巢湖底栖动物分布特征及对蓝藻暴发聚集地的响应研究

蒋更可， 李玉成， 江　江， 王　宁， 张学胜

(安徽大学 资源与环境工程学院，合肥230601)



巢湖底栖动物分布特征及对蓝藻暴发聚集地的响应研究

蒋更可， 李玉成， 江江， 王宁， 张学胜

(安徽大学 资源与环境工程学院，合肥230601)

摘要采用野外调查和实验室分析的方法，对近年来巢湖水华暴发状况和巢湖底栖动物的时空分布进行对比分析，结果显示：西半湖的蓝藻水华暴发频率远大于东半湖，位于南淝河口巢湖西北部位是蓝藻暴发聚集区，向东不断减小。底栖动物呈现东半湖较西半湖多，而蚬类较少，螺类变多，这种分布特征与水华暴发造成生态破坏有关。2014年的巢湖采样调查结果反映出西半湖底栖动物与水华暴发频率分布呈一定的反相关，东半湖由于其水华暴发频率低且与底栖动物分布无明显的相关性。近年来巢湖治理力度加大，水质有所改观，但是底栖动物分布表明水生生态环境未有显著改观，应加大巢湖生态环境治理力度。

关键词巢湖水华；底栖动物；时空分布；水生生态环境；治理效果

Distribution characteristics of macrozoobentho and its response to the algal bloom in Chaohu Lake

JIANG Geng-ke, LI Yu-cheng, JIANG Jiang, WANG Ning, ZHANG Xue-sheng

(School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)

AbstractUsing field survey and laboratory analysis methods, the recent algae outbreak status and macrozoobenthos′ spatial-temporal distribution in Chaohu Lake were investigated. Results showed that the algal outbreak frequency in the Western-half lake is greater than that in the East-half Lake. The accumulation and high incidence area of blue algal bloom is located in the South Feihe River estuary into Chaohu Lake and the algal bloom frequency decreased from west to east in this area. The amounts of macrozoobentho in the Eastern-half lake is higher than that in the Western-half Lake, and the number offlumineasand the number ofbellamyasp. were decreased. It was speculated that the distribution pattern of macrozoobentho in Chaohu Lake was related to the bloom of algal, which led to the damage of the lake eco-environment. The result of a sampling survey conducted in 2014 indicated that a negative correlation existed between the amounts of macrozoobentho in the Western-half lake and the algal bloom frequency. The algal bloom frequency in the Eastern-half lake was low. There was no obvious correlation between this frequency and the benthic fauna distribution. With more and more efforts made to control Chaohu Lake pollution, the water quality of Chaohu Lake has improved in recent years. However, the distribution characteristics of macrozoobentho indicated no obvious improvement in the aquatic environment. Hence a huge of works on the ecological environment regulation of Chaohu Lake should be done in the future.

Keywordsalgae in Chaohu Lake; meerozoobenthos; spatial-temparal disfribution; aquatic ecological environment; treaofment effeer

巢湖是安徽省境内最大的淡水湖泊，属长江下游左岸水系浅水湖泊，入湖河流众多。近年来，随着湖泊河流沿岸地区工农业快速发展和人口急剧增长，氮、磷等营养物质不断进入水体，水华暴发，巢湖已成为长江下游地区典型的富营养湖泊[1，2]。水华蓝藻大量聚集沉降腐烂会大量消耗水体溶解氧，严重影响到水生生态系统健康，尤其是对底栖动物的生存生长影响更显著。

底栖动物是水生态系统中的重要组成部分，其全部或大部分时间生活于水与沉积物界面上, 具有生命周期长、区域性强、迁移能力弱等特点, 在水生生态系统物质循环和能量流动中具有不可替代的作用[3]。而且由于各类底栖动物对环境条件的适应性和敏感程度以及对环境污染的耐受力不同，当水体和沉积物受到污染时, 环境条件发生变化会导致底栖动物群落结构及多样性发生改变，因此可利用底栖动物的种群结构、生物量、数量等参数来反映环境质量状况。湖泊底栖动物的主要类群包括软体动物、环节动物和水生昆虫等[4]，其中软体动物是底栖动物群落结构中体型和质量最大且不同种群间体型和质量、对环境的耐受力和敏感程度差距极大的生物类群，而且具有种类多、分布广、行动缓慢、形态容易辨认、对污染物有较强的富集能力等特点。因此贝类等软体动物可用于研究水体环境质量及底质污染状况，也是目前国内外公认的比较理想的指示生物[5]。而有关巢湖水华对底栖动物影响方面的研究报道较少，因此，本研究通过采集巢湖底栖动物等样品，同时调查前人工作，分析蓝藻水华和底栖动物的时空分布特征，来判断蓝藻聚集对巢湖底栖动物的影响。近年来巢湖治理力度较大，通过相关理化指标指示水生生态环境得到改善，但是底栖动物生态分布研究，更能指示相关治理效果。

1材料与方法

1.1样品的采集

2013年10月—11月在巢湖设置38个采样点(西半湖27个、东半湖11个)，按照水和废水监测标准方法采集水样和沉积物样同时现场测定水样的透明度、温度、溶解氧和pH值，并用1/40 m2的彼得逊采样器采集软体动物样品，每个样点采集5次，但仅在上派河口航道清淤处(即图1中6号点附近)采到3个环棱螺样品。因此，于2014年5月在巢湖38个采样点中选取16个采样点(西半湖10个、东半湖6个。西半湖点位均匀，而东半湖15、16点位分别是柘皋河、裕溪河河口处，14点位则为两河口处交汇处下流，便于研究河口水流冲刷对底栖动物影响)重新采样，在各采样点按标准方法采集离湖底0.5 m处的水样和底栖动物样品并现场测定水样的透明度、温度、溶解氧和pH值，同时使用拖网采集软体动物样品，每点拖拽约150 m2，采获到的软体动物样品分别装入聚乙烯袋，洗净标记后运回实验室称重后冷冻保存。

1.2样品预处理

水样按照国家标准方法保存测定总氮(TN)、总磷(TP)。沉积物样经冷冻干燥碾磨后，过100目筛，取1 g的样品加入10 mL的0.1 mol/L盐酸溶液除去无机碳，再冷冻干燥碾磨后做元素分析测定总有机碳(TOC)和碳氮比。

图1 2014年巢湖采样站点分布图

彼得逊采样器采集的底栖动物样品经60目分样筛洗净后置于白瓷盘中肉眼将底栖动物挑出，用70%乙醇溶液保存。在实验室中将标本鉴定到尽可能低的分类单元，然后称量, 结果最终折算成单位面积的密度和生物量。拖网采集的软体动物样品洗净鉴定称量后, 结果最终折算成单位面积的密度和生物量。

1.3评价方法

湖泊综合营养状态指数(TLI指数)评价法[6，7]。综合营养状态指数法是金相灿等[8]根据全国20多个湖泊的调查数据, 提出的以叶绿素a(Chla)的状态指数TLI(Chla)为基准，从其余参数(如TP、TN等)的指数中选择几个与基准状态指数TLI(Chla) 比较接近的状态指数，同TLI(Chla)一起进行相关加权综合。

综合营养状态指数法公式为：

(1)

(2)

营养状态指数计算公式为:

TLI(Chla)=25+10.86ln(Chla)

(3)

TLI(TP)=94.36+16.24ln(TP)

(4)

TLI(TN)=54.53+16.94ln(TN)

(5)

其中：TLIj为第j种参数的营养状态指数；Wj为j种参数的营养状态指数的相关权重； rij为第j种参数与基准参数Chla的相关系数，如表1所示。Chla的单位为mg/m3，TP、TN的单位为mg/L。分级方法为：TLI(∑)<30为贫营养；30≤TLI(∑)≤50为中营养；5070为重度富营养。

表1 Chla与TP、TN的相关系数

1.4数据分析

利用Excel软件对数据进行处理和分析，并采用ArcGIS的地统计模块对分析结果进行克里格空间插值作图。

2结果与分析

2.1巢湖底栖动物的时空分布

2.1.1巢湖底栖动物的时间变化

笔者于2014年5月在巢湖共采到9种底栖动物，其中环棱螺3种，淡水壳菜1种，摇蚊幼虫2种，水蚯蚓2种，沙蚕1种。底栖动物个体数约为349 ind./m2，生物量约为1.445 g/m2，其中软体动物个体数占0.2%，生物量占33%。而胡菊英[9]和龚志军[10]于1981年和2002年在巢湖分别采到底栖动物55和42种，个体数分别为578 ind./m2和782 ind./m2，生物量分别为189.4 g/m2和104.3 g/m2。其中软体动物种类分别为33种和16种，占个体数53%和3%，占总生物量均超过93%。将笔者采样结果与胡菊英[9]和龚志军[10]在1981年和2003年的研究对比(表2)，发现1981年—2003年物种数减少13种，生物量减少近半，而个体数增加近半；2003年—2014年物种数减少33种，生物量减少40多倍，个体数目减少近半。

表2 巢湖底栖动物的时间分布

2.1.2巢湖河蚬和环棱螺的时间变化

图2 巢湖底栖软体动物的时间分布

如图2所示，1981年到2014年间巢湖底栖软体动物的总生物量呈下降趋势，而其中河蚬的环境灵敏度高耐污性较差，3次对比不断减少且其在2013、2014年的2次采样中均未采到，然而环棱螺较河蚬更为耐污，在2003年河蚬减少时可能使得环棱螺的生存竞争压力也减少，导致2003年螺类生物量较1981年增加不少，但到2014年环棱螺存在量又降低到极小。

2.1.3巢湖底栖动物的空间分布

2014年5月巢湖调查结果如表3所示，西半湖软体动物、底栖动物生物量和密度高于东半湖，而西半湖中底栖动物和软体动物生物量在2、3、4和5号点较其它各点低；离沉积物0.5 m处水体中溶解氧含量在2、3、4和5号处于全湖最低水平，而TP、TN含量却最高。

表3 2014年巢湖底栖动物生物量、个体数、水体TP和TN

注：“-”是由于5号点处于航道上，受清淤影响用彼得逊采泥器未能采到底栖动物样品。

为了更直观地反映巢湖底栖动物的空间分布特征，以软体动物生物量、底栖动物生物量作克里格空间插值图(图3)。从图3可以看出，软体动物和底栖动物具有相似的分布特征，均由西北向东呈先增加后减少趋势。而且在5、3、4和8号点附近的2013年巢湖沉积物的总有机碳(TOC)分别为13.55、10.42、6.30和4.78 g/kg，碳氮比(C/N)在2.03～4.46之间。

2.2巢湖近年来水华暴发状况

2.2.1巢湖近年来水质变化

图3 2014年巢湖软体动物和底栖动物分布

图4 巢湖水体TP、TN、Chla和TLI指数年际变化

利用《中国环境年鉴》和2012年《湖泊生态安全调查与评估技术指南》中巢湖水体TP、TN和Chla含量数据并将这些数据进行TLI指数分析，得到图4结果。从图4可以看出，2003年巢湖TP、TN、Chla和TLI值达到最高，分别为：0.231 mg/L、2.84 mg/L、91.16 mg/m3和72.47，水质达到重度富营养化。

2.2.2巢湖近年来水华暴发及聚集情况

水华是湖泊富营养化的具体表现，巢湖水华是由巢湖蓝藻在高温时利用水体中大量存在的N、P等营养元素大量暴发聚集产生。利用朱利[2, 11，12]等研究及安徽省环保厅公布的蓝藻监测数据得到近十几年来巢湖水华总体暴发概率(图6)。如图6所示，11年中2002年概率最高为30%，其余各年暴发概率在12%～18%之间波动，均处于较高水平。

图5 巢湖蓝藻水华2010年暴发区域叠加图

(数据来自“十二五”国家巢湖水专项研究报告)

图6 巢湖近年来水华暴发概率

图7 2014年巢湖水华发生频率分布图

同时，根据安徽省环保厅公布的2014年水华数据绘制巢湖水华暴发频率空间分布图(如图7)及巢湖蓝藻水华2010年暴发区域叠加图(如图5)，其频率由西北向东不断减小，图3和图7对比显示，西半湖的软体动物和底栖动物的生物量与水华暴发频率具有相反趋势，而东半湖对软体动物和底栖动物的生物量分布与水华暴发频率无明显相关趋势，可能原因是水华暴发频率低而对底栖动物的影响小。

3讨论

3.1TP、TN、Chla和TLI值等指标反应巢湖富营养化程度

近年来，随着巢湖流域工业化及城市化的迅猛发展，巢湖水体呈现严重的富营养化状况，湖中蓝藻暴发所引发的水质恶化、湖体生态系统衰退等一系列生态环境问题已引起国家的高度重视[1]，并已投入大量的人力物力用于巢湖流域的监管和治理，使得近10多年来巢湖氮磷等指标总体呈下降趋势。但由于近年来巢湖边上的合肥市发展加快、滨湖新城的开发建设和农业面源污染治理困难等原因，使得仍有大量的营养物质流入巢湖[13， 14]，导致氮磷等水质指标仍处于极高水平。因此导致夏季高温时巢湖蓝藻仍有丰富的氮磷等营养物质利用而暴发水华，使得近年来巢湖水华暴发频率并无明显降低趋势，仍处于高频暴发状态。由图表可知因2003年蓝藻突然大量暴发而加大巢湖保护力度，之后TP、TN、Chla和TLI值等指标总体呈下降趋势，但由于近年来合肥市的快速发展、滨湖新城的开发建设和农业面源污染等原因导致各项指标出现波动变化，使得巢湖水体富营养化程度处于中度营养化和轻度富营养之间，而水质指标则处于IV—V类水平。王霞[16]研究松花湖表明总磷是水体富营养化的第一限制因子，富营养化发生的阈值为：总磷含量0.065 mg/L、总氮含量0.843 mg/L和叶绿素a 浓度11.90 μg/L[15]，水体各指标显著表明巢湖处于富营养化阶段。

根据朱利、张红等[2, 11]的研究发现近十几年来巢湖水华暴发频率分布与图中的分布特征相似，也是由西北向东不断减小，以至于西半湖的暴发频率远大于东半湖，因此巢湖西半湖常年是巢湖蓝藻的暴发聚集区。

3.2底栖动物分布响应蓝藻聚集程度

底栖软体动物是水环境中的环境敏感者，其生物量的变化可以较好地反映水质状况。河蚬和环棱螺是巢湖底栖软体动物的优势种和生物量的主要提供者，因此可以根据其生物量的时间变化反映巢湖的水质变化。底栖动物作为巢湖水生态系统的重要组成部分，从20世纪80年代以来其生物多样性和生物量呈均降低趋势，通过3种水质生态学指数和胡菊英[9]、龚志军等[10]的研究反映出30多年来巢湖由轻污染转变为重污染。而其中巢湖软体动物的优势种河蚬和环棱螺生物量的不同变化趋势，反映出30多年来巢湖流域经济不断发展导致大量污染物流入巢湖，使得巢湖底栖软体动物的生境不断恶化而快速消亡，虽有耐污种可以生存一时，但水华的高频暴发导致的长时间生态失衡也会使耐污种消亡。同时，根据沉积物测得的碳氮比(C/N)在2.03～4.46之间，而藻类有机质中富含大量的蛋白质，纤维素的含量较低，新鲜藻类有机质的C/N 在3～8[16]。表明巢湖沉积物有机质来源主要是水华蓝藻沉降带来的，而且西半湖由南向北水华沉降的蓝藻不断增加。因此巢湖水华高频暴发聚集沉降会对底栖动物产生不利影响威胁其生存生长，而东半湖底栖动物生存量减少可能是其它原因造成的。

2014年的巢湖采样调查结果和巢湖水华暴发的空间分布对比可以看出：西半湖的软体动物和底栖动物的生物量与水华暴发频率呈显著反相关性，而东半湖对软体动物和底栖动物的生物量分布与水华暴发频率无明显相关趋势，这是因为东半湖水华暴发频率低使得蓝藻聚集沉降腐烂消耗的溶解氧量小而对底栖动物的危害小，因而其底栖动物的消亡可能是其它原因造成的；而西半湖巢湖由于其西北方向有南淝河、十五里河等高污染的城市纳污河流[17]，含氮磷量较高污水流入使得水华高频暴发，导致蓝藻的大量聚集沉降腐烂而消耗大量的溶解氧，造成底栖动物因缺氧而生存困难，而巢湖暴发的水华以铜绿微囊藻为主，而其体内含有微量的微囊藻毒素，性质稳定，是一种肝毒素，对水体动植物有极大危害[18]，因此本研究可以证明蓝藻聚集使得底栖动物大量减少。由此得出西半湖底栖动物从西北到南呈增加趋势，与水华暴发频率相反。

近年来，巢湖治理力度加大，TN，TP及叶绿素含量均有所下降表明巢湖富营养化程度有所降低，但由于巢湖流域的快速发展使得水质仍处于高污染状态，导致水华频发而破坏生态系统平衡。同时底栖动物空间分布表明水生态环境并未完全改善。因此，在今后的环境治理过程中不仅要恢复水质，同时还要加大生态系统恢复力度和入湖河流的污染治理和保护。

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中图分类号Q178.51

文献标识码A

文章编号2095-1736(2016)02-0008-05

作者简介：蒋更可，硕士研究生，研究方向为水污染防治，E-mail:1049707370@qq.com；通信作者：李玉成，博士，教授，主要研究方向为环境生物地球化学等，E-mail:li-yucheng@163.com。

基金项目：国家自然科学基金(41172121)；安徽省自然科学基金青年项目(1608085QB45)

收稿日期：2016-01-07；修回日期：2016-01-29

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2016.02.008