基于大型底栖动物和附生硅藻的水质生物学评价研究

摘要

水质评价对于河流健康保护和管理具有重要的指导作用。目前，水生生物评价在欧美等国已经得到广泛的应用，而国内仍处在摸索阶段。进一步提高水生生物评价方法在我国的实用性具有十分重要的意义。河流中分布着十分广泛的大型底栖动物（以下简称“底栖动物”）群落和附生硅藻群落，对河流生态系统的物质循环和能量流动起到了巨大作用，且能够非常敏锐的感知到水生生态系统的环境变化并在群落组成和分布上做出相应的响应，因此十分适宜作为河流水质评价的指示生物，本文选用底栖动物和附生硅藻分别构建了底栖动物和附生硅藻的水质生物学评价模型，并将其与传统理化指标评价方法进行了水质评价一致性的研究。　　于2017年1月和8月在漓江流域的三个主要河段上进行了理化指标、底栖动物以及附生硅藻的采样调查，两次采样总共在41个点位上采集到82个底栖动物样本， 36 个附生硅藻样本。利用理化指标数据、底栖动物数据以及附生硅藻数据分别构建水质的理化指标综合评价体系、底栖动物多度量指数评价模型和附生硅藻多度量指数评价模型：　　（1）采用主成分分析方法（Principal Component Analysis, PCA）分别对两季的理化指标进行分析，识别出电导率、溶氧和总磷是影响漓江流域水环境的主要环境因子，基于3种主要环境因子利用单因子评价方法构建了传统理化指标评价体系。　　（2）根据主要环境因子和底栖动物的百分比模式相似性指数筛选出了9个参照点，其余均为受损点。采用分布范围检验、敏感性检验和冗余检验分析底栖动物参数在参照点与受损点的差异，结果表明，EPT（E：蜉蝣目，P：襀翅目，T：毛翅目）分类单元数、Shannon-Wiener多样性指数、甲壳和软体数量百分比、敏感类群数量百分比、BI 指数为底栖动物评价模型的核心参数，采用比值法一致化生物参数响应方向，得到理论范围在0-100的底栖动物多度量指数（Benthic macroinvertebrates Multi-metric Index，B-MMI），以参照点群的底栖动物多度量指数值的25%分位数值作为健康与否的标准，未达到标准的将数值范围平均分成三等份，则底栖动物的水质评价标准为：<36.54，差；36.54~53.98，一般；53.98~71.41，良好；≥71.54，健康。之后利用历史底栖动物数据验证模型的可靠性，结果表明，参照点与受损点之间存在显著差异性，说明构建的模型能够有效区分河段的受干扰程度。　　（3）采用同样的参照点与受损点的划分方法进行附生硅藻的分析，采用分布范围检验、敏感性检验和冗余检验分析附生硅藻参数在参照点与受损点的差异，结果表明，总分类单元数、极小曲丝藻数量百分比和富营养化硅藻指数（Trophic Diatom Index,TDI）作为硅藻评价模型核心参数，然后采用比值法一致化生物参数响应方向，得到理论范围在0-100的附生硅藻多度量指数（Diatom Multi-metric Index，D-MMI）。以参照点群的附生硅藻多度量指数值的 25%分位数值作为健康与否的标准，未达到标准的将数值范围平均分成三等份，附生硅藻的水质评价标准为：<27.27 ，差；27.27~53.21，一般；53.21~79.14，良好；≥79.14，健康。　　（4）比较生物评价和理化指标评价发现，理化评价和底栖动物评价结果完全一致的占总样本的36.59%，相差1个级别的占31.71%，相差2个级别占13.41%，相差3 个级别的占 18.29%；理化评价和附生硅藻评价结果完全一致的占 26.32%，相差 1个级别的占42.11%，相差2个级别的占26.32%，相差3个级别的占5.26%。在采用同一套参照点群的基础上，两种水质生物学评价模型与传统理化指标评价体系的结果的可靠性分别为68.49%和68.42%，评价结果的一致性程度基本相同，但附生硅藻评价结果相差为3个级别的点位占比要明显低于底栖动物评价结果，因此附生硅藻评价模型在漓江流域具有更好的稳定性和适用性。

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