恢复底栖动物群落结构底泥疏浚

武汉市汉阳地区水系丰富，东临长江，北依汉水，长江、汉江在境内的江岸线分别长达20余km，主要湖泊有墨水湖、月湖、莲花湖、龙阳湖、南太子湖、三角湖等。这些湖泊作为汉阳地区雨、污水的主要受体，对保护长江水质起到了积极的作用[1]。其中，月湖作为城市中心区内环线上最具滨江滨湖特色的景观亮点，周边有古琴台和晴川阁等名胜，并建设有武汉市大型文化艺术中心，由于多年来大量废水未经处理直接排入，使水体严重富营养化，水质为劣V类，综合生态服务功能严重受损。为改善水体环境，重建健康城市景观水体，国家重大科技专项“水专项”课题组于2006年对月湖开展了大量治理工作。由于富营养化湖泊底泥中的营养盐比水体中要丰富得多，因此，疏浚底泥成为了治理富营养化湖泊的一种重要措施，在太湖污染治理方案中，以底泥疏浚为主的内源污染治理一直是太湖治理的极其重要治理措施之一[2]。由于湖泊底泥疏浚在治理效果、对生态环境的干扰等方面存在诸多不确定因素，一些研究者对湖泊底泥疏浚对富营养化控制效果提出质疑[3]，如：底泥疏浚后，底栖生态系统被完全破坏，疏浚后的生态系统往往比较脆弱，极易爆发水华等情况[4]。底栖动物作为水生态系统的重要功能类群，对水体环境具有重要的生物监测作用[5]，因此，本文调查分析了月湖疏浚后底栖动物群落的恢复情况及其与环境的关系，为探明疏浚对底质环境的影响，以及开展受损生态系统的重建和生态修复工作提供科学依据。

1湖泊概况和工作方法

月湖(114°15′E，30°33′N)，面积0.66km2，水深(1.2±0.05)m。为了削减内源负荷，水专项课题组于2006年7月初对月湖进行了全湖底泥疏浚，清淤深度为0.8~1.0m。疏浚前月湖水体的理化环境：湖水透明度(31.1±2.4)cm，pH为8.1±0.3，ρ(凯氏氮)=(4.75±0.51)mg•L-1，ρ(总磷)=(0.49±0.01)mg•L-1，底质淤泥，w(总氮)=(4.87±0.18)mg•g-1，w(总磷)=(2.53±0.16)mg•g-1，w(有机质)=(10.11±0.55)%[6]。本文于疏浚前2005年10月，2006年1月和5月分别对月湖底栖动物群落进行了调查，2006年7月底泥疏浚后，从10月开始至2008年1月对月湖的底栖动物群落和水体环境进行了逐月的野外生态调查，全湖布设6个样点（图1）。水深和透明度分别采用常规的测深锤、Secchi盘测量。用于水化分析的水样为表层水和上覆水的混合水样，采集后置于便携式冰盒中低温避光保存，12h内带回实验室即时测定。溶氧现场固定，12h内采用碘量法测定。总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，总磷的测定采用过硫酸钾高压氧化，钼锑抗比色法测定[7]。底栖动物的定量调查用1/16m2的彼得生采泥器采集，泥样经24目/cm的筛网筛洗后置于解剖盘中将动物捡出，用10%福尔马林固定，然后进行种类鉴定、计数和称质量。挑拣底栖动物后所剩碎屑经自然风干，取3~5g于550℃灼烧3h[8]，计算其损失量百分比以表征有机碎屑含量。本文采用Shannon-Wiener指数表征物种多样性：H=-∑(Pi)(log2Pi)，其中Pi为物种i的个体数占总个体数的比例。相关分析在STATISTICA6.0上实现，本研究有5种环境因子（TN、TP、溶氧、有机碎屑和水深/透明度）和底栖动物群落密度数据参与分析。

2主要结果

2.1疏浚前底栖动物群落结构疏浚前的3次调查共采集到底栖动物16种，其中寡毛类7种，蛭类1种，摇蚊幼虫6种，蠓蚊1种，软体动物1种（表1）。在密度上以寡毛类占优势（均值：(1838±640)ind•m-2，69%），在生物量上以摇蚊幼虫占优势（均值：(3.35±0.91)g•m-2，49%）(图2)。本文以相对密度≥10%为标准定义优势种，优势种有霍甫水丝蚓、坦氏泥蚓和长足摇蚊，Shannon-Wiener生物多样性指数值为1.3~1.7（图2）。

2.2疏浚后底栖动物群落的逐月动态从种类组成看，疏浚后，寡毛类种类恢复较快，其中霍甫水丝蚓出现频次最高（12次）、其次为巨毛水丝蚓（11次）、多毛管水蚓（11次）和苏氏尾鳃蚓（11次）。4月份以后才出现了少量种类的摇蚊，以长足摇蚊和羽摇蚊出现频次最高（7次）。其他动物少见。总体来看，8月份种类数最少（5种），1月份种类数最多（11种），种类组成与疏浚前相似（表2），基本恢复到疏浚前水平。从现存量看，疏浚后，仅存少量寡毛类，现存量从疏浚前的(4387±885)ind•m-2降低至(80±21)ind•m-2。寡毛类成为受干扰系统恢复过程中的先锋种类，疏浚后其现存量逐步增长，至来年4月份达到峰值，密度由(80±21)增至(1010±230)ind•m-2，生物量由(0.9±0.4)增至(2±0.5)g•m-2，并开始出现少量羽摇蚊[(250±110)ind•m-2]。入夏后（6—8月）寡毛类密度急剧降低，由(1010±230)降至(83±44)ind•m-2，总密度由(1264±290)降至(210±62)ind•m-2。入秋后（9—11月），寡毛类和摇蚊幼虫密度又大幅增长，密度分别由（83±44）增至(1538±408)ind•m-2，(128±72)增至(2021±612)ind•m-2。冬季（12—1月），寡毛类和摇蚊幼虫密度维持在一定水平，分别为1300~1500和1300~1600ind•m-2，各类群生物量变化趋势与密度变化趋势基本一致，现存量基本恢复到疏浚前水平（图3）。从优势种看，疏浚后，优势种类数较疏浚前多，7月份以前，优势种以霍甫水丝蚓占绝对优势，7月份以后以长足摇蚊占绝对优势（图4）。从生物多样性看，疏浚后Shannon-Wiener指数值的季节变化与寡毛类密度的变化趋势基本一致，4月份Shannon-Wiener指数值达到1.2±0.3，与疏浚前同期水平相差无几，入夏后（6—9月），多样性指数值大幅降低至最低值0.5±0.2，入秋后（10—12月）指数值大幅上升至最高值1.5±0.1，基本恢复到疏浚前的多样性水平（图4）。

2.3疏浚后水体环境因子的逐月动态如图5所示，4、7、8、9、10月份的透明度最低，1月份透明度最高。湖水溶氧量季节波动明显，3月份最高，达到(14.8±0.7)mg•L-1，4月份急剧降低至(4.6±0.3)mg•L-1，随后至7月份维持在6.1~6.3mg•L-1，至8月份，降低至最低值(2.8±0.1)mg•L-1，随后9、10、11月份溶氧质量浓度大幅增长至6.1~8.2mg•L-1，至冬季（12—1月）升至10~12mg•L-1。湖水总氮质量浓度7月份达最低值(0.89±0.28)mg•L-1，8月份达最高值(2.30±0.11)mg•L-1，随后降低，至冬季维持在1.4~1.5mg•L-1。与总氮不同，入春后，4月份湖水总磷质量浓度出现最低值(0.12±0.02)mg•L-1，入夏后6、7、8、9月份总磷质量浓度呈急剧上升趋势，9月份达峰值(0.41±0.01)mg•L-1，入秋后，总磷质量浓度大幅降低，至冬季1月份，降至最低值(0.09±0.003)mg•L-1。底泥有机碎屑质量分数逐月变化不明显，6月份最高（42.4±3.8）%，1月份最低（32.4±3.2）%。

2.4底栖动物群落与环境的关系对底栖动物优势类群（寡毛类、摇蚊幼虫）密度、生物多样性与环境因子的相关分析表明：底栖动物密度、生物多样性与湖水透明度、溶氧呈显著正相关，与水体营养水平（TN、TP、有机碎屑）呈显著负相关（P<0.05）。其中，寡毛类密度与溶氧、总磷均显著相关；摇蚊幼虫密度与溶氧、透明度/水深、总氮、有机碎屑均显著相关；总密度与溶氧、透明度/水深、总磷、有机碎屑均显著相关；生物多样性与总氮、总磷、溶氧均显著相关（P<0.05）（表3、图6）。

3讨论

月湖疏浚导致生存于底泥约20cm深处的大型底栖动物基本消失，仅存少量寡毛类。寡毛类的种类多为世界性分布，适应环境能力强，此外，具有很强的再生能力，因此，通常成为受干扰系统恢复过程中的先锋种类[5,9]，本研究中，疏浚后至来年春季，霍甫水丝蚓成为先锋种，大量生长繁殖，入夏后，其密度又大幅降低，直到10月份以后才恢复到先前的水平，寡毛类的季节动态表姜苹红等：月湖底泥疏浚后底栖动物群落的恢复及其与环境的关系现为，春季和秋冬之际出现2个密度高峰，这一结果与龚志军在东湖的研究结果吻合[10]，分析认为其数量变化与动物的生命周期（繁殖、生长和死亡）密切相关，据报道，东湖霍甫水丝蚓在春季繁殖期后随即死亡，导致夏季数量急剧降低。而摇蚊幼虫的密度分布一般呈明显的季节变动，这种变化与环境温度及其生命周期密切相关[10-11]，有研究表明羽摇蚊幼虫具低温季节向深层迁移的习性[11]，月湖疏浚后至来年4月份才开始出现羽摇蚊，可能与春季气温回升有关。长足摇蚊在秋冬季节出现密度高峰，原因在于从夏末到深秋这段时间为其主要生长期，冬季生长基本停止，因此密度维持在一定水平[10]。从多样性看，月湖疏浚后底栖动物的多样性主要由寡毛类种类数的多寡决定，夏季，多样性较低与寡毛类种类数较少有关。关于底栖动物群落和水体环境因子的关系，根据以往研究，水体富营养化程度越高，营养盐对底栖动物的影响越显著[12-14]，且在污染型湖泊中，霍甫水丝蚓、长足摇蚊等富营养化湖泊常见优势种的密度与水体氮、磷含量通常呈显著正相关[15-19]，而本研究得到相反的结果，究其原因在于：疏浚后，月湖水体氮、磷质量浓度显著低于疏浚前，且季节变幅较大（总氮质量浓度为0.89~2.3mg•L-1，总磷质量浓度为0.09~0.41mg•L-1），可作推测，疏浚后短期内水体内部的氮、磷物质交换与化学平衡尚未达到稳定状态，且在富营养化程度较轻的情况下，底栖动物密度往往与营养盐含量的相关性不明显[20]，因此，如上所述，疏浚后月湖底栖动物密度的季节变化主要由动物自身生命周期的季节性和环境温度决定。从多样性和环境的关系来看，根据物种多样性的单峰分布理论[21]，即在中度营养水平的生境中具最高的物种多样性，物种多样性在中—富营养水体中随营养程度增加而降低，疏浚后，月湖底栖动物多样性随水体营养水平的升高呈显著下降趋势（P<0.05），在其他一些氮、磷含量较高的湖泊中，亦发现相同的规律[10,19,22-23]，这在一定程度上佐证了疏浚后的月湖营养水平已达到中-富营养。

4结论

总体来看，疏浚1年后，底栖动物群落恢复明显，现存量和多样性均达到疏浚前的水平，种类组成与疏浚前相似，而优势种类数较疏浚前多，这一结果与苏州河底泥疏浚的相关研究结果较为吻合[24]，表明疏浚后的底质环境更有利于底栖动物群落的生存和底栖生态系统的重建。从水质来看，氮、磷含量显著低于疏浚前，且季节变幅较大，表明水体内部的氮、磷交换尚未达到平衡状态，此时，营养水平不是限制动物种群密度分布的主要因子，群落结构的季节性变化主要由各类群生命周期的季节性和环境温度决定。