大凌河錦州段底棲動物群落特征及其與環境因子的關系

丁振軍

（遼寧省生態環境監測中心，遼寧沈陽 110161）

大凌河是遼寧省西部最大的河流，北與老哈河、教來河相鄰，南與小凌河、六股河相鄰，東鄰繞陽河，西鄰灤河支流青龍河，于凌海市與盤錦市交界處注入渤海。大凌河是遼寧省西部的重要河流，沿途造紙等高污染企業是大凌河主要污染源。在采取了一系列污染綜合整治措施后，大凌河水質得到逐步好轉。本文選取了大凌河錦州段張家堡和王家溝斷面2015—2018年底棲動物和水質指標數據，分析了該河段底棲動物群落結構特征及其與環境因子之間的關系，以期為后續綜合整治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品采集

大凌河錦州段設置2個監測斷面，分別是張家堡和王家溝。樣品采集時間為2015年4月、2016年5月、2017年5月、2018年5月。

1.2 監測指標

監測指標為底棲動物、pH值、溶解氧、COD、氨氮、鎘、汞、砷、鉛、鉻等10項。使用40目索伯網采集底棲動物定量樣品，現場挑取并固定于75%乙醇中，帶回實驗室鏡檢；采用便攜式水質多參數分析儀測定pH值和溶解氧；其他理化指標參照《水和廢水監測分析方法（第四版）》采樣固定并帶回實驗室分析測定[1]。

1.3 數據分析

1.3.1 多樣性指數。運用Shannon-Wiener多樣性指數（H'）[2]、Simpson 優勢度指數（C）、Margalef豐富度指數（R）[3]和 Pielou均勻度指數（J）對大凌河錦州段底棲動物群落結構進行分析。

式中：Pi表示樣品中屬于第i種的個體比例；Pi=ni/N，其中ni為第i種物種的個體數，N為樣品的總個體數；S表示物種數。

同時，應用BI指數評價各斷面水質狀況[4]。公式如下：

式中：BI表示BI生物指數值；N表示物種總個體數；ni表示第i個分類單元的個體數；ti表示第i個分類單元的耐污值。

BI指數評價水質按個體數量和每個分類單元的耐污值將水質分為清潔（BI指數≤4.2）、良好（BI指數為 4.2～5.6）、輕污染（BI指數為 5.6～7.0）、中污染（BI指數為 7.0～8.4）和重污染（BI指數＞8.4）等 5 類。

1.3.2 排序分析。運用R語言 （ver 4.1.0）vegan包（ver 2.5-7）對張家堡和王家溝底棲動物與水質指標之間的關系進行排序分析。先判斷選擇線性模型還是單峰模型，對底棲動物數據進行去趨勢對應分析（decentred correspondence analysis，DCA）， 觀察結果中第一軸長度（DCA1）。若 DCA1＜3，則可選擇線性模型冗余分析（redundancy analysis，RDA）；若 DCA1＞4，則可選擇單峰模型典范對應分析（canonical correspondence analysis，CCA）； 若 DCA1 在 3～4 之間，則2種模型均可。底棲動物及水質指標數據應先進行lg（x+1）轉換，以消除不同量綱間的影響。

2 結果與分析

2.1 底棲動物種類及數量組成

大凌河錦州段共鑒定出底棲動物3門5綱59種（表1、表2），其中：節肢動物門昆蟲綱種類最多，為45種，占總數的76.3%；軟體動物門腹足綱7種，占11.9%；環節動物門蛭綱3種，占5.0%；軟體動物門腹足綱7種，占11.9%；節肢動物門軟甲綱和軟體動物門瓣鰓綱均為2種，分別占3.4%。

表1 （續）

表1 大凌河錦州段節肢動物門底棲動物監測結果

表2 大凌河錦州段環節動物門、軟體動物門底棲動物監測結果

2.2 底棲動物多樣性

由表3可知，張家堡斷面Shannon-Wiener指數、Simpson指數、Margalef指數、Pielou指數均呈現2015—2017年遞減、2018年上升的趨勢；各指數在2017 年最低，分別為 0.74、0.34、0.92、0.46；各指數在2018 年達到最高值，分別為 2.80、0.92、4.80、0.87。 BI指數值越大表征水體污染越嚴重。張家堡BI指數評價結果顯示，2015年水質清潔，2016年和2017年水質均輕污染，2018年水質回升到良好水平。王家溝斷面 Shannon-Wiener指數、Simpson指數、Margalef指數、Pielou指數顯示：2015—2016年呈下降趨勢；2016 年各指數最低， 分別為 1.50、0.67、1.94、0.72；2017—2018年各指數呈上升趨勢；2018年各指數最高，分別為 2.68、0.90、4.25、0.83。 BI指數評價結果顯示，王家溝斷面水質在2015年表現為良好，2018年達到清潔水平。

表3 大凌河錦州段底棲動物多樣性

2.3 水質特征及CCA分析

參照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）[5]，張家堡斷面pH值、砷、鉛、鉻均滿足Ⅰ類水質標準，COD范圍為18.0～23.4 mg/L，氨氮含量范圍為0.048～0.780 mg/L，鎘含量范圍為0.000 02～0.002 80 mg/L，汞含量范圍為0.000 02～0.000 10 mg/L。王家溝斷面pH值、COD、鎘、砷、鉛、鉻均滿足Ⅰ類水質標準，氨氮濃度范圍為0.012～0.270 mg/L，汞含量范圍為0.000 02～0.000 09 mg/L。綜合來看，王家溝斷面水質狀況整體好于張家堡斷面。

應用去趨勢對應分析（DCA），可知第一軸長度為4.874 0，該值＞4，適用單峰模型，故選用典范對應分析（CCA）對底棲動物與環境因子之間的關系進行排序分析。由表4可知，第一軸、第二軸和第三軸特征值分別為0.7422、0.5290和0.511 7，解釋比例分別為27.17%、19.36%和18.73%，累計比例分別為27.17%、46.53%和65.26%，第一軸、第二軸和第三軸均能夠較好地解釋響應變量的總方差。綠鉤尾春蜓、紅紋蜉、安圖小蜉、三刺彎握蜉、紅天角蜉、卡羅長角紋石蠶、圓眼粒龍虱、格式星齒蛉以及喙隱搖蚊、新賓紡蚋、毛頭瘤虻、四節蜉、葦氏巴蛭、赤豆螺與溶解氧成高度正相關；前突搖蚊、彎鋏搖蚊、蓋氏特突搖蚊、柔嫩雕翅搖蚊、漸變長跗搖蚊、展開琥珀螺、光滑狹口螺、紋沼螺、梨形環棱螺、背角無齒蚌與高砷濃度和高pH值成高度正相關；雙線環足搖蚊、費塔無突搖蚊、長跗搖蚊、綠倒毛搖蚊、東方蜉、扁蚴蜉、小石蠶、長角石蠶、瘦蟌、橢圓蘿卜螺與高濃度汞有較強的正相關關系（圖1）。

圖1 大凌河錦州段底棲動物與環境因子之間的CCA排序圖（2型標尺）

表4 底棲動物與環境因子間的CCA排序結果

3 結論與討論

通過對2015—2018年大凌河錦州段的監測，共鑒定底棲動物3門5綱59種，其中節肢動物門昆蟲綱動物45種，占種類數的76.3%。BI指數評價結果顯示，張家堡斷面水質呈先降后升趨勢，王家溝斷面水質呈現平穩上升趨勢。Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson優勢度指數、Margalef豐富度指數、Pielou均勻度指數結果均與BI指數呈現的趨勢相同，說明大凌河錦州段張家堡斷面和王家溝斷面水質呈現變好的趨勢。CCA排序分析結果顯示，綠鉤尾春蜓、紅紋蜉、安圖小蜉、三刺彎握蜉、紅天角蜉、卡羅長角紋石蠶、圓眼粒龍虱、格式星齒蛉、喙隱搖蚊、新賓紡蚋、毛頭瘤虻、四節蜉、葦氏巴蛭、赤豆螺等物種與溶解氧成高度正相關，與其他污染指標成負相關，是敏感物種。敏感物種增多也進一步證明了大凌河錦州段水質在不斷變好，這也為大凌河綜合治理提供了參考。