阿壩州黃河流域大型底棲動物多樣性及水質(zhì)生物學(xué)評價

胡佳祥，劉浩翔，張植元，王雄延，陳 嬌，蘇 丹，何 智

(1.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 611231；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)，四川成都 625014)

黃河是位于我國北方區(qū)域的大河，是我國第二大河流，流域面積為1.21×10km。近年來，由于植被退化嚴重，黃河流域水土流失、水資源短缺以及水體污染等情況日益嚴重，逐漸成為生態(tài)環(huán)境較為脆弱的水域之一。阿壩州黃河流域為多種高原名貴、特有的魚類提供重要的產(chǎn)卵、索餌和越冬場所，是我國高原水生生物寶貴的種質(zhì)資源庫。白河是黃河上游的大支流之一，位于四川北部阿壩藏族自治州境內(nèi)，發(fā)源于紅原縣壤口鄉(xiāng)與刷經(jīng)寺鎮(zhèn)之間，北流入若爾蓋縣，在唐克鎮(zhèn)北約7 km處流入黃河，長約150 km，形成九曲黃河第一灣。與白河相鄰的黑河同屬黃河上游大支流之一，位于黃河流域最南部，流經(jīng)川北若爾蓋高原，兩河分水嶺低矮，無明顯流域界，呈現(xiàn)同谷異水的景觀，加之流域特性基本相同，被稱為白河的“姊妹河”。

底棲生物是淡水生態(tài)系統(tǒng)的常見群體，由于對水體環(huán)境變化極為敏感，其種類繁多，生活周期較長，遷移能力差，只能被動地耐受和適應(yīng)環(huán)境變化。因此，底棲動物的優(yōu)勢種、多樣性及群落結(jié)構(gòu)等均可作為衡量水環(huán)境的重要指標(biāo)，是評價河流生態(tài)環(huán)境健康的重要手段之一。目前，國內(nèi)有較多關(guān)于利用底棲動物對水體環(huán)境評估的研究。陸曉晗等利用典范分析和指示物種學(xué)等分析法對付瞳河流域進行綜合評估，認為其整體處于中度污染水平；胡曉靜等對北京境內(nèi)潮河與白河底棲動物研究表明，潮河和白河水質(zhì)整體為優(yōu)；侯易明等利用冗余分析法和底棲動物生物指數(shù)等方法對漢江上游干流和秦嶺南麓典型支流的底棲動物的研究顯示，流速、總磷和電導(dǎo)率均為影響漢江干支流底棲動物群體結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)境因子；王濤等對崇明島大型底棲動物研究發(fā)現(xiàn)，該類河大型底棲動物組成及分布受河流水文及生境條件、水質(zhì)特征等多種因素影響。

該研究通過對阿壩州黃河上游、黑河與白河兩條支流河流進行大型底棲動物群落的調(diào)查取樣，旨在探究黑河與白河大型底棲動物群落特征，為該區(qū)域水生生態(tài)系統(tǒng)保護提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

黃河發(fā)源于青海省巴顏喀拉山麓的約古宗列盆地。黃河從河源而下，向南東方向經(jīng)青海的瑪多、達日、崗龍、門堂、木西合(甘肅)，到達四川阿壩州邊緣，經(jīng)四川省阿壩縣、若爾蓋縣后，于瑪曲縣黑河口處出境進入甘肅境內(nèi)，阿壩州黃河流域總面積為1.7 萬km。該研究調(diào)查區(qū)域定在黃河上游干流延丹村段以及兩條支流黑河、白河3條河流。

優(yōu)勢度指數(shù)。底棲動物的優(yōu)勢度可以表示種類在群落中的狀態(tài)，對河流健康分析有一定的意義。指數(shù)計算公式為：

=×

=

式中，為第類底棲動物的個體數(shù)目；占底棲動物個體數(shù)目的比例；為第種在各個采樣點出現(xiàn)的頻率；當(dāng)>002，表示該物種為優(yōu)勢種。

生物多樣性指數(shù)。Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)()是通過描述大型底棲動物的群落物種組成來反映河流水質(zhì)污染的程度。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的計算公式為：

式中，為底棲動物生物多樣性指數(shù)，為采集點的物種總數(shù)。

采用孫瑜旸等提出的評價標(biāo)準(zhǔn)為0<≤1，重污染；1<≤2，中度污染；2<≤3，輕度污染；>3，清潔。

BI指數(shù)分析法。BI指數(shù)分析法是根據(jù)不同大型底棲動物耐污值不同，通過計算耐污值進而對水質(zhì)進行評價的一種方法，計算公式為：

式中，是第種分類單元的個體數(shù)(個)；為第種分類單元的耐污值；為各監(jiān)測點底棲動物個體總數(shù)(個)；為各監(jiān)測點底棲動物物種總分類單元數(shù)(個)。

參照王備新建議的評價標(biāo)準(zhǔn)如下：BI< 5.5，清潔；5.5≤BI≤6.6輕污染；6.68.8，嚴重污染。

2 結(jié)果與分析

黃河上游干流及其支流黑、白河各常規(guī)理化指標(biāo)結(jié)果如表1。表1表明，透明度、pH、溶解氧3個指標(biāo)在各河段之間變化不明顯，變異系數(shù)為1.515%～8.538%；氣溫、水溫、濁度、亞硝酸鹽、流速5個指標(biāo)在各個河段指教變化較為明顯，變異系數(shù)為10.583%～29.913%。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，黃河干流、白河與黑河3條河流水質(zhì)指標(biāo)屬于國家Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 黃河上游干流及其支流黑、白河各采樣點水質(zhì)指標(biāo)

該次調(diào)查黃河上游支流黑河與白河共采集到17種底棲動物，均屬于節(jié)肢動物與軟體動物。節(jié)肢動物大多為水生昆蟲與幼蟲，種類有14種，占總種類數(shù)的82.353%；軟體動物有3種，占總種類數(shù)的17.647%。

白河與黑河的各個采樣點物種種類數(shù)分布差異較大，采樣點節(jié)肢動物種類數(shù)均高于軟體動物(圖1)。在黑河底棲生物種類數(shù)最多，共2門8種；黃河干流延丹村段與白河底棲動物種類數(shù)量較少，共1門7種。

圖1 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物種類數(shù)Fig.1 Number of macrobenthos species in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

由圖2可見，黑河的底棲動物密度為850 ind/m，其中節(jié)肢動物的密度為730 ind/m，軟體動物的密度為120 ind/m；黃河干流底棲動物密度為180 ind/m，白河底棲動物的密度為400 ind/m，兩條河流均為節(jié)肢動物，未發(fā)現(xiàn)軟體動物。3條河流底棲動物密度均以節(jié)肢動物占優(yōu)，且節(jié)肢動物均為水生昆蟲及幼蟲。

圖2 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物密度統(tǒng)計圖Fig.2 Statistical map of macrobenthos density in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

由圖3可見，黃河干流延丹村段底棲動物生物量為2.505 g/m，黑河的底棲動物生物量為17.114 g/m，其中節(jié)肢動物的生物量為12.034 g/m，軟體動物的生物量為5.080 g/m；白河底棲動物生物量為5.005 g/m。其中，黃河干流延丹村段與白河均為節(jié)肢動物，未發(fā)現(xiàn)軟體動物，且節(jié)肢動物生物量均高于軟體動物。

圖3 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物生物量統(tǒng)計圖Fig.3 Statistical map of macrobenthos biomass in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

底棲動物的優(yōu)勢度可以體現(xiàn)不同種類的底棲動物在整個群落的狀態(tài)，對河流的健康評價有重要意義。通過對黑河與白河底棲動物優(yōu)勢度的分析，可以更加全面的評價黑、白兩河水環(huán)境健康狀況。

當(dāng)>0.02時，可認為是該水域的優(yōu)勢種。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得到黃河干流、黑河與白河底棲動物優(yōu)勢度，篩選出的優(yōu)勢種如表2。

由表2可知，黃河干流的優(yōu)勢種耐污值范圍為2.0～9.8，劃蝽與搖蚊幼蟲耐污值分別為9.0與9.8，屬于耐污類群，紋石蠶、鉤蝦和扁蜉耐污值分別為6.0、4.0與4.0，屬于一般耐污類群，擬細裳蜉耐污值為2.0，屬于敏感類群。黑河的優(yōu)勢種耐污值為4.0～9.8，球蜆、劃蝽與搖蚊幼蟲耐污值分別為8.0、9.0與9.8，屬于耐污類群；扁卷螺與鉤蝦耐污值分別為5.0與4.0，屬于一般耐污類群。白河的優(yōu)勢種耐污值為3.0～9.8，搖蚊幼蟲耐污值為9.8，屬于耐污類群；扁蜉、鉤蝦與四節(jié)蜉耐污值為4.0，屬于一般耐污類群；蠓科幼蟲耐污值為6.0，屬于一般耐污類群；大蚊幼蟲耐污值為3.0，屬于敏感耐污類群。

表2 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物的優(yōu)勢度與耐污值

表3為采用BI指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)對黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。

BI指數(shù)分析結(jié)果顯示，黃河干流延丹村段BI指數(shù)為3.81，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)；黑河BI指數(shù)為4.93，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)；白河BI指數(shù)為4.29，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)，黃河干流、白河與黑河BI指數(shù)都低于5.5，均屬于清潔水體。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析結(jié)果顯示，黃河干流多樣性指數(shù)為2.50，屬于輕度污染標(biāo)準(zhǔn)；黑河多樣性指數(shù)為2.53，屬于輕度污染標(biāo)準(zhǔn)；白河多樣性指數(shù)為2.02，屬于輕度污染標(biāo)準(zhǔn)，黃河干流、黑河、白河Shannon-Wiener多樣性指數(shù)均為2<≤3，屬于輕度污染水體。

表3 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物BI指數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)及水質(zhì)評價

3 討論

相關(guān)研究表明，水生昆蟲搖蚊主要以細菌和藻類為食，對水質(zhì)凈化有重要作用，寡毛類喜歡生活在腐殖質(zhì)豐富、有機污染嚴重的水體環(huán)境中，是評價水質(zhì)污染程度的重要指示生物。在水環(huán)境中底棲動物主要有敏感(清潔，耐污值≤3)、一般耐受(中污染，3<耐污值<7)以及耐污染(污染，耐污值≥7)3種類型，生態(tài)環(huán)境的不同，與其相適應(yīng)的底棲動物種群結(jié)構(gòu)會隨之改變，例如，若敏感種類占優(yōu)勢，表明水體清潔；一般耐受群占據(jù)優(yōu)勢，表明水體中度污染；耐污染類群占據(jù)優(yōu)勢，表明水體污染程度較重。在該調(diào)查中，黃河干流水體敏感、一般耐受性群體較多，黑河水體耐污染性群體相對偏多，白河水體一般耐受性群體較多。節(jié)肢動物的密度與生物量在3個水體中均占據(jù)絕對優(yōu)勢，鉤蝦在3個水體中均占一定優(yōu)勢。

目前，大型底棲動物生物評價指數(shù)已被廣泛應(yīng)用于對河流健康評價以及生態(tài)修復(fù)成效評測領(lǐng)域。該研究針對黃河上游支流黑河、白河與干流延丹村段地區(qū)的水質(zhì)狀況，采用Shannon-Wiener指數(shù)與BI指數(shù)相結(jié)合對3個水體進行水質(zhì)等級評價。根據(jù)BI指數(shù)結(jié)果，3條河流均屬于清潔水體標(biāo)準(zhǔn)；利用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析結(jié)果顯示，3條河流均為輕度污染水平。2種水質(zhì)評價方法存在一定差異，推測為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析較為保守，對耐污種增多或耐污種取代敏感種的變化不太靈敏，對水體污染狀況分析精確度相對偏低，而BI指數(shù)分析法能夠較為全面的分析評價底棲動物的耐污能力以及水域生態(tài)環(huán)境的多樣性，評價結(jié)果較為客觀、準(zhǔn)確，適用于黃河干流與黑河、白河水質(zhì)評價。水質(zhì)理化指標(biāo)結(jié)果顯示，3條河流均屬于國家II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合上述大型底棲動物生物評價指數(shù)進行綜合分析，可初步認為3條河流均屬于清潔狀態(tài)。

底棲動物移動能力差、世代交替較長，對外界干擾反應(yīng)迅速，定性采樣方便等特點。在該研究調(diào)查采樣過程中，由于底棲動物個體分布散亂，采樣中出現(xiàn)一定誤差性，鑒定底棲動物樣本也需要大量的人力物力和時間等，這給該次調(diào)查研究帶來較大的困難。目前，黃河上游干流及兩條支流黑、白河的水質(zhì)狀況幾乎未見報道，該研究能夠初步展現(xiàn)3條水體的水質(zhì)狀況，同時也能為黃河上游水域水生環(huán)境保護提供基礎(chǔ)資料和理論數(shù)據(jù)。后續(xù)將進行更加深入全面的研究，為保護黃河上游水環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)和參考。