江苏省太湖流域主要河流底栖动物与水质的相关性研究

姜磊娜， 吴俊锋， 凌 虹， 傅银银

(1．江苏省环境科学研究院，江苏南京 210036；2.江苏省环境工程重点实验室，江苏南京 210036；3．江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏南京 210036)



江苏省太湖流域主要河流底栖动物与水质的相关性研究

姜磊娜1，2，3， 吴俊锋1，2， 凌 虹1，2， 傅银银1，2，3

(1．江苏省环境科学研究院，江苏南京 210036；2.江苏省环境工程重点实验室，江苏南京 210036；3．江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏南京 210036)

[目的]研究江苏省太湖流域主要河流底栖动物与水质的相关性。[方法]于2012年11月(枯水期)、2013年4月(平水期)、2013年8月(丰水期)对太湖流域主要河流39个采样点进行水质、大型底栖动物调查，分析底栖动物指数与水质因子的相关性，筛选出有相关性的水质因子。[结果]受水量的影响，与底栖动物指数有相关性的水质因子在各水期存在差异。各水期水质的营养状况是影响底栖动物生态健康的重要水环境因素。水质因子的变化与底栖动物群落结构和多样性有着复杂的关系，除营养盐外，SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、DOC、TOC、TH、Ni2+与底栖动物指数呈显著负相关，说明重金属对河流底栖动物的生长有抑制作用。[结论]该研究结果可为太湖流域水生态保护提供基础资料和科学依据。

太湖流域；水质；底栖动物指数；相关性

底栖动物是水生态系统中重要的组成部分，水质的好坏直接或间接影响着底栖动物的生长、繁殖和分布[1]。国内外对底栖动物的研究大多集中在分析大型底栖动物的群落特征，并以此作为评价水质污染程度的指标[2-5]，对流域性的底栖动物综合生态指数与具体水质因子的关系研究报道较少。笔者对丰水期、平水期、枯水期太湖流域主要河流分别进行水质和大型底栖动物调查，研究大型底栖动物生态健康与水质因子的相关性，筛选具有相关性的水质因子，旨在为太湖流域水生态保护提供基础资料和科学依据。

1　材料与方法

1.1研究区概况太湖流域面积36 900 km2，地跨江苏、浙江、安徽、上海。江苏省太湖流域包括太湖湖体、苏州市、无锡市、常州市和丹阳市的全部行政区域以及镇江市区、句容市、南京高淳区行政区域内对太湖水质有影响的河流、湖泊、水库、渠道等水体所在区域，总面积约19 400 km2，占全流域的52.6%。全流域地势平坦低洼，西南高，东北低，地形以平原水网为主，少量低山丘陵分布于流域西部，流域内水网交错，湖泊众多，水流流速缓慢[6]。

1.2采样点布设在江苏省太湖流域主要河流布置了39个采样点(图1)，各点位所在河道具体见表1。

1.3水质因子的测定于2012年11月(枯水期)、2013年4月(平水期)、2013年8月(丰水期)分别对39个点位进行采样。测定的水质指标包括化学需氧量(COD)、五日生化需氧量(BOD5)、总氮(TN)、氨氮(NH4-N)、硝酸盐(NO3-)、亚硝酸盐(NO2-)、总磷(TP)、磷酸盐(PO43-)、可溶性有机碳(DOC)、总有机碳(TOC)、悬浮物(SS)、总硬度(TH)、总碱度(TA)、碳酸盐(CO32-)、重碳酸盐(CO42-)、硫酸盐(SO42-)、氯化物(Cl-)、钠(Na+)、钙(Ca2+)、钾(K+)、镁(Mg2+)、镉(Cd2+)、铬(Cr6+)、铜(Cu2+)、汞(Hg2+)、铅(Pb2+)、锌(Zn2+)、砷(As3+)、镍(Ni2+)。水样采用有机玻璃采水器在水面下50 cm处采集，所有水样带回实验室后置于4 ℃冰箱中，在48 h内完成分析测试[7]，各水样的测定方法参照《水和废水监测分析方法》[8]。

1.4水生态健康底栖动物指数的计算

1.4.1大型底栖动物样品采集。在各水期水质样品采集的同时，对全部点位进行底栖动物样品采集。采用1/16 m2的彼得逊采泥器采集底栖动物，每个样点采集6次混合成1个样品。将采集的泥样经过60目尼龙筛网现场筛洗，剩余物带回实验室进行分拣。实验室中将剩余物置入白色盘中，将底栖动物逐一挑出，并用7%福尔马林溶液固定保存。将所有样品都鉴定至尽可能低的分类单元[9-10]，测定底栖动物种类、密度和生物量。

1.5数据统计与分析使用SPSS17.0统计软件分析底栖动物指数与水质因子的相关性。

图1　江苏省太湖流域采样点的分布Fig.1　The distribution of sampling sites in Taihu Basin, Jiangsu Province

点位Site所在河道River点位Site所在河道River点位Site所在河道River1太平河14横草路27德胜河2洛阳河15大庙港28张家港3通济河16麻溪29望虞河4上兴河17苏东运河30浏河5松溪河18苏东运河31娄江6沙河水库19小溪港32蠡塘河7屋溪河20武进港33白茆塘8伏西溪河21直湖港34洮湖9乌溪港22中干河35太浦河10浒光运河23丹金溧漕河36新河11江南运河24宜兴六条河37夏溪河12浒光运河25武宜运河38界浦江13江南运河26太滆运河39张家港

2　结果与分析

2.1水质指标由表2可知，丰水期、平水期、枯水期江苏省太湖流域的水质差异较大，除个别指标外，丰水期水质明显优于平水期和枯水期。各水质指标的变化范围较大，说明江苏省太湖流域内各采样点水质存在差异。

2.2底栖动物指数试验结果表明，丰水期底栖动物指数为0.398 6，略优于平水期底栖动物指数(0.394 6)，但明显优于枯水期底栖动物指数(0.342 4)，说明从底栖动物的角度来看，丰水期水生态最为健康，平水期次之，枯水期最差。

表2　不同水期江苏省太湖流域的水体理化特征

注：—表示未检出。

Note：— stands for not detected.

2.3底栖动物指数与水质因子的相关关系由表3可知，丰水期NO3-、SS与底栖生物指数呈极显著负相关(P<0.05)；平水期NH3-N、TP、PO43-、SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+与底栖生物指数呈极显著负相关(P<0.05)，TN、Zn2+与底栖生物指数呈显著负相关(P<0.01)；枯水期TN、NH3-N、DOC、TOC、TH、Ni2+与底栖生物指数呈显著负相关(P<0.05)。

表3　39个采样点水质因子与底栖动物指数的Pearson相关系数

接下表

注：*表示相关性达到显著水平(P<0.05)，**表示相关性达到极显著水平(P<0.01)。

Note：* stands for correlation at significant level(P<0.05), ** stands for correlation at extremely significant level(P<0.01).

3　结论与讨论

底栖动物在水生生态系统的食物链中处于中间环节，是生态系统中物质循环、能量流动中积极的消费和转移者，底栖动物群落健康与否在很大程度上反映整个水生态系统的健康程度[12-13]。研究底栖动物与水质因子的相关性，筛选出底栖动物敏感性较强的水污染物，在管理中优先控制，对太湖流域水生态保护具有重要意义。

该研究结果表明，受水量的影响，与底栖动物指数有相关性的水质因子在各水期存在差异，丰水期影响底栖动物生境的水质因子个数较平水期和枯水期少，这也从侧面反映了丰水期水质因子对底栖动物生态健康的影响相对偏小。这可能是由于丰水期水量充沛，河道自净能力较强，底栖动物生态健康恢复较好。

各水期水质的营养状况是影响底栖动物生态健康的重要水环境因素。NO3-、TN、NH3-N、TP、PO43-与底栖动物指数呈显著负相关性，这是由于水体中营养物质增加会导致水体藻类大量繁殖，从而使水体透明度降低，影响水体底栖动物与外界的光和氧气的交换，最终导致底栖动物中耐污耐缺氧生物的大量滋生[14]。吴东浩等[15]研究发现氨氮是影响西苕溪底栖动物分布的关键环境因子。彭建华等[16]研究发现NO3-N和TP是影响汉丰湖底栖动物密度的重要因素。龚志军等[17]在研究东湖中发现随着营养状态的增加，底栖动物多样性逐渐降低。一般而言，中等营养水平下生物群落结构最复杂，物种多样性最高，而极端贫营养和超富营养条件下群落结构简单、多样性低[18]。熊金林等[19]在研究湖北省4个不同营养水平湖泊大型底栖动物群落结构时也发现，大型底栖动物种类数、物种多样性与湖泊富营养程度呈负相关。太湖处于富营养水平，底栖动物指数与营养状态呈显著负相关，说明随着营养水平的升高，太湖底栖动物生态健康将趋于恶化。该研究结果表明，丰水期影响底栖动物生态健康的主要营养盐是NO3-，平水期影响底栖动物生态健康的主要营养盐是NH3-N、TP、PO43-，枯水期影响底栖动物生态健康的主要营养盐是TN和NH3-N。

该研究结果表明SS、CO42-、Ca2+、Cu2+、Hg2+、Zn2+、DOC、TOC、TH、Ni2+也与底栖动物指数呈显著负相关，说明水质参数的变化与底栖动物群落结构和多样性有着复杂的关系。目前，重金属对底栖动物的影响研究主要集中在底栖动物对重金属的富集作用及水体底泥中重金属对底栖动物的不利影响等方面。朱江等[20]研究发现乐安江水体底泥中Cu的浓度与底栖动物种类多样性指数呈显著负相关。陈浒等[21]研究表明乌江主要支流底栖动物物种数和密度与底泥汞的潜在生态危害系数均呈负相关。杨丽等[22]在研究深圳湾福田潮滩重金属对大型底栖动物影响时发现，奇异稚齿虫密度与沉积物中Pb、Cd、Cu、Zn含量均有显著负相关关系．尖刺缨虫密度与Pb、Cd、Zn含量均有显著负相关关系。李丽娜等[23-24]研究表明重金属Zn、Cu对长江口滨岸潮滩底栖动物泥螺具有急性毒性。该研究结果也表明Cu2+、Hg2+、Zn2+、Ni2+等重金属对河流底栖动物的生长有抑制作用。底栖动物生态健康与水质因子关系较为复杂，水质因子影响底栖动物生态健康的机理还有待进一步研究。

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Correlation between Macrozoobenthos and Water Quality of Main Rivers in Taihu Basin of Jiangsu Province

JIANG Lei-na1,2,3, WU Jun-feng1,2, LING Hong1,2et al

(1.Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science, Nanjing, Jiangsu 210036; 2.Jiangsu Key Laboratory of Environmental Engineering, Nanjing, Jiangsu 210036; 3.Jiangsu Academy of Environmental Industry and Technology Corp., Nanjing, Jiangsu 210036)

[Objective] The aim was to study the correlation between macrozoobenthos and water quality of main rivers in Taihu Basin of Jiangsu Province.[Method] Water quality and macrozoobenthos communities at 39 sampling sites across main river systems in Taihu Basin of Jiangsu Province in November 2012(low water period), April 2013 (normal water season) and August 2013 (high water season) were investigated, correlation between macrozoobenthos index and water quality factors was analyzed, relevant water quality factors were selected.[Result] The results showed that correlated water quality factors of macrozoobenthos index varied in different periods affected by water quantity.The nutritional status of water played an important role for the ecological health of macrozoobenthos in all periods.Water quality factors and macrozoobenthos communities had a complex relationship.Except for nutrients, SS, CO42-,Ca2+, Cu2+, Hg2+, Zn2+, DOC, TOC, TH, Ni2+also showed significant negative correlation with macrozoobenthos index, indicating that heavy metals may suppress growth of macrozoobenthos.[Conclusion] The study can provide basic data and scientific basis for ecological protection of water in Taihu Basin.

Taihu Basin; Water quality; Macrozoobenthos index; Correlation

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07506-001-03)。

姜磊娜(1986- )，女，江苏海门人，工程师，硕士，从事环境影响评价与规划研究。

2016-06-22

S 937

A

0517-6611(2016)24-057-04