埃塞俄比亚南部Areka镇Kuliya河底栖大型无脊椎动物丰度与多样性作为水质生物指示物研究

《Aquaculture Science and Management》：Abundance and diversity of benthic macroinvertebrates as bioindicators of water quality in Kuliya River at Areka Town Southern Ethiopia

　　

本研究于2023年1月至6月在埃塞俄比亚南部Areka镇Kuliya河开展，通过研究底栖大型无脊椎动物（benthic macroinvertebrates）沿河分布与丰度及选定理化参数，评价水质。基于人为压力设置3个采样点，沿河每5 km一个。样品采用踢采样（kick sampling）和多生境采样（multi-habitat sampling）方法采集。溶解氧（DO）、温度（temp）、pH、总溶解固体（TDS）、磷酸盐（PO₄^3?）、硝酸盐（NO₃^?）、亚硝酸盐（NO₂^?）、氨（NH₃）、铵（NH₄⁺）、生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）等理化参数按标准方法测定。共鉴定1082个大型无脊椎动物物种，隶属18科、7目、1纲。其中，站点3双翅目（Diptera）有533个科，而站点1发现EPT（蜉蝣目Ephemeroptera、襀翅目Plecoptera和毛翅目Trichoptera）244个科。耐污双翅目的出现表明站点3较其他两点受人为活动影响更重。除氨和铵外，多数理化参数差异显著。Hilsenhoff科级生物指数（H-FBI）在站点1、2、3分别为3.80、7.04、8.18，分别指示可能轻微、显著和高显著有机污染。Shannon-Wiener多样性指数（H′）在站点1、2、3分别为2.35、1.72、0.99。典范对应分析（CCA）展示浮游生物与理化参数关联，显示与多数污染敏感大型无脊椎动物呈负相关。结果表明Kuliya河处于人为压力下，需开展适当水质管理和持续监测。

河流具有重要生态价值，但近几十年来淡水生态系统因污染、气候变化和强烈人为活动出现生态状况与物种多样性下降。底栖大型无脊椎动物参与有机物分解、食物链和生物监测，其丰度与分布随污染压力变化，可作为评价人为活动对水生态质量影响的生物标准。欧洲和北美已用其评价河流水质；非洲水生态退化、撒哈拉以南非洲淡水污染、南非河流污染与人为压力导致大型无脊椎动物栖息地受损及多样性和丰度下降；东非人口增长带来的森林砍伐、城市化、工业扩张和商业灌溉或农业活动威胁淡水水体；埃塞俄比亚河流质量恶化引起健康问题、水处理成本上升和渔业减少。Kuliya河受肥皂、农药、化肥、Areka镇生活和非生活废物、河中和镇上车辆清洗、洗衣、牲畜饮水、小规模灌溉、采砂及Kera屠宰场液体残留等影响，还存在河岸植被清除、过度放牧、城市径流、生活垃圾和固体污染物等问题，且此前无相关研究记录。研究人员于2023年1—6月首次研究该河大型无脊椎动物种类、相对丰度和分布与理化参数关系、不同生态条件地点多样性及理化参数特征，结果表明河流存在人为压力，需水质管理与持续监测。

关键技术方法：研究地点为埃塞俄比亚南部Wolaita zone Areka镇Kuliya河（约7°4’08”N、37°42’41”E，海拔1774 m），时间为2023年1—6月；按人为压力设3个站点，每站相距约5 km，站点1为上游Ukara、站点2为中游Dubomeshageriya、站点3为下游Kera。大型无脊椎动物以D形网（500 μm）沿100 m河段两岸进行踢采样和多生境采样，经300 μm筛洗后鉴定到科并保存。同步现场与实验室测定DO、温度、pH、TDS、BOD、COD、PO₄^3?、电导率（EC）、浊度、NH₃、NH₄⁺、NO₂^?、NO₃^?、总碱度（TA）等。数据分析采用SPSS 21、PAST 4.13和Excel 2010，进行单因素方差分析（One-way ANOVA）及Tukey HSD、CCA和生物多样性指数计算。

研究结果：理化参数（Physicochemical parameters）：通过三站点理化参数测定，温度、EC、TDS、pH、BOD、COD和营养盐总体自上游至下游升高，DO下降；NH₃和NH₄⁺差异不显著（P>0.05），其余多数显著（P<0.05）。分布（Distribution of macroinvertebrates）：通过各站点物种存在或缺失记录，显示大型无脊椎动物分布随站点变化，敏感类群与耐受类群格局不同。相对丰度（Relative abundance of macroinvertebrates）：通过全部站点标本计数，Chironomidae相对丰度最高（45.10%），其后为Baetidae（7.86%）、Gomphidae（5.26%）等。丰度（Abundance of macroinvertebrates in the Kuliya River）：通过站点间个体计数，共1082个，站点1为439、站点2为338、站点3为305；Baetidae、Caenidae、Heptageniidae、Leptophlebiidae、Perlidae和Hydropsychidae在站点1多、站点3少，Chironomidae、Coenagrionidae、Nepidae和Hirudinea在站点3更多。群落组成（Community composition）：通过类群组成比较，站点3以双翅目占优，站点1以EPT占优且双翅目最少；Odonata中Aeshnidae和Gomphidae对污染敏感。EPT百分比（Percent EPT）：通过计算EPT个体比例，站点1最高（52.84%），站点2为12.73%，站点3最低（0.98%）。双翅目百分比（Percent dipterans）：通过计算双翅目比例，站点3最高（79.34%），站点2为62.72%，站点1最低（18.00%）。底栖大型无脊椎动物多样性（Diversity of benthic macroinvertebrates）：通过Shannon-Wiener、Simpson、Margalef等指数计算，丰富度站点1为14、站点3为8；H′分别为2.35、1.72、0.99；Simpson指数站点1最高（0.88）、站点3最低（0.42）；Margalef指数最高在站点1、最低在站点3；H-FBI分别为3.80、7.04、8.18，指示轻微、显著和高显著有机污染。大型无脊椎动物与理化参数的相关性（CCA）：通过CCA关联物种与理化参数，第一轴占93.83%、第二轴占6.17%，合计100%；DO与Caenidae、Hydropsychidae、Heptageniidae、Baetidae、Gomphidae、Aeshnidae等不耐受类群正相关；EC、浊度、TDS、NO₂^?、NO₃^?、PO₄^3?、TA、BOD、COD与轴1负相关，DO和温度呈正相关。

讨论部分认为，温度沿程变化与植被覆盖、遮荫和水深有关；站点3高EC与土壤侵蚀、含肥农田径流及生活垃圾离子输入有关；下游低DO与Areka镇有机废物和生活污水入河有关，站点3 DO低于5 mg/L的WHO推荐值，可能危害水生生物。所有站点浊度超过WHO饮用水指南，表明受城市废物、农业、卫生条件差、市政污水和Kera屠宰场残留影响。站点1和2 pH在WHO 6.5—8.5内，站点3超限并呈碱性。站点2和3磷酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐升高与洗涤剂、污染污水、化肥农药径流、城市径流、汽车摩托清洗、有机碎屑倾倒、畜牧及点源和非点源污染有关。多样性方面，站点1可作参照点，不耐受类群多；站点3耐受类群多，水质直接影响物种组成；EPT在参照点高、耐受科在站点3高，指示污染。Chironomidae在站点2（187）和站点3（230）丰度高，指示高有机污染和营养富集；总丰度上游至下游下降与下游农业、采砂、屠宰场残留和有机废物影响理化参数有关。按H′分类，站点1轻度污染、站点2中度污染、站点3重度污染；Evenness站点1和2高、站点3中等；Simpson指数站点1最高、站点3最低。H-FBI站点3最高，指示显著有机污染；DO与污染敏感种正相关。实践上建议屠宰场、洗车和市政废物经处理后再排放，社区和产业监测固废，城市管理部门将垃圾和工业废水运出城外处置，严格环境法，开展社区意识培训并持续监测。研究结论翻译：Kuliya河理化参数显示中下游人为影响负荷高并影响水质；大型无脊椎动物分布、丰度和多样性揭示沿河污染梯度；上游污染敏感类群高多样性和丰度证实水质相对良好，中下游污染敏感类群低多样性和丰度表明河流受损；相关分析显示多数污染敏感底栖大型无脊椎动物与理化参数在中下游呈负相关；高耐污类群与理化参数负荷共同表明Kuliya河处于压力下，需关注恢复水质。