阿什河底栖动物群落特征及影响因子

赵 然，顾 平，刘 允

1．黑龙江省环境监测中心站，黑龙江 哈尔滨 150056 2．中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

阿什河是松花江右岸的一级支流，于哈尔滨市东郊汇入松花江。河流全长为213 km[1]，沿岸曾经遍布植物，水草肥美，对提高城市生态效应、防风固沙、保护植物多样性都有着非常重要的作用，被称为哈尔滨东部的绿色长廊。20世纪90年代初期，东北粗放型的经济增长导致上游小作坊工业废水、畜禽养殖废水、沿岸村镇生活污水及农业面源污水等未经处理直接排入河中，仅有的2座污水处理厂远不能达到处理需求，阿什河中下游地区沿岸带面目全非，成为松花江干流的主要污染源，严重影响着两岸的生态环境[2]，阿什河全境包含了从Ⅰ类到劣Ⅴ类各种类型水质。作为黑龙江省内唯一存有劣V类水质断面的主要河流，阿什河一直受到环保及科研部门的高度关注。

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[3]，作为水生态系统的重要初级消费者，其群落分布及种群构成能够反映水质的相对状态，对其开展相关研究，对了解水生态系统的结构和功能具有重要的意义[4]。因其具有物种丰富、分布广泛、生活周期长、迁徙能力差、生存场所固定、生活习性稳定、相对易于采集及对生境变化的敏感性较高等优势[5]，常将其作为水生态系统监测的重要生物类群对象，其群落结构组成及分布状况是水生态系统健康与否的重要生物指示器[6-8]。

研究通过调查阿什河底栖动物群落构成，分析水化学因子对其分布规律的影响，找出同一生物区系不同水环境状况下影响生物群落构成的主要限制因子，为以生物方式评价阿什河水质状况，并以此为基础从生物学角度提出阿什河治理方法提供技术依据。

1 研究方法

1.1 采样点设置

根据阿什河理化现状、污染特征及水生生物群落生长主要影响因子等，结合阿什河流域的实际情况，从上游至下游设置5个监测断面，分别为三号桥、西泉眼水库下(上游人为干扰较小的清洁断面)、交界镇、伏尔加庄园(中游人为干扰逐渐加大的过度断面)、先锋路(下游人为干扰较大的劣Ⅴ类断面)。

1.2 底栖动物和水样采集与分析

2016年8、9月对5个采样点的底栖动物和水样进行了2次采集。水样和底栖动物采集、保存和分析分别参照《水和废水监测分析方法(第四版增补版)》[9]和《河流水生态环境质量监测技术指南》(试行版)的要求进行。采样点信息见表1，具体分布如图1所示。

表1 采样点信息Table 1 The information of sampling position

图1 采样点分布图Fig.1 The distribution diagram of sampling point

底栖动物鉴定依据现有分类资料，除双翅目、半翅目鉴定到科级外，其他鉴定到属级。

化学需氧量(CODCr)、高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)等水化学指标数据分析方法及水质标准参照《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)[10]。

生物群落与环境因子间的关系采用典范对应分析(CCA)，分析过程运用Canoco for Windows 4.5软件和Canodraw 4.5[11]，其中生物数据采用log(x+1)进行转换以符合正态分布。

2 结果与讨论

2.1 群落组成

5个监测断面共采集、鉴定出底栖动物97个分类单位(物种名录见附录A)，其中水生昆虫EPT物种41种，占42.3%；水生昆虫其他物种29种，占29.9%；软体动物14种，占14.4%；甲壳动物2种，占2.1%；环节动物10种，占10.3%(图2)。总体上水生昆虫分布广，种类和数量多，是多数断面的优势类群。源头以指示清洁的襀翅目、蜉蝣目和建巢毛翅目种类占绝对优势；中游多以蜉蝣目和毛翅目的种类为优势种；软体动物分布较广泛，甲壳动物和环节动物种类较少。下游纳污河段以耐污染的环节动物为优势类群，其他物种极少分布。

图2 阿什河底栖动物群落结构Fig.2 The structure of macroinvertebrate communities in the Ashi River

2.2 影响底栖动物群落的环境因子

底栖动物群落数据的云趋势对应性分析(DCA)表明第一轴梯度长度为2.838个单元的标准方差，9个样品的DCA排序及分析结果显示，第二轴的特征值为0.707，低于第一轴的特征值0.973，最高梯度长度值为3.892个单元标准方差，说明这些数据的单峰响应模型对分析结果的反应显著，可以用于下一步的CCA分析中。

采用蒙特卡洛置换测试(Monte Carlo permutation test)对水质理化指标进行显著性检验，结果表明CODMn、总磷(TP)浓度和溶解氧(DO)浓度被认定为在此研究区域内，对底栖动物群落结构影响作用最为明显的3种理化参数(P<0.01)。表2中具有很高的λ1/λ2值的均为该次分析中的显著因子。

表2 CCA分析中理化参数的显著性测试Table 2 Significance testing of physical and chemical parameters in CCA

注：λ1/λ2 为第一轴和第二轴特征值的比值。

重金属全程均未检出，农药残留(如仲丁威、草达灭等)仅在下游微量检出，故未进行相关性分析。

CCA分析中每一个带有箭头的线段表示的是环境因子，向量的长度表示环境因子在主轴上的作用，箭头所在象限表示环境因子与排序轴的正负相关性，箭头在排序轴上垂线的长度表示相关性的大小，同时箭头与排序轴的夹角越大，相关性越小。

图3为断面和理化因子的相关性关系排序图。

注：1～9表示8、9月对应的5个断面，1和2代表8、9月的三号桥断面，依此类推，9代表2016年9月的先锋路断面。图3 典范对应分析结果(环境变量与采样点)Fig.3 The results of canonical correspondence analysis (environmental variables and sample points)

由图3可以看出，排序轴根据各断面种类分布状况及其断面的理化因子的变化，将所有断面大体分为3个区域，其中位于上游清洁区域的三号桥断面在8、9月的样品和西泉眼水库下断面8月的样品分析结果显示与DO呈显著的正相关关系，与有机物和营养盐呈负相关；伏尔加庄园断面9月的样品分析结果显示与营养盐和有机物都有很强的正相关关系；其他各个样品与所有理化因子均有一定的相关性，但相关关系不显著，只有8月的交界镇断面与DO有较为显著的正相关关系。

图4为物种和理化因子的CCA排序结果。

注：拉丁文缩写表示用于分析的底栖动物种类代码。图4 典范对应分析结果(环境变量与种类)Fig.4 The results of canonical correspondence analysis (environmental variables and varieties)

由图4可以看出，根据营养盐分布情况，种类大体分成4组(C1～C4)，其中C1组尾鳃蚓属与TP有较强的相关性；C2组的丝蟌属、网基色蟌属和吻蛭属3个种类与CODMn、NH3-N和TP均有较强的正相关关系，表明丰富的营养盐给这些耐污物种提供了充足的养料，促进了其种群发育；C3组与所有对种群有较大影响的理化参数的相关关系不显著，理化参数对其种群分布的影响较小，只有环棱螺属与CODMn有一定的正相关关系；C4类群中种类多为毛翅目和蜉蝣目的清洁指示物种(如短脉纹石蛾属、锯形蜉属等)，与DO有很强的正相关关系，与其他理化参数都呈显著的负相关关系，表明清洁指示物种对水体中DO的充足与否和其他污染物质含量均反映出较强的敏感性。

通过分析西泉眼水库下、交界镇、阿什河口内3个断面2014—2016年水质历史数据发现，3年中上述断面监测指标数值除BOD5、NH3-N略有下降外，其他指标均呈小幅波动趋势，水质基本稳定，因此可以断定底栖动物呈现出的状态为水质长期较为稳定条件下的作用结果。

综上所述，从种群空间分布与理化指标的关系中可以看出，上游三号桥和西泉眼水库下断面水质为Ⅰ～Ⅱ类水质，随DO升高清洁指示种群丰富度有所上升。下游污染区域，有机污染物(特别是好氧污染物质)增加，DO降低，清洁物种逐渐消失，与营养盐和有机物有很强的正相关关系的相对耐污物种逐渐占据优势地位。

从种类分布和理化因子相关性中发现，相对清洁种类也与DO表现出很强的正相关关系。由此断定反映水体好氧有机污染程度的DO和CODMn指标为影响阿什河底栖动物群落结构最为明显的主要限制因子。

3 结论

通过对阿什河沿线5个监测断面的大型无脊椎底栖动物调查，共发现大型无脊椎底栖动物97个分类单位，水生昆虫是多数断面的优势类群。种群空间变化差异显著，种群与环境相关性分析结果表明，DO和CODMn是影响阿什河大型无脊椎底栖动物种群构成的主要限制因子。

建议加大阿什河下游污染地区好氧有机污染物的治理力度，此举将有效改善阿什河水质，进而提高水生态环境质量。