李村河上游河段底棲動物調查與水質生物學評價

張瀚文　陳昊男　王浩宇　張力山

朱朝義 中學正高級教師，中國發明協會中小學創造教育分會常務理事，湖南省優秀科技工作者，《發明與創新》專家團專家。

一、項目背景

大型無脊椎底棲動物（通常被稱為“底棲動物”）一般指個體大于0.5毫米，生活史的全部或大部分時間在水體底部或沉積物中的無脊椎動物。它們對外界脅迫的響應比較敏感，是觀測水生態系統健康狀況的重要指標。

李村河是流經青島市區最長的河流，對調節青島氣溫以及提供生活用水有很大作用。自2009年開始，歷經3年改造，李村河上游已由最初的臭水溝變成了水清岸綠的生態景觀河。

我們選擇李村河上游的中段來調查該河段的環境特征、底棲動物的數量和種類，在此基礎上進行水質生物學評價，試圖驗證底棲動物與水質之間的關聯，并分析影響底棲動物數量和構成的環境因素，為水環境保護及水質改善提出合理建議。

二、研究方法

1.調查區域的選取及其概況

（1）調查區域所在位置

本調查所選河段位于李村河上游中段東川路橋附近，該河段采用河道蓄水與自然濕地相結合的新型設計理念，具有較強的代表性。本文選擇了橋西側100米左右及橋東側100米左右兩個采樣點，于2022年7月10日、2022年7月31日分別進行了數據采集。

（2）河岸土地利用情況

河段兩側土地利用以居住區、學校、商業辦公用地為主，河道南側有少量工業用地，沿河兩側公路之間形成寬約100米的綠地公園。

（3）河岸類型和水生植物

河段東川路橋以西為自然濕地，采樣點1所在位置為完全植草護坡河岸。橋東為河流蓄水段，采樣點2所在位置一側為復合式生態護岸（水下為砌石護岸，水上為植物護坡），河對岸為重力式垂直水泥駁岸。

采樣點1處有豐富的植被，包括荇菜、睡蓮等浮葉植物，菖蒲、蘆葦、千屈菜、慈姑、水芹等挺水植物，酢漿草等伏地植物，以及垂柳、松柏等堤岸樹木。

采樣點2處河岸坡度較大，近岸地帶種植了大量垂柳，蘆葦、水芹等植物相對較少，覆蓋面積較小。不過此處有大量黑藻、菹草等沉水植物。

（4）河水流態和底質

我們在兩個采樣點分別進行了多次采樣，發現兩處的水流速度都較慢，趨近于靜水。河流底質既有碎石和泥沙，又有褐色淤泥，夾雜著一些植物殘體。

2.底棲動物采樣方法

底棲動物的采樣方法有很多種，其中手抄網法適合在近岸使用，可收集生長在河底、水生植物體上或硬質堤岸壁上的生物，是一種定性采樣方法，主要獲取底棲動物的物種數。由于其簡單易行，我們選用這種方法采集底棲動物，步驟如下：

第一，將手抄網（網孔為40目）伸入近岸水草或沉積物中直線拖動，或在水面下的硬質岸壁上刮動。每次在各點位都進行多次采樣，盡量采集不同底質和不同種類的水生植物樣本。

第二，采集完樣本后，將其倒入網孔為40目的篩網中進行淘洗并收集，再進行初步的分揀和鑒定。

第三，對底棲動物樣本進行計數、記錄，最后將樣品放生。

3.基于底棲動物的水質生物學評價方法

底棲動物長期生活在水生態系統中，具有易于鑒定、壽命較長、活動能力和范圍較小以及對環境變化較敏感等特點，可綜合反映污染物對環境和生物產生的影響，被廣泛用于水質評價和環境監測。過去幾十年，國內外生態學界已開發出幾十種基于底棲動物的水質評價方法，其中，科級耐污指數操作簡單，評價結果準確，被廣泛應用。

三、實驗結果及分析

1.底棲動物的數量和種類

在兩個采樣點、兩個采樣時段共采集底棲動物3個門的6個分類單元，包括環節動物門1種，軟體動物門1種，節肢動物門4種。節肢動物門中，甲殼類以十足目為主，昆蟲綱以雙翅目為主。

2.水質生物學評價結果

根據底棲動物調查結果，經計算，兩個時段兩個點位的科級耐污指數均為5.4，水質評價結果均為“一般”。

3.底棲動物與水質的關聯

根據調查結果，在兩個相近時間段、兩個相鄰點位采集到的底棲動物數量和群落構成不同，但基于科級耐污指數的水質評價結果一致。這驗證了將底棲動物調查用于水質評價的準確性和穩定性。

4.底棲動物數量及構成的影響因素

研究發現，在不同采樣位置采集到的底棲動物的數量和群落構成差別較大。根據相關文獻以及調查結果，影響河段底棲動物數量及群落構成的因素主要包括以下幾點：

第一，河流底質是底棲動物生長、繁殖等生命活動的必備條件，其顆粒大小、穩定程度、表面構造和營養成分等都對底棲動物有很大影響，不同底質中的底棲動物優勢種常有明顯的差異。

在本次調查的多次采樣過程中，也呈現出類似的規律。從數量上看，在砂石顆粒適中且有水生植物的采樣位置底棲動物較多，而在淤泥和沙質底質的采樣位置底棲動物數量較少。從類型上看，在礫石較多的采樣位置甲殼動物更多，在淤泥底質的采樣位置搖蚊幼蟲較多。

第二，水生植物群落不僅能作為底棲動物重要的食物來源，還能為底棲動物提供避難場所。本次調查在兩個采樣點水生植物較豐富的采樣位置均采集到較多的田螺和淡水蝦。

第三，近自然的生態式護岸有利于維護生物多樣性。采樣點1為自然河岸，相比于采樣點2的半人工河岸，采集到的底棲動物種類更多。

第四，采樣時間為夏季，隨著溫度的升高，搖蚊幼蟲生長迅速，而大量水生昆蟲發育成熟脫離水體，有可能是采樣點1在兩個時間段獲得的底棲動物構成不同的原因。除此之外，采樣時遇到降雨，可能會造成河流底質的攪動，也會對底棲動物的數量及構成產生影響。

四、結論與建議

1.結論

本文選取青島市李村河上游河段進行了兩個時間點、兩個采樣點的底棲動物采樣調查，合計獲取6種共53個底棲動物，使用科級耐污指數法評價水質為“一般”。研究驗證了底棲動物在指示水質方面的有效性和穩定性，發現底棲動物數量及群落構成受底質、水生植物、河岸類型以及季節、天氣等因素的影響。

2.建議

河流水質對于維護城市生態環境至關重要，而底棲動物和河流水質之間有密切的關系。我們建議：

（1）在河流的治理和保護過程中提倡采用生態護岸，種植多層次水生植物，尤其是具有凈化作用的植物，例如蘆葦、黑藻、金魚藻等；

（2）底棲動物不僅是水質的指示劑，部分底棲動物還具有凈化水質的作用，比如河蚌、螺類及搖蚊幼蟲。在河流治理過程中應注意保護其生存環境，并考慮人工投放此類底棲動物；

（3）卵礫石生態河床河段對污染物質的截留效果明顯好于自然河段，在河流生態治理過程中應考慮投放卵礫石底質，在凈化水質的同時為底棲動物提供生存空間；

（4）長期開展底棲動物調查和水質生物學評價工作，將河流“體檢”常態化。（指導老師：呂曉蕾 葛如萍）

專家點評

本文對當地李村河上游河段的環境特征、底棲動物的數量和種類進行調查，探索底棲動物與水質之間的關系，專業性較強，涉及不少知識和技能，體現了作者深厚的研究功底。無論是調查研究過程還是數據的處理，都需要比較專業的科技人員指導，且需要花費大量的時間和精力。

世上無難事，只要肯登攀。只要有興趣、有方法、有付出，就必定有收獲。建議適當降低研究過程、研究方法和數據處理的難度，使文本內容更適合中小學生閱讀，從而有利于推廣和他人借鑒。