阿什河底棲動物群落特征及影響因子

趙 然，顧 平，劉 允

1．黑龍江省環境監測中心站，黑龍江 哈爾濱 150056 2．中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

阿什河是松花江右岸的一級支流，于哈爾濱市東郊匯入松花江。河流全長為213 km[1]，沿岸曾經遍布植物，水草肥美，對提高城市生態效應、防風固沙、保護植物多樣性都有著非常重要的作用，被稱為哈爾濱東部的綠色長廊。20世紀90年代初期，東北粗放型的經濟增長導致上游小作坊工業廢水、畜禽養殖廢水、沿岸村鎮生活污水及農業面源污水等未經處理直接排入河中，僅有的2座污水處理廠遠不能達到處理需求，阿什河中下游地區沿岸帶面目全非，成為松花江干流的主要污染源，嚴重影響著兩岸的生態環境[2]，阿什河全境包含了從Ⅰ類到劣Ⅴ類各種類型水質。作為黑龍江省內唯一存有劣V類水質斷面的主要河流，阿什河一直受到環保及科研部門的高度關注。

淡水大型底棲無脊椎動物是一種長期生活在河流、湖泊和水庫水體中的生物群落，是淡水生態系統的重要組成部分[3]，作為水生態系統的重要初級消費者，其群落分布及種群構成能夠反映水質的相對狀態，對其開展相關研究，對了解水生態系統的結構和功能具有重要的意義[4]。因其具有物種豐富、分布廣泛、生活周期長、遷徙能力差、生存場所固定、生活習性穩定、相對易于采集及對生境變化的敏感性較高等優勢[5]，常將其作為水生態系統監測的重要生物類群對象，其群落結構組成及分布狀況是水生態系統健康與否的重要生物指示器[6-8]。

研究通過調查阿什河底棲動物群落構成，分析水化學因子對其分布規律的影響，找出同一生物區系不同水環境狀況下影響生物群落構成的主要限制因子，為以生物方式評價阿什河水質狀況，并以此為基礎從生物學角度提出阿什河治理方法提供技術依據。

1 研究方法

1.1 采樣點設置

根據阿什河理化現狀、污染特征及水生生物群落生長主要影響因子等，結合阿什河流域的實際情況，從上游至下游設置5個監測斷面，分別為三號橋、西泉眼水庫下(上游人為干擾較小的清潔斷面)、交界鎮、伏爾加莊園(中游人為干擾逐漸加大的過度斷面)、先鋒路(下游人為干擾較大的劣Ⅴ類斷面)。

1.2 底棲動物和水樣采集與分析

2016年8、9月對5個采樣點的底棲動物和水樣進行了2次采集。水樣和底棲動物采集、保存和分析分別參照《水和廢水監測分析方法(第四版增補版)》[9]和《河流水生態環境質量監測技術指南》(試行版)的要求進行。采樣點信息見表1，具體分布如圖1所示。

表1 采樣點信息Table 1 The information of sampling position

圖1 采樣點分布圖Fig.1 The distribution diagram of sampling point

底棲動物鑒定依據現有分類資料，除雙翅目、半翅目鑒定到科級外，其他鑒定到屬級。

化學需氧量(CODCr)、高錳酸鹽指數(CODMn)、氨氮(NH3-N)等水化學指標數據分析方法及水質標準參照《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[10]。

生物群落與環境因子間的關系采用典范對應分析(CCA)，分析過程運用Canoco for Windows 4.5軟件和Canodraw 4.5[11]，其中生物數據采用log(x+1)進行轉換以符合正態分布。

2 結果與討論

2.1 群落組成

5個監測斷面共采集、鑒定出底棲動物97個分類單位(物種名錄見附錄A)，其中水生昆蟲EPT物種41種，占42.3%；水生昆蟲其他物種29種，占29.9%；軟體動物14種，占14.4%；甲殼動物2種，占2.1%；環節動物10種，占10.3%(圖2)?？傮w上水生昆蟲分布廣，種類和數量多，是多數斷面的優勢類群。源頭以指示清潔的襀翅目、蜉蝣目和建巢毛翅目種類占絕對優勢；中游多以蜉蝣目和毛翅目的種類為優勢種；軟體動物分布較廣泛，甲殼動物和環節動物種類較少。下游納污河段以耐污染的環節動物為優勢類群，其他物種極少分布。

圖2 阿什河底棲動物群落結構Fig.2 The structure of macroinvertebrate communities in the Ashi River

2.2 影響底棲動物群落的環境因子

底棲動物群落數據的云趨勢對應性分析(DCA)表明第一軸梯度長度為2.838個單元的標準方差，9個樣品的DCA排序及分析結果顯示，第二軸的特征值為0.707，低于第一軸的特征值0.973，最高梯度長度值為3.892個單元標準方差，說明這些數據的單峰響應模型對分析結果的反應顯著，可以用于下一步的CCA分析中。

采用蒙特卡洛置換測試(Monte Carlo permutation test)對水質理化指標進行顯著性檢驗，結果表明CODMn、總磷(TP)濃度和溶解氧(DO)濃度被認定為在此研究區域內，對底棲動物群落結構影響作用最為明顯的3種理化參數(P<0.01)。表2中具有很高的λ1/λ2值的均為該次分析中的顯著因子。

表2 CCA分析中理化參數的顯著性測試Table 2 Significance testing of physical and chemical parameters in CCA

注：λ1/λ2 為第一軸和第二軸特征值的比值。

重金屬全程均未檢出，農藥殘留(如仲丁威、草達滅等)僅在下游微量檢出，故未進行相關性分析。

CCA分析中每一個帶有箭頭的線段表示的是環境因子，向量的長度表示環境因子在主軸上的作用，箭頭所在象限表示環境因子與排序軸的正負相關性，箭頭在排序軸上垂線的長度表示相關性的大小，同時箭頭與排序軸的夾角越大，相關性越小。

圖3為斷面和理化因子的相關性關系排序圖。

注：1～9表示8、9月對應的5個斷面，1和2代表8、9月的三號橋斷面，依此類推，9代表2016年9月的先鋒路斷面。圖3 典范對應分析結果(環境變量與采樣點)Fig.3 The results of canonical correspondence analysis (environmental variables and sample points)

由圖3可以看出，排序軸根據各斷面種類分布狀況及其斷面的理化因子的變化，將所有斷面大體分為3個區域，其中位于上游清潔區域的三號橋斷面在8、9月的樣品和西泉眼水庫下斷面8月的樣品分析結果顯示與DO呈顯著的正相關關系，與有機物和營養鹽呈負相關；伏爾加莊園斷面9月的樣品分析結果顯示與營養鹽和有機物都有很強的正相關關系；其他各個樣品與所有理化因子均有一定的相關性，但相關關系不顯著，只有8月的交界鎮斷面與DO有較為顯著的正相關關系。

圖4為物種和理化因子的CCA排序結果。

注：拉丁文縮寫表示用于分析的底棲動物種類代碼。圖4 典范對應分析結果(環境變量與種類)Fig.4 The results of canonical correspondence analysis (environmental variables and varieties)

由圖4可以看出，根據營養鹽分布情況，種類大體分成4組(C1～C4)，其中C1組尾鰓蚓屬與TP有較強的相關性；C2組的絲蟌屬、網基色蟌屬和吻蛭屬3個種類與CODMn、NH3-N和TP均有較強的正相關關系，表明豐富的營養鹽給這些耐污物種提供了充足的養料，促進了其種群發育；C3組與所有對種群有較大影響的理化參數的相關關系不顯著，理化參數對其種群分布的影響較小，只有環棱螺屬與CODMn有一定的正相關關系；C4類群中種類多為毛翅目和蜉蝣目的清潔指示物種(如短脈紋石蛾屬、鋸形蜉屬等)，與DO有很強的正相關關系，與其他理化參數都呈顯著的負相關關系，表明清潔指示物種對水體中DO的充足與否和其他污染物質含量均反映出較強的敏感性。

通過分析西泉眼水庫下、交界鎮、阿什河口內3個斷面2014—2016年水質歷史數據發現，3年中上述斷面監測指標數值除BOD5、NH3-N略有下降外，其他指標均呈小幅波動趨勢，水質基本穩定，因此可以斷定底棲動物呈現出的狀態為水質長期較為穩定條件下的作用結果。

綜上所述，從種群空間分布與理化指標的關系中可以看出，上游三號橋和西泉眼水庫下斷面水質為Ⅰ～Ⅱ類水質，隨DO升高清潔指示種群豐富度有所上升。下游污染區域，有機污染物(特別是好氧污染物質)增加，DO降低，清潔物種逐漸消失，與營養鹽和有機物有很強的正相關關系的相對耐污物種逐漸占據優勢地位。

從種類分布和理化因子相關性中發現，相對清潔種類也與DO表現出很強的正相關關系。由此斷定反映水體好氧有機污染程度的DO和CODMn指標為影響阿什河底棲動物群落結構最為明顯的主要限制因子。

3 結論

通過對阿什河沿線5個監測斷面的大型無脊椎底棲動物調查，共發現大型無脊椎底棲動物97個分類單位，水生昆蟲是多數斷面的優勢類群。種群空間變化差異顯著，種群與環境相關性分析結果表明，DO和CODMn是影響阿什河大型無脊椎底棲動物種群構成的主要限制因子。

建議加大阿什河下游污染地區好氧有機污染物的治理力度，此舉將有效改善阿什河水質，進而提高水生態環境質量。