龍子祠泉域底棲動物群落組成及水質生物學評價

韓明利 ，梁文明 ，張元 ，張大偉 ，崔松林

（1.山西省水產育種養殖科學實驗中心，山西 清徐 030400；2.山西省水產科學研究所，山西 太原 030006）

龍子祠泉域為山西省19處巖溶大泉之一，位于山西省臨汾市市區西南13km的西山山前，泉水出露于西山與臨汾盆地交接處的坡積物中，大多以散流形式溢出地表，流向臨汾盆地，匯入汾河。泉域水溫較恒定，年變幅小于2℃，常年保持在17℃左右，泉水補給來源遠而穩定[1]。龍子祠泉域內主要有躍進渠和母子河兩條水系。躍進渠（又名“七一渠”）由青石砌成，穿村而過，水位深（平均水深超過1.5m），水流速度緩慢，水生植物較少；母子河為發源于龍子祠泉的自然溪流，由西向東最終匯入汾河。母子河水流較躍進渠緩，水位較淺，砂礫型底質，兩岸分布大量水生植物，上游優勢種群是篦齒眼子菜Potamogeton pectinatus，下游優勢種群為空心蓮子草Alternanthera Philoxeroides。母子河也穿村而過，沿河兩岸還分布有水產養殖場及休閑餐飲場所。

多年來，龍子祠泉域水資源開發為臨汾市經濟和社會發展作出了積極貢獻，如開采深井、泉域內煤炭開采、泉域周邊的水產養殖業、農田灌溉、生活污水處理等。然而，隨著經濟社會的發展，泉域周邊用水量與日俱增，泉水流量明顯下降，尤其是水生態環境，如水生生物群落和生物多樣性遭到嚴重破壞[2]。因此，泉域底棲動物資源調查為保護龍子祠泉域水環境及其水生生物多樣性具有重要的意義。

底棲動物處于水生態系統食物鏈的中間環節，在能量流動和物質循環中起著重要的作用[3]，是海洋、江河流域、湖泊、巖溶泉域及水庫水生態系統中的重要生物類群。底棲動物在底層攝食、掘穴及爬動，促進底泥中有機碎屑的分解，加速泥水界面的物質交換，起到凈化水質的作用。與其他生物相比，多數底棲動物分布廣、生活周期長、遷徙能力弱、易于采集和識別，是水質生物學評價中應用最廣泛的一類生物[4,5]。目前底棲動物調查研究中，多為海域[6]、江河流域[7,8]、湖泊[9]及水庫[10]，而巖溶泉域底棲動物調查研究卻鮮有報道。

本研究于2016年5月20—26日和7月25—30日對龍子祠泉域底棲動物進行調查，研究龍子祠泉域母子河4個采樣點底棲動物群落組成，利用Margalef豐富度指數、Shannon-Wiener指數和Goodnight-Whitley生物指數等對這4個采樣點的水質進行生物學評價，以期為龍子祠泉域水環境和水生生物保護提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域與采樣點設置

在兩條水系中，躍進渠較難進行底棲動物標準化采集，因此，本研究以母子河全段為調查區域。根據地理位置、水深、水流速、周邊環境、水體透明度及人類活動密集程度等因素，從上游到下游沿母子河依次設置4個采樣點：臨汾水廠、鱘養殖場、官磑村和入汾河口采樣點（圖1）。用GPS定位各采樣點坐標，記錄地理位置及現場環境信息（表1）。

圖1龍子祠泉域采樣點位圖Fig.1 Sampling sites in LongZiCi Karst Spring

臨汾水廠采樣點位于母子河最上游，主要是泥砂底質，水較淺，清澈見底，水流速度較快；鱘養殖場采樣點底質上層為污泥，下層為砂，較上游水深，約40～50cm，周邊散布有養殖場；官磑村采樣點為礫砂底質，水質清澈見底，周邊密布村落；入汾河口采樣點位于母子河最下游，底質為較厚的污泥，水深約50～60cm，水質混濁，透明度不高。上述采樣點中，前3個采樣點水生植物優勢種群是篦齒眼子菜Potamogeton pectinatus，入汾河口采樣點水生植物優勢種群是空心蓮子草Alternanthera Philoxeroides。

1.2 底棲動物采集方法

用開口為30cm×30cm的蘇泊網采集底棲動物，每個點每次隨機采集3個平行樣，采集面積共0.27m2。將采集的樣品放入已編號的封口袋中，加入10%福爾馬林溶液固定，帶回實驗室進一步挑揀、鑒定、分類、計數和稱重。個體較大底棲動物，如腹足綱、蜻蜓目等用肉眼觀察，小型底棲動物用解剖鏡或顯微鏡觀察鑒定；稱重前，先用濾紙吸干樣品表面殘留固定液，用感量為0.0001g的電子天平稱重，軟體動物不去殼稱重，對筑巢類水生昆蟲去巢稱重。

1.3 水質生物學評價指標

1.3.1 Margalef豐富度指數（d）[11]

d=（s-1）/InN，式中 s為物種種類數，N 為底棲動物個體總數。

表1采樣點坐標及現場記錄Tab.1 The coordinates of sampling sites and field records

1.3.2 Shannon-Wiener指數（H）[12]

1.3.3 Goodnight-Whitley生物指數（GBI）[13]

上述3種指數對水質評價的標準見表2。

表2 3種指數水質評價標準Tab.2 Criteria of three indices of water quality evaluation

1.3.4 敏感種生物指數[14]：

敏感種生物指數水質評價標準為：60以上為正常值；10～60為中度污染；10以下為重度污染。

2 結果與分析

2.1 群落組成

本次調查共采集底棲動物4門7綱30屬（種）(表3)，其中，節肢動物門2綱：昆蟲綱和甲殼綱，共有16屬（種）；軟體動物門2綱：腹足綱和瓣鰓綱，共有9屬（種）；環節動物門2綱：寡毛綱和蛭綱，共4屬（種）；扁形動物門僅渦蟲綱1綱，1屬（種）。節肢動物門、軟體動物門、環節動物門和扁形動物門底棲動物種類數占總種類數比例分別為53.33%、30.00%、13.33%和3.33%。昆蟲綱和環節動物門寡毛綱個體數量最多，軟體動物總生物量最高（圖2）。在4個采樣點中，在臨汾水廠采集到18屬（種），其中昆蟲綱種類最多，有10屬（種），占55.60%；鱘養殖場采集到16屬（種），其中軟體動物占37.50%；官磑村采集到16屬（種），軟體動物和節肢動物分別占37.50%和43.75%；入汾河口采集到8屬（種），寡毛綱數量最多，占60.00%。

4個采樣點中，官磑村采集到的底棲動物個體數最多（3 290.74頭/m3），總生物量最高（89 244.81 mg/m3）；鱘養殖場次之；入汾河口底棲動物個體數（138.39 頭 /m3），總生物量最低（2 115.56mg/m3）；臨汾水廠底棲動物個體數相對較多，但個體較小，其總生物量較低（圖3）。

2.2 水質評價結果

圖2 龍子祠泉域7綱底棲動物各類群的總生物個體數和總生物量Fig.2 The total biological individuals and total biomass of each group of zoobenthosin seven classesin LongZiCi Karst Spring

圖3 龍子祠泉域4采樣點底棲動物總個體數和總生物量Fig.3 The total number of individuals and total biomass of zoobenthos in four sites in LongZiCi Karst Spring

由表4可知，4個采樣點Margalef豐富度指數均在2.0到3.0范圍內，表明水質受到了輕度污染；Shannon-Wiener指數均小于1，據此判斷水質受到了重度污染；Goodnight-Whitley生物指數表明，鱘養殖場和入汾河口受到中度污染，而臨汾水廠和官磑村水質相對清潔；敏感種生物指數表明，臨汾水廠和官磑村受到中度污染，而鱘養殖場受到重度污染，入汾河口未采集到蜉蝣目和石蛾類，數值為0。根據現場環境和水質生物學評價指標綜合判斷，臨汾水廠和官磑村為中度污染，鱘養殖場和入汾河口為重度污染。

3 討論

3.1 水環境對底棲動物群落結構的影響

官磑村水質較好，底質主要為礫砂型。有研究報道，粗砂和細砂底質水體通常底棲動物生物量最低，而礫砂底質生物量最高[15]。France對加拿大11個湖泊的比較研究表明，礫砂型底質對底棲動物現存量的貢獻很高[16]。上游有些養殖戶養殖廢水中的殘餌、有機碎屑等順流而下，為該處底棲動物提供了豐富的食物來源。因此在4個采樣點中，官磑村底棲動物個體總數和總生物量最高。

表3龍子祠泉域各采樣點采集底棲動物種類名錄Tab.3 Composition and distribution of zoobenthos in each sampling site in LongZiCi Karst Spring

調查期間發現，鱘養殖場上游還有諸多休閑餐飲場所，生活廢水與養殖廢水中的殘餌等有機碎屑為底棲動物提供了豐富食物來源，不可避免地污染了水體。該采樣點底質上層為黑色污泥，下層為砂。這可能是該采樣點底棲動物個體總數和總生物量少于官磑村采樣點的主要原因。

表4 水質生物學評價指數結果Tab.4 The results of biological assessment of water quality

臨汾水廠處于龍子祠泉源頭，母子河最上游，水產養殖戶較少，水體中營養物質含量較少，水流速度快，因此該處底棲動物個體總數和總生物量較低。

入汾河口采樣點底棲動物個體數和總生物量最少，主要與該處地理位置和水環境有關。入汾河口位于母子河下游最末端，上游各種污染物以不同方式進入水體，超出了水體自凈能力，底質為較厚的淤泥，呈現富營養化。底棲動物多樣性和豐富度隨底質穩定性和有機物增加而增加，但有機質過于豐富反而會導致水體缺氧，底棲動物豐富度下降[15]。

臨汾水廠、鱘養殖場和官磑村采樣點的水生植物主要是沉水植物篦齒眼子菜，而入汾河口采樣點主要是挺水植物空心蓮子草。自然狀態下，空心蓮子草在富含有機質（如生活污水）的環境中生長快、種群數量大、長勢旺盛，在一定程度上也能起到凈化水質的作用，但該采樣點因污染嚴重，水體透明度較低，水生植物生態型主要是挺水植物，沉水植物稀少，缺少了沉水植物作為必要的躲避及攝食場所，影響了底棲動物生存。

3.2 水質生物學評價

4個采樣點的Margalef豐富度指數均在2.0～3.0范圍內，表明該泉域受到了輕度污染，評價結果與實際狀況不符。該指數只與底棲動物數量和種類數有關，與采樣面積和生物量無關。雖然該指數能用于評價區域物種豐富度和水質狀況，能較客觀地反映水體污染狀態和水質變化情況[17]，但是不符合該泉域水環境評價。

Shannon-Wiener指數在0.5～1.0范圍內，表明該泉域這4個采樣點都受到了重度污染，這與實際環境狀況不符。在底棲動物采集過程中，受地理位置選擇和采集工具的局限，不可避免地會有一部分底棲動物被遺漏。在底棲動物鑒定過程中，由于巖溶泉域的一些底棲動物個體較小，挑揀時也難免遺漏，而且部分底棲動物很難鑒定到種。如果忽略種間個體數量對底棲動物群落多樣性貢獻的差異顯然不合理[18]。顏京松等[19]應用不同生物指數評價甘肅境內黃河干支流枯水期水質時也曾提出，Shannon-Wiener指數用于反映水體污染狀況不夠精確。

Goodnight-Whitley生物指數分析表明，臨汾水廠和官磑村采樣點水質清潔，與實際情況不符，而鱘養殖場采樣點和入汾河口采樣點污染較嚴重，與實際情況相符。Goodnight-Whitley生物指數（GBI）主要運用顫蚓類與底棲動物總數的比值來作評價。顫蚓類屬環節動物寡毛類，生活于淤泥中，能耐受有機物污染引起的缺氧環境，而且個體較粗大，生活相對固定，常被人們作有機物污染指示生物。臨汾水廠和官磑村采樣點顫蚓類數量偏少，而鱘養殖場和入汾河口采樣點底質為淤泥，顫蚓類數量比較豐富，尤其在鱘養殖場采樣點。

敏感種生物指數分析表明，臨汾水廠和官磑村采樣點水質為中度污染，鱘養殖場和入汾河口采樣點為重度污染，該評價結果與實際情況最為貼切。敏感種生物指數主要借助蜉蝣目和石蛾類在底棲動物總數中的比例來評價水質。蜉蝣目和毛翅目（石蛾類屬于毛翅目）對水質污染均較敏感[20]，在污染水體中存活量減少甚至消失。臨汾水廠位于母子河上游，污染源較少；官磑村位于鱘養殖場下游，養殖戶少，該處篦齒眼子菜較多，底質也較好，有大量螺蚌，凈化水質的作用較大，所以官磑村采樣點水質為中度污染。上述兩個點蜉蝣目和石蛾類底棲動物較多。雖然鱘養殖場采樣點也有大量篦齒眼子菜和大量腹足綱（主要是螺），但該點附近分布有養殖戶，水產動物排出大量糞便、殘餌的自然分解超出了水體的自凈能力范圍，污染較為嚴重，蜉蝣目和石蛾類底棲動物很少。而入汾河口采樣點沒有采集到蜉蝣目和石蛾類，因為該點位于母子河最下游，上游及周邊大量污染物進入，超過了水體自凈能力，造成該處污染尤為嚴重。

3.3 小結

龍子祠泉域4個采樣點受人為因素造成的各自水環境變化和污染程度不同，底棲動物種群、數量、時空分布存在明顯差異。在不同環境條件下每種水質評價指標的結果不盡相同，適用性也不同。綜合分析發現，敏感種生物指數分析最適用于龍子祠泉域水質生物學評價。

本次底棲動物調查發現，龍子祠泉域上游水質相對較好，鱘養殖場及周邊養殖區屬人為因素，水產養殖或多或少地破壞了當地水環境。入汾河口處于母子河最下游，上游各種污染物的排入，污染最為嚴重，水生植物遭到破壞，底棲動物數量減少，污染敏感性物種無法生存。鱘養殖場和入汾河口水體較臨汾水廠和官磑村受污染程度大。

本研究以底棲動物為環境評價生物表明，龍子祠泉域水環境和水生生物受到了一定程度的威脅，為該泉域水資源環境及水生生物保護提供了參考。建議相關職能部門應建立巖溶水資源保護區及合理的水資源開發體系，實行巖溶泉域水資源統一管理和合理配置。