“十三五”期间洪泽湖底栖动物多样性调查及趋势分析

杨广利，王芹，杨子毅

(江苏省淮安环境监测中心，江苏 淮安 223001)

洪泽湖(118°10′～118°52′ E、33°6′～33°40′ N)属于平原浅水型湖泊，水域面积达1 597 km2，是中国五大淡水湖之一、江苏省第二大淡水湖，具有丰富的自然资源以及重要生态系统服务价值。作为苏北地区的重要水源地以及南水北调东线的重要调蓄库，洪泽湖水域生物在物质循环与水生生物链作用中扮演着重要角色，也是生态系统中不可或缺的一部分。而近年来受粗放式发展模式的影响，洪泽湖非法侵占水域，生物多样性、水体质量下降等生态环境问题较为严重[1]，削弱了洪泽湖生态服务功能的发挥，洪泽湖水生态系统健康遭受严重威胁。

底栖动物是水生态系统中的重要组成部分，同时也是监测环境健康状况与评价的重要指示物种[2]，有学者从底栖动物调查[3]、群落演替[4]、生物多样性[5]、生物完整性[6-9]等角度开展了研究，但针对中长时序底栖动物生态评价与变化趋势的研究相对较少。现利用“十三五”期间洪泽湖底栖动物监测数据，选取香农威纳指数(H′)评价洪泽湖底栖动物物种丰富程度，利用Goodnight-whitely修正指数(GBI)、生物学污染指数(BPI)、生物指数(BI)以及生物耐污敏感性指标(BMWP)数值对洪泽湖生态污染状况进行了分析，在此基础上构建广义线性模型对底栖动物多样性进行分析及预测[10]，为洪泽湖流域的合理开发利用与可持续发展提供基础资料。

1 研究方法

1.1 采样时间

2015—2020年每年春、秋季对各个点位进行一次采样。

1.2 采样点位

在洪泽湖共设置9个点位，分别为国控点6个(龙集镇北、成河乡中、临淮乡、老山乡、高良涧镇、蒋坝镇)，另增设3个点位(成河乡东、成河乡北、成河乡西)，具体监测点位示意见图1。

1.3 样品采集与处理

底栖动物的采集与分析均按照《水和废水监测分析方法》(第四版)进行。采样时使用开口为1/16 m2的采泥器采集4个样方，40目筛网筛洗后装入自封袋，4℃冷藏保存，并在一定时间内完成活体挑拣。挑拣出的个体用浓度为70%的乙醇溶液固定，在实验室进行分类鉴定和计数，并按湿重称量法测量生物量，对鉴定好的物种按照采样面积计算其密度。

1.4 数据处理与分析

采用香农威纳指数(H′)对底栖动物多样性进行评价，计算公式如下：

H′=-∑Pilog2Pi

(1)

式中：Pi——物种i所占点位总密度百分比。H′值的大小意味着群落多样性的高低，其值越大，物种多样性越高，反之多样性越低。

H′对应评价标准如下：H′>3，物种丰富；2

利用GBI、BPI、BI以及BMWP指数对洪泽湖生态状况进行评价，计算公式如下：

(2)

(3)

BI=∑(Ti)(Ni)/N

(4)

BMWP=∑Ti

(5)

式中：N——样品中底栖动物总数；Noli——样品中寡毛类总数；N1——寡毛类、蛭类和摇蚊幼虫个体数，个/m2；N2——多毛类、甲壳类、除摇蚊幼虫以外的其他水生昆虫的个体数，个/m2；N3——软体类个体数，个/m2；Ni——第i个分类单元的个体数，个；Ti——第i个分类单元的质量值，g。

GBI对应评价标准如下：0.4

BPI对应评价标准如下：BPI≤0.1，水质清洁；0.15.0，重污染。

BI对应评价标准如下：BI<5.40，水质极清洁；5.40≤BI<6.44，清洁；6.44≤BI<7.48，轻污染；7.48≤BI≤8.51，中污染；BI>8.51，重污染。

BMWP对应评价标准如下：BMWP≥43，水质极清洁；32≤BMWP<43，清洁；22≤BMWP<32，轻污染；11≤BMWP<22，中污染；BMWP<11，重污染。

通过广义线性模型方法构建生物指标与环境变量间的预测模型。采用Origin 8.0和Excel对底栖动物群落结构以及水环境因子进行统计，利用SPSS 20构建广义线性模型。

2 结果与分析

2.1 底栖动物种类组成及趋势分析

2015—2020年洪泽湖底栖动物主要种类组成见图2。由图2可见，2015年共发现底栖动物13种，其中软体动物门8种，环节动物门3种，节肢动物门2种；2016年共发现底栖动物9种，其中软体动物门4种，环节动物门3种，节肢动物门2种；2017年共发现底栖动物10种，其中软体动物门4种，环节动物门4种，节肢动物门2种；2018年共发现底栖动物5种，其中软体动物门1种，环节动物门2种，节肢动物门2种；2019年共发现底栖动物7种，其中软体动物门1种，环节动物门3种，节肢动物门3种；2020年共发现底栖动物22种，其中软体动物门7种，环节动物门7种，节肢动物门7种。2015—2020年底栖动物优势种均为河蚬。

图2 2015—2020年洪泽湖底栖动物主要种类组成

2015—2020年洪泽湖底栖动物、软体动物种类数变化趋势见图3。由图3可见，2015—2020年底栖动物种类数变化范围为5～22，其中2015—2017年种类数基本维持稳定，2018—2019年有所减少，2020年生物种类数增加。洪泽湖底栖动物种类数总体来说呈上升趋势。其中对水质要求较高的软体动物种类数在2015—2020年基本稳定。主要原因为“十三五”以来，江苏省和淮安市两级政府加强了洪泽湖生态环境保护，印发了《关于加强洪泽湖生态保护和科学利用的实施意见》《江苏省洪泽湖保护规划》等一系列政策文件。2020年以来，淮安市政府投入30亿元实施“两船”整治与渔民上岸工程。生态文明建设的刚性约束，大大降低了洪泽湖外源污染的输入，初步控制了农业面源污染，减少了渔业资源捕捞，丰富了生物多样性，使得底栖动物物种数在2020年有了较大幅度的提高。

图3 2015—2020年洪泽湖底栖动物、软体动物种类数变化趋势

2.2 底栖动物多样性分析

2015—2020年洪泽湖底栖动物生物多样性监测结果见表1。

表1 2015—2020年洪泽湖底栖动物生物多样性监测结果

由表1可见，2015—2020年底栖动物多样性在一般至较丰富之间，高良涧镇、临淮乡和成河乡西生物多样性趋好，蒋坝镇、成河乡中、成河乡西、成河乡北、龙集镇北、成河乡东生物多样性基本稳定。2018年有3个点位的生物多样性贫乏，推测原因可能与当年度干旱引起水位降低，物种多样性减少有关。

2.3 底栖动物水质评价

选用GBI、BPI、BI、BMWP 4种指数对各监测点位的水质状况进行评价，2015—2020年洪泽湖各点位指数变化情况见图4(a)(b)(c)(d)。

图4 2015—2020年洪泽湖各点位指数变化情况

由图4(a)可见，GBI指数法显示各监测点位在不同年度均处在清洁至轻污染之间，点位间和年度间变化均不大，龙集镇北在2017和2018年分别为中污染和严重污染等级；由图4(b)可见，BPI指数法显示多数点位在不同年度均处在轻污染至α-中污染之间，仅2018年在龙集镇北出现了β-中污染；由图4(c)可见，BI指数法显示多数点位在不同年度均处在清洁至轻污染之间，仅成河乡中(2019年)和龙集镇北(2018、2019年)个别年度为重污染；由图4(d)可见，BMWP指数法显示多数点位在不同年度均处在清洁至中污染之间，临淮乡(2019年)、成河乡中(2019年)和龙集镇北(2018、2019年)个别年度为重污染。总体而言，“十三五”期间洪泽湖污染状况介于清洁至轻污染之间，龙集镇北、成河乡中和临淮乡在2018—2019年评价结果出现1～2次重污染，可能与当年洪泽湖流域出现大面积干旱引起的物种种类数减少有关。成河乡东、成河乡西和成河乡北由于不是国控点位，2018—2020年以来未做采样分析，因此缺少相关数据。

凿出的这朵牡丹花，规模决不会比石佛小。可开凿石佛，是在光天化日之下，在群山之间，举嘉州全州之力，预备好的百年功业，哪怕是日后西巡成都的皇帝，也不敢奢望自己能有放舟岷江青衣江大渡河三江，得窥佛祖真容的一天，好在大唐千秋万代，子孙中总有一个陛下会有去揭幕剪彩的运气。工圣僧一行他老人家，带领着他的弟子们，凿空山腹，由实在的石头里，凿出子虚乌有的山洞，山洞里危危欲绽的牡丹花，牡丹花惟妙惟肖，好像在等待一只巨大的彩蝶，在火光里振翼飞来一般，这是如何做到的？

2.4 生物多样性趋势分析

2.4.1 模型构建

采用广义线性模型方法构建预测模型[11]来预测洪泽湖底栖动物生物多样性的变化趋势。底栖动物多样性指数作为应变量，水质理化变量pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷浓度作为模型的预测变量。

以底栖动物H′指数作为被预测变量，得到初步的预测模型如下：

Y=1.761-0.179X1+0.013X2+0.147X3+0.105X4-0.098X5+1.197X6

以底栖动物Simpson物种多样性指数(D)作为被预测变量，得到初步的预测模型如下：

Y=0.632-0.046X1+0.008X2+0.054X3+0.031X4+0.021X5+0.495X6

以底栖动物Pielou均匀度指数(J)作为被预测变量，得到初步的预测模型如下：

式中：X1——pH值；X2——溶解氧质量浓度，mg/L；X3——高锰酸盐指数，mg/L；X4——五日生化需氧量，mg/L；X5——氨氮质量浓度，mg/L；X6——总磷质量浓度，mg/L。

2.4.2 模型验证

使用2021年上半年对北京路水厂取水口、戴楼衡阳、洪金、淮河大桥等共8个点位的理化指标实际监测值代入预测模型，对洪泽湖底栖动物生物多样性进行预测，洪泽湖底栖动物多样性指数预测值与实际值对比结果见表2。

表2 洪泽湖底栖动物多样性指数预测值与实际值对比

由表2可见，D和J指数模型的预测值和实际值更接近，而H′指数模型的预测值与实际值相差较大。因此选择D与J指数模型进行进一步预测。

2.4.3 2025年生物多样性指数预测

高良涧镇、蒋坝镇和老山乡3个点位“十四五”末(2025年)的洪泽湖底栖动物生物多样性指数预测结果见表3。

表3 洪泽湖底栖动物生物多样性指数预测值

由表3可见，2025年预测值与2021年实际测量值基本持平，水质基本稳定，底栖动物生物多样性无明显变化。

3 结论

(1)2015—2020年洪泽湖底栖动物类群主要有软体动物门、环节动物门和节肢动物门，优势种均为河蚬，底栖动物种类数介于5～22种，2020年最多。从年度变化趋势来看，“十三五”期间底栖动物种类数略有波动，但总体上呈上升趋势，生物多样性有所改善。

(2)用4种指数方法对2015—2020年洪泽湖水质污染状况评价的结果基本一致，除龙集镇北点位以外，其他点位在不同年度水质污染状况均处在清洁至轻污染之间，时间和空间上变化均不大。龙集镇北在4种指数计算中结果为中污染至重污染，应引起足够重视。

(3)预测模型结果显示，“十四五”末(2025年)洪泽湖底栖动物生物多样性与2021年相比基本无变化，水质稳定。