Odonata Aquatic Insects as Bioindicators in Water Quality Evaluation of Dianchi Lake Riparian Wetland

海东湾湖内湿地位于官渡区南端，北至环湖东路、南至滇池，西至新宝象河、东至广谱大沟。海东湾湖内湿地属于典型的湖滨挺水植物型湿地，主要建群种包括香蒲、芦苇和茭草。该区海拔1 890 m，年平均温度20℃，为典型的山地低海拔季风气候，无明显冬夏季节变化，但具有典型的旱雨两季，每年5—10月为雨季，降水量占全年降水量的87.9%；11月至次年的4月为旱季，降水量占全年的12.1%。

海东湾湖内湿地水生昆虫群落调查和水体理化指标监测的采样点布设一致，其布设原则主要依据水体净化流向来进行，即采样点布设在海东湾湖内湿地从西向东方向上水流净化的上游、中游、下游的3个区域以及与海东湾湖内湿地比邻的宝丰湿地东岸区域。将湿地分为4个区域，区域1为宝丰湿地东岸(A1)；区域2为以氧化塘和生态沟渠为主的净化系统的上游区域(A2)；区域3为净化系统的中游区域(A3)；区域4为净化系统的下游区域(A4)，并在每个区域设置3个采样点，共12个采样点。样点具体位置见图 1。

Figure 1.  Map of the study sites(Haidong bay wetland)

2017年7—9月对湿地中各个采样点进行水生昆虫采集，每月调查采集2次，每次共采集样品12个。样品采集用D型抄网(直径：30 cm，孔径：60目)，采集长度为3 m。采样时，水平方向沿着底泥和出现的植物水下部分扫网，垂直方向沿着水体上下扫网，3次扫网作为一个样品。样品直接在D型网内洗净后装入样品瓶中，并用80%酒精固定，带回实验室。在实验室，利用体视镜和显微镜对样品进行鉴定，根据实际鉴定水平，参考Morse等^[16]和赵修复^[17]鉴定方法鉴定到可行的分类单元，并将标本转存到70%酒精中。

在采集水生昆虫样品的同时，利用DZB-712型便携式多参数分析仪现场测定各样点的4项物理指标，包括水温、酸碱度、电导率和溶解氧。用水样瓶采集1 L水样带回实验室进行4项化学指标，包括总氮、总磷、硝酸盐氮和化学需氧量的测定。样品采集、保存和测定依据《水和废水监测分析方法》^[18]进行，并根据我国《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)^[19](表 1)对研究区域内水质进行理化性质评价。

根据测定结果得到的各样点水质分级(表 2)，共得到Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类和Ⅴ类4个级别，主要以Ⅳ类水质为主，表现为水体的中度污染。

以特定物种个体数占所有蜻蜓目水生昆虫总个体数的相对多度(RA)作为划分标准：RA≥10%为优势类群，1%≤RA＜10%为常见类群，RA＜1%为寡见类群^[20]。

根据以下公式计算不同种类的指示值(IndVal_ij)：

式中: A_ij反映了分类单元i对水质级别j的专一性，是分类单元i在j类水质级别下平均个体数与该分类单元在所有水质级别下的平均个体数之和的比值；B_ij反映了分类单元i对j类水质级别的忠实性，是j类水质级别中存在分类单元i的样点数与j类水质级别下所有样点数的比值。

利用以上公式，以鉴定到的蜻蜓目水生昆虫分类单元为计算单位，分析各分类单元在不同水质级别下的指示值，以IndVal≥50%作为标准确定指示种类^[21-22]。

物种多样性是群落生态结构和功能复杂性的重要度量，与群落的生态稳定性直接相关。本研究采用以下参数对蜻蜓目水生昆虫群落多样性进行分析。

(1) Margalef物种丰富度指数(d)

上式中：S为物种总数，N为抽样中所有物种的个体数总和。

(2) Simpson优势度指数(D’)

上式中：N_i为第i个物种的个体数，N为所有种的个体总数，S为物种总数。

(3) Shannon-Wiener多样性指数(H’)

上式中：P_i=N_i/N，表示第i个物种的个体数N_i占所有种的个体总数N的比例，S为物种总数。

(4) Pielou均匀度指数(J’)

上式中：H’为Shannon-Wiener物种多样性指数，S为物种总数。

2017年7—9月对海东湾湖内湿地各级别水质下的蜻蜓目水生昆虫群落进行调查，共收集并鉴定出蜻蜓目均翅亚目的水生昆虫共计470头，隶属于4科、8属，分别为扇蟌科、蟌科、山蟌科和综蟌科；狭扇蟌属、长腹扇蟌属、扁扇蟌属、细蟌属、斑鳃蟌属、异痣蟌属、黄蟌属和硕综蟌属(表 3~5)。

不同水质级别下的水生昆虫物种组成不同，Ⅱ类水质水体中，常见类群为狭扇蟌属和长腹扇蟌属，硕综蟌属的水生昆虫为该类水质的特定种类；Ⅲ类水质水体中，优势类群为扇蟌科；Ⅳ类水质水体中的常见类群为狭扇蟌属，扁扇蟌属、黄蟌属和山蟌科为该类水质的特定种类；而Ⅴ类水质中有且仅有扇蟌科的狭扇蟌属水生昆虫。此外，不同月份间，蜻蜓目水生昆虫的物种组成也有差异。Ⅲ类和Ⅳ类水质水体中的蜻蜓目水生昆虫的个体数量随月份更替而呈减少趋势，部分水生昆虫优势度也随之降低。根据指示值，Ⅱ类水质水体指示昆虫为硕综蟌属水生昆虫(IndVal=50%)；Ⅲ类水质水体为狭扇蟌属和异痣蟌属，此外长腹扇蟌属(8月：IndVal=83.08%；9月：IndVal=68.48%)和斑鳃蟌属(7月：IndVal=59.26%；8月：IndVal=78.26%)可以作为特定月份该类水质的指示昆虫；Ⅳ和Ⅴ类水质水体无指示种类。

各级别水质下蜻蜓目水生昆虫物种总数(F=3.333，P=0.138)和Margalef物种丰富度指数(F=64.178，P=0.001)存在显著差异。对于物种总数，Ⅱ类和Ⅲ类水质物种总数无差异，Ⅳ类水质物种最丰富，而Ⅴ类水质则只存在狭扇蟌属水生昆虫。对于Margalef物种丰富度指数，Ⅳ类水质显著最大，Ⅱ类和Ⅲ类次之，Ⅴ类最小(表 6)。不同级别水质下，蜻蜓目水生昆虫个体总数(F=0.481，P=0.713)、Simpson优势度指数(F=3.723，P=0.118)、Shannon-Wiener多样性指数(F=4.264，P=0.098)和Pielou均匀度指数(F=5.898，P=0.060)无显著差异。

水体理化指标中的溶解氧、总磷和化学需氧量与水质级别显著相关，而群落结构特征指数与水质级别无显著相关性。其中，溶解氧与水质级别呈显著负相关，总磷与水质级别呈显著正相关，而化学需氧量与水质级别呈极显著的正相关(表 7)。虽然蜻蜓目水生昆虫群落结构与水质级别无显著相关性，但其中与水质级别呈显著相关的理化指标溶解氧和总磷却与蜻蜓目水生昆虫的Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数显著相关(表 8)。Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数均与溶解氧呈显著正相关；不过，这2个指数与总磷均呈显著负相关。

本研究得出，通过蜻蜓目种类相对多度、特定种类的出现和指示种类来指示海东湾湖内湿地水体质量。特定种类的出现能反应不同级别水质情况，如综蟌科硕综蟌属水生昆虫只出现在Ⅱ类水质水体中，而扁扇蟌属、黄蟌属和山蟌科则只出现在Ⅳ类水质水体中，这与Catling^[23]研究蜻蜓目昆虫与泄湖系统内污水池塘水质的关系，并得到不同水质特定种类的研究结果相似。最终，通过对指示值的判定，可用硕综蟌属水生昆虫来指示Ⅱ类水质水体，狭扇蟌属和异痣蟌属来指示Ⅲ类水质水体，没有找到能指示Ⅳ类和Ⅴ类水质的蜻蜓目水生昆虫种类。

依靠种类相对多度和特定种类来筛选指示种类，只体现了水生昆虫种类某一方面特征。Dufrene等^[24]提出的IndVal指数，同时考虑了相对多度和物种在样地出现的频数。因此，利用IndVal指数筛选指示种类，相对单独依靠种类个体数，更为科学。另外，硕综蟌属水生昆虫仅在Ⅱ类水质中出现，可作为该类水质指示种类，由于只有2个采样点水质达到Ⅱ类，因此, 采集到的数量较少。不过，随着时间更替，水质情况普遍变差，导致生活在相对洁净水质中的水生昆虫数量减少，甚至无法生存。由于狭扇蟌属和异痣蟌属昆虫在Ⅲ类水质存在广泛且数量多，完全可以用于指示Ⅲ类水质。狭扇蟌属和异痣蟌属水生昆虫种群对Ⅲ类水质较为敏感，其能利用现有资源，适当改变生活习性，谋求生存，因此, 成为该湿地内的广布种。因此，由于蜻蜓目水生昆虫对水体变化敏感性的差异，完全可以在水质评价上起到指示作用。

不同级别水质下蜻蜓目水生昆虫物种总数和Margalef物种丰富度指数存在显著差异。Ⅳ类水质物种总数和Margalef显著最大，而Ⅴ类水质则最小。因此，物种丰富度差异完全可以反应出水体质量。各水质级别间，蜻蜓目水生昆虫个体总数、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均无显著差异，不过，Simpson优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数平均值，随着水质级别降低呈现减小的趋势。说明，随着水质级别降低，蜻蜓目水生昆虫多样性降低。研究认为, Shannon-Wiener多样性指数小于1就表示水体存在污染^{[20, 25]}，本研究结果与之相同。

本研究得出，水体理化指标中的溶解氧、总磷和化学需氧量与水质级别显著相关，而群落结构特征指数与水质级别无显著相关性。不过，溶解氧和总磷却与蜻蜓目水生昆虫Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数呈显著线性相关。因此，水体中的溶解氧和总磷是影响蜻蜓目水生昆虫群落结构的重要因素。有研究认为，溶解氧和总磷通常被认为是造成水生昆虫群落结构组成差异的主要水质变量^[26-27]。对于蜻蜓目水生昆虫，其生存对溶解氧依赖性很强，在水体中生活的稚虫呼吸需要氧气，它们无法在缺氧条件下生存^[28]。因此，溶解氧是制约稚虫生存的重要因子，从而决定了该类水生昆虫物种多样性^[29]。此外，蜻蜓目水生昆虫多样性随着总磷升高而降低。磷是生物生长必需元素之一，但磷量超过0.2 mg·L^-1，会造成藻类过度繁殖，水质变坏，随着磷含量增多会降低水生昆虫物种多样性^[30]。因此，蜻蜓目水生昆虫群落结构完全能够间接反应水体质量，并对水质起到指示作用。

不同水质级别下的水生昆虫物种组成不同，Ⅱ类水质水体中的指示种类为硕综蟌属；Ⅲ类为狭扇蟌属和异痣蟌属，Ⅳ类和Ⅴ类水质水体中未发现指示种类。群落结构特征表现出，Simpson优势度指数和Shannon-Wiener多样性指数随着水质级别的降低而减小。水质级别与总磷和化学需氧量呈显著线性正相关，与溶解氧呈显著线性负相关；蜻蜓目水生昆虫的Simpson优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数与溶解氧呈显著线性正相关，而与总磷呈显著线性负相关。因此，蜻蜓目昆虫群落结构特征可以指示和反应滇池入湖口水体质量情况，间接反映了滇池水质情况，为进一步长期监测滇池水体质量和滇池污染治理提供理论支持。