李村河上游河段底栖动物调查与水质生物学评价

山东省青岛市第39中学2021 级（4）班 张瀚文 陈昊男 王浩宇 张力山

一、项目背景

大型无脊椎底栖动物（通常被称为“底栖动物”）一般指个体大于0.5毫米，生活史的全部或大部分时间在水体底部或沉积物中的无脊椎动物。它们对外界胁迫的响应比较敏感，是观测水生态系统健康状况的重要指标。

李村河是流经青岛市区最长的河流，对调节青岛气温以及提供生活用水有很大作用。自2009 年开始，历经3 年改造，李村河上游已由最初的臭水沟变成了水清岸绿的生态景观河。

我们选择李村河上游的中段来调查该河段的环境特征、底栖动物的数量和种类，在此基础上进行水质生物学评价，试图验证底栖动物与水质之间的关联，并分析影响底栖动物数量和构成的环境因素，为水环境保护及水质改善提出合理建议。

二、研究方法

1.调查区域的选取及其概况

（1）调查区域所在位置

本调查所选河段位于李村河上游中段东川路桥附近，该河段采用河道蓄水与自然湿地相结合的新型设计理念，具有较强的代表性。本文选择了桥西侧100 米左右及桥东侧100 米左右两个采样点，于2022 年7 月10 日、2022年7月31日分别进行了数据采集。

图1 调查河段位于李村河上游中段

图2 采样点位于李村河东川路桥附近

（2）河岸土地利用情况

河段两侧土地利用以居住区、学校、商业办公用地为主，河道南侧有少量工业用地，沿河两侧公路之间形成宽约100 米的绿地公园。

（3）河岸类型和水生植物

河段东川路桥以西为自然湿地，采样点1 所在位置为完全植草护坡河岸。桥东为河流蓄水段，采样点2 所在位置一侧为复合式生态护岸（水下为砌石护岸，水上为植物护坡），河对岸为重力式垂直水泥驳岸。

采样点1 处有丰富的植被，包括荇菜、睡莲等浮叶植物，菖蒲、芦苇、千屈菜、慈姑、水芹等挺水植物，酢浆草等伏地植物，以及垂柳、松柏等堤岸树木。

图3 采样点1 处的菖蒲

图4 采样点1 处的慈姑

采样点2 处河岸坡度较大，近岸地带种植了大量垂柳，芦苇、水芹等植物相对较少，覆盖面积较小。不过此处有大量黑藻、菹草等沉水植物。

（4）河水流态和底质

我们在两个采样点分别进行了多次采样，发现两处的水流速度都较慢，趋近于静水。河流底质既有碎石和泥沙，又有褐色淤泥，夹杂着一些植物残体。

2.底栖动物采样方法

底栖动物的采样方法有很多种，其中手抄网法适合在近岸使用，可收集生长在河底、水生植物体上或硬质堤岸壁上的生物，是一种定性采样方法，主要获取底栖动物的物种数。由于其简单易行，我们选用这种方法采集底栖动物，步骤如下：

第一，将手抄网（网孔为40 目）伸入近岸水草或沉积物中直线拖动，或在水面下的硬质岸壁上刮动。每次在各点位都进行多次采样，尽量采集不同底质和不同种类的水生植物样本。

第二，采集完样本后，将其倒入网孔为40 目的筛网中进行淘洗并收集，再进行初步的分拣和鉴定。

第三，对底栖动物样本进行计数、记录，最后将样品放生。

3.基于底栖动物的水质生物学评价方法

底栖动物长期生活在水生态系统中，具有易于鉴定、寿命较长、活动能力和范围较小以及对环境变化较敏感等特点，可综合反映污染物对环境和生物产生的影响，被广泛用于水质评价和环境监测。过去几十年，国内外生态学界已开发出几十种基于底栖动物的水质评价方法，其中，科级耐污指数操作简单，评价结果准确，被广泛应用。

其判断水质级别的计算公式为：

ni为第i分类单元的个体数；ti为第i分类单元的耐污值；N为各分类单元的个体总和；s为分类单位个数。水质评价标准为：IHB为0.00～3.75，极清洁；IHB介于3.76～4.25，很清洁；IHB介 于4.26～5.00，清洁；IHB介于5.01～5.75，一般；IHB介于5.76～6.50，轻度污染；IHB介于6.51～7.25，污染；IHB介于7.26～10.00，严重污染。

表1 李村河上游采样点底栖动物物种名目

三、实验结果及分析

1.底栖动物的数量和种类

在两个采样点、两个采样时段共采集底栖动物3个门的6个分类单元，包括环节动物门1 种，软体动物门1种，节肢动物门4 种。节肢动物门中，甲壳类以十足目为主，昆虫纲以双翅目为主。

2.水质生物学评价结果

根据底栖动物调查结果，经计算，两个时段两个点位的科级耐污指数均为5.4，水质评价结果均为“一般”。

3.底栖动物与水质的关联

根据调查结果，在两个相近时间段、两个相邻点位采集到的底栖动物数量和群落构成不同，但基于科级耐污指数的水质评价结果一致。这验证了将底栖动物调查用于水质评价的准确性和稳定性。

4.底栖动物数量及构成的影响因素

研究发现，在不同采样位置采集到的底栖动物的数量和群落构成差别较大。根据相关文献以及调查结果，影响河段底栖动物数量及群落构成的因素主要包括以下几点：

第一，河流底质是底栖动物生长、繁殖等生命活动的必备条件，其颗粒大小、稳定程度、表面构造和营养成分等都对底栖动物有很大影响，不同底质中的底栖动物优势种常有明显的差异。

在本次调查的多次采样过程中，也呈现出类似的规律。从数量上看，在砂石颗粒适中且有水生植物的采样位置底栖动物较多，而在淤泥和沙质底质的采样位置底栖动物数量较少。从类型上看，在砾石较多的采样位置甲壳动物更多，在淤泥底质的采样位置摇蚊幼虫较多。

第二，水生植物群落不仅能作为底栖动物重要的食物来源，还能为底栖动物提供避难场所。本次调查在两个采样点水生植物较丰富的采样位置均采集到较多的田螺和淡水虾。

第三，近自然的生态式护岸有利于维护生物多样性。采样点1 为自然河岸，相比于采样点2 的半人工河岸，采集到的底栖动物种类更多。

第四，采样时间为夏季，随着温度的升高，摇蚊幼虫生长迅速，而大量水生昆虫发育成熟脱离水体，有可能是采样点1 在两个时间段获得的底栖动物构成不同的原因。除此之外，采样时遇到降雨，可能会造成河流底质的搅动，也会对底栖动物的数量及构成产生影响。

四、结论与建议

1.结论

图5 在采样点采集到的田螺（左）和淡水虾（右）

本文选取青岛市李村河上游河段进行了两个时间点、两个采样点的底栖动物采样调查，合计获取6 种共53 个底栖动物，使用科级耐污指数法评价水质为“一般”。研究验证了底栖动物在指示水质方面的有效性和稳定性，发现底栖动物数量及群落构成受底质、水生植物、河岸类型以及季节、天气等因素的影响。

2.建议

河流水质对于维护城市生态环境至关重要，而底栖动物和河流水质之间有密切的关系。我们建议：

（1）在河流的治理和保护过程中提倡采用生态护岸，种植多层次水生植物，尤其是具有净化作用的植物，例如芦苇、黑藻、金鱼藻等；

（2）底栖动物不仅是水质的指示剂，部分底栖动物还具有净化水质的作用，比如河蚌、螺类及摇蚊幼虫。在河流治理过程中应注意保护其生存环境，并考虑人工投放此类底栖动物；

（3）卵砾石生态河床河段对污染物质的截留效果明显好于自然河段，在河流生态治理过程中应考虑投放卵砾石底质，在净化水质的同时为底栖动物提供生存空间；

（4）长期开展底栖动物调查和水质生物学评价工作，将河流“体检”常态化。（指导老师：吕晓蕾 葛如萍）

专家点评

本文对当地李村河上游河段的环境特征、底栖动物的数量和种类进行调查，探索底栖动物与水质之间的关系，专业性较强，涉及不少知识和技能，体现了作者深厚的研究功底。无论是调查研究过程还是数据的处理，都需要比较专业的科技人员指导，且需要花费大量的时间和精力。

世上无难事，只要肯登攀。只要有兴趣、有方法、有付出，就必定有收获。建议适当降低研究过程、研究方法和数据处理的难度，使文本内容更适合中小学生阅读，从而有利于推广和他人借鉴。