清河水生生物狀況監(jiān)測成果分析及評價

楊丹妮 王軍紅 常 靜

（1. 北京市清河管理處，北京 100085；2.北京市水科學技術研究院，北京 100048；3.北京京源水務有限公司，北京 100143）

1 概況

清河全長28.7km，流域面積為175km2，發(fā)源于北京西山碧云寺，流經(jīng)海淀、朝陽、昌平、順義4區(qū)，在順義區(qū)境內(nèi)入溫榆河，水系包括北旱河、黑山扈排洪溝、萬泉河、小月河、清洋河。清河干流全長23.7km，自肖家河閘至沙子營閘，共9座節(jié)制閘，總調(diào)蓄量為495萬m3，是北京城市北部主要防洪排水河道，在北京城市水系中占有重要位置。

2022年，開展了以清河為典型代表的再生水補給型城市河道水生生物健康棲息生態(tài)監(jiān)測，針對浮游植物、浮游動物、水生植物、底棲動物、魚類等研究要素，通過資料收集、實驗檢測、規(guī)律分析等技術方法進行科學評價，及時掌握城市河道水生生物健康棲息狀況，為區(qū)域生物健康棲息提供數(shù)據(jù)支撐與建議。

2 清河水生生物狀況調(diào)查監(jiān)測

2.1 監(jiān)測點位與頻率

根據(jù)清河的河道形狀、各閘站位置以及與溫榆河的交匯情況等，共設置11個采樣點位，分別位于安河閘、樹村閘、京包閘、清河閘、下清河閘、羊坊閘、外環(huán)跌水閘、沈家墳閘、清河大橋、沙子營閘（清河入溫榆河河口）和河口下游處，編號為S1～S11，見圖1。分別于4月、7月、9月（即春夏秋三季）開展監(jiān)測。

2.2 水生生物調(diào)查方法

2.2.1 浮游植物

浮游植物采樣依據(jù)《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術規(guī)程》（SL 733—2016）進行，調(diào)查藍藻門、隱藻門、甲藻門、金藻門等各門生物量和種群數(shù)量。

2.2.2 浮游動物

浮游動物采樣依據(jù)《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術規(guī)程》（SL 733—2016）進行，調(diào)查輪蟲、枝角類等類型生物量和種群數(shù)量。

2.2.3 水生植物

按水生植物生活型對挺水植物、浮葉植物和沉水植物進行調(diào)查，測量、記錄水體的水面面積、各類大型水生植物的分布面積，計算水生植物覆蓋率。將采集的植物洗凈，裝入標本袋內(nèi)帶回實驗室鑒定種類。

2.2.4 底棲動物

底棲動物采樣依據(jù)《流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價技術指南（試行）》（2017年）進行，調(diào)查底棲動物的種類與數(shù)量。

2.2.5 魚類

采用撒地籠網(wǎng)的方法捕撈魚類標本，調(diào)查魚類的種類組成、種群數(shù)量。將地籠網(wǎng)置于水中過夜，約14h，將魚捕獲后按種類進行分類，并拍照留存，調(diào)查結束后將魚放回水體。

2.3 生物指標分析方法

2.3.1 浮游生物

針對浮游生物多采用生物多樣性指數(shù)評價。生物的多樣性指數(shù)是用于表示由多種生物組成的混合生物群落的種類和數(shù)量之間關系的一種指數(shù)，常應用于指示生物群落結構變化，反映生態(tài)狀況。常采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)進行評價。

a. Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H′：

式中：ni為第i種浮游生物的個體數(shù)[1]；N為采集樣品中所有種類的總個體數(shù)。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)反映群落結構的復雜程度[2]。數(shù)值越大，群落結構越復雜，對環(huán)境的反饋功能越強，群落越穩(wěn)定；數(shù)值越小，群落結構越簡單[3]。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)可用于評價河流上下游點位之間的群落結構差異。常用評價標準為：當0＜H′≤1時，表明浮游植物群落結構簡單；當1＜H′≤2時，表明浮游植物群落結構復雜度居中；當2＜H′≤3時，表明浮游植物群落結構較為復雜；當H′＞3時，表明浮游植物群落結構復雜。

b. Margalef豐富度指數(shù)R:

式中：S為采集樣品中的種類總數(shù)[4]。

Margalef指數(shù)用于評價物種豐富度[5]，常用評價標準為：當0＜R≤1時，表明物種豐富度較低；當1＜R≤3時，表明物種豐富度居中；當R＞3時，表明物種豐富度較高。

c. Pielou均勻度指數(shù)J：

Pielou指數(shù)用于評價物種均勻程度。指數(shù)范圍為0＜J＜1，其中J值大，表明個體分布較均勻；J值小，表明個體分布欠均勻。常用評價標準為：當0＜J≤0.3時，表明浮游植物物種均勻度較?。划?.3＜J≤0.5時，表明浮游植物物種均勻度居中；當0.5＜J≤0.8時，表明浮游植物物種均勻度較高；當0.8＜J＜1時，表明浮游植物物種均勻度最高。

2.3.2 水生植物

針對大型水生植物指標可采用大型水生植物覆蓋率來表征。

2.3.3 底棲動物

底棲動物對棲息環(huán)境很敏感，是水體食物鏈的重要一環(huán)[6]。針對底棲動物評價采用相對重要指數(shù)值來評價優(yōu)勢種，采用BI指數(shù)來評價耐污能力和物種多樣性。

a. Shannon-Wiener多樣性指數(shù)。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)計算方法同浮游生物。

b.BI指數(shù)。BI指數(shù)是指根據(jù)水體中指示生物的種類、數(shù)量及對水污染的敏感性建立的可表示水環(huán)境質(zhì)量的一個數(shù)值，既考慮了底棲動物的耐污能力，又考慮了底棲動物的物種多樣性。

式中：BI為生物指數(shù)；ni為第i個分類單元的個體數(shù)[7]；ti為第i個分類單元的耐污值[8]；N為樣品中所有物種的總個體數(shù)。

一般將耐污值不大于3的物種稱為敏感類群；耐污值為3～7的物種稱為中等耐污種群；耐污值不低于7的物種稱為耐污類群。根據(jù)常用評價標準，河流、湖泊水體中，BI≤5.5，為最清潔；5.5＜BI≤6.6時，清潔；6.6＜BI≤7.7，為輕污染；7.7＜BI≤8.8，為中污染；BI＞8.8，為重污染。

3 水生生物結果與分析

3.1 浮游植物結果與分析

3.1.1 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

2022年，按照《內(nèi)陸水域浮游植物監(jiān)測技術規(guī)程》（SL 733—2016）進行浮游植物樣品采集后，在實驗室進行樣品濃縮并計數(shù)。按公式計算生物多樣性指數(shù)，對清河生物多樣性指數(shù)進行評價，結果見圖2。從圖2中可以看出，浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)基本處于1～2范圍內(nèi)，最小值為0.55（S3，夏季），最大值為2.79（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分別為1.26、1.02、1.37，表明浮游植物群落結構的復雜程度居中。S11（清河與溫榆河交匯處）浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在秋季最高，表明浮游植物群落結構的復雜程度最高，其他各點位間變化不顯著。

圖2 浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化情況

3.1.2 Margalef豐富度指數(shù)

浮游植物Margalef豐富度指數(shù)基本處于1～3范圍內(nèi)，最小值為0.93（S10，秋季），最大值為4.01（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分別為1.80、2.08、1.93，表明浮游植物物種豐富度居中。秋季S10（清河沙子營閘）浮游植物Margalef豐富度指數(shù)最低，S11（清河與溫榆河交匯處）最高，表明S11浮游植物群落結構的復雜程度高于S10，與水體流速降低以及溫榆河水體匯入增加物種復雜程度等因素有關，其他各點位間變化不顯著，指數(shù)變化情況見圖3。

3.1.3 Pielou均勻度指數(shù)

如圖4所示，浮游植物Pielou均勻度指數(shù)基本處于0.3～0.7范圍內(nèi)，最小值為0.22（S3，夏季），最大值為0.84（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分別為0.54、0.40、0.56，表明浮游植物個體分布均勻度居中。河道中上游（S1～S7）浮游植物Pielou均勻度指數(shù)季節(jié)間變化起伏較大，河道下游（S8～S10）浮游植物Pielou均勻度指數(shù)季節(jié)間變化較小，表明下游浮游植物個體分布較為穩(wěn)定，與河道流速等生境條件有關。

圖4 浮游植物Pielou均勻度指數(shù)變化情況

浮游植物物種共6門7綱12目24科41屬80種，其中硅藻門和綠藻門屬種數(shù)量最多，分別為17屬33種和14屬32種。密度全年平均值為288.43萬個/L，生物多樣性指數(shù)屬于居中水平。

3.2 浮游動物結果與分析

3.2.1 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

如圖5所示，浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)基本處于0～2范圍內(nèi)，最小值為0（S1，夏季；S3、S4、S7、S9，秋季），最大值為2.45（S11，夏季）。春季、夏季、秋季平均值分別為0.89、1.11、0.64，表明浮游動物群落結構的復雜程度較低。S11（清河與溫榆河交匯處）點位的浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在夏季和秋季均為最高，表明該處夏季和秋季浮游動物群落結構的復雜程度最高。

圖5 浮游動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化情況

3.2.2 Margalef豐富度指數(shù)

從圖6中可以看出，浮游動物Margalef豐富度指數(shù)基本處于1～2范圍內(nèi)，最大值為2.57（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分別為0.51、0.77、0.64，表明浮游動物物種豐富度較低。S10（清河沙子營閘）和S11（清河與溫榆河交匯處）點位的浮游動物Margalef豐富度指數(shù)較高，表明這兩個點位浮游動物群落結構的復雜程度高于其他點位，與河流交匯引起物種復雜程度增加有關。

圖6 浮游動物Margalef豐富度指數(shù)變化情況

3.2.3 Pielou均勻度指數(shù)

浮游動物Pielou均勻度指數(shù)大部分處于0.4～0.9范圍內(nèi)，最大值為1.00（S1、S6，春季）。春季、夏季、秋季平均值分別為0.69、0.59、0.33，表明浮游動物個體分布均勻度居中。各點位浮游動物Pielou均勻度指數(shù)季節(jié)間變化較大，見圖7。

圖7 浮游動物Pielou均勻度指數(shù)變化情況

浮游動物物種共3門7綱22目67屬80種，其中原生動物門屬種數(shù)量最多，為5綱16目47屬39種。密度全年平均值為961.95個/L，生物多樣性指數(shù)較低。

3.3 水生植物結果與分析

清河共調(diào)查得到水生植物11種，其中沉水植物8種、挺水植物3種，見表1。

根據(jù)調(diào)查結果，挺水植物季節(jié)性較強，主要生長期為6—9月。沉水植物優(yōu)勢種隨季節(jié)演替，春季以菹草為主要優(yōu)勢種，伴有穗花狐尾藻、竹葉眼子菜；夏季以苦草、竹葉眼子菜為主要優(yōu)勢種，伴有金魚藻；隨著氣溫逐漸降低，秋季以竹葉眼子菜、篦齒眼子菜為主，伴有穗花狐尾藻、輪葉黑藻。

從圖8中可以看出，清河沉水植物覆蓋度由上游至下游逐漸增加，安河閘—清河閘段沉水植物覆蓋度平均值為20%，與河道底部硬質(zhì)護砌有關。清河閘以下沉水植物覆蓋度逐步提升至90%左右，為河道水生態(tài)系統(tǒng)提供了重要的初級生產(chǎn)力。

圖8 清河沉水植物分布情況

3.4 底棲動物結果與分析

3.4.1 多樣性指數(shù)

由圖9可知，底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)基本處于1～2范圍內(nèi)，春季較低（平均值為1.22），夏季和秋季較高（平均值均為1.69），表明各季節(jié)底棲動物群落結構復雜程度均處于居中水平。其中最大值為2.14（S6，秋季），最小值為0.67（S3，春季）。各點位間底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化幅度不大。

圖9 底棲動物Shannon-Weiner多樣性指數(shù)變化情況

3.4.2 BI指數(shù)

如圖10所示，底棲動物BI指數(shù)基本處于5.5～6.6范圍內(nèi)，最小值為3.98（S10，秋季），最大值為8.66（S11，春季）。春季、夏季、秋季平均值分別為6.38、5.69、5.62，表明水體處于清潔水平。各點位底棲動物BI指數(shù)變化幅度較小，說明底棲動物在不同季節(jié)的分布均較為穩(wěn)定。

圖10 底棲動物BI指數(shù)變化情況

底棲動物物種共4門7綱11目25科，生物多樣性指數(shù)居中，以BI指數(shù)評價，水體處于清潔水平。

3.5 魚類結果與分析

3.5.1 魚類結果

共調(diào)查得到魚類3目7科18種，見表2。

表2 魚類物種

不同季節(jié)調(diào)查得到魚類種類數(shù)量基本保持穩(wěn)定。漁獲物數(shù)量共1381個，季節(jié)變化較顯著，夏季最多，占漁獲物總量的一半，見圖11。

圖11 魚類物種數(shù)與漁獲物數(shù)量季節(jié)變化情況

3.5.2 魚類結果分析

魚類按攝食食性可分為動物食性、碎屑食性和雜食性，最多的為動物食性魚類，共9種，分別為子陵吻蝦虎魚、寬鰭、黑鰭鳈、河川沙塘鱧、烏鱧、小黃黝魚、馬口魚、鲇、黃顙魚；雜食性魚類共7種，分別為麥穗魚、鯽、鯉、泥鰍、、圓尾斗魚和棒花魚；碎屑食性魚類2種，為高體鳑鲏、大鰭鱊。

漁獲物中全年數(shù)量優(yōu)勢種主要為麥穗魚、鯽、高體鳑鲏，均屬于鯉形目鯉科，見圖12。其中麥穗魚和鯽對水域生態(tài)環(huán)境適應性較強，根據(jù)《北京市水生態(tài)健康等級指示物種》（2021版），高體鳑鲏是健康水體指示物種。

圖12 漁獲物種類數(shù)量變化情況

從圖13可以看出，在清河各點位中，S8（沈家墳閘下游）點位的漁獲物數(shù)量最多，S1（安河閘下游）點位的漁獲物數(shù)量最少，其他點位數(shù)量基本相近。

圖13 各點位漁獲物數(shù)量變化情況

在珍稀物種方面，調(diào)查得到現(xiàn)行《北京市地方二級保護水生野生動物名錄》（2012版）收錄物種3種，分別為寬鰭、黑鰭鳈、馬口魚，反映了清河水生態(tài)環(huán)境持續(xù)向好的發(fā)展趨勢。

4 結語

本文通過分析清河2022年水生生物監(jiān)測數(shù)據(jù)，對清河全河段的浮游植物、浮游動物、水生植物、底棲動物、魚類的種類、密度及生物多樣性指數(shù)進行了研究。結果表明，清河河道現(xiàn)狀水質(zhì)較好，水質(zhì)達到地表水Ⅲ類水標準，水生生物物種較為豐富，現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)結構、狀態(tài)良好。

針對清河現(xiàn)狀，應加強河流廊道建設，采取“挺水植物+沉水植物”相結合的措施，種植植物和營建群落，對維持水體生物的多樣性、生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的穩(wěn)定性，發(fā)揮重要作用。通過實施增殖放流[8]，科學選擇北京本土指示水生動物品種、放流時間及位置，提升水生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力[9]。