一種淡水大型底棲無脊椎動物采樣器研究

李中宇，宋 楠，趙 然，陳 楊，陳家厚

1.黑龍江省環境監測中心站，黑龍江 哈爾濱 150056

2.香港大學建筑學院城市規劃系，香港 999077

3.黑龍江省環境保護廳，黑龍江 哈爾濱 150090

一種淡水大型底棲無脊椎動物采樣器研究

李中宇1，宋 楠1，趙 然1，陳 楊2，陳家厚3

1.黑龍江省環境監測中心站，黑龍江 哈爾濱 150056

2.香港大學建筑學院城市規劃系，香港 999077

3.黑龍江省環境保護廳，黑龍江 哈爾濱 150090

研制出一種長方體的十字筐采樣器，在采樣器內分別填裝石、砂、底泥和水草4種基質，利用大型底棲無脊椎動物對生境的選擇性進行樣本被動采集。基質越多，采樣器采集的生物種類越多，生物量也更豐富。用新研制的十字筐采樣器和傳統的籃式采樣器對松花江流域7個采樣點進行大型底棲無脊椎動物對比采樣，結果顯示：十字筐采樣器是一種優良的采樣器，適合在松花江流域乃至全國推廣應用。

大型底棲無脊椎動物；采樣器；松花江流域

“十二五”時期，國家對環境監測提出了更高更新的要求，對水生生物監測給予了支持和關注。相對國外成熟完善的水環境生物監測體系，在新的環境和需求下，中國推廣和發展水環境生物監測體系已成為當務之急[1]。目前國內沒有統一的關于水生生物采樣方法、監測方法的標準和技術規范[2]，研究實用、高效的采樣器對開展水生生物例行監測具有重要意義。

淡水大型底棲無脊椎動物是一種長期生活在河流、湖泊和水庫水體中的生物群落，是淡水生態系統的重要組成部分，常用來監測水體環境質量狀況及其變化情況[3]。一般認為底棲動物種類越多，即生物多樣性越好，水體的水質相對越好。采樣器材的優劣對樣本采集的影響較大，同一采樣點，因采樣器材不同，采集到的物種存在較大的差異，對水質評價的結果會產生偏差。傳統的采樣器是一種圓柱形的籃式采樣器[4]，由于內部只填裝鵝卵石一種基質，所以，只能采集石棲性的底棲動物，有明顯的局限性。研究設計的十字筐采樣器將采樣器分為4個采樣室，每個室分別填裝鵝卵石、砂、水草和底泥，形成了一個具有4種基質的復合被動采樣器。在松花江流域的河流、湖泊等大型水體開展實際采樣實驗，驗證采樣效果。

1 采樣器設計

1.1 外形設置

十字筐采樣器是一種長方體采樣器，內徑長、寬、高分別為40、40、20 cm，框架用直徑為12 mm鋼筋焊結而成，下底面和4個側面用12 mm鋼筋等分，內部由12 mm鋼筋等分成4個長、寬、高約為20、20、20 cm的正方體采樣室，像十字一樣分開。底面和上蓋用14號鐵絲編織成邊長為1 cm的正六邊形，底面焊接成一體，上蓋可活動，采樣時用14號鐵絲從四周連接到主體框架上。采樣器的四周和內部分隔墻側壁用孔徑大約為3～4 cm2的塑料網襯上，以鐵絲固定。塑料網厚4～6 mm。為了便于固定，四角的鋼筋底部長出5 cm，在采樣時長出的部分可插入泥沙和石縫中，見圖1。

圖1 十字筐采樣器模型軸測圖

1.2 基質填裝

在填裝基質前，每個采樣室的底部都要放上0.38 mm孔徑的尼龍篩絹。篩絹形狀為不封頂的長方體，大小與采樣室相匹配。鵝卵石基質的篩絹高度為2 cm，其他3個采樣室篩絹高度為10 cm。4個采樣室，分別填裝鵝卵石、砂、底泥和水草。鵝卵石直徑為7～9 cm，裝滿采樣室，不可用建筑毛石替代。砂、底泥和水草最好選擇采樣點附近的，如果采樣點附近沒有，可選擇采樣點附近的池塘、水田中的基質。砂和底泥填裝高度為10 cm，與尼龍篩絹等高。水草需選擇在水體中能夠成活的種類，在水下不腐爛，常用的種類有金魚藻、黑藻、菹草、狐尾藻等沉水植物，不可用陸生的野草、蒿草替代水草，見圖2。在填裝基質時，要將鵝卵石、砂、底泥和水草中的底棲動物剔出，不能帶入采樣室中。

圖2 十字筐采樣器實物圖

2 實驗部分

2.1 點位設置

2012年6、9月在黑龍江省興凱湖，嫩江，松花江吉林省段、肇源段和佳木斯段進行采樣實驗，共設7個點位，同時與傳統的籃式采樣器進行采樣效果比對研究，共采集9組比對樣本。這些點位均屬于深水河流或湖庫的岸邊帶，點位分布見表1。

表1 點位分布情況一覽表

2.2 采樣方法及樣品處理

在1～1.5 m深度放置采樣器，2周后回收。采樣現場用30%的酒精固定樣品，貼上標簽，回實驗室后換用70%的酒精，固定液的體積為動物體積的10倍以上，常溫保存，每隔幾周檢查防腐劑，必要時進行添加，直至完成種類鑒定。

實驗室進行鑒定時以水生昆蟲、軟體動物、甲殼動物和環節動物等進行分類、整理和統計，相關方法見參考文獻[4-9]。鑒定時盡量鑒定到最小的分類單位。

3 結果與討論

3.1 結果統計

6、9月分別在松花江(吉林省)溪浪口斷面、嫩江江橋斷面、松花江肇源斷面和江南屯斷面以及興凱湖的檔壁鎮、泄洪一閘、泄洪二閘7個斷面采集9個樣品進行比對，底質情況和采樣深度以及鑒定結果統計見表2。

表2 籃式采樣器和十字筐采樣器采樣結果統計

注：“—”表示湖庫點位，無河寬值；“()”內為采樣時間，下同。

3.2 分析與討論

3.2.1 個體數和種類數分析

9個采樣點中，有8個點位的十字筐采樣器采集個數比籃式采樣器多，見圖3。十字筐采樣器采集的種類數多于籃式采樣器，見圖4。物種數非參數檢驗(SPSS19.0)[10]結果表明，十字筐采樣器和籃式采樣器采集的種類數差異顯著(z=-2.692，P=0.007<0.05)。

圖3 籃式采樣器與十字筐采樣器采集密度對比圖

圖4 籃式采樣器與十字筐采樣器采集種類數對比圖

3.2.2 群落差異性分析

對參與比對的2種采樣器采樣結果進行Jaccard相似性檢驗[9]，結果表明：同一采樣點籃式采樣器和十字筐采樣器采集的物種相似性較差，多數點位物種相似性系數小于0.5。說明多數點位籃式采樣器與十字筐采樣器采集的樣品群落構成存在較大差異，見表3。

表3 籃式采樣器和十字筐采樣器采集的物種相似性比較

江南屯左、肇源左位于松花江干流，底質均為泥沙，江南屯有少量石頭，采樣點周圍無水草，生境較單一，雖然十字筐采樣器提供了水草，但也無法采集到適合在水草生境里生活的物種。而籃式采樣器雖然只有鵝卵石做基質，但采樣點底質為泥沙環境，泥沙一樣可以在籃式采樣器里與鵝卵石共同構成小生境，因此這2個點位物種相似性較強。

同時對2個群落中各種類密度進行變異系數[11]計算，得到變異系數為97%～346%，說明各群落間密度差異很大。

3.2.3 十字筐采樣器各基質采集效果差異分析

十字筐采樣器中各種基質采集的種類數不同，總體上以石頭基質種類數較多，草、泥和砂基質中表現的不一致，見表4。

表4 不同基質采集種類數統計表

這3種基質與石頭基質比較，種類數增加情況見圖5(a)、(b)、(c)。

由圖5可見，草基質在各點位均有增加，泥和砂基質則無規律，某些點位有所增加，可能是由于石頭基質里也會有泥沙存在的原因。但將這3種基質較石頭基質增加的種類數統計繪圖，見圖5(d)，由圖5(d)可見，各點位種類數均有不同程度的增加，種類數為3～7種，增加的百分比為30%～250%，變幅較大。表明增加采樣基質有利于采集到更豐富的物種，更具代表性。

3.2.4 十字筐采樣器適用性分析

在比對實驗中發現，十字筐采樣器適用于各種可涉河流、湖庫靜止水體的樣品采集，也適用于不可涉的大江大河岸邊采樣。與傳統的籃式采樣器相比，十字筐采樣器的底部有4個固著用的鋼筋，且重量較大，所以更適合水流較急的河流采樣；十字筐采樣器具有4種基質，更適合多生境的樣品采樣，尤其是存在水生植物的區域，采集效果更好。十字筐采樣器的局限性在于采集含沙量較大的河流或底質不穩定的區域，經過為期2周的孵育后，容易淤積泥沙，影響樣品采集；同時，十字筐采樣器較重，移動和收集不如籃式采樣器方便。

圖5 不同基質中種類增加圖

在水流較急的河流使用十字筐采樣時，要注意：①放置方向，最好將有卵石的一側朝向河流上游；②安置在砂和底泥基質的墊網要做成網兜型，高度在采樣器的三分之二左右，防止砂和底泥基質被沖散；③將水草用線繩固定在鐵籠上，防止被沖走。

4 結論

十字筐采樣器填裝了鵝卵石、砂、底泥和水草等4種基質，增加了生境種類，為底棲動物提供了更為豐富的棲息環境，能采集到更多的底棲動物。與籃式采樣器相比，十字筐采樣器采集的底棲動物種類增加了30%～250%，采集到的生物量也有顯著增加。十字筐采樣器內的不同種基質采集的底棲動物種類存在差異，一般鵝卵石基質采集的底棲動物種類數比較多。松花江流域的7個采樣點采樣實踐結果表明，十字筐采樣器適合大型河流和湖泊的岸邊采樣，能采集到更具有代表性的樣本。因此，在全國水生生物監測工作中推薦使用此采樣器。

[1] 王業耀，陰琨，楊琦，等.河流水生態環境質量評價方法研究與應用進展[J].中國環境監測,2014,30(4):1-9.

[2] 陰琨，王業耀，許人驥.中國流域水環境生物監測體系構成和發展[J].中國環境監測,2014,30(5):114-120.

[3] HELLAWELL J M.Biological surveillance of rivers,a biological monitoring handbock[D].Stevenage:Water Research Centre,1978.

[4] 國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法(第四版增補版)[M].北京:中國環境科學出版社，2002:710-715.

[5] 周長發，歸鴻，周開亞.中國蜉蝣目稚蟲科檢索表(昆蟲綱)[J].南京師范大學學報：自然科學版，2003,26(3)：65-68.

[6] 周長發.中國大陸蜉蝣目分類研究(昆蟲綱：蜉蝣目)[D].天津：南開大學,2005.

[7] MORSE J C,YANG L F,TIAN L X.Aquatic Insects of China Useful for Monitoring Water Quality[M].Nanjing:Nanjing Hohai University Press,1994.

[8] 劉月英，張文珍，王躍先，等.中國經濟動物志 淡水軟體動物[M].北京：科學出版社,1979.

[9] 齊鐘彥，馬繡同，王耀先，等.中國動物圖譜 軟體動物[M].北京：科學出版社,1985.

[10] 時立文.SPSS 19.0統計分析從入門到精通[M].北京：清華大學出版社,2012.

[11] 吳天樂.退化濕地恢復中土壤節肢動物的群落結構[J].南京林業大學學報：自然科學版,2011,35(2)：51-55.

Study on a Sampler for Benthic Macroinvertebrates in Fresh Water

LI Zhongyu1， SONG Nan1， ZHAO Ran1， CHEN Yang2， CHEN Jiahou3

1．Environmental Monitoring Central Station of Heilongjiang Province,Harbin 150056,China

2.Department of Urban Planning,University of Hong Kong,Pokfulam Road,Hong Kong 999077,China

3.Environmental Protection Agency of Heilongjiang Province,Harbin 150090,China

A cross sampler is a colonization passive sampler with four coboidal units. Cobblestones, sand, soil and grass were put into each unit when sampling. The sampler provides four different habits; it can collect more macroinvertebrates both in species and in quantities. Comparing with traditional basket sampler, a kind of cylinder cobblestone sampler, the cross sampler worked better during the collection in 7 place in Songhua River basin in practice. It was proved that the cross sampler was a good sampler and had a good performance in Songhua River basin, and was recommended to be used in whole China.

macroinvertebrate;sampler;Songhua river basin

2015-03-26;

2015-05-22

松花江流域水生態環境研究及國家生物監測應用試范項目

李中宇(1967-)，女，黑龍江哈爾濱人，學士，高級工程師。

陳家厚

X835.01

A

1002-6002(2016)02- 0116- 05