張瀚文　陳昊男　王浩宇　張力山

朱朝義 中學(xué)正高級(jí)教師，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)中小學(xué)創(chuàng)造教育分會(huì)常務(wù)理事，湖南省優(yōu)秀科技工作者，《發(fā)明與創(chuàng)新》專家團(tuán)專家。

一、項(xiàng)目背景

大型無(wú)脊椎底棲動(dòng)物（通常被稱為“底棲動(dòng)物”）一般指?jìng)€(gè)體大于0.5毫米，生活史的全部或大部分時(shí)間在水體底部或沉積物中的無(wú)脊椎動(dòng)物。它們對(duì)外界脅迫的響應(yīng)比較敏感，是觀測(cè)水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要指標(biāo)。

李村河是流經(jīng)青島市區(qū)最長(zhǎng)的河流，對(duì)調(diào)節(jié)青島氣溫以及提供生活用水有很大作用。自2009年開始，歷經(jīng)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(tài)景觀河。

我們選擇李村河上游的中段來(lái)調(diào)查該河段的環(huán)境特征、底棲動(dòng)物的數(shù)量和種類，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)，試圖驗(yàn)證底棲動(dòng)物與水質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，并分析影響底棲動(dòng)物數(shù)量和構(gòu)成的環(huán)境因素，為水環(huán)境保護(hù)及水質(zhì)改善提出合理建議。

二、研究方法

1.調(diào)查區(qū)域的選取及其概況

（1）調(diào)查區(qū)域所在位置

本調(diào)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(jié)合的新型設(shè)計(jì)理念，具有較強(qiáng)的代表性。本文選擇了橋西側(cè)100米左右及橋東側(cè)100米左右兩個(gè)采樣點(diǎn)，于2022年7月10日、2022年7月31日分別進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集。

（2）河岸土地利用情況

河段兩側(cè)土地利用以居住區(qū)、學(xué)校、商業(yè)辦公用地為主，河道南側(cè)有少量工業(yè)用地，沿河兩側(cè)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(diǎn)1所在位置為完全植草護(hù)坡河岸。橋東為河流蓄水段，采樣點(diǎn)2所在位置一側(cè)為復(fù)合式生態(tài)護(hù)岸（水下為砌石護(hù)岸，水上為植物護(hù)坡），河對(duì)岸為重力式垂直水泥駁岸。

采樣點(diǎn)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(diǎn)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(duì)較少，覆蓋面積較小。不過(guò)此處有大量黑藻、菹草等沉水植物。

（4）河水流態(tài)和底質(zhì)

我們?cè)趦蓚€(gè)采樣點(diǎn)分別進(jìn)行了多次采樣，發(fā)現(xiàn)兩處的水流速度都較慢，趨近于靜水。河流底質(zhì)既有碎石和泥沙，又有褐色淤泥，夾雜著一些植物殘?bào)w。

2.底棲動(dòng)物采樣方法

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

第一，將手抄網(wǎng)（網(wǎng)孔為40目）伸入近岸水草或沉積物中直線拖動(dòng)，或在水面下的硬質(zhì)岸壁上刮動(dòng)。每次在各點(diǎn)位都進(jìn)行多次采樣，盡量采集不同底質(zhì)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(wǎng)孔為40目的篩網(wǎng)中進(jìn)行淘洗并收集，再進(jìn)行初步的分揀和鑒定。

第三，對(duì)底棲動(dòng)物樣本進(jìn)行計(jì)數(shù)、記錄，最后將樣品放生。

3.基于底棲動(dòng)物的水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)方法

底棲動(dòng)物長(zhǎng)期生活在水生態(tài)系統(tǒng)中，具有易于鑒定、壽命較長(zhǎng)、活動(dòng)能力和范圍較小以及對(duì)環(huán)境變化較敏感等特點(diǎn)，可綜合反映污染物對(duì)環(huán)境和生物產(chǎn)生的影響，被廣泛用于水質(zhì)評(píng)價(jià)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。過(guò)去幾十年，國(guó)內(nèi)外生態(tài)學(xué)界已開發(fā)出幾十種基于底棲動(dòng)物的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，其中，科級(jí)耐污指數(shù)操作簡(jiǎn)單，評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確，被廣泛應(yīng)用。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

1.底棲動(dòng)物的數(shù)量和種類

在兩個(gè)采樣點(diǎn)、兩個(gè)采樣時(shí)段共采集底棲動(dòng)物3個(gè)門的6個(gè)分類單元，包括環(huán)節(jié)動(dòng)物門1種，軟體動(dòng)物門1種，節(jié)肢動(dòng)物門4種。節(jié)肢動(dòng)物門中，甲殼類以十足目為主，昆蟲綱以雙翅目為主。

2.水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)底棲動(dòng)物調(diào)查結(jié)果，經(jīng)計(jì)算，兩個(gè)時(shí)段兩個(gè)點(diǎn)位的科級(jí)耐污指數(shù)均為5.4，水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果均為“一般”。

3.底棲動(dòng)物與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，在兩個(gè)相近時(shí)間段、兩個(gè)相鄰點(diǎn)位采集到的底棲動(dòng)物數(shù)量和群落構(gòu)成不同，但基于科級(jí)耐污指數(shù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果一致。這驗(yàn)證了將底棲動(dòng)物調(diào)查用于水質(zhì)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

4.底棲動(dòng)物數(shù)量及構(gòu)成的影響因素

研究發(fā)現(xiàn)，在不同采樣位置采集到的底棲動(dòng)物的數(shù)量和群落構(gòu)成差別較大。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)以及調(diào)查結(jié)果，影響河段底棲動(dòng)物數(shù)量及群落構(gòu)成的因素主要包括以下幾點(diǎn)：

第一，河流底質(zhì)是底棲動(dòng)物生長(zhǎng)、繁殖等生命活動(dòng)的必備條件，其顆粒大小、穩(wěn)定程度、表面構(gòu)造和營(yíng)養(yǎng)成分等都對(duì)底棲動(dòng)物有很大影響，不同底質(zhì)中的底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種常有明顯的差異。

在本次調(diào)查的多次采樣過(guò)程中，也呈現(xiàn)出類似的規(guī)律。從數(shù)量上看，在砂石顆粒適中且有水生植物的采樣位置底棲動(dòng)物較多，而在淤泥和沙質(zhì)底質(zhì)的采樣位置底棲動(dòng)物數(shù)量較少。從類型上看，在礫石較多的采樣位置甲殼動(dòng)物更多，在淤泥底質(zhì)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(dòng)物重要的食物來(lái)源，還能為底棲動(dòng)物提供避難場(chǎng)所。本次調(diào)查在兩個(gè)采樣點(diǎn)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(tài)式護(hù)岸有利于維護(hù)生物多樣性。采樣點(diǎn)1為自然河岸，相比于采樣點(diǎn)2的半人工河岸，采集到的底棲動(dòng)物種類更多。

第四，采樣時(shí)間為夏季，隨著溫度的升高，搖蚊幼蟲生長(zhǎng)迅速，而大量水生昆蟲發(fā)育成熟脫離水體，有可能是采樣點(diǎn)1在兩個(gè)時(shí)間段獲得的底棲動(dòng)物構(gòu)成不同的原因。除此之外，采樣時(shí)遇到降雨，可能會(huì)造成河流底質(zhì)的攪動(dòng)，也會(huì)對(duì)底棲動(dòng)物的數(shù)量及構(gòu)成產(chǎn)生影響。

四、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

本文選取青島市李村河上游河段進(jìn)行了兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)、兩個(gè)采樣點(diǎn)的底棲動(dòng)物采樣調(diào)查，合計(jì)獲取6種共53個(gè)底棲動(dòng)物，使用科級(jí)耐污指數(shù)法評(píng)價(jià)水質(zhì)為“一般”。研究驗(yàn)證了底棲動(dòng)物在指示水質(zhì)方面的有效性和穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)底棲動(dòng)物數(shù)量及群落構(gòu)成受底質(zhì)、水生植物、河岸類型以及季節(jié)、天氣等因素的影響。

2.建議

河流水質(zhì)對(duì)于維護(hù)城市生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要，而底棲動(dòng)物和河流水質(zhì)之間有密切的關(guān)系。我們建議：

（1）在河流的治理和保護(hù)過(guò)程中提倡采用生態(tài)護(hù)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(dòng)物不僅是水質(zhì)的指示劑，部分底棲動(dòng)物還具有凈化水質(zhì)的作用，比如河蚌、螺類及搖蚊幼蟲。在河流治理過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)其生存環(huán)境，并考慮人工投放此類底棲動(dòng)物；

（3）卵礫石生態(tài)河床河段對(duì)污染物質(zhì)的截留效果明顯好于自然河段，在河流生態(tài)治理過(guò)程中應(yīng)考慮投放卵礫石底質(zhì)，在凈化水質(zhì)的同時(shí)為底棲動(dòng)物提供生存空間；

（4）長(zhǎng)期開展底棲動(dòng)物調(diào)查和水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)工作，將河流“體檢”常態(tài)化。（指導(dǎo)老師：呂曉蕾 葛如萍）

專家點(diǎn)評(píng)

本文對(duì)當(dāng)?shù)乩畲搴由嫌魏佣蔚沫h(huán)境特征、底棲動(dòng)物的數(shù)量和種類進(jìn)行調(diào)查，探索底棲動(dòng)物與水質(zhì)之間的關(guān)系，專業(yè)性較強(qiáng)，涉及不少知識(shí)和技能，體現(xiàn)了作者深厚的研究功底。無(wú)論是調(diào)查研究過(guò)程還是數(shù)據(jù)的處理，都需要比較專業(yè)的科技人員指導(dǎo)，且需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。

世上無(wú)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(dāng)降低研究過(guò)程、研究方法和數(shù)據(jù)處理的難度，使文本內(nèi)容更適合中小學(xué)生閱讀，從而有利于推廣和他人借鑒。