延河流域水生生物資源調查與多樣性分析

王 鶴，朱 龍，軒曉博，薛 雪，張 國，王在照*

(1. 西北農林科技大學 動物科技學院，陜西 楊凌 712100;2. 黃河勘測規(guī)劃設計研究院有限公司，水生態(tài)與景觀藝術設計院，河南 鄭州450003)

延河發(fā)源于陜西省靖邊縣，是黃河右岸的一級支流，也是陜北第二條大河，干流總長286.9 km，流域面積7 725 km，由西北向東南依次流經志丹縣、安塞縣和延安城區(qū)，于延長縣南河溝鄉(xiāng)匯入黃河。流域內為典型的溫帶大陸性半干旱氣候，夏季多雨，冬季干旱，降水和溫度從東南到西北呈現明顯梯度變化，6～9月降水量占全年的降水量的75%以上。流域內主要為黃土丘陵區(qū)，地形破碎，土質疏松，植被稀少，由于河床比降大，區(qū)域內土壤侵蝕強烈，生態(tài)環(huán)境較為脆弱。由于延河流域地處延安市腹地，城市布局和居民住房沿河而建，延河成為延安市最重要的工業(yè)、農業(yè)水源。作為黃河重要支流，其水域水生生物狀況對黃河生態(tài)研究具有重要參考價值。近年來，延安城市化進程的加快導致的排污量增加可能會加速水域生態(tài)系統(tǒng)的破壞，工業(yè)化生產作業(yè)和過度捕撈也極有可能造成漁業(yè)資源量的下降。但從水生生物資源現狀及保護來看，尚未有人對延河水生資源現狀進行調查研究。目前，對于延河流域水生資源的研究匱乏，未見有延河水生生物資源的研究報道，僅見于2014年李亞妮等對延河安塞縣沿河灣鎮(zhèn)至延安市百米大道段開展的浮游生物的調查。因此，迫切需要對延河流域開展系統(tǒng)的水生生物資源調查。本研究對延河流域10個斷面進行檢測，通過對水生生物資源進行定性和定量分析，以完善延河水域現狀研究資料，彌補延河漁業(yè)資源資料的空白，通過與黃河上游水域調查資料相比較，為保護延河生態(tài)提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 研究調查區(qū)域

本次調查區(qū)域主要為延河流域(安塞區(qū)譚家營大橋-延長縣張家灘鎮(zhèn)董家河村大橋)共設置具有生境代表的10個采樣點(見表1)。

1.2 調查方式

1.2.1 水質指標測定 水質采樣、保存和分析按照《地表水環(huán)境質量標準(GB 3838-2002)》的方法進行。

表1 延河采樣點Table 1 Sampling site in Yanhe River

式中：N為1L水樣中浮游植物的數量(個/L)；Cs為計數框面積(mm)；Fs為視野面積(mm)；Fn為每片計數過的視野數；V為1L水樣經濃縮后的體積(mL)；U為計數框容積(mL)；Pn為計數所獲得的個數。

式中：N為1L水樣中浮游動物的數量(個/L)；V為采樣體積(L)；v為樣品濃縮后的體積(mL)；C為計數樣品體積(mL)；n為計數所獲得的個數。

魚類資源調查采用地籠、刺網和電捕儀等漁具實施捕撈。采用三層刺網(網目依次為2.0 cm、3.5 cm、4.0 cm)沿河流流向方向或回水灣采集；采用地籠在河流回水灣或者河邊水流緩慢處捕捉小個體魚類和底棲魚類；電捕儀在清澈度高、水流較緩處使用。對捕獲魚類進行現場拍照，統(tǒng)計物種組成和體長、體重等生物學數據，部分無法確定種類的個體用5%的甲醛溶液固定后帶回實驗室分析，大多數魚類現場分析后放回采樣水域。同時，沿河走訪釣魚愛好者和漁民。

1.3 物種鑒定方法

浮游植物鑒定參照《中國淡水藻類-系統(tǒng)、分類及生態(tài)中國淡水藻志》，浮游動物鑒定參考《內陸水域漁業(yè)自然資源調查手冊》，底棲生物鑒定參照《淡水微型生物與底棲動物圖譜》，魚類種類鑒定參照《黃河流域魚類圖志》。

1.4 魚類多樣性分析

用香農-威納指數(Shannon-Wiener index，H')、均勻度指數(Pielou，J')、物種豐富度指數(Margalef，D')和漁獲物相對重要度指數(Index of Relative Importance, IRI)分析漁獲物多樣性。計算公式如下：

Shannon-wiener指數(H')計算公式:

Pielou指數(J') 計算公式:

J'= H^'/logS

Margalef指數(D')計算公式：

D'=(S-1)/lnN

Index of Relative Importance計算公式：

IRI=(W+P)*F*100，(P=N/S)

式中：n為種類數，P為第i種個體數與總個體數的比值，S為總物種數量，N為總個體數量；N為第i個漁獲物物種的樣本數量，W為第i個漁獲種類的個體質量在全部漁獲物總質量W中所占的比例，F為i漁獲物種類出現的頻率。

2 結果與分析

2.1 水質理化指標

由表2可見，延河各采樣點pH變動在7.1～8.0之間，屬于弱堿性水質；溶解氧變動在7.80～10.68 mg/L之間，電導率變動在914～1 186 s/m之間，總磷含量變動在0.01～0.48 mg/L之間，總氮含量變動在1.50～1.98 mg/L之間，高錳酸鹽指標變動在3.84～7.04 mg/L之間，葉綠素變動在0.20～15.05 mg/m之間。從空間分布來看，不同采樣點之間各理化因子之間存在差異。其中，S1～S3點的透明度和溫度較其他點低；S1～S3、S7和S8點的CODMn等水質指標符合Ⅲ類水質標準，其他點水質符合Ⅳ類水質標準。

表2 延河水質理化指標Table 2 Physicochemical index of water quality in Yanhe River

2.2 浮游植物

2.2.1 種類組成 延河流域共檢出浮游植物7門，61種。其中硅藻門21屬，占比最高，達34.43%；其次是綠藻門19屬，占總數的31.15%；S2和S6采樣點檢出浮游植物種類最多，分別有32種和20種，在10個水域里均出現過的種類有6種，占總數的9.84%，各采樣點均以硅藻為主，硅藻為第一優(yōu)勢類群(圖1)。分布較廣的有顫藻(sp.)、針桿藻(sp.)、脆桿藻(sp.)、舟形藻(sp.)和異極藻(sp.)。

圖1 延河流域浮游植物種類組成和空間分布Fig. 1 Composition and distribution of phytoplankton in Yanhe River

2.2.2 浮游植物密度及空間分布 延河流域浮游植物總平均密度為0.87×10ind/ L，最大值出現延安市區(qū)內的S5點，密度為1.39×10ind/L，最小值出現在下游的S10點，密度為0.41×10ind/L(表3)。

2.3 浮游動物

2.3.1 種類組成 延河流域共檢出浮游動物4門，41種。其中輪蟲動物門22種，占比最高，達53.65%；其次是原生動物門12種，占總數的29.27%；S3和S4采樣點檢出浮游動物種類最多，分別有23種和22種，在10個水域里均出現過的種類有1種，為晶囊輪蟲()，各采樣點均以輪蟲動物為主(圖2)。分布較廣的有晶囊輪蟲()、十指平甲輪蟲()和盤狀表殼蟲()。從空間分布上看，從上游(S1)至下游(S10)輪蟲逐漸減少，而原生動物逐漸變?yōu)閮?yōu)勢類群，二者呈現此消彼長的的趨勢，顯示出它們之間具有較強的競爭關系。

表3 延河流域浮游植物密度空間分布Table 3 Distribution of phytoplankton density in Yanhe River

2.3.2 浮游動物密度及空間分布 延河流域浮游動物平均密度為196.8個/L，S5采樣點最低，密度為112個/L，最大值出現S10點，密度為338個/L(見表4)。整體來看，各采樣點間的浮游動物密度有些差異，延河流域浮游動物密度空間上是S10>S4>S3>S6>S2>S8 >S9=S1>S7>S5。水體整體浮游動物密度體現了延河的緩流水特征。

圖2 延河流域浮游動物組成和空間分布Fig. 2 Composition and distribution of zooplankton in Yanhe River

表4 延河流域浮游動物密度空間分布Table 4 Distribution of zooplankton density in Yanhe River

2.4 魚 類

2.4.1 魚類名錄 本次調查共捕獲魚類8種，209尾，隸屬1目2科6屬(表5)。從魚類種類的比例來看，鰍科魚類最多，共有5種，占延河魚類種類的62.5%，是延河魚類的主要組成部分。S3、S4和S5采樣點魚類種類最多，分別為5種、5種和6種。各采樣點分布最廣的魚類種類為泥鰍和大鱗副泥鰍。

2.4.2 漁獲物相對重要度指數 延河流域漁獲物相對重要度指數見表6，根據相對重要度指數值劃分，延河流域泥鰍和大鱗副泥鰍為優(yōu)勢種魚類，東方高原鰍、棒花和棒花鮈為常見種，達里湖高原鰍和花斑副沙鰍為延河流域稀有種。

表5 延河魚類種類組成Table 5 Composition of fish species in Yanhe River

2.4.3 漁獲物多樣性分析 從空間位置上看，S3、S4和S7位點的魚類數量最多，而在上游S1和S2位點并未捕獲到魚種(表7)。漁獲物生物多樣性指數顯示，S5位點的物種豐富度(D')和多樣性指數(H')最高，表明S5采樣點魚類種群多樣性較好，生態(tài)環(huán)境可能優(yōu)于其他采樣點。

表6 延河魚類相對重要度指數Table 6 IRI of fish in Yanhe River

表7 魚類多樣性指數及生態(tài)優(yōu)勢度的空間變化Table 7 Spatial variation of fish diversity index and ecological dominance

3 討 論

3.1 延河流域水質特點與浮游植物關系

根據《地表水環(huán)境質量標準(GB 3838-2002)》,延河流域水質指標中，除溶解氧在各采樣點滿足I類水標準，高錳酸鉀指數在S1、S2和S3采樣點滿足Ⅲ類水標準外，其余各指標大體滿足IV類水標準。而IV類主要適用于一般工業(yè)用水及人體非直接接觸的娛樂區(qū)用水，說明延河流域水質存在一定程度污染，這與周夢公等對延河水質污染現狀分析相一致。一般情況下，當水體總氮和總磷濃度分別超過0.2 mg/L和0.02 mg/L,水體容易出現富營養(yǎng)化，結合本次調查結果，延河流域存在嚴重的富營養(yǎng)化隱患?？偟谡麄€調查流域內呈現較高的水平，且顯著高于周夢公等2016年的檢測結果，表明隨著城市化的進展延河有機污染不斷加劇。

浮游生物是水生態(tài)系統(tǒng)生物資源的重要組成部分，對維持水域環(huán)境生態(tài)平衡起著重要的作用，浮游生物的群落組成反應了水體所處的營養(yǎng)化狀態(tài)。水域環(huán)境中藻類的數量和種類在一定程度上可以直接反應水體污染狀況，其中，中營養(yǎng)和富營養(yǎng)化水體中綠藻門和硅藻門種類占比較大。本研究結果顯示，延河流域浮游植物組成中硅藻門和綠藻門分別占浮游植物組成的34.43%和31.15%，進一步證實延河水域處于富營養(yǎng)化狀態(tài)。

3.2 延河流域浮游生物多樣性分析

本次調查共采集到延河流域浮游植物61種，浮游動物41種，多于李亞妮等2014年的調查結果(浮游植物23種、浮游動物11種)，這種差異可能是由于采樣點位置和檢測方法的差異所致。與李亞妮等前期研究結果相比，本次調查中，新發(fā)現的浮游植物種類中，耐有機污染的種類如顫藻屬、微囊藻屬和裸藻屬幾乎在每個采樣點均有發(fā)現，這進一步提示延河流域處于嚴重的有機污染狀態(tài)。浮游動物作為水生生物食物鏈的關鍵環(huán)節(jié)，其物種多樣性對維持整流域生物多樣性具有重大意義。本次調查中延河浮游動物組成以輪蟲動物門為主，其次是原生動物門，而枝角類和橈足類出現的種類較少，浮游動物趨向小型化。這種小型化趨勢可能是由于浮游動物面臨較大的捕食壓力所致，而浮游動物的小型化將會導致浮游動物對浮游植物的控制力減弱，加速流域富營養(yǎng)化。同時，本次調查中各采樣點分布較廣的晶囊輪蟲()、十指平甲輪蟲()和盤狀表殼蟲()均是首次在延河流域被報道發(fā)現。

3.3 延河流域魚類種類及多樣性

延河水域共調查有8種魚類分布，魚類資源比較匱乏，采集到的魚類主要是鰍科和鯉科魚類，其中鰍科占大多數，而不論是鰍科還是鯉科魚類均以小型化魚類為主，當地居民反應調查區(qū)域內多年未見有大型魚類出現，因此延河調查漁獲物結果可在一定程度上反映出魚類群落中小型魚類明顯占主導趨勢，這和黃河中上游魚類種群小型化趨勢相一致。根據相對重要度指數值劃分，延河流域泥鰍和大鱗副泥鰍為優(yōu)勢種魚類，東方高原鰍、棒花和棒花鮈為常見種，達里湖高原鰍和花斑副沙鰍為延河流域稀有種。通過與黃河中游魚類組成相比較，發(fā)現達里湖高原鰍和花斑副沙鰍為延河特有魚類。

生物入侵將會會嚴重破壞全球生態(tài)系統(tǒng)結構和功能，魚類入侵大多是由有意引種或者隨有意引種的無意帶入造成的，入侵種進入水域系統(tǒng)后將會與土著魚類競爭生態(tài)位，嚴重破壞魚類種群結構。侯淑敏等研究表明：大鱗副泥鰍和麥穗魚為黃河陜西段入侵物種。而本次調查研究結果表明大鱗副泥鰍為延河流域優(yōu)勢種，因此，推測大鱗副泥鰍的成功入侵可能破壞了延河原有魚類結構。同時，由于延河魚類資源缺乏前期的研究基礎，達里湖高原鰍和花斑副沙鰍是否同樣作為入侵種出現在延河流域也值得進一步關注。

調查區(qū)域魚類空間分布存在一定差異，其中S3、S4和S7位點的魚類數量最多，這可能與該采樣點浮游生物種類豐富有關，而在上游S1和S2采樣點在本次調查中并未捕獲到魚類，通過走訪當地居民，了解到S1和S2采樣點上游正在開展防洪整治工程，工程的開展可能驅趕了S1和S2采樣點的魚類。漁獲物生物多樣性指數顯示，S5位點的物種豐富度和多樣性指數最高，表明S5采樣點魚類種群多樣性較好，生態(tài)環(huán)境可能優(yōu)于其他采樣點。

4 結 論

本次調查結果表明，延河流域水質整體處于Ⅲ-Ⅳ類水標準，調查區(qū)域內水體富營養(yǎng)化嚴重，浮游動植物中耐污種分布廣泛，魚類組成以鰍科魚類為主，結構單一。而黃河中上游地區(qū)是我國生態(tài)環(huán)境較為脆弱的地區(qū)，延河流域河床比降大，區(qū)域內土壤侵蝕強烈，同時接收了大量的城市污水，生態(tài)環(huán)境極易受到破壞。同時，由于優(yōu)勢種鰍科魚類生長緩慢、性成熟相對晚和繁殖力低的特點，一旦資源遭受破壞，難以在短期內恢復，因此需加強水質監(jiān)管和魚類資源的研究和保護力度。