沈洪艳，曹志会，王 冰，赵 月，高吉喜，王文欢，张 远（.河北科技大学环境科学与工程学院，河北 石家庄 050080；2.河北省药用分子化学实验室，河北 石家庄 050080；3.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 2002；.中国环境科学研究院，北京 0002）

农田对太子河大型底栖动物群落的影响

沈洪艳1，2，曹志会1，2，王 冰1，2，赵 月1，2，高吉喜3*，王文欢1，张 远4（1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北 石家庄 050080；2.河北省药用分子化学实验室，河北 石家庄 050080；3.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042；4.中国环境科学研究院，北京 100012）

为研究农田对大型底栖动物的影响，以太子河南、北支为例，应用无度量多维标定分析（NMS）和典范对应分析（CCA），探讨大型底栖动物群落对农田的响应.研究发现:太子河北支物种组成以摇蚊科为主，其次是毛翅目和蜉蝣目，而積翅目相对多度较少；在南支则以蜉蝣目、積翅目和毛翅目物种为主，摇蚊科相对多度有所下降；北支主要的功能摄食类群是直接收集者和过滤收集者，刮食者和捕食者较少，撕食者几乎没有，南支各类功能摄食类群均有出现，直接收集者和刮食者较多.太子河南、北支的水温、pH值、电导、悬浮物（SS）、总溶解性固体（TDS）和总氮（TN）存在显著差异，其中北支的水温、电导和TDS显著高于南支；两条支流的水体均为弱碱性水质，南支的pH平均值高于北支；北支的SS和TN略高于南支.利用CCA开展土地利用因素对水质影响分析的总体结果表明，在河段和河流廊道尺度，农田面积比对第一轴的贡献率最高，分别为-0.76和-0.79，且水质要素-土地利用相关性在河流廊道尺度上为0.84，而在河段尺度上为0.71.对土地利用类型和物种的CCA分析可以看出，农田、河滩、居民用地方向多为耐污和中度耐污类群，且沿农田方向物种分布较少.而与此相反的，和旱田轴相反的第四象限内多为四节蜉科（如B.bicaudatus）等敏感类群.

大型底栖动物；群落结构；农业活动；太子河；土地利用类型

农业活动是指人类有意识的利用动植物，以获得生活所必需的食物和其他物质资料的生产活动.随着现代农业技术的发展，人们一味地追求作物高产，化肥农药施用量居高不下，畜禽养殖持续增长，这些农业活动使得水环境问题日益突出.农业活动是我国分布广泛的面源污染，污染机理主要是农田、农村生活垃圾和污水中的污染物质（主要包括土壤颗粒、土壤有机肥、化肥农药等有机污染物）随地表径流和地下渗漏过程被携入水体而引起的水质污染［1］.由于农业种植多集中于河道两岸，因此农业对地势落差较大而河面较窄的溪流影响可能更加严重［2］.目前，大型底栖动物对农业活动的响应研究正在逐渐成为河流生态研究的热点之一.农业活动在土地利用上的主要表现形式是农田.

农业种植对大型底栖动物的影响主要体现在几个方面:氮磷营养盐富集，栖境退化以及杀虫剂污染.大型底栖动物对河流氮磷营养物富集呈现补贴—压力响应［3］，在重度富营养条件下，生物量对营养盐含量呈负相关响应；在中低度富营养化条件下，趋势相反.吴东浩等［4］对西苕溪上游大型底栖动物的营养盐阈值的研究发现，大型底栖动物的群落结构在总氮和总磷超过阈值时发生了严重的退化现象.Gao等［5］指出，水体富营养化导致大型底栖动物的生物多样性显著减少和群落结构改变等问题，河流廊道农田覆盖率增加导致河流水文要素改变；而细小沉积物和藻类生物量的增加是引起大型底栖动物群落改变的关键原因.一般认为，农业种植引起的氮磷营养盐增加、河流杀虫剂含量和浊度增加是影响大型底栖动物群落结构的最重要驱动要素，导致的后果是部分物种个体数显著减少甚至消失，同时群落敏感性显著下降［6］.

大型底栖动物是河流生态系统的重要组成部分，以各种藻类、有机物颗粒和植被凋落物为食，同时也是河流中鱼类最主要的食物来源，是河流生态系统中最重要的消费者和分解者之一［7］.大型底栖动物多样性丰富且分布广泛［8］，不同类群对人为活动的干扰具有不同程度的响应，其群落结构的组成可直接反映人为活动的强度.本文以太子河南、北支为研究区域，着重研究农田对大型底栖动物的影响，明晰农田对大型底栖动物群落结构的影响，并筛选出对农田较为敏感的生物指标和水质指标.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况及样点设置

太子河源头分为南、北两支，南支发源于本溪县的东营坊乡羊湖沟，北支发源于新宾满族自治县的平顶山镇鸿雁沟，南、北支流于本溪县马家崴子附近汇入观音阁水库，同时也是本溪市重要的饮用水源保护地.太子河南支全长74km，流域面积900.9km2，北支全长59.5km，流域面积1197.6km2.

太子河流域源头区位于暖温带湿润半湿润大陆季风性气候区，降雨丰富（多年平均降水量761mm），多集中在6～8月.自然植被类型为落叶阔叶林，森林覆盖度达到50%以上.由于太子河南、北支发源于同一生态地区，具有极其相似的气候、地形、水文特征，因此具有极相似的水体理化特征.但因分处不同的行政区，造成了两小流域的土地利用比例具有明显差异（表1）.北支的农田覆盖率远高于南支.因此南、北支不同的开发强度，造成了两条支流土地利用的差异，为分析和对比南北两支的水质变化、空间变化成因提供了便利.

为研究农田对大型底栖动物的影响，通过实地考察，对太子河南、北支自源头以3km为间隔，进行样点的采集工作.除部分河段因处于山区无法进行水样采集外，共设置采样点33个，其中南支样点15个（TN1～TN15），北支样点18个（TB01～TB18）.选择2010年9月16日～10月21日太子河源头水质监测数据，详细样点见图1.

图1 太子河南、北支采样点的位置Fig.1 Locations of sampling sites in north and south tributaries of Taizi River

1.2 采样方法

采用索伯网［9］和D型手网作为大型底栖动物的采样工具.索伯网用于定量采集，网径为60目，采样面积为0.09m2.每个点用索伯网随机进行3次采样.D-型网在本研究中用于定性采集，网径为60目网，样框本身取半圆形，半圆框半径约为0.25m，底边约为0.3m.

在各样点的样品采集工作完成后，加70 %的酒精将样品保存并放入封口瓶中密封，然后放入整理箱中.在实验室内对每一瓶底栖动物样品进行精挑选，去除枯枝败叶和细沙，仅保留大型底栖动物的幼虫，并将样品置于80%的酒精中保存.精挑选工作结束后，参照文献［10］进行大型底栖动物的鉴定工作，在鉴定的同时计录每一种大型底栖动物的个体数.在本研究中，大多数大型底栖动物的物种鉴定到种或属；部分双翅目物种鉴定到科；摇蚊鉴定到亚科；除一些特殊的、较易辨认的寡毛类被鉴定出来［如颤蚓（Tubificidae）和霍夫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等］，大多数寡毛类仅鉴定到纲［10-12］.

1.3 水质参数的测定

电导（EC）、水温（T）、pH值、溶解氧（DO）、透明度（Trans）现场测定.水样带回实验室后测定的指标，包括重碳酸盐（HC）、碱度（Alk）、悬浮物（SS）、总溶解性固体（TDS）、五日生化需氧量（BOD5）、化学需氧量（CODCr）、高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、硝酸盐氮（N-N）、亚硝酸氮（N-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、正磷酸盐（P）.

水样的保存和预处理都按照《水和废水监测分析方法》［13］进行.为了减小误差，以上样品均重复2次测定，进行数据分析时取其平均值.

1.4 数据获取

土地利用数据采用了河段和廊道双尺度.河段尺度以采样点为起点，包括沿河道上游3km，河道两侧500m的缓冲区；河流廊道尺度以采样点为起点，包括河道两侧500m至河流源头为缓冲区.土地利用类型主要包括7类:森林、农田、裸地、草地、河滩、坑塘和居民用地.

1.5 数据分析

计算各样点的大型底栖动物物种数，物种个体数，群落组成参数（蜉蝣目，毛翅目，積翅目和摇蚊科相对多度）和功能摄食类群相对多度.

无度量多维标定分析法（NMS）: NMS是一种以样方间相异距离矩阵为起点，排序决定于相异系数大小顺序的非参数多元统计方法.其优势在于可以应用于非正态分布的、随机的、不连续的数据形式.NMS分析可在排序图中集中展示各采样点间水质要素组成的总体相似关系，组成要素越相似的两个点，在NMS排序图中的距离就越接近，反之亦然［14］.

典范对应分析（CCA）: CCA又称多元直接梯度分析［15］，是基于CA发展而来的排序方法［16］.CCA的基本思路是将对应分析与多元回归分析相结合，在对应分析的迭代过程中，每次得到的样方排序坐标值均与环境因子进行多元线性回归.较多元统计分析方法，CCA虽并不能完全消除拱形效应，但有效减少了拱形效应的影响.CCA排序图可直接在排序轴上展示环境因子对水质要素和样点分布的影响，依据环境因子在排序轴上的投影大小代表环境要素对水质要素和样点分布的影响强度［17］.

NMS和CCA分析前，所有数据进行Log（x+1）对数转化.CCA分析前对土地利用数据进行相关性检验，对|r|＞0.70的土地利用要素进行合并［18］，NMS分析采用欧式距离进行排序，CCA结果的显著性利用蒙特卡罗检验进行.NMS采用PCORD（Version 5mjm），CCA采用CANOCO （Version 4.5）.相关性检验和组间差异检验（Mann-Whitney U test， M-W U）均使用STATISTICA 统计软件（Version 7.0）.

2 结果与分析

2.1 太子河南、北支土地利用特征

太子河南、北支的土地利用特征分析表明，在河段尺度和河流廊道尺度上，南、北支的土地利用均以森林为主，其次为农田.在河段尺度上，两类土地利用比例之和在南、北支流分别达到79.4%和77.7%；河流廊道尺度上，两类土地利用比例之和在南、北支流分别达到74.1%和76.5%（表1）.但两条支流的农业开发强度差异显著，北支农田开发强度显著高于南支，而南支因人为活动干扰较小，森林覆盖率显著高于北支；除森林与农田外，河漫滩面积与居民用地面积在南、北支之间也存在显著差异.

表1 太子河南、北支土地利用比例特征统计与差异分析（M-W U 检验）（%）Table 1 Land use proportion characteristic statistics and difference analysis in north and south tributaries of Taizi River （M-W U test）（%）

同时对南、北支土地利用类型的相关性检验表明，在河段尺度上，森林和农田、森林和居民用地、农田和居民用地的相关性极显著（P＜0.01），相关系数分别为-0.92、-0.78和0.61，同时河漫滩与森林和农田的相关性显著（P＜0.05）（表2）；在河流廊道尺度上，农田和居民用地、农田和河漫滩、居民用地和河漫滩、草地和坑塘的相关性极显著（P＜0.01），相关系数分别为0.93、0.77、0.71和0.69（表2）.

在河段和河流廊道尺度上，因坑塘的出现比例较低（出现率小于30%），因此在CCA分析前对其剔除.在河段尺度上，考虑到农田可能是影响河流水质的主要因素，因此剔除与农田相关性|r|＞0.7的森林；在河流廊道尺度上，剔除与农田显著相关的居民用地和河漫滩（表2）.

表2 不同土地利用类型间的Spearman相关性检验Table 2 Spearman correlation test between different land use types

2.2 太子河南、北支环境参数基本信息

太子河南、北支的环境参数见表3.由表3可见，南、北支磷污染较小，溶解氧含量较高.水体理化因子及栖息地评价指数结果显示，北支所受农业非点源影响严重于南支:北支的总氮和电导率显著高于南支，河岸边土壤利用类型评价也表明北支河道两岸多有农田覆盖，北支水温显著高于南支.此外，栖息地评价结果也表明南支水量一般，北支的河岸边农田种植及人为活动强度要高于南支，导致栖息地总评分南支好于北支.

2.3 太子河南、北支大型底栖动物群落组成差异分析

2.3.1 物种组成 在太子河源头的南、北支共采集到大型底栖动物108种，个体数为57607个，经鉴定，隶属于5门（节肢动物门，环节动物门，软体动物门，扁形动物门，袋形动物门）；9纲（昆虫纲，甲壳纲，蛛形纲，瓣鳃纲，腹足纲，寡毛纲，蛭纲，线虫纲，涡虫纲）；22目，58科，87属；在所有的生物类群中，最主要的是水生昆虫，其相对丰度为89.9%，其次是钩虾（Gammarus sp），相对丰度为5.9%，再次为涡虫（Turbellarian），相对丰度为3.3%.其中，太子河北支发现大型底栖动物79种，39896个.优势种包括摇蚊亚科（Chironominae spp.），四节蜉（Baetis thermicus），直突摇蚊（Orthocladinae spp.），钩虾（Gammarus sp.），网栖石蛾（Hydropsyche nevae），短脉纹石蛾（Cheumatopsyche sp.）.南支发现大型底栖动物81种，17711个.优势种包括摇蚊亚科（Chironominae spp.），扁蚴蜉（Ecdyonurus viridis），朝大蚊（Antocha sp.），褐蜉（Paraleptophlebia japonica），直突摇蚊亚科（Orthocladinae spp.），锯型蜉（Serratella rufa）.南、北支的物种相似性指数结果为71.9%，同时最优势物种都是摇蚊亚科，表明南、北支大型底栖动物在物种组成上较一致.

2.3.2 群落组成分析 对太子河南、北支大型底栖动物群落组成和功能摄食类群进行了分析（图2），可以看出，除TB1等源头点位外，摇蚊科为构成太子河北支群落的主要物种，其次是毛翅目和蜉蝣目，而对环境最敏感的積翅目相对多度较少（图2a）；功能摄食类群分析表明（图2b），北支主要的功能摄食类群为直接收集者和过滤收集者，同时分布有较少量的刮食者和捕食者，而几乎没有撕食者的分布，这表明，外源有机物为北支河道提供了大量的营养物质，大型底栖动物已经受到了北支河道两岸农业活动导致的有机肥流失和土壤有机物的影响.在南支则以EPT物种（蜉蝣目、積翅目和毛翅目）为主，摇蚊科相对多度相对于北支有所下降（图2a）.由于EPT对环境污染较为敏感，且其相对多度是表征河流清洁的重要的生物指标之一，由此可说明南支的河流健康程度优于北支.南支5种功能摄食类群均有分布，出现较多的是直接收集者和刮食者（图2b），这表明，南支大型底栖动物的食物来源较为多样，并且各点位均有撕食者出现，而撕食者主要以枯枝落叶等凋落物为食，可以推断出南支河道两岸森林的落叶为其提供了良好的食物来源.

表3 太子河南、北支环境参数基本信息Table 3 The basic information of environmental parameters in north and south tributaries of Taizi River

图2 太子河南、北支大型底栖动物群落组成和功能摄食类群Fig.2 Community compositions and functional feeding groups of macroinvertebrates in north and south tributaries of Taizi River

2.3.3 指示种分析 根据表4可知，南支的主要指示种是对环境敏感的物种，如相对丰度较大的石蝇（Oyamia sp.1）和齿角石蛾（P.kisoensis）等物种都属于耐污值较小的EPT物种，是清洁水体的指示物种.相对来说，北支的指示物种尽管包括蝶石蛾（Psychomyia sp.）和河花蜉（P.huoshanensis）这样的敏感物种，但还是以中度耐污物种为主，如相对丰度较大的东方蜉（E.orientalis）、蚋（Simulium sp.）和石蛭（Nephelopsis sp.）等，由此可以推断，人为干扰活动已经对北支的底栖动物群落构成产生了一定程度上的影响.

表4 大型底栖动物指示种分析Table 4 Analysis of macroinvertebrate bioindicators

2.4 土地利用类型与水质参数的关系分析

由于土地利用类型对水质的影响比较直接［21-22］，因此以下通过土地利用类型与水质参数的关系进一步筛选对大型底栖动物影响显著的水质参数，并分析这种影响在河段尺度和河流廊道尺度中哪种尺度体现得更明显.

2.4.1 水质特征分析 各样点主要水质参数的NMS结果表明，除少数样点（如TB1和TB6）外，太子河南支和北支的水质总体特征存在明显差异（图3）.两条支流的样点在NMS排序轴上分属于不同的象限，除TB1和TB6样点外，两条支流各样点组内的距离明显小于支流间的距离.

对太子河南、北支主要水质参数的比较分析表明，水温、pH值、电导系、SS、TDS和总氮存在显著差异（P＜0.05）.其中北支的水温、电导和TDS显著高于南支；两条支流的水体均为弱碱性水质，南支的pH值平均值高于北支；北支的悬浮物和总氮略高于南支（表5）.氨氮和总磷在南、北支的总体水平较低，且两条支流间不存在显著差异.因此认为，南、北支水质存在明显差异，主要体现在水温、pH值、电导率和TDS等水质要素上.

2.4.2 土地利用对水质特征的影响分析 利用CCA开展土地利用因素对水质影响分析的总体结果表明，南、北支采样点在CCA排序轴上分别分布于第一轴的正、负方向，具有明显差异；农田面积比对第一轴的贡献率最高（表6），且对环境轴排序的贡献率达到显著水平（蒙特卡洛检验P＜0.05），因此是造成太子河南、北支水质差异的最主要因素（图4a，b）.在两个尺度的土地利用分析中，第一排序轴的解释率均较高，分别达88.3% 和94.8%.

在河段尺度上，CCA排序前两轴的总体解释率为95.3%，农田面积比对第一轴的贡献率最高，相关性最大（r=-0.76）（图4a，表6）.在河流廊道尺度上，CCA排序轴的总体解释率为99.3%，农田面积比对第一轴的贡献率与相关性均最高（r=-0.79）（图4b，表6）.水质要素和土地利用相关性，水质要素-土地利用关系累积变化百分率均表明，河流廊道尺度的土地利用的总体解释率优于河段尺度，由于造成南、北支土地利用差异的主要因素为农田，因此可认为对水质特征的影响河流廊道尺度的农田面积比高于河段尺度.

图3 太子河南、北支水质NMS排序Fig.3 NMS ordination diagram of Water quality in north and south tributaries of Taizi River

表5 太子河南、北支基本水质参数统计与差异分析（M-W U 检验）Table 5 Basic water quality parameters statistics and difference analysis in north and south tributaries of Taizi River （M-W U test）

图4 不同尺度上土地利用与水质要素的CCA排序Fig.4 CCA ordination diagram between land use and water quality factors in different scales

2.5 土地利用类型与大型底栖动物的关系分析在河流廊道尺度上，水质因子的差异更加明显.为进一步验证农田对大型底栖动物的影响程度，并且查看其他土地利用类型对太子河南、北支的影响，故在河流廊道尺度上分析土地利用类型对大型底栖动物的作用.

在轴一投影最长的为农田，且对点位分布影响最大的土地利用类型为农田（表6），太子河北支和南支的点位处于轴1的两侧，TN1～TN3为太子河南支的前3个点（图1），森林覆盖率比较高，这类点处于第四象限.而处于第二象限的多为受农田影响较重的点，多为太子河北支的点位.由此可见太子河南、北支虽然森林覆盖率较高，但是北支受人为开发影响较重，尤其受农田影响高于南支.

表6 河段和河流廊道尺度土地利用在CCA排序轴上的典型相关系数矩阵Table 6 The canonical correlation coefficient matrix of land use in river scale and river corridor scale on the CCA sort axis

通过土地利用类型和物种的CCA分析（图6）可以看出，农田用地方向多为耐污和中度耐污类群，如东方蜉（E.orientalis）和石蛭（Nephelopsis sp.），且沿农田方向物种分布较少.而与此相反的，和旱田轴相反的第四象限内多为四节蜉科（如B.bicaudatus）等敏感类群，由于农田和森林为负相关关系，可以推断沿森林方向敏感物种较多.

图5 太子河南、北支土地利用样点与大型底栖动物的CCA排序Fig.5 CCA ordination diagram between land use sampling sites and macroinvertebrates in north and south tributaries of Taizi River

图6 太子河南、北支土地利用与大型底栖动物物种的CCA排序Fig.6 CCA ordination diagram between land use and macroinvertebrate species in north and south tributaries of Taizi River

3 讨论

太子河源头南、北支发源于同一地区，具有极其相似的气候、地质和水文特征，因此在自然状态下，应当具有相似的水体理化特征［23］，但由于南、北支农业开发强度的差异，造成南、北支水质发生了明显改变.大量研究已经证明，河岸土地利用类型是导致河流生态系统退化与水质恶化的最主要因素［22，24］，这与本研究中农田对水质的影响相一致.与平原农业区不同，山区的农业开发主要依靠河流廊道的开垦，并由此造成山地溪流河流廊道森林面积退化，太子河南、北支农田面积与森林面积呈显著的负相关即为典型代表（表2）.已有研究表明，由于河流廊道植被覆盖率的降低，通常会造成河流水温的昼夜温差加剧［25-26］，进而影响整个溪流生态系统；同时，山区溪流河流廊道坡度大，地表径流明显强于平原，导致弱的降雨过程也可直接影响河流水质，如在汉江流域的研究表明，电导率与森林覆盖率和农田面积具有显著相关性［27］.

研究表明，太子河源头区水体总氮含量总体较高，依据国家地表水环境质量标准，均为Ⅳ类水.农业面源污染是造成水体富营养的主要因素［28］，尤其是山地溪流地区较高的坡降，氮、磷等营养元素更易随地表径流进入水体［29］，导致河流廊道中的营养盐转移和流失严重［30］.因此，太子河源头地区农业化的影响，是造成水体中总氮增加的主因.但相比于总氮，太子河源头水源的磷总体上较低，推测可能是磷素易被土壤固定［31］，且其淋溶损失较小［32］外，源头区域施肥特征也可能是造成这一现象的因素，其具体形成因素尚需进一步实验验证.

土地利用与水质特征的CCA排序分析表明，河流廊道尺度土地利用对水质的总体解释率均高于河段尺度（表5）.流域的自然要素、地理要素和总体土地利用特征等共同决定了河流的水质特征，大量研究已经表明土地利用的构成对水质参数的影响程度随研究区域尺度的增大而增加［33-34］，与本研究结果一致.但最新研究也指出，土地利用和人为活动随着空间位置距样点越远，其对水质的作用强度越小，因此对山区河流，河流廊道尺度的解释率有时反而高于流域尺度［35］，针对山地溪流类型，小流域尺度与河流廊道尺度的比较研究尚待开展.

4 结论

4.1 太子河南、北支地理位置相近，生态环境类似，且农田和森林的百分比之和在南、北支分别占到75%左右，不同的是，北支农田面积的百分比在河段尺度上比南支高16.09%，在河流廊道尺度上高20.54 %，较适合讨论农田对大型底栖动物的影响.

4.2 太子河源头南、北支共采集到大型底栖动物108种，57607个，太子河北支物种组成以摇蚊科为主，其次是毛翅目和蜉蝣目，而積翅目相对多度较少；在南支则以EPT物种（蜉蝣目、積翅目和毛翅目）为主，摇蚊科相对多度有所下降.北支主要的功能摄食类群是直接收集者和过滤收集者，刮食者和捕食者较少，撕食者几乎没有，南支各类功能摄食类群均有出现，直接收集者和刮食者较多，表明南支的食物来源较为多样.

4.3 对太子河南、北支主要水质参数的比较分析表明，水温、pH值、电导、SS、TDS和总氮存在显著差异.其中北支的水温、电导和TDS显著高于南支；两条支流的水体均为弱碱性水质，南支的pH平均值高于北支；北支的悬浮物和总氮略高于南支.利用CCA开展土地利用因素对水质影响分析的总体结果表明，在河段和河流廊道尺度，农田面积比对第一轴的贡献率最高，分别为-0.76 和-0.79，且水质要素-土地利用相关性在河流廊道尺度上为0.84，而在河段尺度上为0.71，表明在河流廊道尺度上研究土地利用和水质的关系更有说服力.

4.4 对土地利用类型和物种的CCA分析可以看出，农田用地方向多为耐污和中度耐污类群，如东方蜉（E.orientalis）和石蛭（Nephelopsis sp），且沿农田方向物种分布较少.而与此相反的，和旱田轴相反的第四象限内多为四节蜉科（如B.bicaudatus）等敏感类群，由于农田和森林为负相关关系，可以推断沿森林方向敏感物种较多.

［1］朱铁群.我国水环境农业非点源污染防治研究简述 ［J］. 农村生态环境， 2000，16（3）:55-57.

［2］LAIR N. Impact of agricultural practices on a small headwater stream: terrestrial and aquatic characteristics and self-purifying processes ［J］. Hydrobiologia， 2000，21（4）:129-139.

［3］KING R S. Subsidy-stress response of macroinvertebrate community biomass to a phosphorus gradient in an oligotrophic wetland ecosystem ［J］. Journal of the North American Benthological Society， 2007，26（3）:491-508.

［4］吴东浩，于海燕，吴海燕，等.基于大型底栖无脊椎动物确定河流营养盐浓度阈值——以西苕溪上游流域为例 ［J］. 应用生态学报， 2010，21（2）:483-488.

［5］GAO Q F， CHENG K L， SHIN P K S. Effects of nutrient enrichment derived from fish farming activities on macroinvertebrate assemblages in a subtropical region of Hong Kong ［J］. Marine Pollution Bulletin， 2005，51（8）:994-1002.

［6］THIERE G， SCGULZ R. Runoff-related agricultural impact in relation to macroinvertebrate communities of the Lourens River，South Africa ［J］. Water Research， 2004，38（7）:3092-3102.

［7］CUMMINS K W. Structure and function of stream ecosystems ［J］. Bio Science， 1974，24:631-641.

［8］WARD J V. Aquatic insect ecology ［M］. New York: John Wiely and Sons， Inc.， 1992:438.

［9］周 莹，渠晓东，赵 瑞，等.河流健康评价中不同标准化方法的应用与比较 ［J］. 环境科学研究， 2013，26（4）:410-417.

［10］WIGGINS G B. Larvae of the North American Caddisfly Genera （Trichoptera） ［M］. 2nd ed. Toronto: University of Toronto Press Inc， 1996.

［11］尤大寿，归 鸿.中国经济昆虫志-第四十八册 ［M］. 北京:科学出版社， 1995.

［12］田立新，杨连芳，李佑文.中国经济昆虫志-第四十九册 ［M］. 北京:科学出版社， 1996.

［13］国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会. 水和废水监测分析方法 ［M］. 4版.北京:中国环境科学出版社， 2002: 721-725.

［14］BRUCE M C， JAMES B G. Analysis of ecological communities ［J］. USA: MJM Software Design Press， 2002:125-132.

［15］JONGMAN R H G， TERBRAA C J F. Data analysis in community and landscape ecology ［J］. Cambridge: Cambridge University Press， 1987:255-267.

［16］TERBRAAK C J F. Canonical correspondence analysis: a new eigenvector technique for multivariate direct gradient analysis ［J］. Ecology， 1986，67（5）:1167-1179.

［17］周 彬，余新晓，陈丽华，等.北京山区森林景观格局与环境关系的CCA研究 ［J］. 水土保持通报， 2010，30（6）:148-152.

［18］渠晓东.香溪河大型底栖动物时空动态、生物完整性及小水电站的影响研究 ［D］. 北京:中国科学院研究生院， 2006.

［19］MANDAVILLE S M. Taxa tolerance values-benthic macroinvertebrates in freshwaters ［C］. Soil and Water Conservation Society of Metro Halifax （Project G-2）， 2002: 66-67.

［20］王建国，黄恢柏，杨明旭，等.庐山地区底栖大型无脊椎动物耐污值与水质生物学评价 ［J］. 应用与环境生物学报， 2003，9（3）: 279-284.

［21］SUSANN M. Wetland creation in agricultural landscapes: biodiversity henefits on local and regional scales ［J］. Biological Conservation， 2009，14（2）:964-973.

［22］TAKU K， MUNEMITSU A， TAKASHI A， et al. A proposal of framework to obtain an integrated biodiversity indicator for agricultural ponds incorporating the simultaneous effects of multiple pressures ［J］. Ecological Indicators， 2011，11:1396-1402.

［23］ALLAN J D， MARIA M C. Stream ecology ［M］. Springer press，2007，57-62.

［24］KAZAMA S， MATSUMOTO S， RANJAN S P， et al. Characterization of firefly habitat using a geographical information system with hydrological simulation ［J］. Ecological Model， 2007，209:392-400.

［25］ZHANG Y X， DUDEON D， CHENG D S， et al. Impacts of land use and water quality on macroinvertebrate communities in the Pearl River Drainage Basin， China ［J］. Hydrobiologia， 2010，52（6）: 71-88.

［26］JONS H， ROGER G Y， JOHN W H， et al. Changes in agricultural intensity and river health along a river continuum freshwater ［J］. Biology， 1999，42（2）:345-357.

［27］Li S Y， Gu S， Tan X， et al. Water quality in the upper Han River Basin， China: the impacts of land use/land cover in corridor buffer zone ［J］. Journal of Hazardous Materials， 2009，165（1-3）: 317-324.

［28］袁天泽，徐 燕，黄仁军，等.水稻施肥量对农田水质的影响 ［J］.江苏农业科学， 2010，（2）:343-344.

［29］李洪良，黄 鑫，邵孝侯.农业水质性缺水的现状、原因和农业水资源保护 ［J］. 江苏农业科学， 2006，（4）:186-188.

［30］PETERJOHN W T， CORRELL D L. Nutrient dynamics in an agricultural watershed: observations on the role of a corridor forest ［J］. Ecology， 1984，65:1466-1475.

［31］甄 兰，廖文华，刘建玲.磷在土壤环境中的迁移及其在水环境中的农业非点源污染研究 ［J］. 河北农业大学学报， 2002，25（增刊）:55-59.

［32］SLIVAL D， WILLIAM D. Buffer zone versus whole catchment approaches to studying land use impact on river water quality ［J］. Water Research， 2001，35:3462-3472.

［33］HUNSALER C T， Levine D A. Hierarchical approaches to the study of water quality in rivers ［J］. Bio. Science， 1995，45:193-203.

［34］张殷俊，陈 爽，相景昌.河流近域土地利用格局与水质相关性分析——以巢湖流域为例 ［J］. 长江流域资源与环境，2011，20（9）:1054-1061.

［35］PETERSON E E， SHELDON F， DARNELL R， et al. A comparison of spatially explicit landscape representation methods and their relationship to stream condition ［J］. Freshwater Biology，2010，25（8）:1365-1387.

Effects of farmland on macrobenthic community in Taizi River.

SHEN Hong-yan1，2， CAO Zhi-hui1，2， WANG Bing1，2，ZHAO Yue1，2， GAO Ji-xi3*， WANG Wen-huan1， ZHANG Yuan4（1.School of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang 050080， China；2.Medical molecular chemistry lab of Hebei Province， Shijiazhuang 050080， China；3.Nanjing Institute of Environmental Sciences of the Ministry of Environmental Protection of PR China， Nanjing 210042， China；4.Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China）. China Environmental Science， 2015，35（4）：1205～1215

To study the effects of farmland on macroinvertebrates， macroinvertebrates were collected from the north and south tributaries of Taizi River. And their response to farmland was discussed using non-metric multidimensional scaling analysis （NMS） and canonical correspondence analysis （CCA）. The results show: The north tributary of Taizi River species composition mainly was Chironomidae， followed by Trichoptera and Ephemeroptera， and Hymenoptera in less relative abundance； while the south of tributary mostly were Ephemeroptera， Hymenoptera and Trichoptera， and the relative abundance of Chironomidae declined. Meanwhile， the main functional feeding groups of the north tributary were collector-gatherers and collector-filterers， scrapers and predator were less， almost no shredders； but the south tributary had various functional feeding groups， collector-gatherers and scrapers were more. There were significant differences on water temperature， pH， conductivity， suspended solids （SS）， total dissolved solids （TDS） and total nitrogen （TN） between the north and south tributaries of Taizi River. Water temperature， conductivity and TDS of the north tributary were significantly higher than that of the south tributary； the water of two tributaries was all alkalescent water， and the average pH of the south tributary was higher than that of the north tributary； the SS and TN of the north tributary were slightly higher than that of the south tributary. Using CCA to carry out the land use factors impact on water quality， the resultshowed that farmland area ratio on the first axis of the contribution rate was highest in reach scale and river corridor scale，respectively -0.76 and -0.79； and the correlation between water quality factors and land use was 0.84 on river corridor scale and 0.71 on reach scale. From the CCA analysis between land use types and species can be seen， on the directions of farmland， beach and residential land mostly were tolerance and moderate tolerance groups， but fewer species distribution along the direction of farmland. On the contrary， in the fourth quadrant opposite of the dry land axis mostly were Baetidae （such as B.bicaudatus） and other sensitive groups.

macroinvertebrates；community structure；agricultural activity；Taizi River；land use types

X171.5

A

1000-6923（2015）04-1205-11

沈洪艳（1971-），女，天津人，教授，博士，研究方向为污染物环境行为及效应.发表论文76篇.

2014-08-12

国家自然基金（41373096）；国家环保公益（201509041-05）；河北省自然基金（B2014208068）；河北省药用分子化学实验室开放基金；河北省环保厅公益课题；河北省重点学科建设基金项目

* 责任作者， 研究员， gix@nies.org