一种淡水大型底栖无脊椎动物采样器研究

李中宇，宋 楠，赵 然，陈 杨，陈家厚

1.黑龙江省环境监测中心站，黑龙江 哈尔滨 150056

2.香港大学建筑学院城市规划系，香港 999077

3.黑龙江省环境保护厅，黑龙江 哈尔滨 150090

一种淡水大型底栖无脊椎动物采样器研究

李中宇1，宋 楠1，赵 然1，陈 杨2，陈家厚3

1.黑龙江省环境监测中心站，黑龙江 哈尔滨 150056

2.香港大学建筑学院城市规划系，香港 999077

3.黑龙江省环境保护厅，黑龙江 哈尔滨 150090

研制出一种长方体的十字筐采样器，在采样器内分别填装石、砂、底泥和水草4种基质，利用大型底栖无脊椎动物对生境的选择性进行样本被动采集。基质越多，采样器采集的生物种类越多，生物量也更丰富。用新研制的十字筐采样器和传统的篮式采样器对松花江流域7个采样点进行大型底栖无脊椎动物对比采样，结果显示：十字筐采样器是一种优良的采样器，适合在松花江流域乃至全国推广应用。

大型底栖无脊椎动物；采样器；松花江流域

“十二五”时期，国家对环境监测提出了更高更新的要求，对水生生物监测给予了支持和关注。相对国外成熟完善的水环境生物监测体系，在新的环境和需求下，中国推广和发展水环境生物监测体系已成为当务之急[1]。目前国内没有统一的关于水生生物采样方法、监测方法的标准和技术规范[2]，研究实用、高效的采样器对开展水生生物例行监测具有重要意义。

淡水大型底栖无脊椎动物是一种长期生活在河流、湖泊和水库水体中的生物群落，是淡水生态系统的重要组成部分，常用来监测水体环境质量状况及其变化情况[3]。一般认为底栖动物种类越多，即生物多样性越好，水体的水质相对越好。采样器材的优劣对样本采集的影响较大，同一采样点，因采样器材不同，采集到的物种存在较大的差异，对水质评价的结果会产生偏差。传统的采样器是一种圆柱形的篮式采样器[4]，由于内部只填装鹅卵石一种基质，所以，只能采集石栖性的底栖动物，有明显的局限性。研究设计的十字筐采样器将采样器分为4个采样室，每个室分别填装鹅卵石、砂、水草和底泥，形成了一个具有4种基质的复合被动采样器。在松花江流域的河流、湖泊等大型水体开展实际采样实验，验证采样效果。

1 采样器设计

1.1 外形设置

十字筐采样器是一种长方体采样器，内径长、宽、高分别为40、40、20 cm，框架用直径为12 mm钢筋焊结而成，下底面和4个侧面用12 mm钢筋等分，内部由12 mm钢筋等分成4个长、宽、高约为20、20、20 cm的正方体采样室，像十字一样分开。底面和上盖用14号铁丝编织成边长为1 cm的正六边形，底面焊接成一体，上盖可活动，采样时用14号铁丝从四周连接到主体框架上。采样器的四周和内部分隔墙侧壁用孔径大约为3～4 cm2的塑料网衬上，以铁丝固定。塑料网厚4～6 mm。为了便于固定，四角的钢筋底部长出5 cm，在采样时长出的部分可插入泥沙和石缝中，见图1。

图1 十字筐采样器模型轴测图

1.2 基质填装

在填装基质前，每个采样室的底部都要放上0.38 mm孔径的尼龙筛绢。筛绢形状为不封顶的长方体，大小与采样室相匹配。鹅卵石基质的筛绢高度为2 cm，其他3个采样室筛绢高度为10 cm。4个采样室，分别填装鹅卵石、砂、底泥和水草。鹅卵石直径为7～9 cm，装满采样室，不可用建筑毛石替代。砂、底泥和水草最好选择采样点附近的，如果采样点附近没有，可选择采样点附近的池塘、水田中的基质。砂和底泥填装高度为10 cm，与尼龙筛绢等高。水草需选择在水体中能够成活的种类，在水下不腐烂，常用的种类有金鱼藻、黑藻、菹草、狐尾藻等沉水植物，不可用陆生的野草、蒿草替代水草，见图2。在填装基质时，要将鹅卵石、砂、底泥和水草中的底栖动物剔出，不能带入采样室中。

图2 十字筐采样器实物图

2 实验部分

2.1 点位设置

2012年6、9月在黑龙江省兴凯湖，嫩江，松花江吉林省段、肇源段和佳木斯段进行采样实验，共设7个点位，同时与传统的篮式采样器进行采样效果比对研究，共采集9组比对样本。这些点位均属于深水河流或湖库的岸边带，点位分布见表1。

表1 点位分布情况一览表

2.2 采样方法及样品处理

在1～1.5 m深度放置采样器，2周后回收。采样现场用30%的酒精固定样品，贴上标签，回实验室后换用70%的酒精，固定液的体积为动物体积的10倍以上，常温保存，每隔几周检查防腐剂，必要时进行添加，直至完成种类鉴定。

实验室进行鉴定时以水生昆虫、软体动物、甲壳动物和环节动物等进行分类、整理和统计，相关方法见参考文献[4-9]。鉴定时尽量鉴定到最小的分类单位。

3 结果与讨论

3.1 结果统计

6、9月分别在松花江(吉林省)溪浪口断面、嫩江江桥断面、松花江肇源断面和江南屯断面以及兴凯湖的档壁镇、泄洪一闸、泄洪二闸7个断面采集9个样品进行比对，底质情况和采样深度以及鉴定结果统计见表2。

表2 篮式采样器和十字筐采样器采样结果统计

注：“—”表示湖库点位，无河宽值；“()”内为采样时间，下同。

3.2 分析与讨论

3.2.1 个体数和种类数分析

9个采样点中，有8个点位的十字筐采样器采集个数比篮式采样器多，见图3。十字筐采样器采集的种类数多于篮式采样器，见图4。物种数非参数检验(SPSS19.0)[10]结果表明，十字筐采样器和篮式采样器采集的种类数差异显著(z=-2.692，P=0.007<0.05)。

图3 篮式采样器与十字筐采样器采集密度对比图

图4 篮式采样器与十字筐采样器采集种类数对比图

3.2.2 群落差异性分析

对参与比对的2种采样器采样结果进行Jaccard相似性检验[9]，结果表明：同一采样点篮式采样器和十字筐采样器采集的物种相似性较差，多数点位物种相似性系数小于0.5。说明多数点位篮式采样器与十字筐采样器采集的样品群落构成存在较大差异，见表3。

表3 篮式采样器和十字筐采样器采集的物种相似性比较

江南屯左、肇源左位于松花江干流，底质均为泥沙，江南屯有少量石头，采样点周围无水草，生境较单一，虽然十字筐采样器提供了水草，但也无法采集到适合在水草生境里生活的物种。而篮式采样器虽然只有鹅卵石做基质，但采样点底质为泥沙环境，泥沙一样可以在篮式采样器里与鹅卵石共同构成小生境，因此这2个点位物种相似性较强。

同时对2个群落中各种类密度进行变异系数[11]计算，得到变异系数为97%～346%，说明各群落间密度差异很大。

3.2.3 十字筐采样器各基质采集效果差异分析

十字筐采样器中各种基质采集的种类数不同，总体上以石头基质种类数较多，草、泥和砂基质中表现的不一致，见表4。

表4 不同基质采集种类数统计表

这3种基质与石头基质比较，种类数增加情况见图5(a)、(b)、(c)。

由图5可见，草基质在各点位均有增加，泥和砂基质则无规律，某些点位有所增加，可能是由于石头基质里也会有泥沙存在的原因。但将这3种基质较石头基质增加的种类数统计绘图，见图5(d)，由图5(d)可见，各点位种类数均有不同程度的增加，种类数为3～7种，增加的百分比为30%～250%，变幅较大。表明增加采样基质有利于采集到更丰富的物种，更具代表性。

3.2.4 十字筐采样器适用性分析

在比对实验中发现，十字筐采样器适用于各种可涉河流、湖库静止水体的样品采集，也适用于不可涉的大江大河岸边采样。与传统的篮式采样器相比，十字筐采样器的底部有4个固着用的钢筋，且重量较大，所以更适合水流较急的河流采样；十字筐采样器具有4种基质，更适合多生境的样品采样，尤其是存在水生植物的区域，采集效果更好。十字筐采样器的局限性在于采集含沙量较大的河流或底质不稳定的区域，经过为期2周的孵育后，容易淤积泥沙，影响样品采集；同时，十字筐采样器较重，移动和收集不如篮式采样器方便。

图5 不同基质中种类增加图

在水流较急的河流使用十字筐采样时，要注意：①放置方向，最好将有卵石的一侧朝向河流上游；②安置在砂和底泥基质的垫网要做成网兜型，高度在采样器的三分之二左右，防止砂和底泥基质被冲散；③将水草用线绳固定在铁笼上，防止被冲走。

4 结论

十字筐采样器填装了鹅卵石、砂、底泥和水草等4种基质，增加了生境种类，为底栖动物提供了更为丰富的栖息环境，能采集到更多的底栖动物。与篮式采样器相比，十字筐采样器采集的底栖动物种类增加了30%～250%，采集到的生物量也有显著增加。十字筐采样器内的不同种基质采集的底栖动物种类存在差异，一般鹅卵石基质采集的底栖动物种类数比较多。松花江流域的7个采样点采样实践结果表明，十字筐采样器适合大型河流和湖泊的岸边采样，能采集到更具有代表性的样本。因此，在全国水生生物监测工作中推荐使用此采样器。

[1] 王业耀，阴琨，杨琦，等.河流水生态环境质量评价方法研究与应用进展[J].中国环境监测,2014,30(4):1-9.

[2] 阴琨，王业耀，许人骥.中国流域水环境生物监测体系构成和发展[J].中国环境监测,2014,30(5):114-120.

[3] HELLAWELL J M.Biological surveillance of rivers,a biological monitoring handbock[D].Stevenage:Water Research Centre,1978.

[4] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第四版增补版)[M].北京:中国环境科学出版社，2002:710-715.

[5] 周长发，归鸿，周开亚.中国蜉蝣目稚虫科检索表(昆虫纲)[J].南京师范大学学报：自然科学版，2003,26(3)：65-68.

[6] 周长发.中国大陆蜉蝣目分类研究(昆虫纲：蜉蝣目)[D].天津：南开大学,2005.

[7] MORSE J C,YANG L F,TIAN L X.Aquatic Insects of China Useful for Monitoring Water Quality[M].Nanjing:Nanjing Hohai University Press,1994.

[8] 刘月英，张文珍，王跃先，等.中国经济动物志 淡水软体动物[M].北京：科学出版社,1979.

[9] 齐钟彦，马绣同，王耀先，等.中国动物图谱 软体动物[M].北京：科学出版社,1985.

[10] 时立文.SPSS 19.0统计分析从入门到精通[M].北京：清华大学出版社,2012.

[11] 吴天乐.退化湿地恢复中土壤节肢动物的群落结构[J].南京林业大学学报：自然科学版,2011,35(2)：51-55.

Study on a Sampler for Benthic Macroinvertebrates in Fresh Water

LI Zhongyu1， SONG Nan1， ZHAO Ran1， CHEN Yang2， CHEN Jiahou3

1．Environmental Monitoring Central Station of Heilongjiang Province,Harbin 150056,China

2.Department of Urban Planning,University of Hong Kong,Pokfulam Road,Hong Kong 999077,China

3.Environmental Protection Agency of Heilongjiang Province,Harbin 150090,China

A cross sampler is a colonization passive sampler with four coboidal units. Cobblestones, sand, soil and grass were put into each unit when sampling. The sampler provides four different habits; it can collect more macroinvertebrates both in species and in quantities. Comparing with traditional basket sampler, a kind of cylinder cobblestone sampler, the cross sampler worked better during the collection in 7 place in Songhua River basin in practice. It was proved that the cross sampler was a good sampler and had a good performance in Songhua River basin, and was recommended to be used in whole China.

macroinvertebrate;sampler;Songhua river basin

2015-03-26;

2015-05-22

松花江流域水生态环境研究及国家生物监测应用试范项目

李中宇(1967-)，女，黑龙江哈尔滨人，学士，高级工程师。

陈家厚

X835.01

A

1002-6002(2016)02- 0116- 05