基于大型底栖动物的菜子湖水体污染评价

http://www.paper.edu.cn -1- 中国科技 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 在线 基于大型底栖动物的菜子湖水体污染 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 1 徐小雨 1，周立志 1，朱文中 2，许仁鑫 1 1安徽大学生命科学学院生物多样性与湿地生态研究所，合肥（230039） 2安徽省安庆沿江湿地自然保护区，安徽 安庆（246001） E-mail: zhoulz@ahu.edu.cn 摘 要：为了揭示人为扰动对菜子湖水质的影响，我们于 2008 年 7 月-2009 年 6 月对菜子 湖三个湖区的大型底栖动物的种类组成和密度进行了调查，采用 Goodnight-Whitley（GI） 指数、生物学污染指数（BPI）、Hilsenhoff 生物指数（FBI）等三种指数对不同养殖区的水 体污染状况进行了评价。共记录到大型底栖动物 28 种，白兔湖、菜子湖、嬉子湖大型底栖 动物的密度分别为 73.2 ind./m2、38.6 ind./m2、69.1 ind./m2。白兔湖青鱼、鳙鱼、中华绒螯蟹 混养区的 GI、BPI、FBI 指数评价结果分别为清洁、轻中污染、中度污染，菜子湖鳙鱼、中 华绒螯蟹混养区和草鱼、鲢鱼、中华绒螯蟹混养区分别为轻度污染、轻中污染、中度污染， 嬉子湖天然捕捞区和鳙鱼、鲢鱼、青鱼混养区分别为中度污染、轻中污染、严重污染。嬉子 湖水体污染程度高于白兔湖和菜子湖，白兔湖和菜子湖水体污染状况相似。三种评价指数以 FBI 较为敏感，对水体污染状况的区分度较高，建议在水体污染评价时采取多种生物指数进 行综合评价。 关键词：大型底栖动物；水体污染评价；菜子湖 1 引 言 大型底栖动物是湖泊生态系统的重要组成部分，不同种类的大型底栖动物对污染的耐受 能力不同，因而在污染程度不同的水体中，其种类的组成不同[1]。湖泊水环境的改变会导致 敏感种和耐污种的比例发生变化，从而使得大型底栖动物群落结构产生变化[2]。这类动物由 于迁移能力有限，活动场所比较稳定[3-4]，因此常作为环境指示生物，并通过其群落特征来 反映湖泊水质的时空变化。 近年来，长江中下游地区经济迅速发展，湖泊生态系统受到渔业养殖、水利 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 、围垦、 工农业污染等各种干扰的影响，水质状况不断恶化[5-7]。菜子湖是长江中下游地区具有代表 性的浅水型湖泊之一，20 世纪 90 年代以来，湖区内围网养殖强度逐渐增大，沉水植被大量 减少，加之周边农田的农药、化肥随水土流失进入湖区，水环境污染不容忽视[8]。 为了了解菜子湖水体污染状况，我们于 2008 年 7 月-2009 年 6 月在安庆菜子湖，对大 型底栖动物进行了调查，利用生物指数法对湖泊水体污染现状进行了评价，以期为湖泊生态 系统的保护提供基础资料。 2 研究区域概况 菜子湖位于长江北岸，大别山东南侧，地处安徽省安庆市、枞阳县和桐城县交界处，地 理位置为东经 117°01′-117°10′，北纬 30°45′-30°56′，平均海拔 9.1m，平均水深 1.67m，系浅 水型漫滩湖泊。由菜子湖、白兔胡、嬉子湖 3 个彼此通连的湖泊组成，湿地平水面积 16667 hm2，丰水面积 24230 hm2 ，枯水面积 14520hm2。其中，嬉子湖南端建有拦水坝，枯水期 保持水深约一米，白兔湖和菜子湖湖水通过枞阳闸与长江连通，枯水季节湖水排入长江。 菜子湖渔业资源丰富，自 20 世纪 90 年代开始发展渔业养殖，养殖密度较高，沉水植被 和大型底栖动物等渔业资源破坏严重。其中以嬉子湖发展较早，白兔湖和菜子湖较晚。嬉子 湖南端建有拦水坝，泥沙输入受阻，造成泥沙大量淤积，湖底沉积物深度约 20-30cm，部分 1本课题得到安庆市中国-欧盟生物多样性示范项目（00056783）；安徽大学人才队伍建设项目的资助 http://www.paper.edu.cn -2- 中国科技论文在线 湖区可达 40cm，水文环境受到一定影响。 3 研究方法 3.1 样点设置及样品采集 于 2008 年 7 月-2009 年 6 月对菜子湖三个湖区的 49 个样点进行了大型底栖动物进行了 七次调查。为客观评价各个养殖区的水体污染状况，共选取了 35 个采样点。其中，在白兔 湖青鱼、鳙鱼、中华绒螯蟹混养区选取 8 个采样点（BT1-8）；菜子湖选取 15 个采样点 （CZ1-15），其中 CZ1-CZ9 以鳙鱼、中华绒螯蟹混养为主，CZ10-15 以草鱼、鲢鱼、中华 绒螯蟹混养为主；嬉子湖选取 12 个采样点（XZ1-12），其中 XZ1-3 为天然捕捞区，其余属 于鳙鱼、鲢鱼、青鱼混养区（图 1）。采样时间分别为： 2008 年 7 月、2008 年 9 月、2008 年 11 月、2008 年 12 月、2009 年 3 月、2009 年 5 月、2009 年 6 月。 利用面积为 1/16 m2的改良彼得生采泥器采集底泥，每个样点重复采集两次。利用分样 筛在水中冲洗底泥，洗净后用镊子收集大型底栖动物，将样品保存于 50ml 样品管中，加入 适量 75%乙醇固定，室内对标本进行鉴定、数量统计，最后将每个样点的个体数量换算成 单位面积上的密度(ind·m-2)。 嬉子湖 XZ1-3 为天然捕捞区，XZ4-12 为鳙鱼、鲢鱼、青鱼混养区；菜子湖 CZ1-CZ9 以鳙鱼、中华绒螯蟹 混养为主，CZ10-15 以草鱼、鲢鱼、中华绒螯蟹混养为主；白兔湖各点均以青鱼、鳙鱼、中华绒螯蟹混养 为主。 X1-3: Non-aquaculture zones, XZ4-12: Polyculture zones for black, bighead crap and silver carp. CZ1-CZ9: Polyculture zones, for crab and bighead crap, CZ10-15: Polyculture zones for crab, grass carp and silver carp. All sampling sites were in polyculture zones for crab, black and bighead crap in Baitu Lake 图 1 菜子湖采样点 Fig. 1 Sampling sites in Caizi Lake 3.2 数据处理 在 Excel (Microsoft 2003)软件中对数据进行整理，计算各个湖区大型底栖动物的密度。 http://www.paper.edu.cn -3- 中国科技论文在线 湖泊中大型底栖动物的种类组成不仅受到污染的影响，还受到其他非污染因子的影响，单一 的生物指数难以科学的反映水体污染状况[10]，因此我们采用 Goodnight-Whitley 指数、生物 学污染指数（BPI）、Hilsenhoff 生物指数等三种水体污染评价方法对菜子湖不同采样点的 水质现状进行评价，并计算每个湖区中每种指数各自的平均值。 Goodnight-Whitley 指数（GI）GI=（颤蚓类个体数/底栖动物总个数）×100 %。 评价标准：GI>80 %为水体重度污染；GI=50 %～80 %为中度污染；GI=30 %～50 %为 轻度污染，GI<30 %为清洁水[11]。 生物学污染指数（BPI）（Biology Pollution Index）， BPI=lg（N1+2）/ [lg（N2+2）+lg(N3+2)], 式中：N1 为寡毛类、蛭类和摇蚊幼虫个体数（ind./m2）；N2 为多毛类、甲壳类、除摇蚊幼 虫以外的其他水生昆虫的个体数（ind./m2）；N3 为软体类个体数（ind./m2）。评价标准： 评价标准：BPI<0.1 为清洁；0.1～0.5 为轻污染；0.5～1.5 为 β 中污染（轻中污染）；1.5～ 5 为 α 中污染（重中污染）；BPI>5 为重污染[11]。 Hilsenhoff 生物指数， FBI=∑ = s i 1 (ai)(ni)/N, 其中 ai为第个分类单元(科或属)的耐污值, ni 为第 i 个分类单元个体数, N 为总个体数，S 为种类数[12]。耐污值参考王建国[13]（2003）和 王备新[14]（2004）。评价标准：0.00～3.75 为极清洁；3.76～4.25 为很清洁；4.26～5.00 为 清洁；5.01～5.75 为一般；5.76～6.5 为轻度污染；6.51～7.25 为中度污染；7.26～10 为严重 污染。 4 结果 4.1 种类组成 本次调查共发现大型底栖动物 28 种，白兔湖共采集到大型底栖动物 25 种，其中环节动 物 5 种，节肢动物 7 种，软体动物 13 种；菜子湖共调查到大型底栖动物 21 种，其中环节动 物 4 种，节肢动物 4 种，软体动物 13 种；嬉子湖共发现大型底栖动物 19 种，其中环节动物 4 种，节肢动物 8 种，软体动物 7 种（附表）。 白兔湖、菜子湖、嬉子湖大型底栖动物的密度分别为 73.2 ind./m2、38.6 ind./m2、69.1 ind./m2。其中，白兔湖和菜子湖中均以软体动物的密度最大，分别为 44.1 ind./m2、23.3 ind./m2， 嬉子湖以节肢动物的密度最大，为 48.0 ind./m2（图 2）。 12.1 12.5 19.517.0 2.8 48.0 44.1 23.3 1.6 0 10 20 30 40 50 60 白兔湖 Baitu Lake 菜子湖 Caizi Lake 嬉子湖 Xizi Lake 密 度 D en sit y 环节动物 Annelida 节肢动物 Arthropoda 软体动物 Mollusca 图 2 三个湖区大型底栖动物的密度（ind./m2） Fig.2 Density（ind./m2）of macrozoobenthos in the three lake regions http://www.paper.edu.cn -4- 中国科技论文在线 4.2 水体污染评价 菜子湖鳙鱼、中华绒螯蟹混养区和草鱼、鲢鱼、中华绒螯蟹混养区采样点的 GI 生物指 数评价结果多为清洁或轻度污染；BPI 生物指数评价结果为轻中污染或轻污染；FBI 生物指 数评价结果多为中度污染或重度污染（表 1）。 白兔湖青鱼、鳙鱼、中华绒螯蟹混养区采样点的 GI 生物指数评价结果为清洁或轻度污 染；BPI 生物指数评价结果均为轻中污染；而 FBI 生物指数评价结果中包括了一般、轻度污 染、中度污染、严重污染等四个等级（表 2）。 嬉子湖天然捕捞区和鳙鱼、鲢鱼、青鱼混养区采样点的 GI 生物指数评价结果均为轻度 污染或中度污染；BPI 生物指数评价结果为轻中污染或重中污染；FBI 生物指数评价结果均 为重度污染（表 3）。 对比三个湖区中 GI、BPI、FBI 生物指数，嬉子湖中三种生物指数均大于白兔湖和菜子 湖，白兔湖和菜子湖中三种生物指数均较为接近，结果表明嬉子湖污染程度大于白兔湖和菜 子湖，白兔湖和菜子湖水体质量较为接近（图 3）。 表 1 菜子湖各样点的生物指数和水体污染评价 Table 1 Biological index and water quality of each sampling sites in Caizi Lake 养殖区 菜子湖 GI 生物指数 污染等级 BPI 生物指数 污染等级 FBI 生物指数 污染等级 Zones Caizi Lake Goodnight-Whitley Index Water quality Biology Pollution Index Water quality Hilsenhoff Index Water quality CZ1 35% 轻度污染 0.62 轻中污染 5.88 轻度污染 CZ2 36% 轻度污染 0.64 轻中污染 7.14 中度污染 CZ3 38% 轻度污染 0.78 轻中污染 8.11 严重污染 CZ4 35% 轻度污染 1.16 轻中污染 7.69 严重污染 CZ5 12% 清洁 0.73 轻中污染 6.44 中度污染 CZ6 46% 轻度污染 0.58 轻中污染 7.62 严重污染 CZ7 40% 轻度污染 0.86 轻中污染 8.28 严重污染 CZ8 26% 清洁 0.94 轻中污染 7.21 中度污染 鳙鱼、河蟹 混养区 Polyculture zones for crab and bighead crap CZ9 32% 清洁 0.43 轻中污染 5.77 轻度污染 平均值 Mean 33% 轻度污染 0.75 轻中污染 7.13 中度污染 CZ10 44% 轻度污染 0.88 轻中污染 7.06 中度污染 CZ11 71% 中度污染 0.99 轻中污染 8.67 严重污染 CZ12 47% 轻度污染 0.85 轻中污染 6.61 中度污染 CZ13 100% 重度污染 1.23 轻中污染 10.00 严重污染 CZ14 0% 清洁 0.18 轻污染 5.65 轻度污染 草鱼、鲢鱼、河蟹 混养区 Polyculture zones for crab，grass carp and silver carp CZ15 0% 清洁 0.18 轻污染 5.08 一般 平均值 Mean 44% 轻度污染 0.72 轻中污染 7.18 中度污染 http://www.paper.edu.cn -5- 中国科技论文在线 表 2 白兔湖各样点的生物指数和水体污染评价 Table 2 Biological index and water quality of each sampling sites in Baitu Lake 养殖区 白兔湖 GI 生物指数 污染等级 BPI 生物指数 污染等级 FBI 生物指数 污染等级 Zones Baitu Lake Goodnight-Whitley Index Water quality Biology Pollution Index Water quality Hilsenhoff Index Water quality BT1 15% 清洁 0.56 轻中污染 5.11 一般 BT2 10% 清洁 0.52 轻中污染 5.78 轻度污染 BT3 15% 清洁 0.71 轻中污染 7.31 中度污染 BT4 46% 轻度污染 0.99 轻中污染 8.85 严重污染 BT5 33% 轻度污染 0.77 轻中污染 7.74 严重污染 BT6 14% 清洁 0.79 轻中污染 7.68 严重污染 BT7 19% 清洁 0.55 轻中污染 6.66 轻度污染 青鱼、鳙鱼、河蟹 混养区 Polyculture zones for crab, black and bighead crap BT8 11% 清洁 0.88 轻中污染 7.18 中度污染 平均值 Mean 20% 清洁 0.72 轻中污染 7.04 中度污染 表 3 嬉子湖各样点的生物指数和水体污染评价 Table3 Biological index and water quality of each sampling sites in Xizi Lake 养殖区 嬉子湖 GI 生物指数 污染等级 BPI 生物指数 污染等级 FBI 生物指数 污染等级 Zones Xizi Lake Goodnight-Whitley Index Water quality Biology Pollution Index Water quality Hilsenhoff Index Water quality XZ1 41% 轻度污染 1.56 重中污染 8.69 严重污染 XZ2 59% 中度污染 1.70 重中污染 9.33 严重污染 天然捕捞区 Non-aquaculture zones XZ3 68% 中度污染 1.14 轻中污染 9.62 严重污染 平均值 Mean 56% 中度污染 1.47 轻中污染 9.21 严重污染 XZ4 41% 轻度污染 1.16 轻中污染 8.30 严重污染 XZ5 66% 中度污染 1.24 轻中污染 9.41 严重污染 XZ6 69% 中度污染 1.17 轻中污染 9.05 严重污染 XZ7 60% 中度污染 1.65 重中污染 8.49 严重污染 XZ8 38% 轻度污染 1.60 重中污染 8.67 严重污染 XZ9 52% 中度污染 1.88 重中污染 9.03 严重污染 XZ10 56% 中度污染 1.22 轻中污染 9.34 严重污染 XZ11 43% 轻度污染 1.16 轻中污染 8.58 严重污染 鳙鱼、鲢鱼、 青鱼混养区 Polyculture zones for black，bighead crap and silver carp XZ12 64% 中度污染 1.41 轻中污染 9.40 严重污染 平均值 Mean 54% 中度污染 1.39 轻中污染 8.92 严重污染 20% 37% 55%0.72 0.74 1.41 7.04 7.15 9.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 白兔湖 Baitu Lake 菜子湖 Caizi Lake 嬉子湖 Xizi Lake 生 物 指 数 B io lo gi ca l i nd ex G.I生物指数 Goodnight-Whitley Index BPI生物指数 Biology Pollution Index FBI生物指数 Hilsenhoff Index 图 3 菜子湖大型底栖动物的生物指数 Fig.3 Biological index of macrozoobenthos in Caizi Lake 5 讨论 一般认为，在清洁的水中大型底栖动物的种类较多，当水体受到污染时，大型底栖动物 http://www.paper.edu.cn -6- 中国科技论文在线 中的环境敏感种的种类逐渐减少，而耐污种的种类和数量增多，并逐渐成为优势种[15]。本 研究中，白兔湖和菜子湖软体动物均有 18 种，嬉子湖仅有 7 种，同时，软体动物在白兔湖 （44.1 ind./m2）和菜子湖（23.3 ind./m2）中的密度远大于嬉子湖（1.6 ind./m2），而节肢动 物在嬉子湖中的密度（48.0 ind./m2）大于白兔湖（17.0 ind./m2）和菜子湖（2.8 ind./m2）， 说明白兔湖和菜子湖的水体环境优于嬉子湖。 从 GI 指数的评价情况来看，嬉子湖为中度污染，白兔湖为清洁，菜子湖两种不同养殖 区的水体污染评价结果均为轻度污染。从 BPI 生物指数评价结果看，白兔湖青鱼、鳙鱼、中 华绒螯蟹混养区均为轻中污染，菜子湖鳙鱼、中华绒螯蟹混养区和草鱼、鲢鱼、中华绒螯蟹 混养区各采样点为轻中污染或轻污染，而嬉子湖为轻中污染或重中污染。这可能是由于嬉子 湖渔业养殖年限较长，且前期以高密度养殖中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）为主，大量捕 食软体动物，加之渔民大量捕捞，使得软体动物大量减少[16]，而白兔湖和菜子湖养殖年限 较短，目前仍分布有较大数量的软体动物。同时嬉子湖南端建有水坝，造成泥沙输出受阻， 沉积物厚度不断增加，外部输入的营养物质大量积累，加之沉水植被被大量破坏，底层缺氧 严重，苏氏尾鳃蚓（Branchiura sowerbyi）、霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等耐污 种类大量增加[17-18]，使得嬉子湖 GI 生物指数和 BPI 生物指数显著大于白兔湖和菜子湖。 从 FBI 指数的评价情况来看，白兔湖和菜子湖的评价结果均为中度污染，嬉子湖评价结 果为严重污染。同时白兔湖和菜子湖不同模式的养殖区中的水体评价结果均为中度污染，并 未说明某种养殖模式下的水体质量较好或者较差，这是由于大型底栖动物的群落结构不仅受 到养殖的影响，还受到水深、底质等其他因素的影响[19]，因此评价结果受到多种因素的影 响。综合考虑 GI、BPI 和 FBI 三种指数的评价结果，白兔湖和菜子湖的水体环境较为接近， 两者均好于嬉子湖。 Goodnight-Whitley 指数是利用颤蚓类在大型底栖动物中所占的比例来评价水体污染状 况，因此当渔业养殖带来的捕食压力等因素引起颤蚓类比例变动较大时，GI 指数难以准确 比较不同水域的水体质量[20]。本研究中，白兔湖和菜子湖各个样点的 GI 指数的评价结果多 为清洁或轻度污染，而嬉子湖多为轻度污染或中度污染。BPI 是将大型底栖动物分为三个类 群，综合考虑三个类群的比例进行评价[11]。白兔湖和菜子湖各样点的评价结果多为轻中污 染，嬉子湖为轻中污染或重中污染。GI 指数和 BPI 指数的评价结果均表明白兔湖和菜子湖 的水体状况整体优于嬉子湖。但 FBI 指数对白兔湖和菜子湖的评价结果却更为多样，包括一 般、轻度污染、中度污染、重度污染等多种等级。这说明 GI 指数和 BPI 指数的区分度较小， 对于水体质量较为接近的采样点之间的水体质量难以区分，而 FBI 指数考虑到了采样点中大 型底栖动物的不同的科的耐污水平[12]，因此评价结果更为准确，区分度更大。建议在利用 生物指数对湖泊水体进行评价时，采用多种指数同时进行评价，这样才能更好的了解其水体 污染状况。 6 致谢 分类鉴定得到姚闻卿和万霞副教授的指导和帮助，野外样品采集和数据处理得到王勋、 陈锦云、曹玲亮、周波、刘彬、薛委委、陈军林、马秀玲、王丽君等同学以及本院孙庆业和 周忠泽教授、张保卫副教授的帮助。 http://www.paper.edu.cn -7- 中国科技论文在线 参考文献 [1]Jost B, Wolfgang S. 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A total of 28 macrozoobenthic species were found, and the average density was 73.2 ind./m2, 38.6 ind./m2 and 69.1 ind./m2 in Baitu Lake, Caizi Lake and Xizi Lake respectively. GI, BPI and FBI Index showed that the state of water pollution was clean, slight-moderate and moderate pollution in polyculture zones for crab, black and bighead crap in Baitu Lake, and slight, slight-moderate and moderate pollution in two polyculture zones in Caizi Lake, while moderate, slight-moderate and serious pollution in two polyculture zones of Xizi Lake respectively. The water pollution state in Baitu Lake was similar with Caizi Lake, both of them were better than in Xizi Lake. Hilsenhoff Index was susceptive than both Goodnight-Whitley Index and Biology Pollution Index. It is suggested that multi-indices water pollution assessment should be more useful to get a reasonalbe result. Key Words: Macrozoobenthos; Water pollution assessment; Caizi Lake