長(zhǎng)江葛洲壩至宜都段干支流及水庫水生生物多樣性調(diào)查

吳金明，李雷，周運(yùn)濤，沈麗，王成友，譚志斌，危起偉

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所，湖北 武漢 430223；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，黑龍江 哈爾濱 150070；3.湖北省水產(chǎn)良種試驗(yàn)站，湖北 武漢 430070）

宜昌位于湖北省西南山區(qū)與江漢平原的過渡地帶，市區(qū)包括西陵、伍家崗、夷陵、猇亭和點(diǎn)軍5區(qū)，市區(qū)總面積0.42 萬km2，總?cè)丝?24.41 萬人。宜昌水資源豐富，全市水資源總量140.298 億m3，人均水資源量3 530m3，大小河流和水庫占全境面積5.6%[1]。長(zhǎng)江干流由西北向東南橫穿市區(qū)，長(zhǎng)度超過10 km 以上的支流有100 余條，另有三峽、葛洲壩、高壩洲、隔河巖等大型水庫，被譽(yù)為“世界水電之都”。特殊的地理環(huán)境和充足的水資源使得宜昌地區(qū)的水生生物多樣性十分豐富。

近年來，隨著宜昌地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是水電建設(shè)和城區(qū)工業(yè)的擴(kuò)張，宜昌城區(qū)的水資源環(huán)境發(fā)生了顯著的改變，水環(huán)境惡化及水體富營養(yǎng)化時(shí)有發(fā)生[2，3]，不僅制約了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，也給周邊地區(qū)居民的生活和健康帶來了影響。水生生物群落作為水域生態(tài)環(huán)境中的重要功能單元，對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，特別是物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)發(fā)揮著承上啟下的作用[4]。本文基于宜昌市區(qū)的水生生物調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物的物種組成、分布及生物量，以期為宜昌地區(qū)的水生生物多樣性保護(hù)及水污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)

水生生物采樣點(diǎn)設(shè)置如圖1，本次共采集了宜昌葛洲壩下至宜都約50km 的長(zhǎng)江干流、區(qū)間內(nèi)的14 條支流以及13 座水庫（表1）。采樣時(shí)間為2013年1 月15—28 日。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Sketch map of sampling sites

1.2 材料與方法

1.2.1 樣品采集與處理

浮游植物定性樣品用25#浮游生物網(wǎng)在調(diào)查點(diǎn)水域內(nèi)采集，定量樣品用1L 采水器采集后用魯哥氏液固定，經(jīng)36h 沉淀濃縮至10mL，抽取2mL 的樣本在高倍顯微鏡下進(jìn)行全片計(jì)數(shù)，同時(shí)進(jìn)行種類鑒定[5,6]，定性樣品作為種類組成數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。

浮游動(dòng)物定性樣品采用13#浮游生物網(wǎng)采集，定量樣品采集50L 后用13#網(wǎng)過濾，濃縮至50mL，采用10%的中性甲醛溶液固定，在顯微鏡下進(jìn)行枝角類、橈足類的鑒定和計(jì)數(shù)[5,6]，再將樣品沉淀濃縮至10mL，抽取2mL 的沉淀液進(jìn)行原生動(dòng)物和輪蟲的計(jì)數(shù)。定性樣品作為種類組成數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。

表1 采樣點(diǎn)位置坐標(biāo)Tab.1 Locations and coordinates of sampling sites

底棲動(dòng)物的采樣有兩種方法。在水庫及長(zhǎng)江干流，主要采用彼得生采泥器（開口面積1/16m2）在船上或橋上采集；在支流中主要采用索伯網(wǎng)（面積0.25m2）進(jìn)行采集。采集的樣品，立即用225 孔/cm2進(jìn)行過濾清洗，揀出所有動(dòng)物標(biāo)本裝入塑料瓶中用10%的福爾馬林固定。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行底棲動(dòng)物的鑒定和計(jì)數(shù)[5,6]。

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

采用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)和Pielou 均勻度指數(shù)來分析群落的多樣性，采用優(yōu)勢(shì)度判斷群落的優(yōu)勢(shì)種。計(jì)算公式如下：

（1）H'=-∑Pilog2Pi；其中，Pi為第i 種的個(gè)體數(shù)與總個(gè)體數(shù)的比值；

（2）J=H/Hmax；其中，Hmax=log2S，S 為樣品中總的種類數(shù)；

（3）Y=（ni/N）×fi；其中，ni為第i 種的個(gè)體數(shù)，N為樣品的總個(gè)體數(shù)，fi為該種的樣點(diǎn)出現(xiàn)頻率。

浮游動(dòng)物和浮游植物以優(yōu)勢(shì)度Y=0.02 的標(biāo)準(zhǔn)來確定優(yōu)勢(shì)種類[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 物種組成與優(yōu)勢(shì)種

本次調(diào)查共采集到浮游藻類7 門73 屬165種，其中硅藻門22 屬67 種，在種類組成上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)（40.6%），其次為綠藻門26 屬54 種（32.7%），藍(lán)藻門16 屬23 種，裸藻門3 屬10 種，金藻門、隱藻門和甲藻門分別為3 屬5 種、1 屬4 種和2 屬2種（附表1）。采集到的浮游動(dòng)物總計(jì)69 種，其中原生動(dòng)物17 種、輪蟲22 種，枝角類和橈足類分別為14 種和16 種（附表2）。采集到底棲動(dòng)物5 門8 綱共53 個(gè)分類單元（附表3），其中節(jié)肢動(dòng)物門2 綱33 種；軟體動(dòng)物門和環(huán)節(jié)動(dòng)物門均為2 綱9 種；扁形動(dòng)物門和線蟲動(dòng)物門均為1 綱1 種。各區(qū)域的物種數(shù)如圖2。

根據(jù)優(yōu)勢(shì)度計(jì)算的結(jié)果，干流樣點(diǎn)浮游植物的優(yōu)勢(shì)種4 種，分別為藍(lán)藻門的束絲藻sp.、偽魚腥藻sp.和硅藻門的顆粒直鏈藻、小環(huán)藻sp.水庫和支流樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種為偽魚腥藻sp.和小環(huán)藻sp.。水庫浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種有4 種，分別為變形蟲、褐沙殼蟲、小多肢輪蟲、螺形龜甲輪蟲，干流的優(yōu)勢(shì)種有變形蟲、小多肢輪蟲和螺形龜甲輪蟲3 種，支流樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種僅變形蟲1 種。根據(jù)生物量或者數(shù)量大于30%計(jì)算優(yōu)勢(shì)種，支流樣點(diǎn)的底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種有霍甫水絲蚓、前突搖蚊和蚋3 種，干流樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種為尖膀胱螺和河蜆2 種，水庫樣點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)種為圓頂珠蚌、蚋和霍甫水絲蚓3 種。

圖2 水生生物的種類組成Fig.2 Species composition of hydrobiontes

2.2 密度和生物量

浮游植物的密度在各樣點(diǎn)間存在較大區(qū)別，平均為6.39×105ind./L，其中16#樣點(diǎn)（臨江溪河口）的浮游植物密度最大，為46.99×105ind./L，18#樣點(diǎn)（仙人橋支流）最小，為0.34×105ind./L。總體上，長(zhǎng)江干流（1.29×105ind./L）＜支流（8.03×105ind./L）＜水庫（9.76×105ind./L）（圖3）。

41 個(gè)樣點(diǎn)浮游動(dòng)物的平均密度為1798.4 ind./L，其中18#樣點(diǎn)（仙人橋支流）的浮游動(dòng)物密度最小，為18.0 ind./L，34#樣點(diǎn)（白洋沖水庫）的浮游動(dòng)物密度最大，為23 368.3nd./L。總體上，長(zhǎng)江干流（97.2 ind./L）＜支流（1 405.4 ind./L）＜水庫（3 298.9 ind./L）（圖4）。

底棲動(dòng)物的平均密度為341.6 ind./m2，平均生物量為4.74g/m2，其中29#樣點(diǎn)（高壩洲水庫）的密度最低，為16 ind./m2，6#樣點(diǎn)（卷橋河橋邊鎮(zhèn)）的密度最高為1 944 ind./m2，底棲動(dòng)物的生物量以40#樣點(diǎn)（板門溪水庫）最低，為0.008g/m2，最高為27#樣點(diǎn)（三江村小溪）45.7g/m2。從底棲動(dòng)物的密度來看，水庫（64 ind./m2）＜干流（125.3 ind./m2）＜支流（583.3 ind./m2），從生物量上來看，水庫（2.66 g/m2）＜支流（4.49 g/m2）＜干流（9.31 g/m2）（圖5）。

2.3 生物多樣性

圖3 浮游植物的密度Fig.3 The density of phytoplankton

圖4 浮游動(dòng)物的密度Fig.4 The density of zooplankton

圖5 底棲動(dòng)物的密度與生物量Fig.5 The density and biomass of zoobenthos

各樣點(diǎn)的浮游植物的多樣性指數(shù)在0.30～2.47之間波動(dòng)，平均值為1.52，其中干流樣點(diǎn)的平均值為1.36，水庫樣點(diǎn)為1.54，支流樣點(diǎn)為1.60。均勻度指數(shù)在0.11～0.97 之間波動(dòng)，平均值為0.63，其中干流樣點(diǎn)的平均值為0.65，水庫樣點(diǎn)為0.61，支流樣點(diǎn)為0.63。各樣點(diǎn)的浮游動(dòng)物的多樣性指數(shù)在0.04～1.95 之間波動(dòng)，平均值為0.90，其中干流樣點(diǎn)的平均值為0.66，水庫樣點(diǎn)為1.05，支流樣點(diǎn)為0.85。均勻度指數(shù)在0.03～0.92 之間波動(dòng)，平均值為0.55，其中干流樣點(diǎn)的平均值為0.50，水庫樣點(diǎn)為0.59，支流樣點(diǎn)為0.53。各樣點(diǎn)的底棲動(dòng)物的多樣性指數(shù)在0.54～1.57 之間波動(dòng)，平均值為1.08，其中干流樣點(diǎn)的平均值為0.66，水庫樣點(diǎn)為0.76，支流樣點(diǎn)為1.27。均勻度指數(shù)在0.34～0.96 之間波動(dòng)，平均值為0.64，其中干流樣點(diǎn)的平均值為0.78，水庫樣點(diǎn)為0.62，支流樣點(diǎn)為0.45。

3 討論

調(diào)查區(qū)域內(nèi)水生生物的特點(diǎn)表現(xiàn)為：（1）支流、水庫浮游生物的多樣性和密度大于干流；（2）水庫中底棲動(dòng)物的多樣性和密度小于干流和支流；（3）各水體的水生生物類群具有不同數(shù)量的優(yōu)勢(shì)種。在干流中，浮游植物的優(yōu)勢(shì)種4 種，浮游動(dòng)物有3 種，底棲動(dòng)物有2 種，在支流中，浮游植物有2 種，浮游動(dòng)物1 種，底棲動(dòng)物3 種，在水庫中，浮游植物2種，浮游動(dòng)物4 種，底棲動(dòng)物3 種。水生生物分布的差異性，與調(diào)查樣點(diǎn)的水文條件、水體富營養(yǎng)化等外部條件有關(guān)。

從水生生物物種組成和多樣性來看，支流和水庫的浮游動(dòng)、植物的密度和物種數(shù)明顯大于干流，生物多樣性指數(shù)也表現(xiàn)出同樣的趨勢(shì)，這與調(diào)查水域的水文特征相關(guān)。長(zhǎng)江干流流速快，而支流和水庫的處于緩流或靜水的狀態(tài)，更適宜于浮游動(dòng)、植物的棲息和生長(zhǎng)。水體富營養(yǎng)化也是造成水生生物差異分布的重要原因，從底棲生物的組成與優(yōu)勢(shì)種來看，霍甫水絲蚓、直突搖蚊、蚋、尖膀胱螺、河蜆、圓頂珠蚌等為調(diào)查水域的優(yōu)勢(shì)種，眾多學(xué)者認(rèn)霍甫水絲蚓、前突搖蚊幼蟲與水體營養(yǎng)水平呈明顯正向相關(guān)趨勢(shì)[8,9]，這也暗示了調(diào)查區(qū)域水體表現(xiàn)出了富營養(yǎng)化的特征。

由于水生生物的分布與水環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)，水生生物成為評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)浮游植物的物種多樣性指數(shù)（H'），按照H'＞3，輕污染或無污染；1＜H'＜3，中度污染；0＜H'＜1，嚴(yán)重污染的劃分原則[10]。浮游植物的多樣性表明調(diào)查區(qū)域的水質(zhì)總體上呈現(xiàn)中度污染狀態(tài)，各區(qū)域的污染程度依次為水庫＞支流＞干流。其中吳家崗渡口、火山口水庫、善溪沖水庫和臨江溪5 個(gè)斷面的H'＜1，指示嚴(yán)重污染狀態(tài)。浮游動(dòng)物的多樣性指數(shù)顯示調(diào)查區(qū)域水質(zhì)總體上呈現(xiàn)重度污染狀態(tài)，各區(qū)域的污染程度依次為干流＞支流＞水庫。雖然利用各種水生生物類群來評(píng)價(jià)水質(zhì)的原理、方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，但均表明調(diào)查區(qū)域水體呈現(xiàn)了富營養(yǎng)化和污染的狀態(tài)。從宜昌市區(qū)及周邊的社會(huì)生產(chǎn)現(xiàn)狀來分析，調(diào)查區(qū)域四周人口密度較高，工礦企業(yè)繁多，大量的生活污水和工業(yè)廢水等外源污染物的注入自然水體中，造成水質(zhì)下降。

基于本次調(diào)查結(jié)果，提出本區(qū)域水生生物保護(hù)措施如下：（1）在支流區(qū)域應(yīng)控制農(nóng)業(yè)面源污染，嚴(yán)格限制工業(yè)污水的排放，減少營養(yǎng)物質(zhì)及有毒有害無機(jī)物的輸入，促使支流水質(zhì)凈化，為水生生物的棲息營造一個(gè)良好的生態(tài)環(huán)境；（2）在水庫區(qū)域，應(yīng)取締或者減少網(wǎng)箱養(yǎng)殖，減少餌料的投放，恢復(fù)水體的自凈能力；（3）干流區(qū)域?qū)儆谝瞬腥A鱘自然保護(hù)區(qū)的范圍，在此河段內(nèi)應(yīng)突出中華鱘、胭脂魚等珍稀魚類的保護(hù)目標(biāo)，加強(qiáng)保護(hù)區(qū)的管理，從禁漁、航運(yùn)管理、限制水工建設(shè)等方面保護(hù)珍稀魚類及其他水生生物。

本次水生生物的調(diào)查區(qū)域涉及長(zhǎng)江葛洲壩至宜都的干流、支流和水庫，除長(zhǎng)江干流已有較多的文獻(xiàn)資料外[11-13]，支流和水庫的水生生物現(xiàn)狀未曾有過公開報(bào)道。這些區(qū)域的調(diào)查結(jié)果可以作為水生生物多樣性保護(hù)及水污染治理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但上述結(jié)果僅僅是基于一次采樣的數(shù)據(jù)，調(diào)查區(qū)域水生生物的現(xiàn)狀與季節(jié)動(dòng)態(tài)等還有待進(jìn)一步的調(diào)查與分析。