章運(yùn)超,朱孔賢,柴朝暉,葛李燦,閔鳳陽(yáng),彭增輝

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 河流研究所,武漢 430010; 2.長(zhǎng)江科學(xué)院 水利部長(zhǎng)江中下游河湖治理與防洪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430010; 3.湖南水天地環(huán)?？萍加邢薰?長(zhǎng)沙 410221)

1 研究背景

隨著城市化、工業(yè)化以及集約化農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,河湖生態(tài)系統(tǒng)逐漸惡化,水量減少、水污染、河流堵塞、生物多樣性下降等水問題頻繁發(fā)生。運(yùn)用合理有效的方法量化評(píng)價(jià)河湖生態(tài)健康水平,準(zhǔn)確了解河湖的健康狀況,查找河湖存在的健康問題,可為河湖保護(hù)修復(fù)和開發(fā)利用提供科學(xué)對(duì)策。河湖健康評(píng)價(jià)的方法主要包括綜合指標(biāo)法[1]、模型模擬法[2]、水化學(xué)評(píng)價(jià)法[3-4]、生物指示法[5]等,其中生物指示法主要利用對(duì)污染物質(zhì)具有敏感性或較高耐受力的生物種類的存在或缺失指示河湖受污染脅迫的程度,進(jìn)而評(píng)價(jià)河湖健康狀況,近年來該方法逐漸成為河湖健康評(píng)價(jià)的主流方法[5]。在生物指示法中,生物完整性指數(shù)(Index of Biotic Integrity, IBI)通過多種生物指數(shù)來表征生態(tài)系統(tǒng)的完整性,評(píng)價(jià)某一個(gè)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康程度,相較于單一水理化指標(biāo)或單一生物指標(biāo),其對(duì)健康狀況的評(píng)價(jià)更加全面和客觀。Karr[6]最早以魚類為研究對(duì)象建立生物完整性指數(shù),并對(duì)北美河流開展了健康評(píng)價(jià),隨后學(xué)者們逐漸以浮游生物[7]、藻類[8]、植物[9]、鳥類[10]、魚類[11]等生物類群的生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)河湖健康。大型底棲動(dòng)物具有多樣性高、生命周期長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)能力弱、活動(dòng)范圍小等特點(diǎn),其長(zhǎng)期與河湖底泥密切接觸,對(duì)河湖環(huán)境壓力敏感性高,是良好的生境質(zhì)量指示生物[12-13],大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)、多樣性、均勻度等參數(shù)變化普遍用于環(huán)境污染分析。在國(guó)外,Kerans等[14]最早提出大型底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)(Benthic Index of Biotic Integrity, B-IBI),后逐漸發(fā)展成為世界范圍內(nèi)評(píng)價(jià)水體健康狀況的常規(guī)方法,學(xué)者將其應(yīng)用于評(píng)價(jià)河口[15]、溪流[16]、湖泊[17]、海灣[18]的健康狀況。在國(guó)內(nèi),王備新等[19]以安徽黃山地區(qū)的溪流為對(duì)象,最早構(gòu)建B-IBI體系用于健康評(píng)價(jià),而后相關(guān)學(xué)者先后在三峽庫(kù)區(qū)[20]、鄱陽(yáng)湖[21]、太湖[22]、東江[23]等流域應(yīng)用大型底棲動(dòng)物完整性指數(shù)開展健康評(píng)價(jià),同樣取得了較好的評(píng)價(jià)結(jié)果。

安徽省龍感湖是長(zhǎng)江中下游重要的淡水濕地,不僅是魚類洄游和繁殖的場(chǎng)所,也是多種珍稀候鳥的越冬地之一,具有涵養(yǎng)水源、調(diào)蓄洪水和維持生物多樣性等重要生態(tài)功能。除生態(tài)功能外,湖泊還是區(qū)域內(nèi)重要的水產(chǎn)基地和糧食基地,經(jīng)濟(jì)作用突出。近年來,受農(nóng)業(yè)面源、圍網(wǎng)養(yǎng)殖、工礦污水排放等人類活動(dòng)影響,安徽省龍感湖水生態(tài)環(huán)境有惡化趨勢(shì),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能降低,學(xué)者們從水質(zhì)評(píng)價(jià)[24-25]、底泥污染防控[26]、魚類群落特征[27]等方面對(duì)湖區(qū)生態(tài)狀況開展了研究,但關(guān)于安徽省龍感湖水生態(tài)健康評(píng)價(jià)的研究鮮見報(bào)道。本研究旨在通過利用安徽省龍感湖大型底棲動(dòng)物完整性指數(shù),對(duì)湖區(qū)水生態(tài)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為湖泊的治理、保護(hù)與修復(fù)提供支撐和參考。

2 研究區(qū)域與研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

龍感湖位于長(zhǎng)江下游北岸,地跨安徽省宿松縣和湖北省黃梅縣,本次研究范圍為安徽省境內(nèi)的龍感湖。龍感湖東西長(zhǎng)約28 km,南北最大寬度約20 km,常年水面面積269 km2,其中安徽省境內(nèi)水面面積200.7 km2。湖北省境內(nèi)龍感湖湖水自西向東越過鄂皖交界后進(jìn)入安徽省龍感湖,納北部二郎河來水后,繼續(xù)向東流經(jīng)大官湖、黃湖、泊湖,最終通過楊灣河口的楊灣閘和華陽(yáng)河口的華陽(yáng)閘注入長(zhǎng)江。安徽省龍感湖連同黃湖、大官湖、泊湖共同組成了安徽華陽(yáng)河湖群省級(jí)自然保護(hù)區(qū),是區(qū)域內(nèi)重要的生態(tài)屏障和生態(tài)功能區(qū)。但是,近年來湖泊外源污染負(fù)荷不斷增加,內(nèi)源污染未得以有效處理,湖泊生態(tài)環(huán)境日趨嚴(yán)峻,根據(jù)安慶市生態(tài)環(huán)境部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021年龍感湖鄂皖交界斷面整體為Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn),二郎河入龍感湖斷面為Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),湖泊綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)55.7,屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)化。

2.2 樣品采集與分析

本研究監(jiān)測(cè)采樣時(shí)間為2021年4月。采用隨機(jī)方法沿湖布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,即先在湖泊周邊隨機(jī)選擇第一個(gè)點(diǎn)位,再沿湖泊管理范圍線10等分湖泊岸線,布設(shè)形成10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的道路和水深等情況適當(dāng)調(diào)整,監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布情況見圖1。

圖1 龍感湖監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布Fig.1 Locations of sampling sites in Longgan Lake

采樣原則遵照《水環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》執(zhí)行,采用D型網(wǎng)(網(wǎng)口0.25 m×0.25 m、網(wǎng)孔60目(孔徑0.25 mm)),配合1/16 m2彼得森采泥器進(jìn)行采集底棲樣品。用60目篩進(jìn)行篩選樣品,篩洗后的殘?jiān)M(jìn)行分揀并加10%甲醛溶液進(jìn)行保存,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)與稱量,其中軟體動(dòng)物鑒定到種,水生昆蟲(除搖蚊幼蟲)鑒定到科或?qū)?寡毛類和搖蚊幼蟲鑒定到屬。物種豐富度指數(shù)采用Margalef指數(shù)計(jì)算(式(1)),多樣性指數(shù)采用Shannon-Wiener指數(shù)計(jì)算(式(2)),優(yōu)勢(shì)度指數(shù)計(jì)算方法見式(3),均勻度指數(shù)計(jì)算方法見式(4),耐污指數(shù)采用BI(Biotic Index)計(jì)算(式(5))。

D=(S-1)/lnN;

(1)

(2)

Y=(ni/N)fi;

(3)

E=H/lnS;

(4)

(5)

式中:D為Margalef指數(shù);S為物種總數(shù);N為所有物種的個(gè)體數(shù)之和;H為Shannon-Wiener指數(shù);Pi表示第i種的個(gè)體數(shù)量占所有種個(gè)體總數(shù)的比例;Y為優(yōu)勢(shì)度指數(shù);ni為種i的密度;fi為該物種在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)的頻率;E為物種均勻度;ti為種i的耐污值,耐污值的范圍為0～10,數(shù)值越大,代表耐污能力越強(qiáng)。

使用便攜式水質(zhì)參數(shù)儀在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水樣的水溫、酸堿度、電導(dǎo)率、溶解氧,參照《水和廢水監(jiān)測(cè)方法》(第四版)的標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水樣的氨氮、總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量等指標(biāo)。使用彼得森采泥器采集底泥樣品,底泥中總磷用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—89)測(cè)定,總氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB 11894—89)測(cè)定。

2.3 B-IBI評(píng)價(jià)體系構(gòu)建方法

2.3.1 參照點(diǎn)的選擇

參照點(diǎn)是指湖泊中未受人類活動(dòng)影響或僅受到輕微影響的區(qū)域,該區(qū)域包含了較自然的物理形態(tài)結(jié)構(gòu)和較完整的水生生物群落結(jié)構(gòu),代表著所評(píng)價(jià)湖泊的最佳生境狀況,是湖泊健康評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)點(diǎn)。由于龍感湖北部為縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和村莊,南面為農(nóng)田、耕地,湖泊內(nèi)不受人為干擾的區(qū)域幾乎不存在,本研究參照其他湖泊參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)[20-22,28]以及相關(guān)規(guī)范[29],結(jié)合龍感湖的實(shí)際情況,從水質(zhì)狀況、人類活動(dòng)干擾、土地利用狀況等約束指標(biāo)下選擇了參照點(diǎn)。具體標(biāo)準(zhǔn)參見表1。

表1 參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criterion for selecting reference sites

2.3.2 構(gòu)建B-IBI指標(biāo)體系

B-IBI指數(shù)體系構(gòu)建包括以下3個(gè)步驟[19]:

(1)選擇可充分反映大型底棲動(dòng)物物種多樣性、豐富性、群落結(jié)構(gòu)組成、耐污能力(抗逆力)、功能攝食類群和生活型的候選參數(shù)構(gòu)建指標(biāo)體系。

(2)判別能力分析。利用箱形圖法分析比較參照點(diǎn)和受損點(diǎn)各個(gè)候選參數(shù)箱體四分位距(Inter quartile, IQ),即25%～75%分位數(shù)范圍的重疊程度,判別出箱體沒有重疊或有部分重疊,但中位數(shù)均在對(duì)方箱體范圍之外的參數(shù)。

(3)相關(guān)性分析。對(duì)剩余參數(shù)作相關(guān)性分析,認(rèn)為相關(guān)系數(shù)|r|>0.9的2個(gè)參數(shù)高度相關(guān),選取其中1個(gè)參數(shù)來代表2個(gè)相關(guān)參數(shù)的信息,以最大限度地保證各參數(shù)反映信息的獨(dú)立性。

表2 候選參數(shù)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況及其對(duì)人類干擾的反映Table 2 Distribution of candidate attributes at different sites and their responses to human disturbance

2.3.3 B-IBI分值計(jì)算與健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)以上步驟構(gòu)建的B-IBI評(píng)價(jià)參數(shù)在量綱上不一致,本研究采用比值法[30]統(tǒng)一量綱。具體為:對(duì)于隨干擾增強(qiáng)而減小的參數(shù),以所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)由高到低排序的5%的分位數(shù)作為最佳期望值(即無干擾或干擾極少狀態(tài)下的值),參數(shù)分值等于參數(shù)實(shí)際值除以最佳期望值;對(duì)于隨干擾增強(qiáng)而增大的參數(shù),以所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)由高到低排序的95%的分位數(shù)作為最佳期望值,參數(shù)的分值等于最大值與實(shí)際值的差值除以最大值與最佳期望值的差值。統(tǒng)一量綱后的參數(shù)值介于0～1之間,規(guī)定<0的記為0,>1的記為1。將計(jì)算后的各評(píng)價(jià)參數(shù)分值算數(shù)平均,得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的B-IBI值。以參照點(diǎn)的B-IBI值由高到低排序,選取25%分位值作為最佳期望值,將最佳期望值賦分為100,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的B-IBI賦分值=(監(jiān)測(cè)點(diǎn)的B-IBI×100)/最佳期望值。根據(jù)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)賦分值,利用四等分法確定健康分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),分為健康、亞健康、一般、較差和極差5級(jí)。

3 結(jié)果分析

3.1 底棲動(dòng)物群落特征

本次安徽省龍感湖10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共采集鑒定出底棲動(dòng)物16種(屬),隸屬于4門7綱16屬,其中節(jié)肢動(dòng)物和軟體動(dòng)物各占6種、環(huán)節(jié)動(dòng)物共3種、扁形動(dòng)物僅1種。采用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y>0.02作為優(yōu)勢(shì)種的判定標(biāo)準(zhǔn),安徽省龍感湖底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種有4種,分別為蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)、環(huán)棱螺(Bellamyasp.)、淡水殼菜(Limnopernalacustris)、沼蝦(Macrobrachiumsp.),優(yōu)勢(shì)度分別為0.020 4、0.408 9、0.052 5、0.024 5。從底棲動(dòng)物的組成類群和優(yōu)勢(shì)種類來看,10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的主要類群是軟體動(dòng)物門的腹足綱、雙殼綱,及節(jié)肢動(dòng)物門的昆蟲綱、甲殼綱。

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物密度在5～144 ind./m2之間,均值58.7 ind./m2,S1、S2、S3的密度相對(duì)較低,S4、S6、S8、S10的密度較高(圖2(a))。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物生物多樣性特征見圖2(b),底棲動(dòng)物豐富度指數(shù)(Margalef指數(shù))變幅為0～0.866,均值為0.575,最高值和最低值分別出現(xiàn)在S5、S3;多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù))變幅為0～1.433,均值為0.929,最高值和最低值同樣分別出現(xiàn)在S5和S3;均勻度指數(shù)變幅為0.572～1.000,均值為0.862,其中S1、S2、S3、S5、S6均為最高值1,均勻度指數(shù)較為接近,表明龍感湖底棲動(dòng)物群落物種分布較為均勻。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)BI指數(shù)在3.52～7.90之間,均值位4.79,最高值和最低值分別出現(xiàn)在S1和S6(圖2(c))。

圖2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Community structure characteristics of macrozoobenthos at monitoring sites

3.2 B-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果

3.2.1 參照點(diǎn)分布

根據(jù)表1所列的參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn),通過對(duì)10個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行篩選,最終選出S6、S8和S10共3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為參照點(diǎn)。

3.2.2 參數(shù)指標(biāo)體系

本研究參考文獻(xiàn)[22]至文獻(xiàn)[25],并結(jié)合安徽省龍感湖實(shí)際狀況,基于多樣性和豐富性(M1—M5)、群落結(jié)構(gòu)組成(M6—M10)、耐污能力(M1—M15)、功能攝食類群(M16—M20),構(gòu)建了涵蓋20個(gè)候選參數(shù)的龍感湖B-IBI指標(biāo)體系。候選參數(shù)在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況及其對(duì)人類干擾的反映見表2,雙翅目個(gè)體數(shù)百分比(M7)僅出現(xiàn)在S5監(jiān)測(cè)點(diǎn),是這個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的唯一類群,不宜納入分析,首先剔除。雙翅目種類數(shù)(M2)、甲殼類種類數(shù)(M4)、寡毛類種類數(shù)(M5)、甲殼類個(gè)體數(shù)百分比(M9)、寡毛類數(shù)量百分比(M10)共5個(gè)候選參數(shù)的最小值、25%分位數(shù)、中位數(shù)均為0,即隨著污染的增強(qiáng),以上5個(gè)參數(shù)可變動(dòng)范圍非常窄,其指示信息作用較低,不宜參與構(gòu)建B-IBI指標(biāo)體系。對(duì)余下的14個(gè)候選參數(shù)將進(jìn)行判別能力分析,計(jì)算并繪制14個(gè)候選參數(shù)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的箱線圖(見圖3)。根據(jù)箱體IQ的重疊程度,14個(gè)候選參數(shù)中,敏感類群個(gè)體數(shù)百分比(M12)、敏感類群種類數(shù)(M13)、耐污類群個(gè)體數(shù)百分比(M14)、Hisenhoff生物指數(shù)(M15)、粘附者種類數(shù)百分比(M17)、刮食者數(shù)量百分比(M20)等參數(shù)的參照點(diǎn)和受損點(diǎn)箱體存在重疊情況,判別能力較差,予以剔除。同時(shí)軟體動(dòng)物種類數(shù)(M3)和過濾收集者數(shù)量百分比(M18)參數(shù)的受損點(diǎn)箱體長(zhǎng)度過短,明顯小于參照點(diǎn)的箱體長(zhǎng)度,表明其不能較好地區(qū)分各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的受損程度,同樣予以剔除。

圖3 候選參數(shù)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)箱線圖Fig.3 Box plots of candidate attributes at reference sites and impaired sites

對(duì)剩余的6個(gè)候選參數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析(結(jié)果見表3),結(jié)果顯示軟體動(dòng)物個(gè)體數(shù)百分比(M8)和直接收集者數(shù)量百分比(M19)2個(gè)生物參數(shù)兩兩之間極顯著相關(guān)。根據(jù)前文對(duì)底棲動(dòng)物群落特征的分析結(jié)果,湖區(qū)底棲動(dòng)物的主要類群是軟體動(dòng)物門,本次保留軟體動(dòng)物個(gè)體數(shù)百分比(M8)參數(shù),剔除M19參數(shù)。最終選出M1、M6、M8、M11、M16共5個(gè)核心參數(shù)構(gòu)建龍感湖B-IBI指標(biāo)體系。

表3 候選參數(shù)間的Pearson相關(guān)分析結(jié)果Table 3 Pearson correlation coefficients for candidate attributes

3.2.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)2.3.3節(jié)所述比值法計(jì)算方法,5個(gè)核心參數(shù)的計(jì)算公式見表4。依據(jù)表4中的計(jì)算公式,計(jì)算得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)中各核心參數(shù)分值,對(duì)分值算數(shù)平均得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)B-IBI值。基于B-IBI值,根據(jù)四等分法對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)健康狀況進(jìn)行賦分評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)等級(jí)見表5。

表4 核心參數(shù)及其計(jì)算公式Table 4 Formulae for calculating core attributes

表5 龍感湖B-IBI健康評(píng)價(jià)等級(jí)Table 5 B-IBI health assessment grades for Longgan Lake

經(jīng)賦分,安徽省龍感湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的健康評(píng)價(jià)結(jié)果見表6。由表6可見,湖區(qū)10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中有7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于“亞健康”、“一般”或“較差”狀態(tài),僅有3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)處于“健康”狀態(tài),表明湖泊整體健康狀況欠佳。同時(shí),湖區(qū)健康狀況在空間上的差異較大。本研究根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置分布將安徽省龍感湖分為3個(gè)區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià),3個(gè)區(qū)域位置見圖1,不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布,以及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的生物指數(shù)和B-IBI值見表7。從圖1和表7可看出,A區(qū)位于湖泊東北部,包括S1、S2、S3、S4監(jiān)測(cè)點(diǎn),其B-IBI均值為0.41,整體健康狀況為“一般”;B區(qū)位于湖泊的西部,臨近龍感湖鄂皖交界,包括S5、S6、S7監(jiān)測(cè)點(diǎn),其B-IBI均值為0.49,整體健康狀況為“亞健康”;C區(qū)位于湖泊的東南,包括S8、S9、S10監(jiān)測(cè)點(diǎn),其B-IBI均值為0.72,整體健康狀況為“健康”。

表6 龍感湖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的健康評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Health assessment results for various sites in Longgan Lake

表7 湖泊各分區(qū)B-IBI值與生物指數(shù)值Table 7 B-IBI values and BI in each region of Longgan Lake

3.3 底泥監(jiān)測(cè)結(jié)果

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底泥中的全氮和總磷含量監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底泥的全氮含量在0.127～0.262 mg/g之間,均值為0.209 mg/g,最大值和最小值分別出現(xiàn)在S8和S4;總磷含量在0.052～0.108 mg/g之間,均值為0.083 mg/g,最大值和最小值分別出現(xiàn)在S1和S8。

圖4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底泥中全氮和總磷含量Fig.4 Total nitrogen and total phosphorus content in sediments at different sites

4 討 論

4.1 參照點(diǎn)的選擇

通過將受損點(diǎn)與參照點(diǎn)進(jìn)行對(duì)照來評(píng)價(jià)河湖健康的受損程度,是河湖健康評(píng)價(jià)中最廣泛運(yùn)用的方法。參照點(diǎn)代表湖泊生境的最佳狀況,參照點(diǎn)的選擇是基于B-IBI健康評(píng)價(jià)的重要因素。受研究區(qū)域環(huán)境因素、人類活動(dòng)、地理?xiàng)l件等制約,不同的參照點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響?，F(xiàn)有研究中一般從多維角度選擇河湖中受人類干擾程度最小的點(diǎn)位作為參照點(diǎn),如采用土地利用方式、生境質(zhì)量以及水質(zhì)理化指標(biāo)來劃分參照點(diǎn)位[31],根據(jù)點(diǎn)位所在區(qū)域的森林面積和人口密度來確定參照點(diǎn)位[19]。

本研究采取定量和定性結(jié)合的方式,從水質(zhì)狀況、人類活動(dòng)干擾、土地利用狀況等方面設(shè)置了參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)(表1),參照點(diǎn)較好的符合無干擾和干擾極小的選取標(biāo)準(zhǔn)。從評(píng)價(jià)結(jié)果來看,3個(gè)參照點(diǎn)的B-IBI值分別為0.61、0.63和0.81,7個(gè)受損點(diǎn)中除S9監(jiān)測(cè)點(diǎn)B-IBI值為0.72外,其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)的B-IBI值在0.28～0.55之間,說明參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的生物完整性差異明顯。

4.2 B-IBI值與其他生物指數(shù)的相關(guān)性

采用Pearson指數(shù)分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)B-IBI值與Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、密度及BI指數(shù)之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示,B-IBI值與BI指數(shù)間呈顯著的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)r=-0.70(圖5),但除BI指數(shù)外的其余生物指數(shù)和B-IBI值的相關(guān)度很低,受篇幅所限不再列出。BI指數(shù)是綜合反映生物對(duì)污染物耐受性及敏感度的指標(biāo)[32],當(dāng)湖泊生態(tài)環(huán)境惡化時(shí),水體和底泥中的污染物增多,導(dǎo)致對(duì)污染物敏感的物種減少甚至消失,底棲動(dòng)物群落中的耐污種類會(huì)增多,BI指數(shù)隨之升高。其他研究也有類似結(jié)果,如耿世偉等[33]分析了太子河流域BI指數(shù)與B-IBI值的Spearman系數(shù),相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.814。雖然B-IBI值與相關(guān)生物指數(shù)間相關(guān)度不高,但從湖泊分區(qū)健康評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出(表7),3個(gè)分區(qū)中的B-IBI值、Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、BI指數(shù)及生物密度均表現(xiàn)為C區(qū)最優(yōu)、B區(qū)次之,A區(qū)最差,說明C區(qū)底棲動(dòng)物的物種多樣性、豐富度及密度較B區(qū)和A區(qū)更優(yōu),C區(qū)底棲動(dòng)物受污染程度較B區(qū)和A區(qū)更小,C區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康較B區(qū)和A區(qū)更好。

圖5 B-IBI與BI指數(shù)之間的相關(guān)性Fig.5 Correlation between B-IBI and BI index in sediment

4.3 B-IBI值與環(huán)境因子的相關(guān)性

采用Pearson指數(shù)分析B-IBI值與底泥中全氮和總磷含量間的相關(guān)性,結(jié)果見圖6。圖6表明,B-IBI值和底泥中的全氮和總磷含量之間呈顯著的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)r分別為-0.79和-0.78,安徽省龍感湖底泥中的氮、磷污染物含量越高,B-IBI值越低,說明湖區(qū)底棲生物完整性對(duì)底泥環(huán)境中的氮、磷污染較為敏感。其他研究也有類似結(jié)果,東江流域的研究[31]發(fā)現(xiàn),位于城市周圍工業(yè)園區(qū)的采樣點(diǎn)中的氨氮濃度相對(duì)山區(qū)河段過高,B-IBI健康評(píng)價(jià)結(jié)果處于差及以下。廣州市流溪河的研究[34]表明,B-IBI值與水體的總氮和總磷含量呈顯著負(fù)相關(guān),隨著水體污染程度的增加,B-IBI值逐漸降低。吳東浩等[35]研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)總氮和總磷含量增加,西苕溪底棲動(dòng)物群落中耐污種數(shù)量增加,污染敏感種數(shù)量減少;當(dāng)總氮和總磷超過各自閾值時(shí)會(huì)導(dǎo)致大型底棲無脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重退化。在香溪河[36]的研究表明,大型底棲動(dòng)物數(shù)量與水體中的總氮和總磷含量呈顯著負(fù)相關(guān)。拉薩河[37]、渭河[38]和太湖[39]的研究表明,總氮是顯著影響底棲動(dòng)物群落空間分布的主要環(huán)境因子。

圖6 B-IBI與底泥全氮和底泥總磷含量的相關(guān)性Fig.6 Correlations of B-IBI with total nitrogen and total phosphorus in sediment

本研究中,A區(qū)B-IBI值最低,健康狀況最差,A區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的全氮和總磷含量均值最高,這可能與A區(qū)位于龍感湖入湖支流二郎河的河口,湖泊底泥受到了河水?dāng)y帶的氮磷污染物影響有很大關(guān)系。據(jù)宿松縣水利局監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),2020年二郎河入湖口斷面逐月水質(zhì)的總氮含量在0.76～2.96 mg/L之間,年均含量為1.192 mg/L,一年中有7個(gè)月的總氮含量劣于地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn);總磷含量在0.02～0.15 mg/L之間,年均含量為0.052 5 mg/L,一年中有6個(gè)月的總磷含量劣于地表Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。二郎河入湖口上游約12 km處是安慶市宿松縣縣城,自縣城到湖區(qū)的沿河兩岸還有佐壩鄉(xiāng)和千嶺鄉(xiāng),常住人口約9.47萬(wàn)。目前,宿松縣城建有污水處理廠,但老城區(qū)污水管網(wǎng)大都為雨污合流,污水處理效率低,在農(nóng)村地區(qū),生活垃圾、生活污水、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)廢棄物尚未得到有效處理[40]。二郎河攜帶的含氮污染物可能來自縣城漏排的生活污水以及農(nóng)村的畜禽養(yǎng)殖。同時(shí),二郎河上游存在磷礦,山體表面礦坑植被破壞嚴(yán)重,在雨水沖擊下大量磷元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)溶解并隨河流流入湖泊,進(jìn)而沉積在底泥中。環(huán)境因子對(duì)底棲動(dòng)物的影響是一個(gè)十分復(fù)雜的問題,本研究主要分析了底泥中全氮和總磷含量與B-BIB的關(guān)系,要深入研究影響安徽省龍感湖大型底棲動(dòng)物的關(guān)鍵環(huán)境因子,仍需要進(jìn)行更全面的調(diào)查研究。

5 結(jié) 論

(1)本研究共在安徽省龍感湖采集鑒定出底棲動(dòng)物16種(屬),隸屬于4門7綱16屬,主要類群是軟體動(dòng)物門的腹足綱、雙殼綱,以及節(jié)肢動(dòng)物門的昆蟲綱、甲殼綱。

(2)本研究的10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中僅有3個(gè)處于“健康”狀態(tài),龍感湖整體健康狀況欠佳,且湖區(qū)健康狀況空間差異較大。經(jīng)分區(qū)評(píng)價(jià),安徽省龍感湖東南部的健康狀況為“健康”,龍感湖鄂皖交界水域健康狀況為“亞健康”,安徽省龍感湖東北部健康狀況為“一般”。

(3)根據(jù)有限的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)據(jù)較好地評(píng)價(jià)了龍感湖健康狀況,為提高B-IBI評(píng)價(jià)方法的精準(zhǔn)性,可增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,以更加準(zhǔn)確地反映龍感湖水生態(tài)狀況。同時(shí),由于大型底棲動(dòng)物群落存在季節(jié)變化特征,可通過不同季節(jié)的跟蹤監(jiān)測(cè),進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性。