基于水生態采樣結果分析的水質驅動力因子研究

趙振懿

(遼寧省營口水文局，遼寧 營口 115003)

1 概述

根據遼寧省河流的分布特征，對遼寧省進行水生態點位布設，結合遼寧省河流分布情況，對遼寧省主要河流湖泊進行了抽樣調整采樣布局，共布設103個站點。遼寧省西部地區主要集中在老哈河和輝發河地區，北部地區的布局主要集中在遼河柳河口的北側，中西部地區布局主要集中在遼河柳河口及大小凌河流域。中心區布局主要集中在遼河流域的渾太水系和大遼河，東部布局主要集中在鴨綠江流域和輝發河，南部的布局主要集中在渤海岸的牤牛河、碧流河及英那河。遼寧省中部的太子河和渾河為渾太水系，該地區的土地肥沃而水量豐富。太子河水系主要包括太子河、二道河、下大河、海城河等河流，渾河水系主要包含社河、牤牛河等，在遼寧省水資源評價中占有主要的位置，對兩水系進行點位布設時間，布局的采樣點基于原始整體區域點的隨機分布并加密。

用于浮游植物收集的工具是集水器，使用集水器在河中央取2L水樣，在同一容器中搖勻，取10～15ml魯哥氏液固定。根據常規方法，藻類的定量樣品沉淀超過48h，除去上清液，收集藻細胞，將容積調至50mL，在光學顯微鏡下將浮游植物計數框放大4010倍進行觀察和計數。為了減少工作量，根據特定的藻類密度確定視野數量，并選擇梅花的類型，然后將其轉換為每升水樣的藻類細胞數量。

通過濃縮浮游植物的濃縮水樣，將浮游動物的定量進一步濃縮至20ml，測量時搖勻，用定量移液管準確地將0.10ml吸入浮游植物計數框架中，并在Olympus CX21FS1顯微鏡下計數全片。對于大型浮游動物采集，根據河段的流速使用不同的方法，對于慢流部分，用采水器收集50L水，并用25#浮游網(300目)過濾；對于流速快的部分，把25#浮游生物網(300目)逆流懸掛，定量記時，濃縮的樣品用5%甲醛固定劑固定，測量時，取10ml，在10×10倍顯微鏡下計數并計算生物量。

2 水生態采集方法

2.1 底棲動物的采集

在所選點的100m范圍內，使用Peter St.Mud隨機收集2個平行樣品，將收集到的網中的材料通過60目篩網轉移到300ml塑料瓶中，并儲存在90%乙醇中進行鑒定。在實驗室中，通過人工采摘將底棲樣品轉移到200ml寬口塑料瓶中，并加入95%乙醇溶液用于儲存，在顯微鏡或解剖顯微鏡下分類和計數，鑒定到屬或種。

2.2 魚類的采集

在每個采樣點上游和下游400m的河流長度范圍內，將其設置為魚類采樣區域，采樣區域通常位于其他生物采樣的上游區域，以防止魚類生物采樣的代表性受到其他生物取樣人員的干擾。采樣器由兩個人負責，其中一人負責電魚，另一人負責網和水桶，負責拾取電暈魚并使用抄網將其放入水桶中，采樣區域的采樣時間設置為30min。收集標本后，可以在現場鑒定和計數，用秤進行稱重，分別記錄不同物種的數量和重量，選擇一些魚類個體來保存標本，其余的個體可以返回河中。

對于不易識別和未知物種的物種，用1%～2%體積的甲醛與上面留下的個體相結合，使用較低濃度的甲醛溶液，魚類在死亡過程中身體變形，等全部死亡后，將個體放在紗布上，用紗布包好，放入塑料袋中，加入10%甲醛溶液儲存，用樣品袋中的標簽標記每個樣品袋，然后用鉛筆在防水紙上標記樣品，將樣品袋放入儲存盒。確定所有魚類樣本，對于水深超過2m的河段，除采用電魚法采樣外，還采用網捕法收集魚類標本，在水深超過2m的區域，懸掛(粘貼)網通過劃艇懸掛在河流的不同區域，并在30min后收集網，并且在此期間可以進行人為干擾和聲音干擾。允許更多的魚類個體通過懸掛區域以增加個體魚類的收集。收集網后，將與用電魚法收集的標本一起處理。

3 水生態采樣結果分析

根據遼寧省103個點的水生態抽樣結果，對水質生態采樣的主要要素，如浮游植物、浮游動物、底棲動物及魚類等物種分布、密度和多樣性狀況進行綜合分析，并基于此來檢測驅動力因子。

3.1 水質主要驅動因子

圖1顯示了2018年5月水環境化學因子的主成分分析結果，并篩選了監測的水化指標(r>0.6)。2018年5月，選擇的主要化學因子是COD、總磷、氨氮、總氮和硝酸鹽。從PCA分析結果來看，監測的化學指標是各向同性的，偏差越大，污染程度越大，例如太子河下游海城河附近的點大多集中在化學因子的遠端。

圖1 化學因子PCA分析

圖2顯示了2018年5月流域水環境物理因素的主成分分析結果，并篩選了監測的物理指標(r>0.6)，篩選的主要物理因素是電導率和總溶解固體，從PCA分析結果來看，太子河下游和東遼河流域監測物理指標的主要驅動因子相對明顯。這兩個區域的相應電導率和總溶解固體較高。

圖2 物理因子PCA分析

圖3顯示了2018年5月盆地水環境水文因子的主成分分析結果，并對監測的水文指標進行了篩選(r>0.6)。篩選的主要水文因素是河流寬度和水深，從PCA分析結果來看，監測水文指標的主要驅動因子對于渾太河水系來說是比較明顯的，這兩個區域大多是大型地表水體。

圖3 水文因子PCA分析

3.2 浮游植物

3.2.1物種分布

在河流中共鑒定出103種浮游植物，屬于7個門，在已確定的物種中，硅藻種類最多，硅藻的主要種類屬于羽紋綱物種，共調查確定了58種藻，硅藻占物種總數的56%；綠藻門共鑒定出23種，占總種數的22%；第三位是藍藻，共鑒定出9種，占總種數的9%。

3.2.2密度分布

從河流浮游植物密度分布來看，硅藻的總密度最大，占浮游植物總密度的60%，優勢物種為線狀藻類顆粒、小片菱形藻、雙頭菱形藻；第二個是藍藻，占所識別浮游植物總密度的18%，優勢物種主要為小席藻、美麗顫藻，這些浮游植物物種為典型的耐污物種；綠藻門總密度位居第三位，占所鑒定浮游植物總密度的17%，優勢物種有四尾柵藻、二形柵藻、集星藻。

3.2.3多樣性狀態

從河流浮游植物多樣性的角度來看，浮游植物的總體多樣性狀況一般，浮游植物多樣性指數水質較好，大于2.06，這些點大部分集中在每個地區的上游支流，這次采集的浮游植物具有最高的L37多樣性點，位于輝發河上游，其香濃-維納多樣性指數值為3.74，該地區的浮游植物種類是二形柵藻、十字藻、嚙蝕隱藻。

3.3 浮游動物

3.3.1物種分布

在河流中共鑒定76種浮游動物，屬于4類，在已確定的物種中，輪蟲種類最多，輪蟲的主要種類集中在臂尾輪蟲屬，在這項調查中，確定了41種輪蟲，占浮游動物總數的54%;其次是原生動物，共鑒定出23種，占總種數的30%;位于第三位的是枝角類，共鑒定出9種，占總種數的12%。

從河流中浮游動物的分布來看，浮游動物的數量主要集中在中部地區和遼河主流地區。其中，最常見的浮游動物種類是L85，位于遼河上游，共鑒定出16種浮游動物，浮游動物的主要種類是球狀砂殼蟲、萼花臂尾輪蟲、英勇劍水溞等。

3.3.2密度分布

從河流中浮游動物密度分布來看，輪蟲的總密度最大，占已識別浮游動物總密度的97%，優勢種是玫瑰輪蟲、螺旋龜輪蟲和舞蹈無尾輪，第二是橈足類，是確定的浮游動物總密度的2%，優勢種主要是英勇劍水溞、中華哲水溞；原生動物的總密度位居第三位，占動物總密度的1%，優勢種是條紋變形蟲和小口鐘蟲。

3.3.3多樣性狀態

從河流浮游動物多樣性的角度來看，浮游動物種類的總體多樣性較好，具有較好水分健康的浮游動物多樣性指數大于1.63，這些點分布在各個地區，此時收集的浮游動物多樣性最高的是L85，位于遼河上游，其香濃-維納多樣性指數值為3.40，該區域浮游動物物種為球狀砂殼蟲、萼花臂尾輪蟲、英勇劍水溞等。

3.4 底棲動物

3.4.1物種分布

在河流中共鑒定出67種底棲動物，屬于15類，在已鑒定的物種中，雙翅目種類最多，雙翅目的主要種類是搖蚊幼蟲，在這項調查中，確定了19種搖蚊，雙翅目占總種數的34%;其次是軟體動物在足部眼中共鑒定出10種，占總種數的15%;第三是十足類和順序，每個確定6種，占總種數的9%。

從河流中的底棲物種分布來看，河流中底棲物種的數量主要集中在遼寧省東北部，太子河和遼河的上游支流，其中最具優勢的底棲物種是L99，主要的底棲動物物種有東方蜉、黑翅四節蜉、云集多足搖蚊和克拉鉗形無齒蚌等。

3.4.2密度分布

從河流中底棲密度的比例分布來看，雙翅目的總密度最大，占已識別底棲動物總密度的59%，主要的物種是雙線環足搖蚊、云集多足搖蚊；第二位是顫蚓目，占所識別的底棲動物總密度的17%，優勢物種有霍夫水絲蚓、克拉泊水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓；蜉蝣目總密度位居第三位，占已識別底棲動物總密度的12%，優勢種是東方蜉、黑翅四節蜉。

從河流的底棲密度分布來看，河流中底棲動物的密度較高集中在遼寧北部和太子河下游，呈現兩種帶狀分布，底棲動物密度最高的是L95，位于北部蔻河的源頭，總密度為59040個/m2，主要物種有鋸形蜉和云集多足搖蚊。集中在太子河下游區域的高密度點位，主要優勢物種為霍夫水絲蚓和克拉泊水絲蚓。

3.4.3多樣性狀態

從河流底棲動物的多樣性來看，底棲動物的多樣性總體上是好的，具有較好水分健康的底棲動物的多樣性指數大于1.94，這些點大部分集中在每個地區的上游支流，這次收集的底棲動物最多樣化點是L73，它是太子河的上游支流，其香濃-維納多樣性指數值為3.11，該區域底棲動物物種主要為蜉蝣目和雙翅目，多為清潔物種。

3.5 魚類

3.5.1物種分布

調查區共確定了92種魚類，屬于11種。在已鑒定的物種中，鯉形目種類最多，鯉形目中的鯉科和鮈亞科為主要經濟魚類物種，在這項調查中，確定了64種，占總種數的70%;其次是鱸形目，共鑒定出13種，占總種數的14%;第三是鲇形目，確定了3種，占總種數的4%。可以看出，整個遼寧省魚類種類豐富，魚類資源得到很好的保護。

從各河流魚類的分布來看，所有河流魚類的種類主要集中在該遼寧省東西兩側的上游支流、太子河和遼河，最常見的魚類物種是L56，它位于草河源頭附近，共鑒定了21種魚類，主要魚類有寬鰭鱲、沙塘鱧。

3.5.2密度分布

從河流中魚類密度的分布來看，鯉形目的總密度最大，占所識別的底棲動物總密度的92%，優勢種是鯽魚、落氏鱥、寬鰭鱲等；第二是鱸形目，它占所識別魚類總密度的5%，有黃黝、沙塘鱧；鳉形目總密度位居第三，占所鑒定魚類總密度的1%，優勢物種為青鳉。

從河流中魚類密度的分布來看，河流魚類的密度較高集中在北部地區和太子河上游，魚類密度最高的是L96，位于北部地區的渭河附近，密度為840尾。主要物種為清徐胡鮈和寬鰭鱲。

3.5.3多樣性狀態

從河流魚類多樣性的角度來看，魚類物種總體多樣性良好，水體健康狀況良好的魚類多樣性指數大于2.91，這些點大部分集中在遼寧兩岸和各地區的上游支流上，此時收集的魚類種類最多的是L29，它是大凌河支流牤牛河的上游，其香濃-維納多樣性指數值為3.55，該區域魚類物種主要為寬鰭鱲和棒花鮈，均為清潔物種。

4 結語

通過分析浮游植物物種與物理指標之間的響應關系差異顯著的因子為電導率、總溶解顆粒固體、水溫、pH。其中與電導率、總溶解固體、水溫相關性較高的浮游植物物種為齒牙柵藻、尖細柵藻、羽紋藻，與pH相關性較高的浮游植物物種為雙頭針桿藻、縊縮異極藻。

從底棲動物多樣性來看，遼寧省區域底棲動物多樣性總體狀況良好，其中水體健康程度較好的點位的底棲動物多樣性指數大于1.94，這些點位大多集中在各區域上游支流。遼寧省區域魚類多樣性總體狀況良好，其中水體健康程度較好的點位的魚類多樣性指數大于2.91，這些點位大多集中在遼寧兩側，各區域上游支流。