水生生物是水生态系统的重要参与者，其群落结构、功能可以良好地指示水体水生态状况^[1-2]。底栖动物是水生生物的一个重要类群，因其具有相对稳定的生活环境、自身移动能力差、直接受到污染物的中长期累积性影响、生活周期适中；位于水生生物食物链中层，连接生产者和食物链顶层；基础研究资料翔实，对水体指示意义明确等优势，逐渐成为水质生物评价中应用最为广泛的生物类群^[3]。欧盟和美国早已将底栖动物纳入管理部门水体健康状况评价要素中^[4]。

目前对南水北调东线的水质等已有相关调查和研究^[5]，但是东线正式输水后，尚未见针对东线工程全境或江苏段的水生生物，特别是底栖动物相关研究。现选择南水北调江苏段沿线为研究区，调查水体的底栖动物群落结构，探索影响群落的理化因子并进行水生物学评价，以期更好地了解区域水生态状况。

1 研究方法 1.1 研究区概况

南水北调江苏段是南水北调东线工程的一部分，利用江苏省已有的江水北调工程，从长江下游干流电力提水，以京杭大运河为输水主干线，连接起调蓄作用的洪泽湖、骆马湖等诸多水体，再继续向北送水。一期工程于2013年12月正式调水。

1.2 采样点布设

根据引水线路区位特点，结合前期勘察调研获得的各区域生境状况，共对沿线布设了10个监测点位，分别为：江都西闸、泰西、五叉河口、老山乡外、临淮乡外、马陵翻水站、沙集西闸、张楼、蔺家坝和李集桥，见图 1，图中红色线条为调水路线。结合底栖动物生长繁衍的时间特点，于2015年3月和7月分别开展了水质理化、底栖动物监测。

1.3 监测项目和方法

溶解氧(DO)、pH值和电导率(Cond)利用6600V2型多参数水质监测仪进行现场测定，氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(COD_Mn)和五日生化需氧量(BOD₅)的测定参照文献[6]。

底栖动物采样、前处理、分析等参照《流域水生态环境监测与评价技术指南(试行)》(总站水字〔2014〕124号)和《关于印发<太湖流域(江苏)水生态健康评估技术规程(试行)>等技术文件的通知》(苏环办〔2016〕184号)附件二《水生态健康监测技术规程淡水大型底栖无脊椎动物(试行)》等相关技术规定，利用1/16彼得逊采泥器采集，每个监测点采2~3个样方，现场经筛网筛洗后，用福尔马林溶液进行固定保存并带回实验室挑拣，并将底栖动物鉴定至尽可能低的分类单元。

1.4 监测时间

2015年3月和7月。

1.5 评价方法

香农多样性指数^[7]：

$ H' = - \sum {\left( {{n_i}/N} \right)} {\log _2}\left( {{n_i}/N} \right) $

(1)

物种优势度^[8]：

$ Y = \left( {{n_i}/N} \right) \times {f_i} $

(2)

BMWP指数^[9]：

$ {\text{BMWP}} = \sum {{b_i}} $

(3)

BI指数^[10]：

$ {\text{BI}} = \sum {{n_i}} {t_i}/N $

(4)

式中：H’——香农多样性指数；

n_i——第i个分类单元个体数；

N——样品底栖动物中总个体数；

Y——物种优势度；

f_i——第i种的出现频率Y＞0.02作为优势种；

b_i——第i科BMWP分数值；

BI指数——生物指数；

t_i——第i个分类单元的耐污值。

底栖动物水质生物学评价参照《关于印发 < 流域水生态环境监测与评价技术指南(试行) > 的通知》(总站水字〔2014〕124号)相关标准，见表 1。

基础数据分析在Excel 2016中完成，部分群落结构相关指数计算在Primer 6.0中完成^[11]。环境梯度分析(排序分析)利用R软件中结合多元分析软件包“vegan”^[12]进行，利用“ggplot2”包进行作图。分析前全部底栖动物物种数据进行log(x+1)转化，环境因子中的pH值不进行处理，DO、Cond、TN、TP、NH₃-N、COD_Mn、BOD₅进行log(x+1)转化，物种数据使用Hellinger转化^[13]。

2 结果与讨论 2.1 底栖动物的群落结构特征及时空变化

2015年3月监测了6个点位，2015年7月监测了10个点位，共采集到底栖动物3门7纲10目17科30个分类单元(以下简称“种”)，其中寡毛纲8种、昆虫纲3种、甲壳纲3种、软体动物门14种、多毛纲和蛭纲各1种。每个样点底栖动物物种数的算术平均数为6.75，分布为4~15种；全部样点密度平均值为369个/m²，分布为64~1 184个/m²。

出现频次最高的是寡毛纲苏氏尾鳃蚓(81.25%)；其次为软体动物门中的河蚬(62.5%)、铜锈环棱螺(62.5%)、方格短沟蜷(56.25%)和寡毛纲霍甫水丝蚓(56.25%)。研究区域优势种(即优势度Y＞0.02的物种)为霍甫水丝蚓(Y=0.109)、苏氏尾鳃蚓(Y=0.074)、克拉泊水丝蚓(Y=0.062)、梨形环棱螺(Y=0.047)、河蚬(Y=0.041)、铜锈环棱螺(Y=0.034)、方格短沟蜷(Y=0.023)。全部样次(同个样点2次监测结果按2个样次计)香农多样性指数均值为2.20，分布为1.52~3.05。

2.1.1 底栖动物时间分布特征

底栖动物时间分布特征见表 2。由表 2可见，3月份6个点位共监测到底栖动物24种，其中寡毛纲8种，昆虫纲2种，甲壳纲1种，软体动物门12种，多毛纲和蛭纲各1种，各点位物种数分布为4~15种；7月份10个点位共监测到底栖动物22种，其中寡毛纲7种，昆虫纲2种，甲壳纲3种，软体动物门10种，多毛纲1种，各点位物种数分布为4~12种。

优势种变化不大，均以寡毛纲和软体动物为主，其中寡毛纲优势种物种完全相同，都是耐污种克拉泊水丝蚓、霍甫水丝蚓和苏氏尾鳃蚓，仅优势度存在差异；软体动物7月监测结果优势种较3月时减少了1种(方格短沟蜷)。

2.1.2 底栖动物空间分布特征

按南水北调东线工程江苏段输水线路，将监测采样的10个点位按空间位置粗略划分为4个区段：引水段(江都西闸、泰西)、淮宿段(五叉河口、老山乡外、临淮乡外)、宿徐段(马陵翻水站、沙集西闸、张楼)、出水段(蔺家坝、李集桥)。底栖动物空间分布特征见表 3。

由表 3可见，4个区段间底栖动物的总物种数、水质指示性物种分布、密度、香农多样性指数值等均存在较为明显的空间分布差异，总体表现为随引水线路向北延伸，沿线底栖动物物种数、密度及香农多样性指数值等均呈现总体上升的趋势。引水口底栖动物物种数偏少，群落结构较为简单，可能的原因是监测采样时引水线路通水时间偏短，底栖动物尚未成功定居。也有可能引水段水利工程设施(如提水泵站)较多、水文变化较剧烈，对这一区段水域扰动很强，底栖动物成功存居的难度大。

2.2 底栖动物与水质理化因子关联

根据去趋势对应分析(Detrended Correspondence analysis，DCA)结果显示, 第一轴长度是3.048 9，长度为3~4，使用冗余分析(Redundancy Analysis, RDA)或典范对应分析(canonical correspondence analysis, CCA)方法均可进行分析，现选用RDA。用ENVFIT函数进行前向选择^[14]，剔除冗余环境变量，最终选择的变量有DO、pH值、BOD₅、TN。RDA排序结果见图 2，RDA排序结果图中物种或点位见表 4。

第一轴解释量为43.89%，第二轴为31.22%。根据图 2排序结果，DO和pH值与第一轴高度负相关(相关性分别达到66.12%和50.39%)，TN与第二轴高度正相关(相关性分别达到73.39%)。研究区影响底栖动物的主要环境因子是DO、pH值和TN。

2.3 底栖动物生物学评价结果

计算样点的香农多样性指数、BMWP指数和BI指数，其中监测2次的点位指数取值为2次指数值的平均，并依据各自评价标准，评价水体生态质量状况。监测点位底栖动物香农多样性、BMWP及BI指数见表 5。

由表 5可见，研究区总体水生态质量较好。各点位香农多样性指数指征水体生态质量为轻度污染或良好；各点位香农多样性指数总体存在随引水线路深入，指数值波动增大的趋势，说明底栖动物群落结构以及指征的水生态环境质量状况总体趋好。BMWP指数评价，所有点位水生态状况均为中度污染。BI指数评价等级总体为轻度污染和中度污染，引水段江都西闸指数值异常偏高，而出水段张楼和蔺家坝寡毛纲数量大、李集桥摇蚊科数量大导致BI值显著高于中段区域点位，其余点位BI指数值处于正常的小幅波动范围。

文献[15]表明，2012年(调水前)，徐州段2个监测点位分别监测到底栖动物18种和19种，优势种为克拉泊水丝蚓、霍甫水丝蚓、奥特开水丝蚓、齿吻沙蚕和苏氏尾鳃蚓，香农多样性指数值分别为2.57和2.77。香农多样性指数值略高于本研究宿徐段和出水段；底栖动物物种数与本研究结果差别不大，优势种情况看，2012年优势种全部为指示水体“重污染”的寡毛类，本研究发现河蚬、方格短沟蜷、环棱螺等软体类也是目前南水北调东线江苏段的优势种，综合来看，调水后底栖动物群落状况总体变好。

3 结论

(1) 对南水北调东线工程江苏段2次采样，共监测到底栖动物30种，其中软体动物门14种、寡毛纲8种、昆虫纲和甲壳纲各3种，多毛纲和蛭纲各1种，平均密度为369个/m²；底栖动物优势种为霍甫水丝蚓(Y=0.109)、苏氏尾鳃蚓(Y=0.074)、克拉泊水丝蚓(Y=0.062)、梨形环棱螺(Y=0.047)、河蚬(Y=0.041)、铜锈环棱螺(Y=0.034)、方格短沟蜷(Y=0.023)。

(2) 空间分布特征上，随着引水线路的深入，底栖动物物种数、密度和香农多样性指数均呈现总体上升的趋势。影响底栖动物的主要环境因子为TN、DO和pH值。

(3) 研究区总体水生态质量较好。香农多样性指数评价结果表明随引水线路向北深入，指数值逐渐增大，水生态环境质量状况趋好；BMWP指数指征水体总体生态质量为中度污染；BI指数指征水生态为轻度污染和中度污染。