水葫蘆生態凈化工程對竺山湖底棲動物群落結構變化的影響

劉國鋒，韓士群*，何俊，嚴少華，周慶

1．中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇 無錫，21408；2. 江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所，江蘇 南京，210014；3. 無錫市農林局水產技術指導站，江蘇 無錫 214023

水葫蘆生態凈化工程對竺山湖底棲動物群落結構變化的影響

劉國鋒1,2，韓士群2*，何俊3，嚴少華2，周慶2

1．中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇 無錫，21408；2. 江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所，江蘇 南京，210014；3. 無錫市農林局水產技術指導站，江蘇 無錫 214023

在解決了機械化采收、資源化利用的終端處理后，利用適應性廣、生物量大、凈化能力強的漂浮植物凈化污染水體，成為當前受污水體、尤其是富營養化水體生態治理的有效治理手段之一。在常規控養水生植物凈化水體的工程實踐中，主要是在風浪擾動小的岸邊或內河里進行，在湖泊等多風浪擾動的較大水體中進行控養水生植物、凈化水體的工程實踐尚不多見。因此，根據江蘇省通過種養水葫蘆（Eichharnia crassipes）凈化太湖受污水體的治理要求，江蘇省農科院在太湖竺山湖中央水域連續進行了放養1000畝水面水葫蘆的生態凈化工程。本研究主要針對這種工程措施下，通過2011年控養水葫蘆后研究其對水體環境的影響及底棲生物群落結構和多樣性的變化。結果表明，軟體動物（主要是銅銹環棱螺）的平均密度從遠離到種養區內分別為15.13、15.63、22.63 ind·m-2，生物量從遠離到種養區內分別為17.00、17.60、25.50 g·m-2，密度和生物量表現為種養區內要高于種養區外圍；種養區內寡毛類（主要是霍甫水絲蚓）和搖蚊幼蟲類的密度和生物量的變化表現為遠種養區＞近種養區＞種養區內，表明以水葫蘆為代表的漂浮植物規模化種養后，對底棲環境有一定的改善效果；然而，短期內的控養水葫蘆進行水體生態治理，不能立即顯現出明顯的改善效果，尤其是對于太湖這樣一個淺水、多風浪擾動的大水體，更需要長期、持久的多措施并舉才能起到效果。利用Shannon-Weaver和Simpson指數來評價底棲環境，水體仍處于重度污染狀態。因此，短期內規?；仞B水葫蘆生態凈化工程措施未表現出對底棲生境及底棲生物的不良影響。

生態凈化工程；水葫蘆；底棲生物；群落結構；生物量

近 30年來，因人為活動加劇導致太湖流域水體富營養化現象嚴重（黃漪平，2001；秦伯強，2007），以藍藻水華暴發頻繁并產生藻源性黑水團現象為代表的水質惡化問題頻繁發生（陸桂華，2009），對當地居民的生產、生活造成了巨大影響（Lucie，2007）。針對太湖水體富營養化的治理，已經采取了多種治理措施，如污染底泥環保疏浚（劉愛菊等，2006；鐘繼承等，2009）、種養水生植物的生態工程措施（陳荷生，2001）、引江濟太（吳浩云，2008；賈鎖寶，2008）等，這些措施在短期內、一定條件下取得了較好的水質改善效果。

在各種治理措施中，實施以水生植物恢復為主的生物凈化技術被廣泛認為是湖泊富營養化治理的有效途徑（宋玉芝等，2013）。水生植物凈化受污水體，不但可原位改善水質，同時可以通過大型機械設備進行打撈、回收，避免了水生植物死亡后產生了二次污染問題，因此在富營養化水體中構建生態工程措施具有廣闊的應用前景。大量的室內模擬實驗結果表明，采用不同類型的水生植物凈化水體，都可取得理想的水質改善效果（鄭軍，2011；何娜，2013）。但實際水體中因風浪擾動等外部因素，其對部分水生植物特別是沉水植物的成功恢復起到主要的影響作用。而在太湖這樣大型淺水、多風浪擾動的湖泊中（范成新等，2003），成功構建以水生植物凈化受污水體為主的生態工程措施，必須以擴繁能力強、生物量大、抗風浪擊打能力強的植物作為主要的物種。

作為最為成功的入侵植物之一，水葫蘆（Eichhornia crassipes）作為十大惡性入侵雜草之一在我國南方多處水體中造成諸多影響（高雷，李博，2004；陳瀟，2012）。但因其生態位廣且具有較強的競爭優勢，如擴繁能力強、生物量大、適應性廣，被用作污染水體生態治理中的先鋒物種（Gunnarsson& Petersen，2007；Lagos等，2007），且在實際的工程應用中表現出不俗的水體凈化能力和水質改善效果（張志勇等，2010）。

在湖灣等受風浪影響較小的水體中種養水葫蘆后對水體環境尤其是底泥中的底棲生物群落及其結構的影響，作者已經在前期研究中對底棲動物的群落結構和生物量變化做了相關的分析（劉國鋒等，2010）；然而在水體交換頻繁、風浪擾動嚴重的竺山湖中心開展鳳眼蓮控養工程后，其對底棲動物的群落結構變化的影響，尚未見到相關報道。底棲動物因大部或全部時間是生活于水體底部，其種群結構能反映水體質量變化，是水體環境監測的良好指示生物（陳其羽等，1980）。利用底棲生物作為水體水質的監測生物，國內外已有較多學者做了大量研究（Kazanci等，1998；李強等，2007；馬陶武等，2008）。本研究選取大水面放養鳳眼蓮后，通過對放養區內外的大型底棲動物的連續調查，來監控底棲動物的數量、群落結構等的變化，根據底棲動物的這一變化，以期能夠為在大水面放養鳳眼蓮后對水體環境的影響提供相應的數據和理論支持，同時也為在風浪影響較大水域中控養鳳眼蓮后對底棲動物的影響效果的環境影響評價提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設

研究地點設在太湖竺山湖的實驗區，本實驗區處于武進太滆村與宜興周鐵處水域中間位置（距離周鐵及太滆岸邊各有1.5 km遠）。水葫蘆放養區利用不銹鋼鋼管、圍網和重力錨進行固定，以能有效防止風浪擾動，水葫蘆能夠良好生長。為了能夠有效的監測水質變化，共設樣點8個，其中遠離放養區（Controlling area, CK）2個（1號點與8號點），靠近放養區3個（3、5、7號點）（Adjacent Planting Area, APA），放養區內（Planting Area, APA）3個（2、4、6號點）（如圖1所示）；并利用手持GPS定位。

1.2 樣品采集及分析處理

水葫蘆放養區從5月上旬開始投放，每畝水面投放300 kg后讓其自然擴繁至7月份逐漸長滿控養圍格。從水葫蘆種苗開始投放前進行水樣采集。從4月開始至11月水葫蘆打撈完畢采樣結束；每月的上旬和下旬各采集一次水樣，采集水樣時用采水器采集水體的上中下三層，然后取其混合樣。

同時同步進行2次/月的底棲動物樣品采集，從2011年4月─11月按照一定順序進行連續采集（11月第二次由于下雨，且水葫蘆打撈采收完畢，采樣沒有持續）。樣品采集用1/40 m2改良的彼得遜采泥器，每個樣點采集2次，然后泥樣經60目尼龍篩洗凈后，置于白瓷盤中肉眼觀察、用鑷子將底棲動物標本挑出，標本用體積分數為10%的福爾馬林溶液保存。在實驗室中將標本鑒定到盡可能低的分類單元（劉月英，1982；何志輝等，1982；Morse等，1994；彭建華，2002），然后計算，結果最終折算成單位面積的密度和濕重生物量。同時測定水體的DO、pH、透明度并觀察水體狀況。水樣采集完畢立即帶回實驗室進行處理。水樣的TN、TP利用堿性過硫酸鉀消煮法測定（魏復盛，2002），水溶性NH4+-N、NO3--N、PO43--P的含量是把水樣經GF/C(Whatman)濾紙過濾后利用注射式流動分析儀測定（劉國鋒，2009），葉綠素含量的測定采用熱乙醇法測定（陳宇煒，2006）。

圖1 采樣點位示意圖Fig. 1 sampling sites

1.3 數據分析與評價指標

采用相對重要性指數(index of relative importance，IRI)確定底棲動物優勢種類（韓潔，2004）：

式中W為相對生物量，即某一物種的生物量占大型底棲動物總生物量的百分比；N為相對豐度，即該物種的豐度占大型底棲動物總豐度的百分比；F為該物種出現的頻率。生物多樣性指數選取Shannon-Weaver（H′）作為水質情況的評價指數（龔志軍，2001）：

式中S為群落內的種類總數，ni為第i個種的個體數，N表示所有種類總個體數。寡毛綱顫蚓科是典型的耐污種，其對環境具有重要的指示作用（梁彥齡，2000），數據分析時發現其在采樣點中密度較高，因此在分析各類群底棲動物空間分布時將其單獨作為一個類群，軟體動物中的腹足類由于個體較大，生物量較高，在實際運算中也分開計算。

文中所列數據為各采樣點多次采樣計算結果的平均值。數據處理利用Excel 2007和Origin8處理。

2 結果與分析

2.1 種類組成

在調查采樣期間采集得到120份樣品中，共采集到7種生物，隸屬于5科8種，其中寡毛目顫蚓科有霍甫水絲蚓（Limodrilus hoffmeisteri）、中華顫蚓（Tubifex sinicus）；雙翅目搖蚊幼蟲科有粗腹搖蚊幼蟲（Pelopia）和羽搖蚊幼蟲（Chironomus plumosus）；腹足綱田螺科主要是銅銹環棱螺（Bellamya aeruginosa）；瓣鰓綱珠蚌科有橢圓背角無齒蚌（Anodonta elliptica）和圓頂珠蚌（Unio douglaniae）；蛭綱水蛭科主要為水蛭（Hirudo nipponica Whitman）。這些種類在遠離種養區、近種養區和種養區內都有出現，且所采集到的這些種類均是太湖中常見的種類。

2.2 底棲動物出現率及多樣性指數變化

所設樣點中采集到的大型底棲動物中，寡毛綱與搖蚊幼蟲類出現率在98%以上，表明在各個樣點基本都能采集到這兩類底棲動物；寡毛綱顫蚓科與搖蚊幼蟲是典型的耐污種，其對環境具有重要的指示作用，采樣結果表明其在數量上占據絕對優勢，表明該處底棲環境處于重度污染狀態（何志輝，1982）。軟體動物中，以銅銹環棱螺出現頻率較高尤其是在水葫蘆種養后期，由于其個體體重大，其總的生物量較大，因此其相對重要性指數也比其他的要高（表1）；其他的軟體動物中雖有瓣鰓綱及蛭綱類出現，但其出現頻率較低，在總的物種中所占比例過低。

表1 種養區內外大型底棲動物種類組成及相對重要性指數Table 1 Species composition of macrozoobenthos in and out planting area and the index of relative importance (IRI)

圖2 不同采樣時間內底棲生物多樣性指數變化Fig. 2 Changes of biological diversity index in sampling time

從其多樣性指數變化來看，水葫蘆生態治理工程措施實施后，沒有明顯的改善底棲動物的生活環境，也即是在該環境和位置下，此種規模的工程措施的水質改善效果不明顯，具體表現為底棲生物的Shannon-Weaver（H′）多樣性變化不明顯，都在0.3以下（圖2）；根據H′的評價標準，在該種情況下其指示的底棲環境處于嚴重污染狀態。從時間變化序列上看，在水葫蘆種養形成一定面積覆蓋后，底棲環境開始有明顯的改觀，并表現為種養區內要高于種養區邊緣和外圍；在 8─9月份期間，種養區外圍H′指數出現下降趨勢，指示著水環境出現惡化的趨勢，這種變化趨向也與太湖竺山湖藍藻發生后出現大量堆積的時間相吻合，每年的8─9月份期間，水華藍藻大量發生后，受高溫影響而出現快速衰亡、降解現象，從而導致水體出現惡化，表現為底棲動物多樣性指數下降。由于各種底棲無脊椎動物對環境條件的變化都有其一定的耐受范圍，因此只能粗略反映水體質量的狀況，而不易確切地反映水質的等級（嚴國安，1994）。因此，通過所得出的底棲動物多樣性指數值的變化情況，也只能表明此種情況下底棲環境的短期變化。

2.3 底棲動物密度、數量和生物量變化

底棲動物的數量和密度變化情況與物種具有相關性，但與底棲環境條件有較大的相關性，不同的底棲環境條件對底棲動物的物種繁殖、生長具有較大的影響。在太湖竺山湖湖區，長期受外源來水污染的影響，沉積物也處于重度污染狀況（成新等，2004）。此種底棲環境下不利于喜好清水環境中生長的軟體動物，而耐污染類型的寡毛綱底棲動物具有生態學上的生存優勢，表現為數量和密度較高（見表 2）。遠離種養區、近種養區和種養區內底棲動物的平均密度和生物量變化都表現出類似的變化趨勢。所設3個采樣區中華顫蚓和搖蚊幼蟲都有出現，而大型軟體動物（主要是銅銹環棱螺）的出現率稍有變化，從種養區外圍到種養區內部其出現頻率、平均密度和生物量都呈現逐漸增加趨勢，其平均生物量從17.02 g·m-2增加為25.46 g·m-2，增加了 49%，但種養區內外差異不顯著（P＜0.05）。搖蚊幼蟲類和寡毛類從遠離種養區到近種養區則趨于相反的變化趨勢，也即表現為由種養區外圍到種養區內部呈現下降的變化特點，其生物量變化情況，搖蚊幼蟲類和寡毛類生物量變化類似于其密度的變化趨勢，從種養區外圍到種養區內，其生物量分別為0.62 g·m-2和0.92 g·m-2，但種養區內外差異不顯著（P＜0.05）。各種底棲動物總的變化趨勢表現為指示底棲環境污染重的種群密度和生物量由種養區外圍至種養區內部呈現下降。底棲動物在各個月份數量動態變化情況如圖3所示。從時間序列上看，指示水體環境污染較重的寡毛類（在本研究中主要選擇在數量上占有優勢的粗腹搖蚊幼蟲、羽搖蚊幼蟲和中華顫蚓為代表物種）的變化趨勢表現較為一致，都是在初始階段（4─5月份）表現為數量和密度較大、進入6月份后出現快速下降的規律，推測到5月份期間，水溫開始回升到15～20℃為期快速繁殖提供了有利的水溫條件，同時冬季積累的、未及時分解的大量有機物為刮毛類底棲動物的生長繁殖提供了充足的物質條件，因此數量上表現為突然增加的現象。軟體動物（主要以銅銹環棱螺為代表物種，其他軟體動物因出現頻率較低、所占比例較小而在計算中忽略掉）的數量變化表現為逐漸增加，且到了 10月份達到年度最高值；隨后其數量就快速降低。這種變化情況可能是因為在到了11月份時，隨著水溫降低，影響了軟體動物的繁殖；同時水葫蘆在打撈后也減少了其棲息、附著的物理場所，也在客觀上造成其數量下降。

表2 鳳眼蓮種養區內外大型底棲動物的平均密度及現存量Table 2 Average density and biomass of macro-benthos in internal and external water hyacinth stocking areas

圖3 種養區內外底棲動物數量變化Fig. 3 Population Changes of macro-benthos biomass in and away from the planting area

從空間變化來看，刮毛類底棲動物數量均表現為水葫蘆生態工程種養區外圍要高于種養區邊緣和種養區內部，但3種數量上具有優勢的底棲動物密度隨著水葫蘆放養后、在形成一定覆蓋面積后都出現了快速下降趨勢，也即在7月份后基本上處于穩定狀態，而且工程區內外數量上差異不明顯。而軟體動物數量變化呈現逐漸增加趨勢，到了 10月份達到本調查年度的最高值為 43 ind·m-2，且遠大于種養區邊緣和外圍。

2.4 底棲動物生物量及其群落結構的變化

圖4 不同采樣時間底棲動物生物量變化Fig. 4 Changes of macro-benthos biomass during different sampling time

底棲動物的生物量變化如圖4所示，指示水體污染較為嚴重的寡毛類、搖蚊幼蟲類生物量變化趨勢較為一致，均表現出在5月份含量較高，從種養區外圍到種養區內分別為2.37、1.58、1.95、2.19、1.95、1.64 g·m-2；在水葫蘆生態工程開始實施后其生物量開始下降，雖然種養區外的生物量要高于種養區內部，但影響不明顯。而軟體動物的生物量則表現為一直增加的變化趨勢，遠離種養區軟體動物生物量變幅為7.88～26.00 g·m-2，種養區內軟體動物生物量變幅為7.88～48.38 g·m-2，增加幅度遠高于種養區外圍，但種養區內外差異不顯著（P＜0.05）。采集到的底棲動物種類中，寡毛類主要是以中華顫蚓為主，搖蚊幼蟲類主要是羽搖蚊幼蟲和粗腹搖蚊幼蟲為主，而軟體動物則是以銅銹環棱螺為主（雖然有河蚌、水蛭等，但由于出現頻率過低、所占比例過小，在計算時忽略不計）。由于水絲蚓和搖蚊幼蟲主要是在水體污染較重的環境中生存（Morse等，1994），常常為水體最嚴重污染區的優勢種，因此常常被用來作為水體污染的指示種類（蔡永久等，2009）。刮毛類數量和生物量在本研究中表現為初始較高而隨后開始下降，搖蚊幼蟲類和寡毛類（主要是霍甫水絲蚓）的這種變化趨勢不能說明水質的變化情況，即使在種養區內外他們的密度及生物量的變化，也不能就此確定種養區內水環境就要好于種養區外，但從側面也說明了水葫蘆生態凈化工程措施實施后沒有造成水體水質的惡化。軟體動物的生物量和密度一直增加，由于銅銹環棱螺成體在水體底部生活，以底棲著生藻類為食，間食水底的一些細菌以及淤泥中的有機碎屑，其適應性較強，生態位寬（蔡永久等，2009），而大面積、高密度種植的鳳眼蓮所具有的須根系可以攔截大量的藍藻細胞（周慶等，2012），使得種養區內因鳳眼蓮根系攔截而滯留的藍藻大大高于種養區外圍；同時因大面積、高密度種植的鳳眼蓮在較大水面上放養時還可以降低水體的流動性（朱紅均，2007），使得底棲動物受水流影響較小；而且水葫蘆大量根系可吸附和持留大量的懸浮物，植物根系連同固定的圍欄設施可以為浮游生物提供天然的棲息場所，為軟體動物提供了優良的食物來源；同時較高的水溫影響，較有助于軟體動物的生長和活動。這些因素可以為軟體動物提供大量的可攝食的物質及機會，相應的軟體動物的密度及生物量都有所上升。但其生物量和密度在 11月份出現下降，無論在遠離種養區和靠近種養區還是在種養區內；但與歷史資料相比，受水質惡化、人工捕撈過于頻繁而導致銅銹環棱螺的個體重量都出現了個體小型化趨勢（蔡永久等，2009）。熊金林等（2003）認為，水體富營養化程度越重，則某些底棲動物種類消失，而耐污種類增加；但在本研究中尚未出現此種情況，可能是因為本工程措施位于竺山湖中心區域，水體受湖流、風浪等影響較大，而不會出現水質重度惡化的現象，因此底棲動物表現為不同的變化模式。

2.5 上覆水體營養鹽與葉綠素含量變化

從2011年4月─11月共進行了15次樣品采集，水體中TN、TP含量變化如圖5所示（數據表示為該采樣時間分析結果的平均值）。上覆水體中TN、TP含量總體呈現逐漸增加的趨勢，尤其是以TN的變化較為明顯。在靠近種養區和遠離種養區內的TN、TP含量在總體上表現為要高于種養區內TN、TP含量，但在水葫蘆凈化工程圍欄內外差異不明顯；隨采樣時間變化，水體中TN、TP含量逐漸升高，尤其是TN含量在9月份達到本年度研究的最高值。水體中 TP含量變化較為平緩，但水體中PO43--P則表現為自9月份開始增加后處于較高的水平；上覆水體中葉綠素含量在進入8月份后出現一個峰值，最高值出現在種養區外圍為86.84 μg·L-1，隨后其含量快速下降。出現種養區內水體 TN、TP含量高于種養區外的情況，是由于太湖在進入6月份以后，水體中開始出現大量藍藻，受水體流動性和鳳眼蓮根系的影響，這些藍藻在經過鳳眼蓮種養區時會因鳳眼蓮根須的攔截、吸附作用而被持留在鳳眼蓮根須上，同時鳳眼蓮放養區也降低了水體流動性，使得細胞內含有大量N、P的藍藻細胞被攔截在鳳眼蓮種養區內（圖 5下示），因此造成種養區內水體的TN、TP含量要高于種養區外圍。到了8月下旬，較高的水體溫度及自身新陳代謝作用，大量藻細胞開始死亡，細胞內含有的大量N、P營養鹽開始釋放到水體中，且因流動水體的混合作用，使得鳳眼蓮放養區內外水體中TN、TP含量的差異反而降低。

圖5 不同采樣時間內水體TN、TP及葉綠素含量變化Fig. 5 Concentration changes of TN, TP, Chl-a in water column in different sampling time

2.6 環境變量特征

對各環境變量進行主成分分析（PCA）；在進行PCA分析前，對相關環境變量進行顯著性檢驗，結果表明差異極顯著（P＜0.01）。軸1和軸2的特征值分別是0.512、0.096，第1和第2主成分分別解釋了總環境變量的51.22%和9.56%。前4個主成分可解釋的總環境變量信息的68.43%（圖6示）。其中，第1軸的貢獻率最大，達到51.22%。通過對環境因子進行篩選，排除一些貢獻小的因子后，結果顯示，水溫與軟體動物間呈現正相關性；NO3--N含量、NH4+-N含量、TP含量、Chla含量和TLI指數與粗腹搖蚊幼蟲（Pentaneura sp．）、羽搖蚊幼蟲（Chironomus plumosus）、中華顫蚓（Rhyacodrilus sinicus）數量呈正相關；而與水體SD、DO、N：P呈負相關性。

環境因子負載值的大小，表明環境變量與主成分的關系密疏程度。在第1主成分上高負載值的環境變量有：水體葉綠素含量、TN含量、NO3--N含量、NH4+-N含量、TP含量及水體綜合營養指數TLI；第2主成分上高負載值的環境變量有：水體pH、溶解氧DO含量、TN含量、NP比（表3）。第1組樣點中主要是與營養鹽含量及水體營養狀態指數密切相關，而與水溫、水體透明度、水體TN:TP比呈負相關。第2組樣點中，主要是與水體pH、DO、TN:TP比例呈正相關性，而與水溫、Chla含量、NO3--N含量、NH4+-N含量、PO43--P含量：等水體可溶性營養鹽呈負相關性。

圖6 底棲動物物種組成與環境變量的典范對應分析Fig.6 CCA of the environmental variables in the DCA grouping sites of macrobenthos species in sampling time

3 討論

作為水體底棲環境的指示生物，搖蚊幼蟲和水絲蚓的平均密度和生物量變化情況反映了水體及底棲環境的變化，可以較好的記錄水體環境的長期變化情況（Richy等，2007；Malik等，2007）。根據采樣調查結果，寡毛類和搖蚊幼蟲的生物量及其密度在5月份達到本研究調查年度的高值，由對照至種養區內其生物量分別為2.37、1.95、2.19、1.64 g·m-2；隨著水葫蘆覆蓋面積擴大其數量和生物量出現快速下降；軟體動物的數量和生物量則表現為不斷增加的變化趨勢，從4月初的4.5 g·m-2到10月份的29.3 g·m-2，而對照和近種養區處的生物量分別從7.85 g·m-2增加到36.0和48.2 g·m-2。出現這種變化現象，應該是在水葫蘆快速擴繁覆蓋水面后對水體中的氮磷營養鹽含量及水體污染物、透明度等產生不同程度的影響。因水葫蘆具有快速吸收水體中氮磷、去除污染物和增加水體透明度的作用，特別是在夏秋季，由于光照強、溫度高，水葫蘆的生長速度快、擴繁能力強，水葫蘆可以在吸收水體中氮磷的同時，去除了其他污染物，如COD、有機碳、懸浮物及重金屬（Gunnarsson等，2007；姜麗紅等，2009），具有較強的水體改善效果；同時，種養區水體流速減緩，植物根系周圍聚集了大量的懸浮態顆粒物，有大量的有機質供軟體動物覓食，且提供了附著場所；植物根系可以分泌溶氧和有機酸。在凈化水體的同時也為軟體動物提供了失誤來源，因此出現軟體動物數量和生物量增加，而寡毛類和顫蚓類的數量與生物量下降的現象，這也與作者前期的研究結果相同（劉國鋒，2010）。

表3 各環境因子在典范對應分析中的4個成分負載值Table 3 CCA loadings of each environmental variable on the first four axes

從所采集到的底棲動物的組成來看，占有優勢地位的底棲動物主要是以寡毛類、搖蚊幼蟲類、軟動物為主，也就是以指示水體環境污染較重的生物為主（圖3）。由于霍甫水絲蚓和搖蚊幼蟲主要指示著污染較重的水體環境，因此他們的密度和數量變化將直接反映水質好壞情況，水體富營養化程度越重，則他們的密度越高（Riky等，2007），底棲動物的群落多樣性較低。出現的其他種類主要是橢圓背角無齒蚌、螞蟥及少量的河硯。群落多樣性指數下降，說明水體處于嚴重污染狀態。熊金林等（2003）通過對湖北梁子湖不同污染類型湖泊的研究，發現軟體動物的密度及種類數隨湖泊富營養化程度的增加而呈反向變化趨勢；底棲動物多樣性降低多是因為湖泊富營養化的加劇及生境條件破壞等造成的（Kazanci等，1998）。太湖地區受臺風、湖流等影響，水流交換頻繁，即使種養數千畝的水葫蘆，其所占的水面面積與竺山湖面積相比仍然較小，因此不會出現對水體生態系統產生不良影響效果，這也從本年度及 2009年度的研究結果中得到了驗證。從生態學和循環農業的觀點來看，利用鳳眼蓮快速吸收水體中氮磷營養鹽及擴繁能力，作為富營養化湖泊治理的一個選擇，在解決好植物安全性控制、后續資源化利用等后續問題后，將是一種具有巨大的應用前景和實用價值的治理方法（Malik等，2007；楊林章等，2013；Wang等，2013）。與其他農業殘留物相比，水葫蘆具有較高的生產力和較高的沼氣生產率，同時也是各種污染物進行植物修復的重要物種，具有較高的污染物去除效率和較高的污染物耐受能力（嚴少華等，2012）。因此，在污染水體中，尤其是重度富營養化水體中種植鳳眼蓮將會顯著的改善污染水體的水質，同時也將成為重污染水體生態治理的先鋒物種。

4 結論

在太湖竺山湖實施水葫蘆控制性種養圍欄工程措施后，指示底棲環境污染較重的物種刮毛類和搖蚊幼蟲類底棲動物數量和生物量呈現下降趨勢，從5月至10月份，由對照至種養區內其生物量分別為2.37、1.95、2.19 g、1.64 g·m-2，且種養區內＜種養區外圍。軟體動物則表現為增加現象，從4月初的4.5 g·m-2到10月份的29.3 g·m-2，而對照和近種養區處的生物量分別從7.85 g·m-2增加到36.0和48.2 g·m-2，其數量呈現不斷增加趨勢；多樣性指數分析結果表明竺山湖水體仍然處于重度污染狀態。

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Effects of Ecological Purification Engineering of Planting Water Hyacinth on Macro-Benthos Community Structure

LIU Guofeng1,2, HAN Shiqun2, HE Jun3, YAN Shaohua2, ZHOU Qing2,

1. Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, China;
2. Institute of Agricultural Resource and Environment, Jiangsu Academy of Agricultural Science. Nanjing 210014, China;
3. Fisheries technical guidance Station of Wuxi Municipal Bureau of Agriculture, Forestry, Wuxi 214023, China

It is one of the effective ecological measures of management of purifying the polluted water body by using the floating plants, which has the wide adaptability, large biomass, strong purification ability, especially the eutrophication water, after solving the mechanized harvesting, recycling use of terminal processing. The conventional ecological engineering practice is mainly in small water body or inland rivers, which has the obvious purification effects for no wind disturbance. But controlled planting the aquatic plants in large water body to purify the polluted water is still rare now. According to the instruction and requirements of Jiangsu Province, the ecological effects of planting 67 hectares water hyacinth (E. crassipens) in Zhushan Bay, Lake Taihu, which is one of the polluted lake water purification measures in Jiangsu Province and mainly planted by Jiangsu Academic Agricultural Science, on macro-benthos population and structure and benthos environment, were studied during 4～11 month in 2011 with consecutive surveys. Results indicated that average density mollusca (the main species were Bellamya aeruginosa) in far-planting, near-planting and planting area was 15.13、15.63、22.63 ind·m-2，respectively, and biomass was 17.00、17.60、25.50 g·m-2，respectively, showed that benthos biomass in planting area was higher than that the others. However, the average density and biomass of Oligochaeta (the main species were Limodrilus hoffmeisteri) and Chironomidae in planting area were lower than that outside of planting area, and it demonstrated that the benthic environment gradually improved after controlled planting the floating plants. It indicated that the ecological engineering management through planting water hyacinth couldn’t show the obvious purification effects of polluted water in a short time, especially in a shallow, wind disturbance of large lake, and it need long-term, lasting approached to reach the purifying goals. The index of Shannon-Weaver and Simpson indicated that water environment was severe polluted state. On the basis of the survey results, the large-area and high-density planting water hyacinth haven’t demonstrate adverse impact on macro-benthos and benthos environment in short planting time.

ecological purification engineering; water hyacinth; Macro-Benthos; community structure; biomass

X17

：A

：1674-5906（2014）08-1311-09

劉國鋒，韓士群，何俊，嚴少華，周慶. 水葫蘆生態凈化工程對竺山湖底棲動物群落結構變化的影響[J]. 生態環境學報, 2014, 23(8): 1311-1319.

LIU Guofeng, HAN Shiqun, HE Jun, YAN Shaohua, ZHOU Qing. Effects of Ecological Purification Engineering of Planting Water Hyacinth on Macro-Benthos Community Structure [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(8): 1311-1319.

國家自然科學青年基金項目（41101525）；江蘇省自主創新資金（CX(12)5057）；國家重大科技專項巢湖水專項(2012ZX07103-005)

劉國鋒（1979年生），副研究員，博士。主要研究方向為水環境污染及生態治理。E-mail:308390036@qq.com

*通訊聯系人：shqunh@126.com

2014-06-21