腐殖質(zhì)對黑龍江水生態(tài)狀況的影響研究

關(guān)鍵詞：腐殖質(zhì)；黑龍江；底棲動物；高錳酸鹽指數(shù)

中圖分類號：X832 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量始終是黑龍江的污染因子，直接影響黑龍江的水質(zhì)質(zhì)量。研究人員在黑龍江蘿北-撫遠(yuǎn)江段的名山、松花江口上、松花江口下三個(gè)斷面進(jìn)行底棲動物的監(jiān)測，希望通過生態(tài)學(xué)的方法研究分析、評價(jià)黑龍江的水生態(tài)質(zhì)量狀況，分析高錳酸鹽指數(shù)的居高不下的原因及腐殖質(zhì)對水生態(tài)狀況的影響，為水生態(tài)管理提供技術(shù)支持。黑龍江干流全長2821公里，在黑龍江省境內(nèi)1887公里。分南北兩源，兩河于黑龍江省漠河縣西北部的洛古河村附近匯合后蜿蜒東流，稱黑龍江干流，經(jīng)黑龍江省漠河、塔河、呼瑪、黑河、孫吳、遜克、嘉蔭、蘿北、綏濱、同江、撫遠(yuǎn)等縣（市），至哈巴羅夫斯克（伯力）與南來的支流烏蘇里江匯合后流入俄羅斯境內(nèi)，在尼古拉耶夫斯克（廟街）附近注入鄂霍次克海的韃靼海峽。

1材料與方法

1.1監(jiān)測點(diǎn)位設(shè)置

黑龍江蘿北-撫遠(yuǎn)江段選擇名山、松花江口上、松花江口下三個(gè)斷面進(jìn)行底棲動物監(jiān)測，監(jiān)測斷面的生境狀況較好。

名山斷面位于黑龍江省蘿北縣境內(nèi)，河流水質(zhì)清澈，河岸周圍植被種類比較少，右岸植被覆蓋率少于25%，河道維持正常狀態(tài)，采樣點(diǎn)周圍少有人為干擾，水量大，河流底質(zhì)有75%以上卵石，生境良好。

松花江口上斷面位于黑龍江省同江市境內(nèi)，右岸為荒地和農(nóng)田，植被主要為農(nóng)作物和荒草，少數(shù)灌木，護(hù)岸為混凝土、沙石相間，底質(zhì)近岸端為混凝土，近岸端幾乎無水生植物。蜿蜒型江段，水體透明度較高，流速較快，水體表面無明顯污染物。

松花江口下斷面位于黑龍江省同江市境內(nèi)，水體透明度較低，流速較快。右岸有石頭堆砌的江堤，底質(zhì)以石頭和泥沙為主，右岸具有諸多草本植物，且有農(nóng)田，存在人為影響。

1.2底棲動物樣品采集與鑒定

1.2.1采樣時(shí)間及方法

根據(jù)河流的水文特征和底棲動物的生活史情況，2016年-2018年的樣品采集于6月初和9月初。定性樣品以手抄網(wǎng)法采集，每個(gè)點(diǎn)位采集3個(gè)深度，每個(gè)深度約4～5個(gè)樣方。定量樣品以籃式采樣器采樣方法采集，規(guī)格為直徑18cm，高20cm的圓柱形鐵籠，在每個(gè)采樣點(diǎn)至少放置兩個(gè)采樣器。采樣深度一般為1米左右，采樣器放置時(shí)間為14天。

1.2.2種類鑒定

采集的底棲動物盡量鑒定到“屬／種”，按水生昆蟲、軟體動物、甲殼動物、環(huán)節(jié)動物等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3水質(zhì)監(jiān)測

收集整理已有監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用2016年、2017年和2018年的黑龍江名山和松花江口下斷面（松花江口上未設(shè)例行監(jiān)測斷面）的地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行河流水質(zhì)評價(jià)。

1.4底棲動物群落評價(jià)方法的選擇及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

共選擇了7種生物學(xué)指數(shù)進(jìn)行評價(jià)，包括Trent指數(shù)、BMWP記分系統(tǒng)、每科平均記分值A(chǔ)SPT，生物學(xué)污染指數(shù)法（BPI）、Chandler生物指數(shù)（CBI）、Margalef豐富度指數(shù)和FBI指數(shù)。

同一點(diǎn)位采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過不同的評價(jià)方法分析后所得的結(jié)論往往存在一定的差異，因此，嘗試綜合評價(jià)，將各指數(shù)的評價(jià)等級進(jìn)行賦值，從優(yōu)到劣分別賦9、7、5、3、1分，利用簡單疊加法獲得融合了7種生物指數(shù)信息的底棲動物綜合評價(jià)指數(shù)。將底棲動物綜合評價(jià)指數(shù)值劃分為5個(gè)級別：54～63優(yōu)秀；40～53良好；25～39中等；11～24較差；0～10很差。

2結(jié)果與分析

2.1底棲動物群落特征分析

2.1.1名山斷面底棲動物群落特征分析

名山斷面2016年-2018年定性監(jiān)測到26～35個(gè)屬／種，其中水生昆蟲24～29個(gè)屬／種，占82.8%～92.3%，其中EPT物種14～16個(gè)屬／種，占40%～61.6%；軟體動物2～5個(gè)屬／種，占7.7%～16.1%；定量監(jiān)測密度年均值為262～353個(gè)／籠，兩期定量監(jiān)測采集到的生物密度波動較小，全年以水生昆蟲作為優(yōu)勢類群。6月優(yōu)勢種為指示中污染的搖蚊科和四節(jié)蜉屬，9月優(yōu)勢種為指示輕污染的短脈紋石蠶屬、指示清潔的扁蜉屬。群落構(gòu)成和結(jié)構(gòu)見圖1和圖2。

2.1.2松花江口上斷面底棲動物群落特征分析

2016年-2018年松花江口上斷面共定性監(jiān)測到9～17個(gè)屬／種，其中水生昆蟲8～15個(gè)屬／種，占88.2%～90.9%，其中EPT物種4～9個(gè)屬／種，占44.4%～63.6%；軟體動物1個(gè)屬／種，占5.9%～11.1%。定量監(jiān)測密度年均值為58～92個(gè)／籠，兩期定量監(jiān)測采集到的生物密度波動較小。全年以水生昆蟲作為優(yōu)勢類群。優(yōu)勢種多為指示中污染的黑龍江短溝蜷、搖蚊科和指示輕污染的短脈紋石蠶屬。群落構(gòu)成和結(jié)構(gòu)見圖1和圖2。

2.1.3松花江口下斷面底棲動物群落特征分析

2016年-2018年松花江口下斷面定性監(jiān)測到14～18個(gè)屬／種，水生昆蟲11～14個(gè)屬／種，占64.3%～72.2%，其中EPT種類5～8個(gè)屬／種，占35.7%～47.1%；軟體動物2～4個(gè)屬／種，占14.3%～23.5%；定量監(jiān)測密度年均值為186～633個(gè)／籠。以水生昆蟲作為優(yōu)勢類群。優(yōu)勢種為指示清潔的小寡脈蜉屬、指示輕污染的紋石蠶屬和多距石蛾科Noureclipsis屬，指示中污染的搖蚊科和黑龍江短溝蜷。群落構(gòu)成和結(jié)構(gòu)見圖1和圖2（個(gè)別點(diǎn)位因洪水未能采樣）。

2.2底棲動物生物學(xué)評價(jià)結(jié)果分析

（1）底棲動物生物學(xué)評價(jià)能夠表征水生態(tài)質(zhì)量的狀況，不同底棲動物生物學(xué)評價(jià)指數(shù)的等級有所不同。各斷面的底棲動物綜合評價(jià)多數(shù)為“良好”，表征黑龍江蘿北-撫遠(yuǎn)段水生態(tài)質(zhì)量良好，保持著原生態(tài)狀況，見表1。

（2）參與評價(jià)的7種指數(shù)里，生物學(xué)污染指數(shù)（BPI）的評價(jià)結(jié)果普遍較差，與其它指數(shù)結(jié)果差異較大，主要原因是在定量采集的樣品里存在一定數(shù)量的搖蚊科幼蟲，而生物學(xué)污染指數(shù)（BPI）中將搖蚊科幼蟲作為耐污的種類進(jìn)行評價(jià)；黑龍江富含腐殖質(zhì)，搖蚊科幼蟲喜棲息于腐殖質(zhì)豐富的區(qū)域，并以藻類和腐殖質(zhì)為食。

2.3水質(zhì)特征分析

選用2016年-2018年地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對名山和松花江口下2個(gè)斷面水質(zhì)例行監(jiān)測21個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要污染物為高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量，表明水體有機(jī)污染較重。

總體上，水質(zhì)參數(shù)以地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)衡量呈現(xiàn)“三高三低”現(xiàn)象，“三高”指溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量，典型月以主要污染物選擇，典型月數(shù)據(jù)如圖3所示，溶解氧均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求；高錳酸鹽指數(shù)均劣于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求、甚至有劣V類情況出現(xiàn)；化學(xué)需氧量多數(shù)滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

“三低”指五日生化需氧量、氨氮、總磷，典型月數(shù)據(jù)如圖4所示，五日生化需氧量絕大多數(shù)滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)要求；氨氮均滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求；總磷絕大多數(shù)滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

3討論

3.1底棲動物生物學(xué)評價(jià)與水質(zhì)類別評價(jià)的差異

黑龍江監(jiān)測江段底棲動物物種多樣性較豐富，優(yōu)勢種為環(huán)境要求較高的EPT物種、黑龍江特有種黑龍江短溝蜷和喜棲息于腐殖質(zhì)中生活的搖蚊科，生物學(xué)評價(jià)水生態(tài)狀況絕大多數(shù)處于“良好”，但依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）評價(jià)的結(jié)果卻是多年均為Ⅳ、Ⅴ類，生物學(xué)評價(jià)結(jié)果與水質(zhì)理化評價(jià)結(jié)果之間存在著很大的差異，表明黑龍江水體中存在的有機(jī)物質(zhì)尚未對底棲動物的生存和群落結(jié)構(gòu)造成影響。

3.2腐殖質(zhì)是導(dǎo)致底棲動物生物學(xué)評價(jià)與水質(zhì)類別評價(jià)差異性的根源

3.2.1腐殖質(zhì)中的富里酸在酸性條件下夸大了耗氧性有機(jī)物的污染

在目前的有機(jī)污染負(fù)荷下，水體中的溶解氧仍滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅰ、Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)五日生化需氧量絕大多數(shù)滿足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)要求，僅高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量指標(biāo)高。氨氮、總磷等有機(jī)物含量很低，說明這一江段受城市生活污水的影響較小。

原因主要為：BODs表現(xiàn)的是好氧微生物分解有機(jī)物時(shí)消耗的氧量，說明水體中可生化降解的有機(jī)物并不多。眾所周知黑龍江富含腐殖質(zhì)，水中的腐殖質(zhì)是一種微溶于水的復(fù)雜的大分子有機(jī)物，在高溫、強(qiáng)酸性、強(qiáng)氧化劑條件下可被氧化而耗氧，富里酸夸大了耗氧性有機(jī)物的污染，表現(xiàn)為高錳酸鹽指數(shù)的升高，與孟麗紅（2004）、陳靜生（2003）、陳家厚（2010）的研究成果相符。但在正常的地表環(huán)境條件（中性、低溫、低壓）下，比較穩(wěn)定，被氧化而耗氧的過程極為緩慢，不易發(fā)生生物降解，不會對水體產(chǎn)生耗氧性危害，與監(jiān)測的結(jié)果相符。

3.2.2黑龍江流域獨(dú)特的地理環(huán)境和氣候條件有利于腐殖質(zhì)的形成和積累

黑龍江流域地處高寒帶和溫帶氣候區(qū)，無霜期短，冬季河流封凍期長，最大凍深達(dá)3米左右。

流域內(nèi)土壤資源豐富，土壤較為肥沃，是世界三大肥沃黑土區(qū)之一。

在黑龍江干流南部的中國境內(nèi)森林覆蓋率約為47%，樹種主要以興安落葉松、樟子松、紅松、云杉和冷云杉等寒帶針葉林和針闊混交林為主。俄羅斯黑龍江沿岸在阿穆爾州的森林資源面積為2190萬公頃，主要樹種有落葉松、西伯利亞云杉、白樺、椴樹、柞樹、歐洲白楊、水曲柳和黃菠蘿等，森林覆蓋度高，但植被覆蓋度一般。

黑龍江干流地區(qū)年平均降水量在450mm～650mm，降水量集中在最熱的夏季（6-9月），占全年的70%，冬季降雪占年降水量的10%～20%，年內(nèi)分配極不均勻；地區(qū)間分布也不均勻，夏季洪水每年都會發(fā)生，較大洪水的發(fā)生概率為84%。

夏季高溫多雨，利于植物的生長；草原、森林等植被覆蓋率高，冬季寒冷草木凋零，枯枝落葉提供了豐富的有機(jī)質(zhì)；緯度高、氣溫低、冬季漫長，微生物活動弱，枯枝落葉及其它有機(jī)質(zhì)不易分解利于積累；土壤水分多有利于腐殖質(zhì)形成，進(jìn)而形成了肥沃的黑土地；黑龍江流經(jīng)區(qū)域地勢起伏較大，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)隨著地表徑流匯入黑龍江。

3.2.3天然的腐殖質(zhì)為底棲動物提供棲息地和營養(yǎng)物質(zhì)

河流生態(tài)系統(tǒng)組成包括生物和非生物環(huán)境兩大部分，非生物環(huán)境部分由能源、氣候、基質(zhì)和介子、物質(zhì)代謝原料等因素組成，其中物質(zhì)代謝原料包括參與物質(zhì)循環(huán)的無機(jī)物和聯(lián)系生物和非生物的有機(jī)化合物（蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、腐殖質(zhì)等），這些非生物成分是河流生態(tài)系統(tǒng)中各種生物賴以生存的基礎(chǔ)。比如有些底棲動物喜棲息于腐殖質(zhì)多的環(huán)境中，還有些以腐殖質(zhì)為食，在黑龍江中就有水生昆蟲中蜉蝣目的小蜉科、蜻蜓目的螅科、雙翅目的搖蚊科及軟體動物的短溝蜷科等都喜棲息于腐殖質(zhì)多的環(huán)境中。某些蛭類、蜉蝣目的扁蜉科、雙翅目大蚊科、偽蚊科等以腐殖質(zhì)為食。

3.2.4黑龍江江水中腐殖質(zhì)含量高由來已久

黑龍江自古就清澈、色黑，《山海經(jīng)》中稱為“欲水”、“黑水”；明朝史稱“黑龍江”，滿語稱黑龍江為“薩哈連烏拉”，“薩哈連”是“黑”，“烏拉”為“水”。早年由于河水中含有大量腐殖質(zhì)，水色黝黑，猶如蛟龍奔騰，由此得名黑龍江。

河水中腐殖質(zhì)含量高是自古即有的狀態(tài)，近現(xiàn)代黑龍江為中俄界河，人口稀少，工業(yè)落后，人為干擾較少，還基本保持原生態(tài)的狀況。

4結(jié)論

黑龍江蘿北-撫遠(yuǎn)段底棲動物物種豐富，優(yōu)勢物種符合黑龍江水生態(tài)特征，表征的水生態(tài)狀況良好，基本保持原生態(tài)狀況。黑龍江腐殖質(zhì)中的富里酸在酸性條件下夸大了耗氧性有機(jī)物的污染，而天然形成的腐殖質(zhì)物質(zhì)為大分子，在水中降解難，不耗氧，不僅不影響底棲動物的生存和繁衍，而且作為非生物成分是河流生態(tài)系統(tǒng)中生物賴以生存的基礎(chǔ)，為底棲動物的生存和繁衍提供營養(yǎng)物質(zhì)和棲息場所。目前環(huán)境管理主要通過控制高錳酸鹽指數(shù)的濃度來保證水體的溶解氧含量，避免水體發(fā)生黑臭現(xiàn)象，防止水生生物的生存環(huán)境遭受破壞。這種方法對于黑龍江的獨(dú)特自然地理狀況來說，意義不大。將天然腐殖質(zhì)視為面源污染物的認(rèn)識有待商榷。