種群落豐富度、生物耐污能力、生物營養(yǎng)級組成、物種個體數(shù)量比例和小生境質(zhì)量，對環(huán)境變化敏感的29個指標作為候選指標[1～3]，對候選指標進行分布范圍、判別能力以及相關(guān)性分析篩選(表1)。分布范圍的篩選是指若某指標在超過95%的樣點得分均為零，則放棄此指標。判別能力篩選是比較每個候選指標在參照點位和受損點位的數(shù)值在25%～75%范圍內(nèi)重疊的情況，用箱體圖進行判別的標準詳見相關(guān)文獻[1～3,7]。對箱體圖判別篩選出的參數(shù)兩兩進行Pearson相關(guān)性檢驗，相關(guān)系數(shù)≥0.9的2個指標中只取其一[1～3,16]。

表1 濟南地區(qū)候選生物參數(shù)及對干擾的反應(yīng)

圖1 濟南地區(qū)采樣點位示意圖

參照點位的選擇依據(jù)實地水質(zhì)及水文地貌情況，以人類干擾較少、水環(huán)境理化質(zhì)量較高、生境保持較為完整的地區(qū)作為參照點位。采用相關(guān)標準化方法評判后[1～3，7]，濟南地區(qū)B-IBI 評價的參照點選定為J1、J3、J4、J5和J7(見圖1)。

通過上述分析，確定B-IBI評價的核心參數(shù)，根據(jù)所有點位核心參數(shù)的分布范圍，對核心參數(shù)進行賦分。研究使用四分法進行賦分[1～3，7]，通過對核心參數(shù)的賦分，累加得到最終的B-IBI得分。以參照點位B-IBI得分值分布的25th分位數(shù)作為健康評價的標準，點位的B-IBI分值大于25th分位數(shù)值，表示該站點受到的干擾很小，是健康的；對小于25th分位數(shù)值的分布范圍，進行三等分，確定出健康、一般、較差、極差4個等級的劃分標準。

數(shù)據(jù)的相關(guān)性采用SPSS 16.0進行分析，箱體圖分析采用Origin Pro 7.5完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征

濟南地區(qū)水體樣點共計采到底棲動物32種，隸屬于3門6綱10目，以節(jié)肢動物門和軟體動物門為主?；勰亢碗p翅目種類最高為10種，顫蚓目3種，真瓣鰓目2種，蜉蝣目、毛翅目、蜻蜓目、十足目、顎蛭目和無吻蛭目為1種?；勰棵芏茸罡撸伎偯芏鹊?4.29%。雙翅目、顫蚓目、毛翅目、無吻蛭目、顎蛭目、十足目、真瓣鰓目、蜉蝣目、蜻蜓目分別占總密度的33.07%、13.45%、10.20%、2.82%、2.36%、1.55%、1.17%、1.02%和0.06%。

結(jié)合圖1和圖2可看出，濟南地區(qū)單個站位物種數(shù)最高為8種，位于濟南的J13站位，該站位雙翅目和基眼目物種數(shù)量較多。濟南地區(qū)水體底棲動物密度較低，密度較高的區(qū)域位于濟南的中南部，而密度較低的區(qū)域集中于商河縣和濟陽縣，各采樣點位密度平均值為788.91ind/m2，單個站位密度最高為3817.42ind/m2，位于J7站位，主要以搖蚊幼蟲為主。濟南地區(qū)中北部地區(qū)水體底棲動物生物量明顯較高，各采樣點位生物量平均值為131.94g/m2，單個站位生物量最高為811.74g/m2，位于J13點位。濟南地區(qū)中北部地區(qū)水體底棲動物香農(nóng)威納指數(shù)較高，各采樣點位香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.56，單個站位香農(nóng)威納指數(shù)最高為2.75，位于J16站位。各采樣點位均勻度指數(shù)平均值為0.79，單個站位均勻度指數(shù)最高點位于J17。

圖2 濟南地區(qū)底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征

2.2 B-IBI體系的建立和健康評價

結(jié)合濟南地區(qū)水體特點及研究目標，應(yīng)用參照點和受損點的數(shù)據(jù)計算各候選生物指標值。通過箱體圖分析，確認濟南地區(qū)水體共有5個B-IBI參數(shù)(見圖3)進入Pearson相關(guān)性分析。經(jīng)Pearson相關(guān)性分析(見表2)，最終篩選出EPT分類單元數(shù)、水生昆蟲分類單元數(shù)、香農(nóng)威納指數(shù)、搖蚊個體相對豐度、蜉蝣目個體相對豐度5個參數(shù)為構(gòu)建濟南地區(qū)B-IBI體系的核心參數(shù)?；贐-IBI的濟南地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)健康標準如表3所示。

濟南地區(qū)水體底棲動物生物完整性評價(B-IBI)結(jié)果如表4所示。B-IBI結(jié)果顯示，濟南地區(qū)水體健康點位較少，較差及極差點位較多，濟南地區(qū)南部水生態(tài)健康程度較高；濟南地區(qū)中北部水生態(tài)系統(tǒng)健康程度較差或極差。

圖3 濟南地區(qū)水體5個B-IBI候選參數(shù)在參照點位和受損點位的箱體分布圖

參考指標 M1M2M3M10M18M11M20.50 1M30.870.501M100.840.76 0.85 1M180.790.740.810.671

表3 基于B-IBI的濟南地區(qū)水生態(tài)健康標準

表4 濟南地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果

注：A代表健康；B代表一般；C代表較差；D代表極差。

3 討論

從研究結(jié)果可以看出，濟南地區(qū)水體共發(fā)現(xiàn)底棲動物32種，各采樣點位密度平均值為788.91ind/m2，以基眼目和雙翅目種類為優(yōu)勢物種，基眼目主要以大量的螺類為主，水體中雙翅目幼蟲，尤其是搖蚊科幼蟲數(shù)量較多，導(dǎo)致密度較高。濟南一些區(qū)域水體有斷流現(xiàn)象，導(dǎo)致部分區(qū)域水體營養(yǎng)鹽濃度較高，一些搖蚊幼蟲和螺類等耐污性較強的物種大量繁殖，逐漸占據(jù)優(yōu)勢地位。底棲動物香農(nóng)威納指數(shù)多用來評價水質(zhì)情況，濟南地區(qū)水體香農(nóng)威納指數(shù)平均值為1.56，均勻度指數(shù)平均值為0.79，根據(jù)香農(nóng)威納指數(shù)評價水質(zhì)標準[17～18]：1～2之間為中度污染，由此可知濟南地區(qū)水體受到中度污染。

研究用底棲動物構(gòu)建B-IBI評價體系，評價了濟南地區(qū)水體的健康狀況。結(jié)果表明，經(jīng)過篩選，選出5個參考指標[19](EPT分類單元數(shù)、水生昆蟲分類單元數(shù)、香農(nóng)威納指數(shù)、搖蚊個體相對豐度和蜉蝣目個體相對豐度)，這5個指標在濟南地區(qū)水體的底棲動物指標參數(shù)中最為穩(wěn)定，可以列為今后濟南地區(qū)水體底棲動物評價的核心指標。在IBI評價中，評價等級為健康及一般的采樣點位較少，7個采樣點位評價等級為A，占總點位的25.0%，在生物完整性評價中具有一定的穩(wěn)定性；僅有1個點位評價等級為B，占總點位的3.6%；7個點位評價等級為C，占點位的25.0%；12個采樣點位評價等級為D，占總點位的46.4%，這些點位大部分集中在市區(qū)及濟南中北部的商河縣和濟陽縣，水體污染嚴重，底棲動物群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，健康狀況受到影響，導(dǎo)致評價等級較低。根據(jù)本研究結(jié)果，建議加大對濟南地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)的治理，控制工業(yè)及生活污水排放，構(gòu)建一個健康的濟南地區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)。