大凌河锦州段底栖动物群落特征及其与环境因子的关系

丁振军

（辽宁省生态环境监测中心，辽宁沈阳 110161）

大凌河是辽宁省西部最大的河流，北与老哈河、教来河相邻，南与小凌河、六股河相邻，东邻绕阳河，西邻滦河支流青龙河，于凌海市与盘锦市交界处注入渤海。大凌河是辽宁省西部的重要河流，沿途造纸等高污染企业是大凌河主要污染源。在采取了一系列污染综合整治措施后，大凌河水质得到逐步好转。本文选取了大凌河锦州段张家堡和王家沟断面2015—2018年底栖动物和水质指标数据，分析了该河段底栖动物群落结构特征及其与环境因子之间的关系，以期为后续综合整治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验样品采集

大凌河锦州段设置2个监测断面，分别是张家堡和王家沟。样品采集时间为2015年4月、2016年5月、2017年5月、2018年5月。

1.2 监测指标

监测指标为底栖动物、pH值、溶解氧、COD、氨氮、镉、汞、砷、铅、铬等10项。使用40目索伯网采集底栖动物定量样品，现场挑取并固定于75%乙醇中，带回实验室镜检；采用便携式水质多参数分析仪测定pH值和溶解氧；其他理化指标参照《水和废水监测分析方法（第四版）》采样固定并带回实验室分析测定[1]。

1.3 数据分析

1.3.1 多样性指数。运用Shannon-Wiener多样性指数（H'）[2]、Simpson 优势度指数（C）、Margalef丰富度指数（R）[3]和 Pielou均匀度指数（J）对大凌河锦州段底栖动物群落结构进行分析。

式中：Pi表示样品中属于第i种的个体比例；Pi=ni/N，其中ni为第i种物种的个体数，N为样品的总个体数；S表示物种数。

同时，应用BI指数评价各断面水质状况[4]。公式如下：

式中：BI表示BI生物指数值；N表示物种总个体数；ni表示第i个分类单元的个体数；ti表示第i个分类单元的耐污值。

BI指数评价水质按个体数量和每个分类单元的耐污值将水质分为清洁（BI指数≤4.2）、良好（BI指数为 4.2～5.6）、轻污染（BI指数为 5.6～7.0）、中污染（BI指数为 7.0～8.4）和重污染（BI指数＞8.4）等 5 类。

1.3.2 排序分析。运用R语言 （ver 4.1.0）vegan包（ver 2.5-7）对张家堡和王家沟底栖动物与水质指标之间的关系进行排序分析。先判断选择线性模型还是单峰模型，对底栖动物数据进行去趋势对应分析（decentred correspondence analysis，DCA）， 观察结果中第一轴长度（DCA1）。若 DCA1＜3，则可选择线性模型冗余分析（redundancy analysis，RDA）；若 DCA1＞4，则可选择单峰模型典范对应分析（canonical correspondence analysis，CCA）； 若 DCA1 在 3～4 之间，则2种模型均可。底栖动物及水质指标数据应先进行lg（x+1）转换，以消除不同量纲间的影响。

2 结果与分析

2.1 底栖动物种类及数量组成

大凌河锦州段共鉴定出底栖动物3门5纲59种（表1、表2），其中：节肢动物门昆虫纲种类最多，为45种，占总数的76.3%；软体动物门腹足纲7种，占11.9%；环节动物门蛭纲3种，占5.0%；软体动物门腹足纲7种，占11.9%；节肢动物门软甲纲和软体动物门瓣鳃纲均为2种，分别占3.4%。

表1 （续）

表1 大凌河锦州段节肢动物门底栖动物监测结果

表2 大凌河锦州段环节动物门、软体动物门底栖动物监测结果

2.2 底栖动物多样性

由表3可知，张家堡断面Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、Pielou指数均呈现2015—2017年递减、2018年上升的趋势；各指数在2017 年最低，分别为 0.74、0.34、0.92、0.46；各指数在2018 年达到最高值，分别为 2.80、0.92、4.80、0.87。 BI指数值越大表征水体污染越严重。张家堡BI指数评价结果显示，2015年水质清洁，2016年和2017年水质均轻污染，2018年水质回升到良好水平。王家沟断面 Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、Pielou指数显示：2015—2016年呈下降趋势；2016 年各指数最低， 分别为 1.50、0.67、1.94、0.72；2017—2018年各指数呈上升趋势；2018年各指数最高，分别为 2.68、0.90、4.25、0.83。 BI指数评价结果显示，王家沟断面水质在2015年表现为良好，2018年达到清洁水平。

表3 大凌河锦州段底栖动物多样性

2.3 水质特征及CCA分析

参照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）[5]，张家堡断面pH值、砷、铅、铬均满足Ⅰ类水质标准，COD范围为18.0～23.4 mg/L，氨氮含量范围为0.048～0.780 mg/L，镉含量范围为0.000 02～0.002 80 mg/L，汞含量范围为0.000 02～0.000 10 mg/L。王家沟断面pH值、COD、镉、砷、铅、铬均满足Ⅰ类水质标准，氨氮浓度范围为0.012～0.270 mg/L，汞含量范围为0.000 02～0.000 09 mg/L。综合来看，王家沟断面水质状况整体好于张家堡断面。

应用去趋势对应分析（DCA），可知第一轴长度为4.874 0，该值＞4，适用单峰模型，故选用典范对应分析（CCA）对底栖动物与环境因子之间的关系进行排序分析。由表4可知，第一轴、第二轴和第三轴特征值分别为0.7422、0.5290和0.511 7，解释比例分别为27.17%、19.36%和18.73%，累计比例分别为27.17%、46.53%和65.26%，第一轴、第二轴和第三轴均能够较好地解释响应变量的总方差。绿钩尾春蜓、红纹蜉、安图小蜉、三刺弯握蜉、红天角蜉、卡罗长角纹石蚕、圆眼粒龙虱、格式星齿蛉以及喙隐摇蚊、新宾纺蚋、毛头瘤虻、四节蜉、苇氏巴蛭、赤豆螺与溶解氧成高度正相关；前突摇蚊、弯铗摇蚊、盖氏特突摇蚊、柔嫩雕翅摇蚊、渐变长跗摇蚊、展开琥珀螺、光滑狭口螺、纹沼螺、梨形环棱螺、背角无齿蚌与高砷浓度和高pH值成高度正相关；双线环足摇蚊、费塔无突摇蚊、长跗摇蚊、绿倒毛摇蚊、东方蜉、扁蚴蜉、小石蚕、长角石蚕、瘦蟌、椭圆萝卜螺与高浓度汞有较强的正相关关系（图1）。

图1 大凌河锦州段底栖动物与环境因子之间的CCA排序图（2型标尺）

表4 底栖动物与环境因子间的CCA排序结果

3 结论与讨论

通过对2015—2018年大凌河锦州段的监测，共鉴定底栖动物3门5纲59种，其中节肢动物门昆虫纲动物45种，占种类数的76.3%。BI指数评价结果显示，张家堡断面水质呈先降后升趋势，王家沟断面水质呈现平稳上升趋势。Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数结果均与BI指数呈现的趋势相同，说明大凌河锦州段张家堡断面和王家沟断面水质呈现变好的趋势。CCA排序分析结果显示，绿钩尾春蜓、红纹蜉、安图小蜉、三刺弯握蜉、红天角蜉、卡罗长角纹石蚕、圆眼粒龙虱、格式星齿蛉、喙隐摇蚊、新宾纺蚋、毛头瘤虻、四节蜉、苇氏巴蛭、赤豆螺等物种与溶解氧成高度正相关，与其他污染指标成负相关，是敏感物种。敏感物种增多也进一步证明了大凌河锦州段水质在不断变好，这也为大凌河综合治理提供了参考。