農田對太子河大型底棲動物群落的影響

沈洪艷，曹志會，王 冰，趙 月，高吉喜，王文歡，張 遠（.河北科技大學環境科學與工程學院，河北 石家莊 050080；2.河北省藥用分子化學實驗室，河北 石家莊 050080；3.環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京 2002；.中國環境科學研究院，北京 0002）

農田對太子河大型底棲動物群落的影響

沈洪艷1，2，曹志會1，2，王 冰1，2，趙 月1，2，高吉喜3*，王文歡1，張 遠4（1.河北科技大學環境科學與工程學院，河北 石家莊 050080；2.河北省藥用分子化學實驗室，河北 石家莊 050080；3.環境保護部南京環境科學研究所，江蘇 南京 210042；4.中國環境科學研究院，北京 100012）

為研究農田對大型底棲動物的影響，以太子河南、北支為例，應用無度量多維標定分析（NMS）和典范對應分析（CCA），探討大型底棲動物群落對農田的響應.研究發現:太子河北支物種組成以搖蚊科為主，其次是毛翅目和蜉蝣目，而積翅目相對多度較少；在南支則以蜉蝣目、積翅目和毛翅目物種為主，搖蚊科相對多度有所下降；北支主要的功能攝食類群是直接收集者和過濾收集者，刮食者和捕食者較少，撕食者幾乎沒有，南支各類功能攝食類群均有出現，直接收集者和刮食者較多.太子河南、北支的水溫、pH值、電導、懸浮物（SS）、總溶解性固體（TDS）和總氮（TN）存在顯著差異，其中北支的水溫、電導和TDS顯著高于南支；兩條支流的水體均為弱堿性水質，南支的pH平均值高于北支；北支的SS和TN略高于南支.利用CCA開展土地利用因素對水質影響分析的總體結果表明，在河段和河流廊道尺度，農田面積比對第一軸的貢獻率最高，分別為-0.76和-0.79，且水質要素-土地利用相關性在河流廊道尺度上為0.84，而在河段尺度上為0.71.對土地利用類型和物種的CCA分析可以看出，農田、河灘、居民用地方向多為耐污和中度耐污類群，且沿農田方向物種分布較少.而與此相反的，和旱田軸相反的第四象限內多為四節蜉科（如B.bicaudatus）等敏感類群.

大型底棲動物；群落結構；農業活動；太子河；土地利用類型

農業活動是指人類有意識的利用動植物，以獲得生活所必需的食物和其他物質資料的生產活動.隨著現代農業技術的發展，人們一味地追求作物高產，化肥農藥施用量居高不下，畜禽養殖持續增長，這些農業活動使得水環境問題日益突出.農業活動是我國分布廣泛的面源污染，污染機理主要是農田、農村生活垃圾和污水中的污染物質（主要包括土壤顆粒、土壤有機肥、化肥農藥等有機污染物）隨地表徑流和地下滲漏過程被攜入水體而引起的水質污染［1］.由于農業種植多集中于河道兩岸，因此農業對地勢落差較大而河面較窄的溪流影響可能更加嚴重［2］.目前，大型底棲動物對農業活動的響應研究正在逐漸成為河流生態研究的熱點之一.農業活動在土地利用上的主要表現形式是農田.

農業種植對大型底棲動物的影響主要體現在幾個方面:氮磷營養鹽富集，棲境退化以及殺蟲劑污染.大型底棲動物對河流氮磷營養物富集呈現補貼—壓力響應［3］，在重度富營養條件下，生物量對營養鹽含量呈負相關響應；在中低度富營養化條件下，趨勢相反.吳東浩等［4］對西苕溪上游大型底棲動物的營養鹽閾值的研究發現，大型底棲動物的群落結構在總氮和總磷超過閾值時發生了嚴重的退化現象.Gao等［5］指出，水體富營養化導致大型底棲動物的生物多樣性顯著減少和群落結構改變等問題，河流廊道農田覆蓋率增加導致河流水文要素改變；而細小沉積物和藻類生物量的增加是引起大型底棲動物群落改變的關鍵原因.一般認為，農業種植引起的氮磷營養鹽增加、河流殺蟲劑含量和濁度增加是影響大型底棲動物群落結構的最重要驅動要素，導致的后果是部分物種個體數顯著減少甚至消失，同時群落敏感性顯著下降［6］.

大型底棲動物是河流生態系統的重要組成部分，以各種藻類、有機物顆粒和植被凋落物為食，同時也是河流中魚類最主要的食物來源，是河流生態系統中最重要的消費者和分解者之一［7］.大型底棲動物多樣性豐富且分布廣泛［8］，不同類群對人為活動的干擾具有不同程度的響應，其群落結構的組成可直接反映人為活動的強度.本文以太子河南、北支為研究區域，著重研究農田對大型底棲動物的影響，明晰農田對大型底棲動物群落結構的影響，并篩選出對農田較為敏感的生物指標和水質指標.

1 材料與方法

1.1 研究區域概況及樣點設置

太子河源頭分為南、北兩支，南支發源于本溪縣的東營坊鄉羊湖溝，北支發源于新賓滿族自治縣的平頂山鎮鴻雁溝，南、北支流于本溪縣馬家崴子附近匯入觀音閣水庫，同時也是本溪市重要的飲用水源保護地.太子河南支全長74km，流域面積900.9km2，北支全長59.5km，流域面積1197.6km2.

太子河流域源頭區位于暖溫帶濕潤半濕潤大陸季風性氣候區，降雨豐富（多年平均降水量761mm），多集中在6～8月.自然植被類型為落葉闊葉林，森林覆蓋度達到50%以上.由于太子河南、北支發源于同一生態地區，具有極其相似的氣候、地形、水文特征，因此具有極相似的水體理化特征.但因分處不同的行政區，造成了兩小流域的土地利用比例具有明顯差異（表1）.北支的農田覆蓋率遠高于南支.因此南、北支不同的開發強度，造成了兩條支流土地利用的差異，為分析和對比南北兩支的水質變化、空間變化成因提供了便利.

為研究農田對大型底棲動物的影響，通過實地考察，對太子河南、北支自源頭以3km為間隔，進行樣點的采集工作.除部分河段因處于山區無法進行水樣采集外，共設置采樣點33個，其中南支樣點15個（TN1～TN15），北支樣點18個（TB01～TB18）.選擇2010年9月16日～10月21日太子河源頭水質監測數據，詳細樣點見圖1.

圖1 太子河南、北支采樣點的位置Fig.1 Locations of sampling sites in north and south tributaries of Taizi River

1.2 采樣方法

采用索伯網［9］和D型手網作為大型底棲動物的采樣工具.索伯網用于定量采集，網徑為60目，采樣面積為0.09m2.每個點用索伯網隨機進行3次采樣.D-型網在本研究中用于定性采集，網徑為60目網，樣框本身取半圓形，半圓框半徑約為0.25m，底邊約為0.3m.

在各樣點的樣品采集工作完成后，加70 %的酒精將樣品保存并放入封口瓶中密封，然后放入整理箱中.在實驗室內對每一瓶底棲動物樣品進行精挑選，去除枯枝敗葉和細沙，僅保留大型底棲動物的幼蟲，并將樣品置于80%的酒精中保存.精挑選工作結束后，參照文獻［10］進行大型底棲動物的鑒定工作，在鑒定的同時計錄每一種大型底棲動物的個體數.在本研究中，大多數大型底棲動物的物種鑒定到種或屬；部分雙翅目物種鑒定到科；搖蚊鑒定到亞科；除一些特殊的、較易辨認的寡毛類被鑒定出來［如顫蚓（Tubificidae）和霍夫水絲蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等］，大多數寡毛類僅鑒定到綱［10-12］.

1.3 水質參數的測定

電導（EC）、水溫（T）、pH值、溶解氧（DO）、透明度（Trans）現場測定.水樣帶回實驗室后測定的指標，包括重碳酸鹽（HC）、堿度（Alk）、懸浮物（SS）、總溶解性固體（TDS）、五日生化需氧量（BOD5）、化學需氧量（CODCr）、高錳酸鹽指數（CODMn）、氨氮（NH3-N）、硝酸鹽氮（N-N）、亞硝酸氮（N-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、正磷酸鹽（P）.

水樣的保存和預處理都按照《水和廢水監測分析方法》［13］進行.為了減小誤差，以上樣品均重復2次測定，進行數據分析時取其平均值.

1.4 數據獲取

土地利用數據采用了河段和廊道雙尺度.河段尺度以采樣點為起點，包括沿河道上游3km，河道兩側500m的緩沖區；河流廊道尺度以采樣點為起點，包括河道兩側500m至河流源頭為緩沖區.土地利用類型主要包括7類:森林、農田、裸地、草地、河灘、坑塘和居民用地.

1.5 數據分析

計算各樣點的大型底棲動物物種數，物種個體數，群落組成參數（蜉蝣目，毛翅目，積翅目和搖蚊科相對多度）和功能攝食類群相對多度.

無度量多維標定分析法（NMS）: NMS是一種以樣方間相異距離矩陣為起點，排序決定于相異系數大小順序的非參數多元統計方法.其優勢在于可以應用于非正態分布的、隨機的、不連續的數據形式.NMS分析可在排序圖中集中展示各采樣點間水質要素組成的總體相似關系，組成要素越相似的兩個點，在NMS排序圖中的距離就越接近，反之亦然［14］.

典范對應分析（CCA）: CCA又稱多元直接梯度分析［15］，是基于CA發展而來的排序方法［16］.CCA的基本思路是將對應分析與多元回歸分析相結合，在對應分析的迭代過程中，每次得到的樣方排序坐標值均與環境因子進行多元線性回歸.較多元統計分析方法，CCA雖并不能完全消除拱形效應，但有效減少了拱形效應的影響.CCA排序圖可直接在排序軸上展示環境因子對水質要素和樣點分布的影響，依據環境因子在排序軸上的投影大小代表環境要素對水質要素和樣點分布的影響強度［17］.

NMS和CCA分析前，所有數據進行Log（x+1）對數轉化.CCA分析前對土地利用數據進行相關性檢驗，對|r|＞0.70的土地利用要素進行合并［18］，NMS分析采用歐式距離進行排序，CCA結果的顯著性利用蒙特卡羅檢驗進行.NMS采用PCORD（Version 5mjm），CCA采用CANOCO （Version 4.5）.相關性檢驗和組間差異檢驗（Mann-Whitney U test， M-W U）均使用STATISTICA 統計軟件（Version 7.0）.

2 結果與分析

2.1 太子河南、北支土地利用特征

太子河南、北支的土地利用特征分析表明，在河段尺度和河流廊道尺度上，南、北支的土地利用均以森林為主，其次為農田.在河段尺度上，兩類土地利用比例之和在南、北支流分別達到79.4%和77.7%；河流廊道尺度上，兩類土地利用比例之和在南、北支流分別達到74.1%和76.5%（表1）.但兩條支流的農業開發強度差異顯著，北支農田開發強度顯著高于南支，而南支因人為活動干擾較小，森林覆蓋率顯著高于北支；除森林與農田外，河漫灘面積與居民用地面積在南、北支之間也存在顯著差異.

表1 太子河南、北支土地利用比例特征統計與差異分析（M-W U 檢驗）（%）Table 1 Land use proportion characteristic statistics and difference analysis in north and south tributaries of Taizi River （M-W U test）（%）

同時對南、北支土地利用類型的相關性檢驗表明，在河段尺度上，森林和農田、森林和居民用地、農田和居民用地的相關性極顯著（P＜0.01），相關系數分別為-0.92、-0.78和0.61，同時河漫灘與森林和農田的相關性顯著（P＜0.05）（表2）；在河流廊道尺度上，農田和居民用地、農田和河漫灘、居民用地和河漫灘、草地和坑塘的相關性極顯著（P＜0.01），相關系數分別為0.93、0.77、0.71和0.69（表2）.

在河段和河流廊道尺度上，因坑塘的出現比例較低（出現率小于30%），因此在CCA分析前對其剔除.在河段尺度上，考慮到農田可能是影響河流水質的主要因素，因此剔除與農田相關性|r|＞0.7的森林；在河流廊道尺度上，剔除與農田顯著相關的居民用地和河漫灘（表2）.

表2 不同土地利用類型間的Spearman相關性檢驗Table 2 Spearman correlation test between different land use types

2.2 太子河南、北支環境參數基本信息

太子河南、北支的環境參數見表3.由表3可見，南、北支磷污染較小，溶解氧含量較高.水體理化因子及棲息地評價指數結果顯示，北支所受農業非點源影響嚴重于南支:北支的總氮和電導率顯著高于南支，河岸邊土壤利用類型評價也表明北支河道兩岸多有農田覆蓋，北支水溫顯著高于南支.此外，棲息地評價結果也表明南支水量一般，北支的河岸邊農田種植及人為活動強度要高于南支，導致棲息地總評分南支好于北支.

2.3 太子河南、北支大型底棲動物群落組成差異分析

2.3.1 物種組成 在太子河源頭的南、北支共采集到大型底棲動物108種，個體數為57607個，經鑒定，隸屬于5門（節肢動物門，環節動物門，軟體動物門，扁形動物門，袋形動物門）；9綱（昆蟲綱，甲殼綱，蛛形綱，瓣鰓綱，腹足綱，寡毛綱，蛭綱，線蟲綱，渦蟲綱）；22目，58科，87屬；在所有的生物類群中，最主要的是水生昆蟲，其相對豐度為89.9%，其次是鉤蝦（Gammarus sp），相對豐度為5.9%，再次為渦蟲（Turbellarian），相對豐度為3.3%.其中，太子河北支發現大型底棲動物79種，39896個.優勢種包括搖蚊亞科（Chironominae spp.），四節蜉（Baetis thermicus），直突搖蚊（Orthocladinae spp.），鉤蝦（Gammarus sp.），網棲石蛾（Hydropsyche nevae），短脈紋石蛾（Cheumatopsyche sp.）.南支發現大型底棲動物81種，17711個.優勢種包括搖蚊亞科（Chironominae spp.），扁蚴蜉（Ecdyonurus viridis），朝大蚊（Antocha sp.），褐蜉（Paraleptophlebia japonica），直突搖蚊亞科（Orthocladinae spp.），鋸型蜉（Serratella rufa）.南、北支的物種相似性指數結果為71.9%，同時最優勢物種都是搖蚊亞科，表明南、北支大型底棲動物在物種組成上較一致.

2.3.2 群落組成分析 對太子河南、北支大型底棲動物群落組成和功能攝食類群進行了分析（圖2），可以看出，除TB1等源頭點位外，搖蚊科為構成太子河北支群落的主要物種，其次是毛翅目和蜉蝣目，而對環境最敏感的積翅目相對多度較少（圖2a）；功能攝食類群分析表明（圖2b），北支主要的功能攝食類群為直接收集者和過濾收集者，同時分布有較少量的刮食者和捕食者，而幾乎沒有撕食者的分布，這表明，外源有機物為北支河道提供了大量的營養物質，大型底棲動物已經受到了北支河道兩岸農業活動導致的有機肥流失和土壤有機物的影響.在南支則以EPT物種（蜉蝣目、積翅目和毛翅目）為主，搖蚊科相對多度相對于北支有所下降（圖2a）.由于EPT對環境污染較為敏感，且其相對多度是表征河流清潔的重要的生物指標之一，由此可說明南支的河流健康程度優于北支.南支5種功能攝食類群均有分布，出現較多的是直接收集者和刮食者（圖2b），這表明，南支大型底棲動物的食物來源較為多樣，并且各點位均有撕食者出現，而撕食者主要以枯枝落葉等凋落物為食，可以推斷出南支河道兩岸森林的落葉為其提供了良好的食物來源.

表3 太子河南、北支環境參數基本信息Table 3 The basic information of environmental parameters in north and south tributaries of Taizi River

圖2 太子河南、北支大型底棲動物群落組成和功能攝食類群Fig.2 Community compositions and functional feeding groups of macroinvertebrates in north and south tributaries of Taizi River

2.3.3 指示種分析 根據表4可知，南支的主要指示種是對環境敏感的物種，如相對豐度較大的石蠅（Oyamia sp.1）和齒角石蛾（P.kisoensis）等物種都屬于耐污值較小的EPT物種，是清潔水體的指示物種.相對來說，北支的指示物種盡管包括蝶石蛾（Psychomyia sp.）和河花蜉（P.huoshanensis）這樣的敏感物種，但還是以中度耐污物種為主，如相對豐度較大的東方蜉（E.orientalis）、蚋（Simulium sp.）和石蛭（Nephelopsis sp.）等，由此可以推斷，人為干擾活動已經對北支的底棲動物群落構成產生了一定程度上的影響.

表4 大型底棲動物指示種分析Table 4 Analysis of macroinvertebrate bioindicators

2.4 土地利用類型與水質參數的關系分析

由于土地利用類型對水質的影響比較直接［21-22］，因此以下通過土地利用類型與水質參數的關系進一步篩選對大型底棲動物影響顯著的水質參數，并分析這種影響在河段尺度和河流廊道尺度中哪種尺度體現得更明顯.

2.4.1 水質特征分析 各樣點主要水質參數的NMS結果表明，除少數樣點（如TB1和TB6）外，太子河南支和北支的水質總體特征存在明顯差異（圖3）.兩條支流的樣點在NMS排序軸上分屬于不同的象限，除TB1和TB6樣點外，兩條支流各樣點組內的距離明顯小于支流間的距離.

對太子河南、北支主要水質參數的比較分析表明，水溫、pH值、電導系、SS、TDS和總氮存在顯著差異（P＜0.05）.其中北支的水溫、電導和TDS顯著高于南支；兩條支流的水體均為弱堿性水質，南支的pH值平均值高于北支；北支的懸浮物和總氮略高于南支（表5）.氨氮和總磷在南、北支的總體水平較低，且兩條支流間不存在顯著差異.因此認為，南、北支水質存在明顯差異，主要體現在水溫、pH值、電導率和TDS等水質要素上.

2.4.2 土地利用對水質特征的影響分析 利用CCA開展土地利用因素對水質影響分析的總體結果表明，南、北支采樣點在CCA排序軸上分別分布于第一軸的正、負方向，具有明顯差異；農田面積比對第一軸的貢獻率最高（表6），且對環境軸排序的貢獻率達到顯著水平（蒙特卡洛檢驗P＜0.05），因此是造成太子河南、北支水質差異的最主要因素（圖4a，b）.在兩個尺度的土地利用分析中，第一排序軸的解釋率均較高，分別達88.3% 和94.8%.

在河段尺度上，CCA排序前兩軸的總體解釋率為95.3%，農田面積比對第一軸的貢獻率最高，相關性最大（r=-0.76）（圖4a，表6）.在河流廊道尺度上，CCA排序軸的總體解釋率為99.3%，農田面積比對第一軸的貢獻率與相關性均最高（r=-0.79）（圖4b，表6）.水質要素和土地利用相關性，水質要素-土地利用關系累積變化百分率均表明，河流廊道尺度的土地利用的總體解釋率優于河段尺度，由于造成南、北支土地利用差異的主要因素為農田，因此可認為對水質特征的影響河流廊道尺度的農田面積比高于河段尺度.

圖3 太子河南、北支水質NMS排序Fig.3 NMS ordination diagram of Water quality in north and south tributaries of Taizi River

表5 太子河南、北支基本水質參數統計與差異分析（M-W U 檢驗）Table 5 Basic water quality parameters statistics and difference analysis in north and south tributaries of Taizi River （M-W U test）

圖4 不同尺度上土地利用與水質要素的CCA排序Fig.4 CCA ordination diagram between land use and water quality factors in different scales

2.5 土地利用類型與大型底棲動物的關系分析在河流廊道尺度上，水質因子的差異更加明顯.為進一步驗證農田對大型底棲動物的影響程度，并且查看其他土地利用類型對太子河南、北支的影響，故在河流廊道尺度上分析土地利用類型對大型底棲動物的作用.

在軸一投影最長的為農田，且對點位分布影響最大的土地利用類型為農田（表6），太子河北支和南支的點位處于軸1的兩側，TN1～TN3為太子河南支的前3個點（圖1），森林覆蓋率比較高，這類點處于第四象限.而處于第二象限的多為受農田影響較重的點，多為太子河北支的點位.由此可見太子河南、北支雖然森林覆蓋率較高，但是北支受人為開發影響較重，尤其受農田影響高于南支.

表6 河段和河流廊道尺度土地利用在CCA排序軸上的典型相關系數矩陣Table 6 The canonical correlation coefficient matrix of land use in river scale and river corridor scale on the CCA sort axis

通過土地利用類型和物種的CCA分析（圖6）可以看出，農田用地方向多為耐污和中度耐污類群，如東方蜉（E.orientalis）和石蛭（Nephelopsis sp.），且沿農田方向物種分布較少.而與此相反的，和旱田軸相反的第四象限內多為四節蜉科（如B.bicaudatus）等敏感類群，由于農田和森林為負相關關系，可以推斷沿森林方向敏感物種較多.

圖5 太子河南、北支土地利用樣點與大型底棲動物的CCA排序Fig.5 CCA ordination diagram between land use sampling sites and macroinvertebrates in north and south tributaries of Taizi River

圖6 太子河南、北支土地利用與大型底棲動物物種的CCA排序Fig.6 CCA ordination diagram between land use and macroinvertebrate species in north and south tributaries of Taizi River

3 討論

太子河源頭南、北支發源于同一地區，具有極其相似的氣候、地質和水文特征，因此在自然狀態下，應當具有相似的水體理化特征［23］，但由于南、北支農業開發強度的差異，造成南、北支水質發生了明顯改變.大量研究已經證明，河岸土地利用類型是導致河流生態系統退化與水質惡化的最主要因素［22，24］，這與本研究中農田對水質的影響相一致.與平原農業區不同，山區的農業開發主要依靠河流廊道的開墾，并由此造成山地溪流河流廊道森林面積退化，太子河南、北支農田面積與森林面積呈顯著的負相關即為典型代表（表2）.已有研究表明，由于河流廊道植被覆蓋率的降低，通常會造成河流水溫的晝夜溫差加劇［25-26］，進而影響整個溪流生態系統；同時，山區溪流河流廊道坡度大，地表徑流明顯強于平原，導致弱的降雨過程也可直接影響河流水質，如在漢江流域的研究表明，電導率與森林覆蓋率和農田面積具有顯著相關性［27］.

研究表明，太子河源頭區水體總氮含量總體較高，依據國家地表水環境質量標準，均為Ⅳ類水.農業面源污染是造成水體富營養的主要因素［28］，尤其是山地溪流地區較高的坡降，氮、磷等營養元素更易隨地表徑流進入水體［29］，導致河流廊道中的營養鹽轉移和流失嚴重［30］.因此，太子河源頭地區農業化的影響，是造成水體中總氮增加的主因.但相比于總氮，太子河源頭水源的磷總體上較低，推測可能是磷素易被土壤固定［31］，且其淋溶損失較小［32］外，源頭區域施肥特征也可能是造成這一現象的因素，其具體形成因素尚需進一步實驗驗證.

土地利用與水質特征的CCA排序分析表明，河流廊道尺度土地利用對水質的總體解釋率均高于河段尺度（表5）.流域的自然要素、地理要素和總體土地利用特征等共同決定了河流的水質特征，大量研究已經表明土地利用的構成對水質參數的影響程度隨研究區域尺度的增大而增加［33-34］，與本研究結果一致.但最新研究也指出，土地利用和人為活動隨著空間位置距樣點越遠，其對水質的作用強度越小，因此對山區河流，河流廊道尺度的解釋率有時反而高于流域尺度［35］，針對山地溪流類型，小流域尺度與河流廊道尺度的比較研究尚待開展.

4 結論

4.1 太子河南、北支地理位置相近，生態環境類似，且農田和森林的百分比之和在南、北支分別占到75%左右，不同的是，北支農田面積的百分比在河段尺度上比南支高16.09%，在河流廊道尺度上高20.54 %，較適合討論農田對大型底棲動物的影響.

4.2 太子河源頭南、北支共采集到大型底棲動物108種，57607個，太子河北支物種組成以搖蚊科為主，其次是毛翅目和蜉蝣目，而積翅目相對多度較少；在南支則以EPT物種（蜉蝣目、積翅目和毛翅目）為主，搖蚊科相對多度有所下降.北支主要的功能攝食類群是直接收集者和過濾收集者，刮食者和捕食者較少，撕食者幾乎沒有，南支各類功能攝食類群均有出現，直接收集者和刮食者較多，表明南支的食物來源較為多樣.

4.3 對太子河南、北支主要水質參數的比較分析表明，水溫、pH值、電導、SS、TDS和總氮存在顯著差異.其中北支的水溫、電導和TDS顯著高于南支；兩條支流的水體均為弱堿性水質，南支的pH平均值高于北支；北支的懸浮物和總氮略高于南支.利用CCA開展土地利用因素對水質影響分析的總體結果表明，在河段和河流廊道尺度，農田面積比對第一軸的貢獻率最高，分別為-0.76 和-0.79，且水質要素-土地利用相關性在河流廊道尺度上為0.84，而在河段尺度上為0.71，表明在河流廊道尺度上研究土地利用和水質的關系更有說服力.

4.4 對土地利用類型和物種的CCA分析可以看出，農田用地方向多為耐污和中度耐污類群，如東方蜉（E.orientalis）和石蛭（Nephelopsis sp），且沿農田方向物種分布較少.而與此相反的，和旱田軸相反的第四象限內多為四節蜉科（如B.bicaudatus）等敏感類群，由于農田和森林為負相關關系，可以推斷沿森林方向敏感物種較多.

［1］朱鐵群.我國水環境農業非點源污染防治研究簡述 ［J］. 農村生態環境， 2000，16（3）:55-57.

［2］LAIR N. Impact of agricultural practices on a small headwater stream: terrestrial and aquatic characteristics and self-purifying processes ［J］. Hydrobiologia， 2000，21（4）:129-139.

［3］KING R S. Subsidy-stress response of macroinvertebrate community biomass to a phosphorus gradient in an oligotrophic wetland ecosystem ［J］. Journal of the North American Benthological Society， 2007，26（3）:491-508.

［4］吳東浩，于海燕，吳海燕，等.基于大型底棲無脊椎動物確定河流營養鹽濃度閾值——以西苕溪上游流域為例 ［J］. 應用生態學報， 2010，21（2）:483-488.

［5］GAO Q F， CHENG K L， SHIN P K S. Effects of nutrient enrichment derived from fish farming activities on macroinvertebrate assemblages in a subtropical region of Hong Kong ［J］. Marine Pollution Bulletin， 2005，51（8）:994-1002.

［6］THIERE G， SCGULZ R. Runoff-related agricultural impact in relation to macroinvertebrate communities of the Lourens River，South Africa ［J］. Water Research， 2004，38（7）:3092-3102.

［7］CUMMINS K W. Structure and function of stream ecosystems ［J］. Bio Science， 1974，24:631-641.

［8］WARD J V. Aquatic insect ecology ［M］. New York: John Wiely and Sons， Inc.， 1992:438.

［9］周 瑩，渠曉東，趙 瑞，等.河流健康評價中不同標準化方法的應用與比較 ［J］. 環境科學研究， 2013，26（4）:410-417.

［10］WIGGINS G B. Larvae of the North American Caddisfly Genera （Trichoptera） ［M］. 2nd ed. Toronto: University of Toronto Press Inc， 1996.

［11］尤大壽，歸 鴻.中國經濟昆蟲志-第四十八冊 ［M］. 北京:科學出版社， 1995.

［12］田立新，楊連芳，李佑文.中國經濟昆蟲志-第四十九冊 ［M］. 北京:科學出版社， 1996.

［13］國家環境保護總局水和廢水監測分析方法編委會. 水和廢水監測分析方法 ［M］. 4版.北京:中國環境科學出版社， 2002: 721-725.

［14］BRUCE M C， JAMES B G. Analysis of ecological communities ［J］. USA: MJM Software Design Press， 2002:125-132.

［15］JONGMAN R H G， TERBRAA C J F. Data analysis in community and landscape ecology ［J］. Cambridge: Cambridge University Press， 1987:255-267.

［16］TERBRAAK C J F. Canonical correspondence analysis: a new eigenvector technique for multivariate direct gradient analysis ［J］. Ecology， 1986，67（5）:1167-1179.

［17］周 彬，余新曉，陳麗華，等.北京山區森林景觀格局與環境關系的CCA研究 ［J］. 水土保持通報， 2010，30（6）:148-152.

［18］渠曉東.香溪河大型底棲動物時空動態、生物完整性及小水電站的影響研究 ［D］. 北京:中國科學院研究生院， 2006.

［19］MANDAVILLE S M. Taxa tolerance values-benthic macroinvertebrates in freshwaters ［C］. Soil and Water Conservation Society of Metro Halifax （Project G-2）， 2002: 66-67.

［20］王建國，黃恢柏，楊明旭，等.廬山地區底棲大型無脊椎動物耐污值與水質生物學評價 ［J］. 應用與環境生物學報， 2003，9（3）: 279-284.

［21］SUSANN M. Wetland creation in agricultural landscapes: biodiversity henefits on local and regional scales ［J］. Biological Conservation， 2009，14（2）:964-973.

［22］TAKU K， MUNEMITSU A， TAKASHI A， et al. A proposal of framework to obtain an integrated biodiversity indicator for agricultural ponds incorporating the simultaneous effects of multiple pressures ［J］. Ecological Indicators， 2011，11:1396-1402.

［23］ALLAN J D， MARIA M C. Stream ecology ［M］. Springer press，2007，57-62.

［24］KAZAMA S， MATSUMOTO S， RANJAN S P， et al. Characterization of firefly habitat using a geographical information system with hydrological simulation ［J］. Ecological Model， 2007，209:392-400.

［25］ZHANG Y X， DUDEON D， CHENG D S， et al. Impacts of land use and water quality on macroinvertebrate communities in the Pearl River Drainage Basin， China ［J］. Hydrobiologia， 2010，52（6）: 71-88.

［26］JONS H， ROGER G Y， JOHN W H， et al. Changes in agricultural intensity and river health along a river continuum freshwater ［J］. Biology， 1999，42（2）:345-357.

［27］Li S Y， Gu S， Tan X， et al. Water quality in the upper Han River Basin， China: the impacts of land use/land cover in corridor buffer zone ［J］. Journal of Hazardous Materials， 2009，165（1-3）: 317-324.

［28］袁天澤，徐 燕，黃仁軍，等.水稻施肥量對農田水質的影響 ［J］.江蘇農業科學， 2010，（2）:343-344.

［29］李洪良，黃 鑫，邵孝侯.農業水質性缺水的現狀、原因和農業水資源保護 ［J］. 江蘇農業科學， 2006，（4）:186-188.

［30］PETERJOHN W T， CORRELL D L. Nutrient dynamics in an agricultural watershed: observations on the role of a corridor forest ［J］. Ecology， 1984，65:1466-1475.

［31］甄 蘭，廖文華，劉建玲.磷在土壤環境中的遷移及其在水環境中的農業非點源污染研究 ［J］. 河北農業大學學報， 2002，25（增刊）:55-59.

［32］SLIVAL D， WILLIAM D. Buffer zone versus whole catchment approaches to studying land use impact on river water quality ［J］. Water Research， 2001，35:3462-3472.

［33］HUNSALER C T， Levine D A. Hierarchical approaches to the study of water quality in rivers ［J］. Bio. Science， 1995，45:193-203.

［34］張殷俊，陳 爽，相景昌.河流近域土地利用格局與水質相關性分析——以巢湖流域為例 ［J］. 長江流域資源與環境，2011，20（9）:1054-1061.

［35］PETERSON E E， SHELDON F， DARNELL R， et al. A comparison of spatially explicit landscape representation methods and their relationship to stream condition ［J］. Freshwater Biology，2010，25（8）:1365-1387.

Effects of farmland on macrobenthic community in Taizi River.

SHEN Hong-yan1，2， CAO Zhi-hui1，2， WANG Bing1，2，ZHAO Yue1，2， GAO Ji-xi3*， WANG Wen-huan1， ZHANG Yuan4（1.School of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang 050080， China；2.Medical molecular chemistry lab of Hebei Province， Shijiazhuang 050080， China；3.Nanjing Institute of Environmental Sciences of the Ministry of Environmental Protection of PR China， Nanjing 210042， China；4.Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China）. China Environmental Science， 2015，35（4）：1205～1215

To study the effects of farmland on macroinvertebrates， macroinvertebrates were collected from the north and south tributaries of Taizi River. And their response to farmland was discussed using non-metric multidimensional scaling analysis （NMS） and canonical correspondence analysis （CCA）. The results show: The north tributary of Taizi River species composition mainly was Chironomidae， followed by Trichoptera and Ephemeroptera， and Hymenoptera in less relative abundance； while the south of tributary mostly were Ephemeroptera， Hymenoptera and Trichoptera， and the relative abundance of Chironomidae declined. Meanwhile， the main functional feeding groups of the north tributary were collector-gatherers and collector-filterers， scrapers and predator were less， almost no shredders； but the south tributary had various functional feeding groups， collector-gatherers and scrapers were more. There were significant differences on water temperature， pH， conductivity， suspended solids （SS）， total dissolved solids （TDS） and total nitrogen （TN） between the north and south tributaries of Taizi River. Water temperature， conductivity and TDS of the north tributary were significantly higher than that of the south tributary； the water of two tributaries was all alkalescent water， and the average pH of the south tributary was higher than that of the north tributary； the SS and TN of the north tributary were slightly higher than that of the south tributary. Using CCA to carry out the land use factors impact on water quality， the resultshowed that farmland area ratio on the first axis of the contribution rate was highest in reach scale and river corridor scale，respectively -0.76 and -0.79； and the correlation between water quality factors and land use was 0.84 on river corridor scale and 0.71 on reach scale. From the CCA analysis between land use types and species can be seen， on the directions of farmland， beach and residential land mostly were tolerance and moderate tolerance groups， but fewer species distribution along the direction of farmland. On the contrary， in the fourth quadrant opposite of the dry land axis mostly were Baetidae （such as B.bicaudatus） and other sensitive groups.

macroinvertebrates；community structure；agricultural activity；Taizi River；land use types

X171.5

A

1000-6923（2015）04-1205-11

沈洪艷（1971-），女，天津人，教授，博士，研究方向為污染物環境行為及效應.發表論文76篇.

2014-08-12

國家自然基金（41373096）；國家環保公益（201509041-05）；河北省自然基金（B2014208068）；河北省藥用分子化學實驗室開放基金；河北省環保廳公益課題；河北省重點學科建設基金項目

* 責任作者， 研究員， gix@nies.org