龙子祠泉域底栖动物群落组成及水质生物学评价

时间：2024-05-25

韩明利，梁文明，张元，张大伟，崔松林

（1.山西省水产育种养殖科学实验中心，山西清徐 030400；2.山西省水产科学研究所，山西太原 030006）

龙子祠泉域为山西省19处岩溶大泉之一，位于山西省临汾市市区西南13km的西山山前，泉水出露于西山与临汾盆地交接处的坡积物中，大多以散流形式溢出地表，流向临汾盆地，汇入汾河。泉域水温较恒定，年变幅小于2℃，常年保持在17℃左右，泉水补给来源远而稳定[1]。龙子祠泉域内主要有跃进渠和母子河两条水系。跃进渠（又名“七一渠”）由青石砌成，穿村而过，水位深（平均水深超过1.5m），水流速度缓慢，水生植物较少；母子河为发源于龙子祠泉的自然溪流，由西向东最终汇入汾河。母子河水流较跃进渠缓，水位较浅，砂砾型底质，两岸分布大量水生植物，上游优势种群是篦齿眼子菜Potamogeton pectinatus，下游优势种群为空心莲子草Alternanthera Philoxeroides。母子河也穿村而过，沿河两岸还分布有水产养殖场及休闲餐饮场所。

多年来，龙子祠泉域水资源开发为临汾市经济和社会发展作出了积极贡献，如开采深井、泉域内煤炭开采、泉域周边的水产养殖业、农田灌溉、生活污水处理等。然而，随着经济社会的发展，泉域周边用水量与日俱增，泉水流量明显下降，尤其是水生态环境，如水生生物群落和生物多样性遭到严重破坏[2]。因此，泉域底栖动物资源调查为保护龙子祠泉域水环境及其水生生物多样性具有重要的意义。

底栖动物处于水生态系统食物链的中间环节，在能量流动和物质循环中起着重要的作用[3]，是海洋、江河流域、湖泊、岩溶泉域及水库水生态系统中的重要生物类群。底栖动物在底层摄食、掘穴及爬动，促进底泥中有机碎屑的分解，加速泥水界面的物质交换，起到净化水质的作用。与其他生物相比，多数底栖动物分布广、生活周期长、迁徙能力弱、易于采集和识别，是水质生物学评价中应用最广泛的一类生物[4,5]。目前底栖动物调查研究中，多为海域[6]、江河流域[7,8]、湖泊[9]及水库[10]，而岩溶泉域底栖动物调查研究却鲜有报道。

本研究于2016年5月20—26日和7月25—30日对龙子祠泉域底栖动物进行调查，研究龙子祠泉域母子河4个采样点底栖动物群落组成，利用Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener指数和Goodnight-Whitley生物指数等对这4个采样点的水质进行生物学评价，以期为龙子祠泉域水环境和水生生物保护提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域与采样点设置

在两条水系中，跃进渠较难进行底栖动物标准化采集，因此，本研究以母子河全段为调查区域。根据地理位置、水深、水流速、周边环境、水体透明度及人类活动密集程度等因素，从上游到下游沿母子河依次设置4个采样点：临汾水厂、鲟养殖场、官磑村和入汾河口采样点（图1）。用GPS定位各采样点坐标，记录地理位置及现场环境信息（表1）。

图1龙子祠泉域采样点位图Fig.1 Sampling sites in LongZiCi Karst Spring

临汾水厂采样点位于母子河最上游，主要是泥砂底质，水较浅，清澈见底，水流速度较快；鲟养殖场采样点底质上层为污泥，下层为砂，较上游水深，约40～50cm，周边散布有养殖场；官磑村采样点为砾砂底质，水质清澈见底，周边密布村落；入汾河口采样点位于母子河最下游，底质为较厚的污泥，水深约50～60cm，水质混浊，透明度不高。上述采样点中，前3个采样点水生植物优势种群是篦齿眼子菜Potamogeton pectinatus，入汾河口采样点水生植物优势种群是空心莲子草Alternanthera Philoxeroides。

1.2 底栖动物采集方法

用开口为30cm×30cm的苏泊网采集底栖动物，每个点每次随机采集3个平行样，采集面积共0.27m2。将采集的样品放入已编号的封口袋中，加入10%福尔马林溶液固定，带回实验室进一步挑拣、鉴定、分类、计数和称重。个体较大底栖动物，如腹足纲、蜻蜓目等用肉眼观察，小型底栖动物用解剖镜或显微镜观察鉴定；称重前，先用滤纸吸干样品表面残留固定液，用感量为0.0001g的电子天平称重，软体动物不去壳称重，对筑巢类水生昆虫去巢称重。

1.3 水质生物学评价指标

1.3.1 Margalef丰富度指数（d）[11]

d=（s-1）/InN，式中 s为物种种类数，N 为底栖动物个体总数。

表1采样点坐标及现场记录Tab.1 The coordinates of sampling sites and field records

1.3.2 Shannon-Wiener指数（H）[12]

1.3.3 Goodnight-Whitley生物指数（GBI）[13]

上述3种指数对水质评价的标准见表2。

表2 3种指数水质评价标准Tab.2 Criteria of three indices of water quality evaluation

1.3.4 敏感种生物指数[14]：

敏感种生物指数水质评价标准为：60以上为正常值；10～60为中度污染；10以下为重度污染。

2 结果与分析

2.1 群落组成

本次调查共采集底栖动物4门7纲30属（种）(表3)，其中，节肢动物门2纲：昆虫纲和甲壳纲，共有16属（种）；软体动物门2纲：腹足纲和瓣鳃纲，共有9属（种）；环节动物门2纲：寡毛纲和蛭纲，共4属（种）；扁形动物门仅涡虫纲1纲，1属（种）。节肢动物门、软体动物门、环节动物门和扁形动物门底栖动物种类数占总种类数比例分别为53.33%、30.00%、13.33%和3.33%。昆虫纲和环节动物门寡毛纲个体数量最多，软体动物总生物量最高（图2）。在4个采样点中，在临汾水厂采集到18属（种），其中昆虫纲种类最多，有10属（种），占55.60%；鲟养殖场采集到16属（种），其中软体动物占37.50%；官磑村采集到16属（种），软体动物和节肢动物分别占37.50%和43.75%；入汾河口采集到8属（种），寡毛纲数量最多，占60.00%。

4个采样点中，官磑村采集到的底栖动物个体数最多（3 290.74头/m3），总生物量最高（89 244.81 mg/m3）；鲟养殖场次之；入汾河口底栖动物个体数（138.39 头 /m3），总生物量最低（2 115.56mg/m3）；临汾水厂底栖动物个体数相对较多，但个体较小，其总生物量较低（图3）。

2.2 水质评价结果

图2 龙子祠泉域7纲底栖动物各类群的总生物个体数和总生物量Fig.2 The total biological individuals and total biomass of each group of zoobenthosin seven classesin LongZiCi Karst Spring

图3 龙子祠泉域4采样点底栖动物总个体数和总生物量Fig.3 The total number of individuals and total biomass of zoobenthos in four sites in LongZiCi Karst Spring

由表4可知，4个采样点Margalef丰富度指数均在2.0到3.0范围内，表明水质受到了轻度污染；Shannon-Wiener指数均小于1，据此判断水质受到了重度污染；Goodnight-Whitley生物指数表明，鲟养殖场和入汾河口受到中度污染，而临汾水厂和官磑村水质相对清洁；敏感种生物指数表明，临汾水厂和官磑村受到中度污染，而鲟养殖场受到重度污染，入汾河口未采集到蜉蝣目和石蛾类，数值为0。根据现场环境和水质生物学评价指标综合判断，临汾水厂和官磑村为中度污染，鲟养殖场和入汾河口为重度污染。

3 讨论

3.1 水环境对底栖动物群落结构的影响

官磑村水质较好，底质主要为砾砂型。有研究报道，粗砂和细砂底质水体通常底栖动物生物量最低，而砾砂底质生物量最高[15]。France对加拿大11个湖泊的比较研究表明，砾砂型底质对底栖动物现存量的贡献很高[16]。上游有些养殖户养殖废水中的残饵、有机碎屑等顺流而下，为该处底栖动物提供了丰富的食物来源。因此在4个采样点中，官磑村底栖动物个体总数和总生物量最高。

表3龙子祠泉域各采样点采集底栖动物种类名录Tab.3 Composition and distribution of zoobenthos in each sampling site in LongZiCi Karst Spring

调查期间发现，鲟养殖场上游还有诸多休闲餐饮场所，生活废水与养殖废水中的残饵等有机碎屑为底栖动物提供了丰富食物来源，不可避免地污染了水体。该采样点底质上层为黑色污泥，下层为砂。这可能是该采样点底栖动物个体总数和总生物量少于官磑村采样点的主要原因。

表4 水质生物学评价指数结果Tab.4 The results of biological assessment of water quality

临汾水厂处于龙子祠泉源头，母子河最上游，水产养殖户较少，水体中营养物质含量较少，水流速度快，因此该处底栖动物个体总数和总生物量较低。

入汾河口采样点底栖动物个体数和总生物量最少，主要与该处地理位置和水环境有关。入汾河口位于母子河下游最末端，上游各种污染物以不同方式进入水体，超出了水体自净能力，底质为较厚的淤泥，呈现富营养化。底栖动物多样性和丰富度随底质稳定性和有机物增加而增加，但有机质过于丰富反而会导致水体缺氧，底栖动物丰富度下降[15]。

临汾水厂、鲟养殖场和官磑村采样点的水生植物主要是沉水植物篦齿眼子菜，而入汾河口采样点主要是挺水植物空心莲子草。自然状态下，空心莲子草在富含有机质（如生活污水）的环境中生长快、种群数量大、长势旺盛，在一定程度上也能起到净化水质的作用，但该采样点因污染严重，水体透明度较低，水生植物生态型主要是挺水植物，沉水植物稀少，缺少了沉水植物作为必要的躲避及摄食场所，影响了底栖动物生存。

3.2 水质生物学评价

4个采样点的Margalef丰富度指数均在2.0～3.0范围内，表明该泉域受到了轻度污染，评价结果与实际状况不符。该指数只与底栖动物数量和种类数有关，与采样面积和生物量无关。虽然该指数能用于评价区域物种丰富度和水质状况，能较客观地反映水体污染状态和水质变化情况[17]，但是不符合该泉域水环境评价。

Shannon-Wiener指数在0.5～1.0范围内，表明该泉域这4个采样点都受到了重度污染，这与实际环境状况不符。在底栖动物采集过程中，受地理位置选择和采集工具的局限，不可避免地会有一部分底栖动物被遗漏。在底栖动物鉴定过程中，由于岩溶泉域的一些底栖动物个体较小，挑拣时也难免遗漏，而且部分底栖动物很难鉴定到种。如果忽略种间个体数量对底栖动物群落多样性贡献的差异显然不合理[18]。颜京松等[19]应用不同生物指数评价甘肃境内黄河干支流枯水期水质时也曾提出，Shannon-Wiener指数用于反映水体污染状况不够精确。

Goodnight-Whitley生物指数分析表明，临汾水厂和官磑村采样点水质清洁，与实际情况不符，而鲟养殖场采样点和入汾河口采样点污染较严重，与实际情况相符。Goodnight-Whitley生物指数（GBI）主要运用颤蚓类与底栖动物总数的比值来作评价。颤蚓类属环节动物寡毛类，生活于淤泥中，能耐受有机物污染引起的缺氧环境，而且个体较粗大，生活相对固定，常被人们作有机物污染指示生物。临汾水厂和官磑村采样点颤蚓类数量偏少，而鲟养殖场和入汾河口采样点底质为淤泥，颤蚓类数量比较丰富，尤其在鲟养殖场采样点。

敏感种生物指数分析表明，临汾水厂和官磑村采样点水质为中度污染，鲟养殖场和入汾河口采样点为重度污染，该评价结果与实际情况最为贴切。敏感种生物指数主要借助蜉蝣目和石蛾类在底栖动物总数中的比例来评价水质。蜉蝣目和毛翅目（石蛾类属于毛翅目）对水质污染均较敏感[20]，在污染水体中存活量减少甚至消失。临汾水厂位于母子河上游，污染源较少；官磑村位于鲟养殖场下游，养殖户少，该处篦齿眼子菜较多，底质也较好，有大量螺蚌，净化水质的作用较大，所以官磑村采样点水质为中度污染。上述两个点蜉蝣目和石蛾类底栖动物较多。虽然鲟养殖场采样点也有大量篦齿眼子菜和大量腹足纲（主要是螺），但该点附近分布有养殖户，水产动物排出大量粪便、残饵的自然分解超出了水体的自净能力范围，污染较为严重，蜉蝣目和石蛾类底栖动物很少。而入汾河口采样点没有采集到蜉蝣目和石蛾类，因为该点位于母子河最下游，上游及周边大量污染物进入，超过了水体自净能力，造成该处污染尤为严重。