流域水生態(tài)環(huán)境論文范文

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1研究方法

1.1樣品的采集調(diào)查區(qū)域選定為松花江流域。根據(jù)2012年地表水監(jiān)測數(shù)據(jù)，松花江流域總體呈輕度污染，干流水質(zhì)良好;支流為輕度污染。流域具有有機毒物污染的典型性特征［15］。2012年6—7月，對研究區(qū)30個采樣點進行了底棲動物和著生藻類的采樣調(diào)查。在松花江干流上游設(shè)置了5個采樣點，分別為S30肇源、S28朱順屯、S14阿什河口下、S4呼蘭河口下和S15大頂子山;在松花江干流下游設(shè)置了4個采樣點，分別為S11佳木斯上、S12佳木斯下、S3江南屯和S13同江;在松花江支流的雅魯河、諾敏河、嫩江、伊通河、飲馬河、第二松花江、牡丹江和梧桐河上共設(shè)置了19個采樣點，分別為S17巴林、S18成吉思汗、S6小二溝、S7寶山、S8博霍頭、S19拉哈、S20瀏園、S21富上、S10江橋、S23寶龍橋、S25靠山南樓、S9瀑布下、S22溪浪口、S26松花江村、S27松林、S24劉珍屯、S29大山、S16柴河和S5梧桐河口內(nèi);在黑龍江上設(shè)置了2個采樣點，分別為S1松花江口上和S2東港。S1～S10為參照點;S11～S30為監(jiān)測點。采樣、保存和實驗室分析參照EPARBP生物快速評價方案［16］及《水和廢水監(jiān)測技術(shù)方法(第四版增補版)》中相關(guān)要求進行［17］。

1.2生境和水質(zhì)理化指標借鑒EPARBP生物快速評價方案［16］，參考鄭丙輝等［2］的棲息地評價指標，采用由10項指標組成的生境評價方法:調(diào)查底質(zhì)組成、生境復(fù)雜性、速度與深度結(jié)合性、河岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量情況、植被多樣性、水質(zhì)狀況、人類活動強度、河岸邊土地利用類型。利用參照點生境評分分布的25%分位數(shù)法對生境質(zhì)量進行評價，即生境評分大于參照點生境評分的25%分位數(shù)，生境質(zhì)量為良好;將小于25%分位數(shù)的分布范圍，進行3等分，評價結(jié)果由高到低分別為一般、較差、很差。pH、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、化學需氧量(COD)、總磷(TP)、總氮(TN)等水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)來自2012年1—9月的全國地表水監(jiān)測數(shù)據(jù)。分析方法及水質(zhì)標準按照地表水環(huán)境質(zhì)量標準［18］進行。

1.3評價方法按照IBI的建立方法對松花江流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行評價［19］。IBI的評價標準，采用所有采樣點指數(shù)值分布的95%分位數(shù)法建立，評價等級按照IBI分值由高到低分別定義為優(yōu)、良好、一般、較差、很差共5個等級。參照點以生境狀況中人類活動和土地利用一項得分大于13分和有襀翅目昆蟲存在這2個原則確定。各參數(shù)間的Pearson相關(guān)分析在SPSS15.0中完成。

2結(jié)果與討論

2.1IBI的建立和評價結(jié)果根據(jù)IBI建立的方法，研究確定S1～S10作為參照點，其余20個點作為監(jiān)測點。利用底棲動物和著生藻類的調(diào)查數(shù)據(jù)，計算得到總分類單元數(shù)、密度、優(yōu)勢種比例、敏感物種分類單元數(shù)等共25個候選生物參數(shù)，通過敏感性分析、相關(guān)性分析，去除辨別力低的參數(shù)和冗余信息，最終篩選出總數(shù)量、EPT分類單元數(shù)、EPT密度、敏感種分類單元數(shù)、敏感種分類單元比例、Hilsenhoff生物指數(shù)(HBI)6個核心參數(shù)，構(gòu)成松花江IBI評價的指標。根據(jù)所有采樣點指數(shù)值分布的95%分位數(shù)法劃分IBI評價等級標準:IBI＞35.84為優(yōu);IBI=26.88～35.84為良好;IBI=17.92～26.88為一般;IBI＜8.96為很差。研究區(qū)調(diào)查的30個采樣點的IBI評價結(jié)果如表1所示。參照點中，50%評價為優(yōu)，40%評價為良好和一般，僅10%評價為較差;20個監(jiān)測點中，65%評價為較差和很差，25%評價為一般，評價為優(yōu)和良好的占10%。

2.2IBI評價結(jié)果與生境質(zhì)量和水質(zhì)評價結(jié)果間的關(guān)系利用Pearson相關(guān)性和散點圖，分析了采樣點的IBI評價結(jié)果與其生境質(zhì)量間的關(guān)系。從圖1可見，IBI和生境質(zhì)量評分間存在正相關(guān)關(guān)系，生境得分較高的采樣點，IBI也普遍較高。參照點的IBI普遍比較高，大部分在21以上，生境質(zhì)量評分也較高(69～89);IBI在8.2以下的低分采樣點，生境質(zhì)量評分也較低(41～51)。由于棲息地生境與生物群落的關(guān)系密切，而且在河流生態(tài)環(huán)境中占有重要的地位，分析生境狀況的破壞是影響生物完整性和造成松花江流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受損的一個重要因素。根據(jù)各采樣點水質(zhì)參數(shù)1—9月的平均值監(jiān)測數(shù)據(jù)分析(見表2)，松花江流域水質(zhì)污染主要的超標項目為CODMn、BOD5、NH3-N、COD、TN、TP。調(diào)查區(qū)域水質(zhì)以III類水質(zhì)為主，水質(zhì)達標采樣點比例占67%。S1、S11等6個采樣點為IV類水質(zhì)，S14、S252個采樣點為劣V類水質(zhì)。IBI評價結(jié)果對于劣V類的2個采樣點均評價為較差;III類水質(zhì)各采樣點中除生境評分比較低的，IBI評價結(jié)果基本在一般到優(yōu)的等級，雖然IBI結(jié)果同時還受到生境質(zhì)量的影響，但總體上IBI評價結(jié)果與水質(zhì)是基本符合的。

2.3生物參數(shù)與生境和水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系對10項生境參數(shù)與26項生物參數(shù)間的相關(guān)性進行了分析。表3結(jié)果表明，除河岸土地利用類型外，其他9項生境參數(shù)分別與不同的生物參數(shù)間呈現(xiàn)出顯著或極顯著的相關(guān)性，這進一步說明了流域的生境狀況會對河流水生生物狀態(tài)產(chǎn)生影響作用。其中，生境總得分與EPT分類單元數(shù)、敏感物種分類單元數(shù)、底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)等多項生物參數(shù)間存在顯著/極顯著的正相關(guān);同時，生境總得分與耐污種分類單元比例、生物學污染指數(shù)間存在顯著/極顯著的負相關(guān)。其次，速度與深度結(jié)合性、河岸穩(wěn)定性、河水水量情況等指示河流水文和河岸狀況的生境參數(shù)也與多項生物參數(shù)間存在不同程度的相關(guān)關(guān)系?？傮w上呈現(xiàn)出與表征生物質(zhì)量良好、水質(zhì)清潔的生物參數(shù)存在正相關(guān)，與指示水體污染的參數(shù)存在負相關(guān)，這說明河流水文和河岸參數(shù)對河流水生生物狀態(tài)也會產(chǎn)生比較顯著的影響和變化。同時，河流水流情況、植被多樣性、水質(zhì)狀況和人類活動強度這4項參數(shù)與IBI之間呈現(xiàn)出顯著/極顯著的正相關(guān)關(guān)系，說明這些生境條件更明顯地引起生物完整性的變化。對以上這些數(shù)據(jù)的分析表明，河流的生境質(zhì)量與河流中水生生物的狀況有著非常重要的聯(lián)系，生境質(zhì)量受損和退化會顯著地反映在生活其中的生物的變化情況，如敏感物種數(shù)量和種類的減少、耐污物種數(shù)量和種類的增加、耐受污染能力增加等變化。對遼河的研究也表明，遼河棲息地質(zhì)量與多項底棲動物生物指標顯著相關(guān)［2］。相關(guān)學者在生境對生物影響的關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn)，卵石和大石基巖等好的底質(zhì)能保持河床穩(wěn)定性［23］，好的生境條件可以為底棲動物提供穩(wěn)定且多樣的棲息空間，支持多樣的底棲類群。綜上分析，棲息地生境質(zhì)量的受損和破壞，確實是影響松花江流域水生態(tài)質(zhì)量的一個重要環(huán)境因素。為恢復(fù)和改善流域的水生態(tài)質(zhì)量，其生境質(zhì)量應(yīng)該受到重視和保護。

研究還發(fā)現(xiàn)，生境總得分、速度與深度結(jié)合性、河岸穩(wěn)定性等幾個生境參數(shù)都與著生藻類的ShannonWiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)間存在顯著/極顯著的負相關(guān)關(guān)系。而通常情況下，多樣性和均勻度越高，指示生物狀態(tài)越好，水體污染越輕［26］，但是本研究數(shù)據(jù)表明，生境質(zhì)量的破壞會引起著生藻類多樣性和均勻度的增加。底棲動物并沒有出現(xiàn)這樣的情況，其多樣性和豐富度指數(shù)都與生境存在正相關(guān)關(guān)系。分析認為，著生藻類多樣性的變化可能是由于耐污種種類和數(shù)量的增加所引起，所以這種情況下，著生藻類多樣性和均勻度指數(shù)不適合單獨用于松花江流域的評價，相比底棲動物更適合應(yīng)用在松花江流域的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中。對超標的水質(zhì)參數(shù)與各生物參數(shù)、IBI進行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。從表4可以看出，電導(dǎo)率和溶解氧與多項著生藻類的生物參數(shù)存在相關(guān)性，溶解氧與藻類多樣性指數(shù)、HBI、耐污種數(shù)量等呈顯著負相關(guān)，說明耗氧污染物的減少會使得底棲動物耐污種數(shù)量下降，反映有機物污染的指數(shù)值也隨之下降。電導(dǎo)率與藻類多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān)，與底棲動物密度、耐污種數(shù)量等呈極顯著/顯著正相關(guān)，與敏感種分類單元比例呈顯著負相關(guān)，說明有機質(zhì)污染導(dǎo)致底棲動物耐污種的數(shù)量增加，敏感種種類減少，底棲動物總密度的增加分析可能是由于耐污種數(shù)量的增加引起的。有研究發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)物質(zhì)濃度的增加，可能引起底棲動物的總密度減小［27］，也可能引起底棲動物總密度增加［28］。CODMn與底棲動物敏感種數(shù)量比例呈顯著負相關(guān)，BOD5、NH3-N、COD、TN、TP與總密度間呈極顯著正相關(guān)，6個污染因子與污染指數(shù)間呈極顯著/顯著正相關(guān)，這進一步佐證了上述結(jié)論。其次，有機質(zhì)污染引起藻類多樣性增加，分析可能是耐污種藻類的產(chǎn)生和繁殖的結(jié)果。耐污種數(shù)量、耐污種數(shù)量比例、HBI及污染指數(shù)這4個指示污染程度的生物指數(shù)分別與CODMn、BOD5、NH3-N、COD、TN、TP幾個超標污染因子顯示出不同程度的正相關(guān)，這樣的結(jié)果進一步說明了有機質(zhì)和N、P等富營養(yǎng)化元素的污染對于松花江流域水中生物的多樣性分布，耐污種敏感種的出現(xiàn)和繁殖產(chǎn)生了明顯的影響。但IBI并未與這些化學參數(shù)顯示出明顯的相關(guān)性，但這并不影響化學污染的壓力在單個生物參數(shù)上產(chǎn)生的顯著影響，雖然利用單個生物參數(shù)評價生物質(zhì)量不夠全面，但是可以依賴其尋找潛在化學壓力，為水質(zhì)治理和防護提供有效的數(shù)據(jù)支持。河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的評價，除了了解河流的生物狀態(tài)，更重要的還是要解決污染因子和生物質(zhì)量間的關(guān)系［29］，這樣評價工作才能有效的為河流污染的治理和修復(fù)提供有利支持。已開展的相關(guān)研究主要集中在分析BOD5、COD、TN、TP、濁度等綜合性的污染因子與生物參數(shù)間存在的相關(guān)關(guān)系上［1，5］，尚沒有深入分析直接引起生物狀態(tài)變化的化學影響因子及其之間的影響方式。目前，在松花江還無法確定其有機污染物的種類，對于針對松花江流域生物狀態(tài)和特征有機污染因子間的關(guān)系的研究，還需要更長時間的研究來進一步了解。

3結(jié)論

IBI評價結(jié)果與生境和水質(zhì)評價結(jié)果的分析表明，IBI評價結(jié)果與生境質(zhì)量存在顯著正相關(guān)，與水質(zhì)評價結(jié)果基本一致。生境狀況的破壞和水體污染是影響生物完整性和造成松花江流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受損的重要因素。同時，研究發(fā)現(xiàn)相較于著生藻類，底棲動物是更適合作為松花江流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的生物類群。生境質(zhì)量及速度與深度結(jié)合性、河岸穩(wěn)定性、河水水量情況、植被多樣性、水質(zhì)狀況等多項生境參數(shù)均與多項生物參數(shù)存在顯著/極顯著的相關(guān)關(guān)系。其次，CODMn、BOD5、NH3-N、COD、TN、TP等水質(zhì)化學指標與多項生物參數(shù)間也存在相關(guān)性，說明有機質(zhì)和N、P等富營養(yǎng)化元素的污染對于松花江流域水中生物分布的變化，耐污種的出現(xiàn)和繁殖、敏感種的減少產(chǎn)生了明顯的影響，有機污染壓力仍是影響松花江流域生物狀態(tài)的化學因素。為恢復(fù)和改善松花江流域的水生態(tài)質(zhì)量，應(yīng)該針對流域生境質(zhì)量和超標化學污染開展相應(yīng)的保護和控制措施。

作者：趙然李中宇許人驥劉允呂怡兵劉廷良滕恩江楊琦王業(yè)耀單位：中國地質(zhì)大學中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室黑龍江省環(huán)境監(jiān)測中心站