運河段底棲動物多樣性研究范文

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《水生態(tài)學(xué)雜志》2014年第四期

1方法

1．1點位設(shè)置京杭運河常州段原長約44．5km，隨著常州市區(qū)改線段工程于2009年末竣工驗收，整個京杭運河常州段就形成了老運河和新運河并存的河道格局。本次研究主要針對近年來污染較為嚴(yán)重的老運河段展開。經(jīng)過現(xiàn)場勘查，最終在河道上、中、下游各設(shè)1個調(diào)查點位，分別是位于上游的新河口、中游的水門橋和下游的橫洛澗，具體點位分布見圖1。

1．2采樣調(diào)查調(diào)查歷時5年，從2009年開始到2013年結(jié)束;期間每隔1年對該河段底棲動物進(jìn)行1次調(diào)查，即分別在2009年、2011年和2013年對京杭運河常州老運河段的調(diào)查點位進(jìn)行底棲動物采樣，在當(dāng)年的5月和9月各開展1次。定量采樣工具采用改良彼得生采泥器(1/16m2)，以40目分樣篩過濾后，將底棲生物撿出，裝入樣本瓶中。每點連續(xù)采集2次。樣品帶回室內(nèi)后，在解剖鏡和顯微鏡下進(jìn)行活體種類鑒定，以分析天平稱重。定性采集使用三角拖網(wǎng)，方法同定量分析(金相燦，1990;張覺民，1991;國家環(huán)境保護總局，2002)。

1．3評價指數(shù)采用物種分類單元數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H'''')、BI指數(shù)(B)對各采樣點的底棲動物進(jìn)行分析(錢迎倩和馬克平，1994;馬克明等，2001;王備新和楊蓮芳，2001);并利用污染生物效應(yīng)指數(shù)(BPI)對河段水質(zhì)進(jìn)行評價。式中:Pi代表第i個物種的相對多度或相對顯著度;N代表所有物種的個體數(shù)之和;Ni代表第i個物種的個體數(shù)，Bi為第i種的耐污值(張躍平，2006)。一般情況下，H''''值越大，多樣性越高;B值越大，污染生態(tài)效應(yīng)越重，環(huán)境生態(tài)狀況越差。污染生物效應(yīng)指數(shù)(BPI)=(Shannon-Wiener多樣性指數(shù)得分+BI指數(shù)得分+顫蚓密度指數(shù)得分)/3各指數(shù)具體得分參照表1確定(常州市環(huán)境保護局，2013)。BPI分值越高，說明污染生物效應(yīng)越輕，水質(zhì)受污染程度越低;其等級劃分、評分范圍及分級標(biāo)準(zhǔn)見表2(常州市環(huán)境保護局，2013;王亞超等，2013)。

2結(jié)果與分析

2．1底棲動物群落結(jié)構(gòu)通過連續(xù)3年的調(diào)查，京杭運河常州老運河段共發(fā)現(xiàn)底棲動物26種，其中環(huán)節(jié)動物(寡毛類)7種，占總種類數(shù)的26．9%，水生昆蟲9種，占34．6%，軟體動物7種，占26．9%，甲殼動物3種，占11．5%(表3)。從各調(diào)查點位情況來看，上游新河口斷面共發(fā)現(xiàn)底棲動物18種，其中環(huán)節(jié)動物(寡毛類)5種，水生昆蟲7種，軟體動物3種，甲殼動物3種;中游水門橋斷面共發(fā)現(xiàn)底棲動物13種，其中環(huán)節(jié)動物(寡毛類)6種，水生昆蟲3種，軟體動物4種;下游橫洛澗斷面共發(fā)現(xiàn)底棲動物4種，均為環(huán)節(jié)動物(寡毛類)。由此可見，常州上游河段的底棲動物數(shù)量最多，種類最豐富，群落完整性最好，中游河段次之，下游河段最差。從空間上對京杭運河常州老運河段的底棲動物群落進(jìn)行比較(表4)，發(fā)現(xiàn)位于上游的新河口底棲動物物種數(shù)明顯高于中游和下游，且種群豐富程度更高，群落結(jié)構(gòu)更為合理;位于中游的水門橋底棲動物物種數(shù)低于上游但高于下游，種群豐富度較上游有所下降，部分種群常年缺失，群落結(jié)構(gòu)完整性較差;而位于下游的橫洛澗底棲動物物種數(shù)在3個調(diào)查點位中最低，種群極度單一，群落結(jié)構(gòu)極不完整。造成這一結(jié)果的原因可能是運河常州段上游來水水質(zhì)相對較好，周邊主要以村莊農(nóng)田為主，受到工業(yè)和生活污染的影響較小，生境條件保持較好;而隨著河道的延伸，中游和下游河段沿岸的工業(yè)和城鎮(zhèn)建筑逐步密集，加上來自城區(qū)支浜河水的匯入帶來了大量的生活污染物，對河道形成極大的沖擊，導(dǎo)致水質(zhì)污染逐漸加重，生境條件逐步惡化，底棲動物群落的多樣性遭到破壞(張躍平，2006)。從時間上對京杭運河常州老運河段的底棲動物群落進(jìn)行比較(表4)，2009年運河常州段共發(fā)現(xiàn)底棲動物6種，其中環(huán)節(jié)動物(寡毛類)4種，軟體動物2種;2011年共發(fā)現(xiàn)底棲動物12種，其中環(huán)節(jié)動物(寡毛類)3種，水生昆蟲4種，軟體動物4種，甲殼動物1種;2013年共發(fā)現(xiàn)底棲動物16種，其中環(huán)節(jié)動物(寡毛類)5種，水生昆蟲6種，軟體動物3種，甲殼動物2種。2009－2013年各調(diào)查點位的優(yōu)勢種均為霍甫水絲蚓，優(yōu)勢度為58．0%～100%。隨著時間的推移，運河常州段底棲動物物種數(shù)量呈顯著上升趨勢，同時新發(fā)現(xiàn)的物種多數(shù)為軟體動物和水生昆蟲，說明常州段的底棲動物群落正在逐步恢復(fù)，在一定程度上反映出這一時期的水質(zhì)正逐步得到改善。

2．2底棲動物多樣性根據(jù)調(diào)查結(jié)果計算各點位2009－2013年底棲動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、BI指數(shù)，并從時間和空間上進(jìn)行比較(圖2－5)。各調(diào)查點位空間上的比較結(jié)果顯示，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)表現(xiàn)為:新河口＞水門橋＞橫洛澗;BI指數(shù)為:新河口＜水門橋＜橫洛澗;說明位于上游的新河口底棲動物多樣性狀況最好，污染生態(tài)效應(yīng)最輕，環(huán)境生態(tài)條件相對最好;中游的水門橋次之，下游的橫洛澗底棲動物多樣性最差，污染生態(tài)效應(yīng)最重，環(huán)境生態(tài)條件最惡劣。而時間上的比較結(jié)果表明，2009－2013年京杭運河常州段底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)呈逐年上升趨勢，而BI指數(shù)呈逐年下降趨勢;說明運河常州段的底棲動物多樣性正在逐步恢復(fù)中，污染生態(tài)效應(yīng)也在逐步減輕，整條河道的環(huán)境生態(tài)條件正逐漸得到改善。

2．3污染生物效應(yīng)評價將各調(diào)查點位底棲動物的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、BI指數(shù)及顫蚓密度相結(jié)合，計算出2009－2013年的污染生物效應(yīng)指數(shù)，據(jù)此判斷各調(diào)查點位的污染生物效應(yīng)等級和水質(zhì)污染程度(表5)?？傮w上看，各調(diào)查點位的污染生物指數(shù)逐年上升，污染生物效應(yīng)則逐年下降，水質(zhì)污染程度也呈逐年減輕的趨勢。從空間上進(jìn)行比較(表5、圖6)，污染生物效應(yīng)指數(shù)表現(xiàn)為:新河口＞水門橋＞橫洛澗，其中新河口和水門橋均處在中污染生物效應(yīng)等級，水質(zhì)污染程度為α-中污染;而橫洛澗則處在重污染生物效應(yīng)等級，水質(zhì)污染程度達(dá)到β-中污染;說明整條河段上游的水質(zhì)最好，生態(tài)狀況最佳，中游次之，下游的水質(zhì)最差，生態(tài)狀況也最差，與前文的結(jié)果相互印證，也解釋了上游底棲動物物種最豐富、種群豐富度最高、群落完整性最好、多樣性狀況最好的成因。從時間上再進(jìn)行比較(見表5、圖7)，2009－2013年京杭運河常州老運河段的污染生物效應(yīng)指數(shù)呈逐年上升的趨勢，2009年該河段還處在重污染生物效應(yīng)等級，水質(zhì)污染程度為β-中污染;到2011年，河段的污染生物效應(yīng)已降低了1級，成為中污染生物效應(yīng)等級，水污染程度也減輕至α-中污染級別;2013年河段的污染生物效應(yīng)等級雖未發(fā)生變化，但3個點位平均污染生物效應(yīng)指數(shù)卻達(dá)到1．72，較2011年上升了14．8%，已接近輕污染生物效應(yīng)等級劃分限值(2．0)，證明污染生物效應(yīng)實際上是較2011年有所下降，水污染程度也有所減輕。這一結(jié)果說明運河常州段在調(diào)查期間的水質(zhì)正逐年得到改善，其生態(tài)條件也在逐步好轉(zhuǎn)，這可能與近年來常州市針對京杭運河持續(xù)開展的多項河道整治工程有關(guān)聯(lián)。

3討論

3．1河道整治對京杭運河常州段的生態(tài)作用自從2009年京杭運河常州市區(qū)改線工程順利竣工后，整個常州段就形成了老運河和新運河并存的河道格局，其中老運河段因其常年受到沿岸工業(yè)城鎮(zhèn)的污染，水質(zhì)條件極差，生態(tài)環(huán)境迅速惡化，水域生態(tài)荒漠化越來越嚴(yán)重。為了徹底改變現(xiàn)狀，重新恢復(fù)京杭運河常州老運河段的生態(tài)環(huán)境，常州市從2009年起就針對該河段制定了一系列河道整治方案并迅速加以實施。常州市環(huán)保局通過將沿岸直排的工業(yè)企業(yè)進(jìn)行接管改造和整治搬遷，大幅減輕了工業(yè)污水對原有河道的污染;再通過對中心城區(qū)范圍內(nèi)的387家餐飲、200座公廁、13個垃圾中轉(zhuǎn)站、30個居民點的污水實施截流，加強了對生活污染的控制;又通過完善對中心城區(qū)的支流截污，大幅削減了入河污水量(常州市環(huán)境監(jiān)測中心站，2010;常州市環(huán)境保護局，2011;2012);此外，水利等相關(guān)部門還制訂了常態(tài)換水機制，加大從長江引水力度，增加了該河段的蓄水量，提高了河道水環(huán)境容量，并在此基礎(chǔ)上建立長效清淤機制，根據(jù)不同河段沉積情況確定清淤頻次，定期開展清淤工作(張浩，2011)。上述一系列工程項目在近幾年的持續(xù)開展，對于京杭運河常州段的水質(zhì)與底質(zhì)生態(tài)條件確實起到了一定的改善作用，降低了水體污染物總量，減輕了水環(huán)境的生態(tài)負(fù)荷，在一定程度上有利于河段生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，進(jìn)而使底棲動物群落多樣性也得到初步恢復(fù)。

3．2通過底棲動物群落建立河道生態(tài)評價體系從調(diào)查結(jié)果來看，底棲動物種類數(shù)、群落構(gòu)成及多樣性與水體的污染程度呈反向趨勢，說明底棲動物種類豐富程度可作為評價河道受污染程度的重要生物指標(biāo);與劉纏民和馮照軍(2008)以及王亞超等(2013)研究結(jié)果一致。采用污染生物效應(yīng)指數(shù)(BPI)評價河段的水質(zhì)生態(tài)狀況，結(jié)果顯示京杭運河常州老運河段的上游河段水質(zhì)最好，生態(tài)狀況最佳，隨著河道延伸，尤其是流經(jīng)城區(qū)之后，水質(zhì)逐步惡化，生態(tài)狀態(tài)逐漸遭到破壞;此外，從時間變化趨勢上看，京杭運河常州段在調(diào)查期間的水質(zhì)正逐年得到改善，河段生態(tài)條件也在逐步好轉(zhuǎn)。當(dāng)然，底棲動物群落變化是一個長期緩慢的過程，要解開底棲動物群落與河道水質(zhì)和生境條件變化的關(guān)聯(lián)機制和機理，需要長時間的調(diào)查研究和大量的數(shù)據(jù)積累分析;因此，持續(xù)開展生態(tài)監(jiān)測和生物多樣性評價的研究，對建立河道生態(tài)健康評價體系十分重要。盡管本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)上游河段的底棲動物群落狀況較中游和下游要好，且隨著時間推移，整個河道的底棲動物群落正呈現(xiàn)恢復(fù)趨勢，但京杭運河常州老運河段底棲動物的物種數(shù)總體偏低，尤其是清潔型的軟體動物和水生昆蟲種類較少，同時從上游至下游，各調(diào)查點位的優(yōu)勢種均為耐污型寡毛類，且優(yōu)勢度明顯，由此說明河道目前的生態(tài)環(huán)境仍然較差，水污染依舊嚴(yán)重，底棲動物群落狀況不容樂觀。

作者：張皓徐東炯張翔曹志俊單位：江蘇省環(huán)境保護水環(huán)境生物監(jiān)測重點實驗室江蘇省常州市環(huán)境監(jiān)測中心