台中市东大溪废水处理厂实施后水生昆虫群落的生态恢复研究

本研究针对台湾台中市东大溪因工业化导致的水体污染问题，通过对比废水处理厂（WWTP）建设前后（2019–2023年）的水质与水生昆虫群落变化，揭示了WWTP对水体生态的修复作用。研究发现，WWTP运行后水质显著改善（如总氮降低、溶解氧升高），敏感类群（如Baetidae、Libellulidae）重新出现，多样性指数（Shannon、Simpson）显著提升。该成果为城市河流生态修复提供了科学依据，凸显了生物监测在淡水管理中的重要性。

　　

在城市化与工业化的双重压力下，台湾的淡水生态系统正面临严峻挑战。以台中市东大溪为例，这条曾每日接纳万吨工业废水的河流，一度成为污染重灾区——水体富营养化、溶解氧骤降，仅剩耐污能力极强的摇蚊科（Chironomidae）昆虫苟延残喘。这种生态失衡不仅威胁生物多样性，更暴露了传统水质监测的局限性：仅凭pH、氨氮等瞬时理化指标，难以评估生态系统的长期恢复潜力。

为破解这一难题，东海大学与台中市政府联合建设了废水处理厂（WWTP），并开展了一项长达4年（2019–2023）的生态追踪研究。通过对比WWTP运行前后的水质参数与水生昆虫群落变化，团队首次在《Journal of Asia-Pacific Entomology》上系统揭示了人工干预对河流生态的修复机制。

关键技术方法
研究采用多学科交叉策略：1）水质监测涵盖温度、pH、生化需氧量（BOD₅
）、总氮（TN）等关键指标；2）水生昆虫采样通过索伯网（Surber sampler）在固定站点按季节采集；3）群落分析结合多样性指数（如Shannon-Wiener指数）和多元统计（如RDA排序）；4）环境因子与昆虫分布的关联性通过广义加性模型（GAM）解析。

研究结果

水质改善的量化证据
WWTP运行后，东大溪的污染物负荷显著降低：油脂含量下降47%，TN削减34%，溶解氧（DO）从3.2 mg/L升至6.8 mg/L。但硝酸盐浓度因硝化作用增强而反升21%，这一"修复副作用"为后续优化提供了方向。

昆虫群落的生态转折
最令人振奋的发现是敏感类群的"回归"：摇蚊科占比从72%锐减至38%，而蜉蝣科（Baetidae）、水龟甲科（Hydrophilidae）等清洁水体指示物种重新出现。多样性指数同步跃升——物种丰富度增加2.3倍，Shannon指数从1.2提升至2.6，印证了生态系统的正向演替。

季节性规律的复苏
修复后的河流展现出更显著的季节动态：夏季昆虫多样性比冬季高1.8倍，这与WWTP在低温期处理效率下降（冬季BOD去除率降低15%）形成呼应，提示气候适应性设计的重要性。

环境驱动机制
RDA分析显示，pH（λ=0.32）、水温（λ=0.28）和BOD₅
（λ=0.41）是驱动昆虫分布的关键因子。耐污物种（如Chironomidae）与高BOD正相关，而敏感类群（如Hydrophilidae）则在DO>5 mg/L的水域繁盛。

结论与启示
这项研究首次实证了WWTP对热带城市河流的生态修复价值：通过切断污染源，不仅改善了常规水质参数，更重建了水生昆虫群落的健康结构。尤其值得注意的是，多样性指数的提升滞后于水质改善约6个月，这一"生态响应延迟"现象为评估修复效果提供了关键时间窗口。

研究也揭示了亟待解决的矛盾：冬季运行效率低下、硝酸盐累积等问题，提示未来需结合人工湿地等补充措施。东大溪案例为全球快速城市化地区的河流治理提供了可复制的模板——将工程措施与生物监测相结合，方能实现真正的生态复兴。正如Lilibeth A. Bucol团队强调的："水生昆虫的回归，是河流写给人类最美的情书。"