黃河上游白河流域水生生物河流健康評價

鄒 渝，胡佳祥，劉浩翔，張植元，王雄延，楊紹平

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

0 引言

近年來，黃河流域受到水土流失、土地沙漠化、污染物的排放以及沿河農(nóng)田灌溉等的影響，黃河水質(zhì)日益惡化，沿河流域土壤鹽漬化日益嚴(yán)重[1-2]，因此，對黃河上游水體進(jìn)行河湖健康評價，并進(jìn)行針對性地治理顯得尤為重要。白河位于四川北部阿壩藏族羌族自治州境內(nèi)，發(fā)源于紅原縣壤口鄉(xiāng)與刷經(jīng)寺鎮(zhèn)之間，北流進(jìn)入若爾蓋縣，在唐克鎮(zhèn)北約7km后流入黃河，長約150km，形成九曲黃河第一灣，是黃河上游重要的一級支流，因地勢稍高，泥炭出露不明顯，且唐克、紅原附近還有局部沙丘，水較黑河清，故稱白河。

隨著經(jīng)濟社會高度發(fā)展，人類活動對河流湖泊等自然水體影響較大，河流健康問題頻出，因此，受到社會各界廣泛地關(guān)注[3-4]。河流是流域水生生態(tài)系統(tǒng)極為重要的組成部分，科學(xué)客觀地對河流生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行評級是真實反映流域生態(tài)系統(tǒng)的前提[5]。早期的河流水生態(tài)環(huán)境評價多為水質(zhì)理化指標(biāo)的研究[6]，隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)水質(zhì)理化指標(biāo)的研究局限性較大，不能全面地反映河流的健康狀況[7]。為改良我國目前河湖水體的健康狀況，于2010年前后逐漸對河湖健康進(jìn)行試點檢查，經(jīng)過十余年的研究與探索，2020年水利部發(fā)布了《河湖健康評價指南(試行)》和《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》(SL/T 793-2020)，規(guī)范各地河湖健康評價工作。評價指南和評估技術(shù)導(dǎo)則針對目前河湖健康常見問題，制定各項河湖健康指標(biāo)，讓河湖健康評估更為準(zhǔn)確，有效地協(xié)助地方政府做好河流管理工作，維護(hù)河湖健康可持續(xù)發(fā)展。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)有較多研究，利用魚類保有指數(shù)[8]、大型底棲動物完整性指數(shù)[9]、浮游植物[10-11]、水質(zhì)指標(biāo)[12]進(jìn)行河湖健康評價。本研究利用《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》上各項河湖健康評價指標(biāo)，對黃河上游重要支流之一的白河進(jìn)行綜合調(diào)查研究，旨在探究白河的水環(huán)境狀況，為該水域水生生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 水質(zhì)

按照《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL 219-2018)相關(guān)規(guī)定對采樣水體進(jìn)行布點、監(jiān)測頻率并記錄數(shù)據(jù)，水質(zhì)評價參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)類別的對應(yīng)賦分如表1。

表1 水質(zhì)優(yōu)劣程度賦分標(biāo)準(zhǔn)

1.2 浮游植物

浮游植物的采集、鑒別和統(tǒng)計參考《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》方法[13]，利用25#生物網(wǎng)采集50L樣本，采集后利用1.5%的魯哥試劑進(jìn)行固定，利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行鑒別統(tǒng)計。白河流域缺乏20世紀(jì)80年代或以前監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此，本次調(diào)查采用直接評判賦分法。浮游植物密度賦分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 浮游植物密度賦分標(biāo)準(zhǔn)表-直接評判賦分法(水利部，2021年)

1.3 大型底棲動物

利用索伯網(wǎng)(篩網(wǎng)孔徑為420μm，采樣面積為900cm2)采集大型底棲動物，將樣品經(jīng)200μm網(wǎng)徑的紗網(wǎng)篩清洗后，將大型底棲動物從解剖盤中撿出，放置于50mL的塑料標(biāo)本瓶，加入10%的福爾馬林溶液進(jìn)行保存。利用解剖鏡對大型底棲動物進(jìn)行鑒別、統(tǒng)計，并以每平方米個體數(shù)量計算大型底棲動物的密度(個/m2)。

大型底棲無脊椎動物生物完整性指數(shù)(BIBI)通過對比參考點和受損點大型底棲無脊椎動物狀況進(jìn)行評價。根據(jù)河湖所在水生態(tài)分區(qū)BIBI最佳期望值，按照以下公式計算BIBI指標(biāo)賦分，賦分標(biāo)準(zhǔn)如表3。

表3 大型無脊椎動物生物完整性指數(shù)賦分標(biāo)準(zhǔn)

BIBIS=BIBIO/BIBIE×100%

式中：BIBIS——評價河湖大型底棲無脊椎動物生物完整性指數(shù)賦分；

BIBIO——評價河湖大型底棲無脊椎動物生物完整性指數(shù)檢測值；

BIBIE——河湖所在水生態(tài)分區(qū)大型底棲無脊椎動物生物完整性指數(shù)最佳期望值。

1.4 魚類保有指數(shù)

根據(jù)現(xiàn)存魚類種類與書籍、走訪等方式記錄的出現(xiàn)過的魚類種類的差異狀況，利用以下公式計算，賦分標(biāo)準(zhǔn)見表4。對于無法獲取歷史魚類監(jiān)測數(shù)據(jù)的水體，可利用專家咨詢等方式確定，調(diào)查魚類種類不包括外來魚種，魚類調(diào)查監(jiān)測可按照《水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》(SL 167-2014)等魚類調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定。

表4 魚類保有指數(shù)賦分標(biāo)準(zhǔn)

FOEI=FO/FE×100%

式中：FOEI——魚類保有指數(shù)(%)；

FO——評價河湖調(diào)查獲得的魚類種類數(shù)據(jù)(剔除外來物種)(種)；

FE——1980s以前評價河湖的魚類種類數(shù)量(種)。

1.5 綜合評分

根據(jù)水利部河湖健康評價文件將河湖健康分為五類：一類河湖(非常健康)、二類河湖(健康)、三類河湖(亞健康)、四類河湖(不健康)、五類河湖(劣態(tài))，其分類標(biāo)準(zhǔn)如表5。

表5 河湖健康評價

1.6 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(jìn)而讓水質(zhì)進(jìn)行評價的一種方法，計算公式為：

式中，BI為底棲動物BI；ni是第i種分類單元的個體數(shù)(個)；ti為第i種分類單元的耐污值；N為各監(jiān)測點底棲動物個體總數(shù)(個)；n為各監(jiān)測點底棲動物物種總分類單元數(shù)(個)。參照王備新等[14]評價標(biāo)準(zhǔn)如表6。

表6 BI指數(shù)水質(zhì)狀況分布

2 結(jié)果與分析

2.1 水體理化指標(biāo)及水質(zhì)評價

黃河上游支流白河4個采樣點各常規(guī)理化指標(biāo)結(jié)果見表7，流速、透明度、pH、溶解氧等4個指標(biāo)在各河段之間變化不明顯，變異系數(shù)為1.89%～9.85%；氣溫、濁度、亞硝酸鹽、水溫等4個指標(biāo)在各個河段之間變化較為明顯，變異系數(shù)為13.63%～24.99%。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)，該水體水質(zhì)指標(biāo)均在Ⅱ類水質(zhì)范圍，由表1可得，水質(zhì)賦分為90分。

表7 黃河上游支流白河各采樣點水質(zhì)指標(biāo)

2.2 浮游植物種類組成及優(yōu)勢種

白河河段各浮游植物數(shù)量如表8，其中白河匯合處浮游植物密度最高，為20176ind./L；白河紅原阿木鄉(xiāng)密度最低，為3182ind./L。各采樣點均值為10021±7445ind./L，均小于40萬ind./L，因此，白河4個采樣點賦分均為100分。

表8 白河各采樣點浮游植物密度

2.3 魚類保有指數(shù)分析

根據(jù)《四川魚類志》[15]和近期有關(guān)白河魚類多樣性調(diào)查文獻(xiàn)[16]以及走訪調(diào)查，可得黃河上游支流白河魚類種類組數(shù)據(jù)，統(tǒng)計匯總后如表9，魚類保有指數(shù)為76.923%，對應(yīng)魚類保有指數(shù)賦分為60分。

表9 黃河上游支流白河魚類種類組成

2.4 大型底棲無脊椎動物生物完整性評價指標(biāo)

大型底棲無脊椎動物統(tǒng)計分析如表10，由公式計算可得各采樣點大型底棲無脊椎動物生物完整性指數(shù)均值1.13±0.068，可得賦分為80分。

表10 白河大型底棲無脊椎動物生物完整性評價指標(biāo)

2.5 底棲動物BI指數(shù)分析

BI指數(shù)分析結(jié)果如表11，白河唐克鎮(zhèn)BI指數(shù)為2.15，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)；白河月亮灣BI指數(shù)為3.77，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)體；白河匯合處BI指數(shù)為4.30，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)；白河紅原阿木鄉(xiāng)BI指數(shù)為3.54，為清潔水體標(biāo)準(zhǔn)；白河唐克鎮(zhèn)、月亮灣、紅原阿木鄉(xiāng)和白河匯合處的BI指數(shù)均低于5.5，均屬于清潔水體。

表11 白河各采樣點底棲動物BI指數(shù)

2.6 白河水體綜合評價

綜上所述，白河各項指標(biāo)健康賦分如圖1，白河水體魚類保有指數(shù)賦分為60分，水質(zhì)指標(biāo)賦分為90分，大型底棲動物完整性指數(shù)賦分為80分，藻類熟練賦分為100分，加權(quán)可得白河水體綜合得分為83.34分，根據(jù)表5可知，白河水體整體屬于健康狀態(tài)的二類河湖。

圖1 黃河上游支流白河健康賦分

3 討論

浮游植物是水體中的初級生產(chǎn)者，對水環(huán)境的變化極為敏感且反應(yīng)迅速，其群落結(jié)構(gòu)變化對水體變化具有一定指示作用[17]，相關(guān)研究表明[18-19]，綠藻門藻類在富營養(yǎng)水體中通常為優(yōu)勢類群，而硅藻門藻類在中貧營養(yǎng)型水體中通常為優(yōu)勢類群[20]。4個采樣點均屬于較為典型的硅-綠藻型水體，推測可能是白河屬于高海拔水體，水體溫度隨著海拔上升逐漸下降，從而導(dǎo)致水體中的各類營養(yǎng)物質(zhì)的溶解度、離解度和分解率等理化過程會有一定程度的下降，浮游植物光合作用的酶促反應(yīng)以及呼吸作用強度降低，在一定程度上影響了浮游植物的繁殖，物種的豐富度也會隨之降低[21]，水體較為純凈，水質(zhì)指標(biāo)均為國家Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這與陳燕琴等[22]對黃河支流澤曲河、張軍燕等[23]對黃河上游瑪曲段以及高桂香等[24]對察汗烏蘇河浮游植物調(diào)查研究結(jié)果相似。魚類保有指數(shù)為76.92%，賦分為60分，表明該水體魚類已經(jīng)出現(xiàn)了部分損失，后續(xù)需要采取一定程度的保護(hù)措施，例如增殖放流、棲息地建設(shè)以及禁止開發(fā)等一系列措施。大型底棲動物完整性指數(shù)賦分為80分，表明該水體處于一個較為健康的狀態(tài)。對魚類保有指數(shù)、浮游植物密度、大型底棲動物完整性指數(shù)以及水質(zhì)樣本綜合分析可得，白河水體綜合得分為83.43分。同時，利用BI指數(shù)對底棲動物結(jié)果顯示4個采樣點BI指數(shù)均小于5，為清潔水體。BI指數(shù)分析法能夠較為全面地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[25]。綜上所述，黃河上游支流白河水體屬于Ⅱ類水體，處于健康、清潔的狀態(tài)。

就整體而言，由于黃河上游支流白河地理環(huán)境特殊，雖然本研究在調(diào)查期間投入大量的人力物力，但由于野外采集條件較為苛刻，仍然存在采樣點偏少，采集頻率偏低等不足之處。但是，由于黃河上游支流白河水質(zhì)狀況調(diào)查研究未見系統(tǒng)的報道，因此，本研究期望通過研究浮游植物與底棲動物的群落結(jié)構(gòu)，對黃河上游支流白河的水質(zhì)狀況進(jìn)行綜合評價，旨在為黃河上游水域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)資料和本底數(shù)據(jù)，以期在接下來的工作中進(jìn)行更深入的研究，為該區(qū)域水環(huán)境的保護(hù)提供更全面、更科學(xué)的依據(jù)。