黃河干流全河段浮游植物群落特征與水質生物評價

丁一桐,潘保柱,趙耿楠,韓 谞,劉智琦 (西安理工大學,西北旱區生態水利國家重點實驗室,陜西 西安 710048)

黃河是我國第二大河流,是中華民族的母親河,其流域幅員遼闊,山脈眾多,橫貫我國生態最脆弱的青藏高原、黃土高原、內蒙古高原和華北平原,且是嚴重缺水的西北、華北地區重要水資源庫[1].作為北方地區的“生態廊道”,黃河以僅占全國2%的河川徑流量,承擔了全國15%的耕地面積和12%的人口供水重任[2].黃河中游穿越黃土高原,導致黃河含沙量極高,河道淤積嚴重、游蕩多變,因此該流域生態環境具有較強的敏感性和脆弱性[3].黃河作為我國重要的水電基地之一,其上游梯級電站的修建導致了河流生態系統的破碎化,改變了水資源的分布,同時庫區內水溫的升高、保水時間的延長,均對河流生態系統完整性和多樣性產生影響.近年來,黃河自然條件復雜多變、資源開發快速增長、環境污染逐漸加劇、生物多樣性嚴重受損等問題較為突出[4-5],流域生態環境受到嚴重影響.因此實施黃河生態保護和高質量發展戰略,創建一個近自然、良性循環、生物鏈完整的水生態系統迫在眉睫[6].

浮游植物作為水生態系統重要的初級生產者,是食物鏈的基礎,可將無機營養元素轉至更高的有機生命體,在物質循環和能量流動中起到至關重要的作用[8].浮游植物群落結構是研究河流生態平衡的基礎,可直觀、全面的反映河流狀態,其種類組成及優勢種可指示水環境變化,生物量可反映水環境質量,多樣性指標可影響水生態系統的結構與功能.已有研究表明,利用Shannon-Wiener 多樣性指數、Pielou 均勻度指數、Margalef 豐富度指數及浮游植物生物完整性等指標可進行水質評價[8],這是因為浮游植物對低濃度污染物進入河流時可以及時做出反映,體現了浮游植物群落特征進行水質評價的敏感性和預警性[9].因此,在國內關于水體監測與水生態健康的研究中,浮游植物群落結構特征已作為重要指標被廣泛應用[7,10].目前我國針對河流浮游植物的研究已在多個流域普遍開展,韓谞等[11]對2018年3 月和10 月的長江源區10 個典型河段的浮游植物群落結構進行調查,兩次結果均表明其群落結構以硅藻占比最大,綠藻、藍藻占比次之;邱陽凌等[12]于2015 年夏季對淮河干支流浮游植物進行調查,發現其分布在不同河段空間差異性顯著;張俊逸等[13]對珠江廣州段浮游植物進行了連續兩年(2008～2010)的逐月調查,并以其作為水質的評價指標,發現珠江廣州段水體富營養化嚴重,需加大對生活污水的治理力度.因此,通過對河流中浮游植物群落結構變化趨勢的研究并進行水質評價,可為研究區域水環境管理提供理論依據.

近年來,對黃河浮游植物的研究區域主要集中在下游河段和黃河口臨近水域[14-15],其他河段及其主要支流也有一定報道[16-17],但并未有針對黃河干流全河段(包括典型水庫)的浮游植物研究.而研究內容也多側重于對各河段受不同自然及人為因素影響而產生的群落結構變化進行分析,其中Qiu 等[18]對龍羊峽水庫修建近30 年以來浮游植物群落結構進行研究,發現其浮游植物呈現出不同于河流的群落結構,如庫區中浮游植物密度和生物量遠高于河流;胡俊等[19]于2015 年7 月對黃河內蒙段浮游植物進行調查發現濁度、懸浮物、化學需氧量是影響其群落結構的重要水環境因子;Yang 等[20]對2010 年黃河河口各月流量與其環境流量進行對比研究,發現洪水脈沖對河口浮游植物生物量產生負面影響.由此可見,以往的研究在以浮游植物為指示生物進行黃河干流全河段水質評價、受水庫影響斷面與自然河道斷面間水質關系方面仍處于空白.黃河流域較廣且處于干旱半干旱地區,致使其干流自源區至河口水文、泥沙、環境差異較大,因此以浮游植物為指示生物開展全河段生態環境狀況評價對水資源合理開發利用及水生態環境保護與修復有重要意義.

鑒于以往的研究不能全面反映黃河干流全河段生態環境狀況,故開展黃河干流源區至河口全河段浮游植物群落特征與水質生物評價.本文對2019年春秋兩季黃河干流源區至河口浮游植物的時空分布進行了初步研究,主要包括種類組成、密度及生物量、優勢種、多樣性指數等群落特征,并利用多樣性指數對研究區域進行水質生物評價,旨在進一步全面掌握黃河干流自源區至河口浮游植物群落結構受自然與人為干擾后的現狀及其變化趨勢,同時為黃河干流全河段生態環境評價與保護提供科學依據,以期為黃河高質量可持續發展提出合理有效的意見與建議.

1 材料與方法

1.1 研究區域及樣點設置

黃河發源于青藏高原巴顏喀拉山,位于32°N～42°N、96°E～119°E,自西向東流經青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、陜西、山西、河南、山東共九個省區,最終注入渤海,干流全長5464km,落差4480m,流域面積75.24 萬 km2.其流域以大陸性季風氣候為主,受北半球的副熱帶高壓和歐亞極地大陸氣團影響,水資源呈現年降水量較少、地區分布不均、年內及年際變化大等特點[21].

本研究于2019 年4～5 月(春季)和9～10 月(秋季)對黃河干流源區至河口進行2 次現場采樣.根據《淡水浮游生物調查技術規范》[22]對設置采樣斷面的要求,同時考慮其河道地形情況、水文環境等因素,本研究在黃河干流共設置了44 個斷面(圖1),其中龍羊峽、劉家峽、青銅峽、萬家寨、三門峽、小浪底6 個水庫庫區分別取庫首、庫中、庫尾3個斷面進行調查;并依據不同的水體環境,將水庫庫區斷面(湖泊型水體)及臨近壩址的壩下斷面(過渡型水體)設為受水庫影響斷面,本研究中受水庫影響的壩下斷面包括小川(劉家峽壩下)、青銅峽壩下、三門峽壩下和小浪底壩下,以上4 個壩下斷面均距離壩址10km 以內,符合過渡型水體特征,而龍羊峽水庫和萬家寨水庫的壩下斷面因距壩址較遠(30km 以上),則與其他采樣斷面同為自然河道斷面(河流型水體).目前,對于黃河干流河段劃分最常用的是黃委會根據水文特征將其河源至河口鎮劃分為上游,河口鎮至桃花峪為中游,桃花峪以下為下游[23].由于上游河段較長(3472km)、落差較大(3496m),且通常將唐乃亥水文站上游地區定義為黃河源,因此為更科學體現黃河干流浮游植物群落特征,本文將黃河干流調查河段劃分為源區(即本研究中的瑪多-唐乃亥段)、上游甘寧蒙段(即本研究中的龍羊峽-頭道拐段)、中游(即本研究中的萬家寨-小浪底段)、下游(即本研究中的花園口-利津段)4 部分,具體采樣斷面信息見表1.

圖1 黃河干流源區至河口采樣斷面分布Fig.1 Distribution of sampling sections from source region to estuary of the Yellow River mainstem

1.2 樣品采集與處理

水樣采集時在每個斷面設置5 個采樣點,各樣點均取1L 水樣,現場加入15mL 魯哥氏液進行固定后放回實驗室靜置48h,用虹吸管吸去上清液至留下含沉淀物的水樣30mL.進行浮游植物定量分析時,將樣品瓶搖勻后用移液槍吸取0.1mL 樣品,滴于0.1mL 計數框中,使用光學顯微鏡40 倍物鏡進行浮游植物物種鑒定與細胞計數工作.各斷面所取的5 瓶水樣均做以上處理,每次觀察100 個視野,進行視野法計數并主要依據《中國淡水藻類-系統、分類及生態》[24]、《藻類名詞及名稱》[25]和《中國常見淡水浮游藻類圖譜》[26]鑒定浮游植物種類,取計數平均值計算細胞密度,并采用體積測量換算生物量.

表1 黃河干流源區至河口采樣斷面信息Table 1 Sampling sections information from source region to estuary of the Yellow River mainstem

續表1

1.3 數據分析

1.3.1 優勢度分析 依據優勢度(Y)確定浮游植物優勢種:

式中:ni為第i 種浮游植物的個數,N 為同一樣品中所有物種的總個數,fi為第i 個種群的出現頻率,其中優勢度Y≥0.02 的物種即定為優勢種[27].

1.3.2 多樣性指數 Shannon-Wiener 多樣性指數(H')計算公式:

Margalef 豐富度指數(D)計算公式:

Pielou 均勻度指數(J)計算公式:

式中:iP 為第i 個物種占總個體數的百分比,N 為同一樣品中所有物種的總個數,S 為樣品中所有物種的種類數[28-30].應用生物多樣性指數進行水質評價的分級標準見表2.

表2 多樣性指數水質生物評價分級標準Table 2 Water quality bioassessment criteria of diversity indexes

2 結果

2.1 浮游植物種類組成

兩次調查共鑒定出浮游植物350 種,隸屬于8 門130 屬.其中硅藻門33 屬140 種,占40%;綠藻門63屬129 種,占36.86%;藍藻門16 屬39 種,占11.14%;裸藻門4 屬22 種,占6.29%;此外甲藻門6 屬8 種,隱藻門2 屬5 種,金藻門3 屬4 種,黃藻門3 屬3 種,共占5.71%.

從時間上看,2019 年春季共鑒定浮游植物8 門100 屬229 種,其中硅藻門101 種占44.10%,綠藻門80 種占34.93%,藍藻門18 種占7.86%,裸藻門16 種占6.99%,其余藻類共占6.12%;秋季共鑒定浮游植物8 門117 屬307 種,其中硅藻126 種占41.02%,綠藻門109 種占35.50%,藍藻門34 種占11.07%,裸藻門20 種占6.51%,其余藻類共占5.90%.由此可見,秋季浮游植物總種類數大于春季,但硅藻門、綠藻門在兩季度中的占比差距不大.從空間分布上看,各采樣斷面兩季度浮游植物種類數差異較大(圖2).浮游植物種類數最高值和最低值均出現在龍羊峽-頭道拐段,其最高值為三湖河口斷面,共87 種;最低值為貴德斷面,共19 種.

此外,受水庫影響斷面浮游植物種類組成和分布在時間尺度上體現的規律與上述全河段斷面的規律相同,秋季總物種數為232 種高于春季168 種,硅藻門、綠藻門秋季分別占比38.69%、39.88%,春季分別占比 38.79%、36.21%,在兩季度中的占比均無太大變化.在空間尺度上,各水庫兩季度浮游植物種類數平均值除龍羊峽水庫(32 種)和劉家峽水庫(28 種)較低外,其他水庫相差不大,均在40～50 種之間;且受水庫影響的斷面與自然河段斷面中各門類占比則存在一定差異性,其中受水庫影響的斷面的硅藻門物種數占比(38.74%)低于自然河段斷面(46.78%),而綠藻門物種數占比(38.04%)要高于自然河段斷面(33.29%).

圖2 黃河干流源區至河口采樣斷面浮游植物種類數Fig.2 The number of phytoplankton species at different sampling sections from source region to estuary of the Yellow River mainstem

2.2 浮游植物密度和生物量

黃河干流兩次調查的各斷面浮游植物密度(圖3)處于7.90×104～1037.28×104cells/L 之間,其春季平均密度 162.39×104cells/L 略高于秋季平均密度141.12×104cells/L,兩季度浮游植物密度平均值最高為青銅峽壩下斷面(577.95×104cells/L),最低為貴德斷面(19.57×104cells/L).兩次調查的各斷面生物量(圖4)在0.13～28.23mg/L之間變動,秋季平均生物量3.04mg/L 略高于春季2.53mg/L,其極值規律與密度相似,兩季度浮游植物生物量平均值最大為青銅峽壩下斷面(15.02mg/L), 最小為貴德斷面(0.27mg/L).

圖3 黃河干流源區至河口采樣斷浮游植物細胞密度(平均值±標準誤)Fig.3 Phytoplankton density at different sampling sections from source region to estuary of the Yellow River mainstem (mean ± SE)

從時間上看,浮游植物現存量有較明顯的季節 差異性,其中各調查斷面兩季度均為硅藻門占比最高,其密度在總量中的占比變化幅度僅由春季65.95%下降至秋季59.06%,但生物量占比卻由春季55.66%上升至秋季78.07%;藍藻門密度和生物量占比均為春季低于秋季;綠藻門等其余門類密度和生物量均呈現出春季高于秋季的普遍規律.從空間上看,全河段浮游植物密度和生物量的兩季度平均值體現為萬家寨-小浪底段＞龍羊峽-頭道拐段＞瑪多-唐乃亥段＞花園口-利津段的分布規律.

對于不同季節受水庫影響斷面的浮游植物密度和生物量,除硅藻門、藍藻門、金藻門在總量中占比秋季高于春季外,其他藻類均為春季高于秋季;且呈現出受水庫影響斷面浮游植物密度和生物量大于臨近自然河道斷面的規律.對于水庫庫區斷面我們發現多年調節水庫和年調節水庫密度與生物量為庫尾＜庫中＜庫首逐漸增加的趨勢,不完全年調節水庫則與之相反,而日調節水庫各斷面變化不大;同時將水庫庫區斷面的兩季度浮游植物密度和生物量平均值進行排序:三門峽水庫＞小浪底水庫＞龍羊峽水庫＞青銅峽水庫＞劉家峽水庫＞萬家寨水庫,由于青銅峽和劉家峽兩水庫的密度與生物量極為相近,因此依照水庫調節性能排序為不完全年調節水庫＞多年調節水庫和年調節水庫＞日調節水庫.此外,多年調節水庫和年調節水庫的壩下斷面浮游植物密度及生物量低于庫區,但日調節水庫和不完全年調節水庫壩下浮游植物現存量高于庫區.

圖4 黃河干流源區至河口采樣斷面浮游植物生物量(平均值±標準誤)Fig.4 Phytoplankton biomass at different sampling sections from source region to estuary of the Yellow River mainstem (mean ± SE)

2.3 浮游植物優勢種變化

黃河源區至河口段全河段兩次調查浮游植物優勢種共7 門44 屬96 種(附表1),隸屬于硅藻門15屬52 種,占優勢種類的54.17%;綠藻門15 屬23 種,占23.96%;藍藻門6 屬7 種,占7.29%;此外還有甲藻門4 屬5 種,隱藻門1 屬4 種,裸藻門2 屬4 種,金藻門1 屬1 種,共占14.58%.

調查河段春季優勢種67 種,秋季優勢種70 種,硅藻門在兩季優勢種占比上有絕對的優勢,尤其是小環藻和針桿藻,幾乎各采樣斷面均有出現,具體采樣斷面浮游植物優勢種及優勢度見附表2.其中綠藻門和藍藻門中優勢種多出現在中下游的萬家寨-小浪底段和花園口-利津段,而甲藻門、隱藻門、裸藻門、金藻門中優勢種則多出現于受水庫影響斷面.

2.4 浮游植物群落多樣性指數及水質生物評價

黃河干流源區至河口全河段浮游植物多樣性指數見圖5,其中各斷面兩次調查的Shannon-Wiener多樣性指數在0.42～5.65,平均值為3.54;Margalef 豐富度指數在0.78～8.31,平均值為3.12;Pielou 均勻度指數在0.12～0.91,平均值為0.66.

依照多樣性指數水質評價分級標準確定研究斷面的水質等級(圖5),其中Shannon-Wiener 多樣性指數評價結果顯示44 個采樣斷面中春季水質為Ⅰ級(無污染)共23 個斷面占52.27%,Ⅱ級(輕度污染)12 個斷面占27.27%,Ⅲ級(中度污染)5 個斷面占11.36%,Ⅳ級(重度污染)4 個斷面占9.09%;秋季水質為Ⅰ級占88.64%,Ⅱ級占6.82%,Ⅲ級占4.55%,無Ⅳ級水體,呈現由Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ向Ⅰ級水質轉化的趨勢.Margalef 豐富度指數評價結果顯示春季水質Ⅲ級、Ⅳ級占比較大,分別為27.27%、59.09%;秋季整體水質有所好轉,呈現由Ⅳ級水轉為Ⅲ級水的趨勢,但Ⅳ級水質仍占比較大,為36.36%.Pielou 均勻度指數評價結果顯示春季水質為Ⅰ級占22.73%,Ⅱ級占45.45%,Ⅲ級占22.73%;秋季水質為Ⅰ級占50.0%,Ⅱ級占43.18%,Ⅲ級占6.82%,各斷面Ⅰ級水質秋季占比較春季明顯增加.從空間尺度看,將兩季度多樣性指數平均后進行水質評價,自然河道斷面水質狀態呈現:青海段為無-輕度污染,甘寧蒙段為輕-中度污染,山西-陜西段均為輕度污染,河南-山東段水質為中度污染.

圖5 黃河干流浮游植物采樣斷面多樣性指數及水質生物評價Fig.5 Diversity indexes and water quality bioassessment at different sampling sections from source region to estuary of the Yellow River mainstem

3 討論

3.1 黃河干流全河段浮游植物群結構特征

浮游植物對環境的敏感性使其群落結構受河流生態環境變化影響[31],通過對黃河干流自然河道斷面和受水庫影響斷面的不同季度浮游植物調查顯示,無論從其物種組成還是密度、優勢種及多樣性來看,其浮游植物群落特征和水質狀態均表現出明顯的時空差異性.本研究調查發現,黃河干流浮游植物的物種組成自源區至河口呈現由硅藻-綠藻型向硅藻-綠藻-藍藻型轉變的趨勢.從時間尺度上看,黃河干流秋季浮游植物種類數高于春季,以內蒙河段最為明顯.其中三湖河口和昭君墳斷面秋季物種數遠大于春季,可能是受內蒙古河套灌溉退水效應的影響,退水攜帶了較多的營養物質為浮游植物生長提供了有利的生長環境[19].在密度和生物量上,黃河干流自源區至河口大多數采樣斷面浮游植物現存量為春季高于秋季,這是因為春季為浮游植物生長周期的復蘇期,隨著溫度的升高,水體環境更適宜浮游植物生長[32];但仍有部分斷面為春季浮游植物密度高于秋季,生物量卻呈現春季低于秋季的情況,主要是由于硅藻門種群結構的變化,如硅藻門中沙生直鏈藻、尖布紋藻等體積較大的物種在秋季數量明顯增加,導致生物量的大幅度增加.從優勢種上,龍羊峽-頭道拐段秋季優勢種數多于春季,可見其群落結構秋季復雜度優于春季.

除時間尺度外,全河段浮游植物群落結構在空間尺度上也體現了較大的差異性,主要受采樣斷面局部環境變化影響.其中,瑪多-唐乃亥段為牧區,海拔較高且人口稀少,屬于狹冷性物種的硅藻門在此段物種組成占比較高,且該段優勢種種數較多、優勢度大小相近,說明其群落結構較穩定[33];龍羊峽-頭道拐段中的內蒙段河道物種數較多,密度和生物量相對于其他自然河道斷面偏高但優勢種單一,尤其美麗星桿藻占絕對優勢,主要受“十大孔兌”影響含沙量較高,因懸浮顆粒的表面會對河流中的營養物質產生吸附作用,改變了水體的理化性質,進而對其群落結構產生一定影響[34];萬家寨-小浪底段和花園口-利津段中適宜在湖泊中生長的藍藻門在密度、生物量及優勢種中占比均增大,主要由于該河段大量水壩工程的修建,使得水溫升高、水流變得平緩以及大壩運行時營養物質富集,均導致湖泊藻類的大量繁殖[36].本次調查結果所發現的黃河全河段浮游植物群落特征變化規律與國內大多數河流浮游植物群落特征一致[35-36],也與已有的黃河部分河段浮游植物群落特征研究一致[37-38].

黃河干流自源區至河口全河段浮游植物群落特征除以上變化趨勢外,因修建水庫造成了河流生態系統的破碎化[18],導致受水庫影響斷面表現出不同于自然河道斷面的獨特群落特征.因此,本次受6個水庫影響的調查斷面中浮游植物物種組成雖與自然河道斷面一樣均以硅藻門為主,但其硅藻門物種數占比低于自然河段斷面,主要因為河流中浮游植物多為上游水流攜帶、固著藻類沖刷或回水區藻類生長等來源.由于河流的沖刷作用強,且固著藻類多以硅藻門為主,導致河流中硅藻門占比較高;而綠藻門物種數占比要略高于自然河段斷面,主要因為水流平緩進入庫區時,浮游植物群落結構發生變化;同時甲藻門、裸藻門占比明顯增大,主要由于水庫水溫恒定的靜水環境適宜裸藻的生長,且其水體自凈能力低,營養鹽難以循環并在水中累積使甲藻門大量繁殖[39].由此可見,受水庫影響斷面水體環境更適宜浮游植物生長,因此其現存量高于自然河道斷面.也正是由于上述原因,受水庫影響斷面群落結構更加復雜.其中多年調節水庫(龍羊峽水庫)和年調節水庫(劉家峽水庫)庫區斷面的密度和生物量均表現為從庫尾到庫首呈遞增的趨勢,主要是因為水庫水體長時間流動緩慢甚至靜止,越靠近庫首水體越深越接近湖泊生境,其現存量也自然呈現為庫首最高,庫尾最低的情況,同時因其水體透明度較高促進了藻類繁殖,使其庫區浮游植物現存量較大;而不完全年調節水庫(三門峽水庫和小浪底水庫)各庫區斷面密度及生物量則表現與之相反的遞減趨勢,可能是因為水體環境的不穩定性導致的,不定時、不定量的水庫調節致使庫首及庫中水體很難達到浮游植物群落穩定的時間限制,唯有直接匯入上游來水的庫尾水體中浮游植物現存量最高;日調節水庫(青銅峽水庫和萬家寨水庫)由于水滯留時間短,水交換率大,庫尾、庫中及庫首的水環境特征差異不大,故庫區內各斷面浮游植物密度和生物量并無太大差異,且與臨近自然河道斷面相近.因此,受水體交換率、營養鹽含量和水體環境穩定性等因素影響,不同調節性能的水庫庫區斷面浮游植物現存量呈現出不完全年調節水庫＞多年調節水庫和年調節水庫＞日調節水庫的規律.此外,日調節水庫和不完全年調節水庫的壩下斷面水文條件較為穩定,且作為過渡型水體同時存在適宜生長于湖泊與河流性浮游植物,因此其現存量高于庫區斷面;而多年調節水庫和年調節水庫壩后水體水量少且含沙量高,其中劉家峽壩下斷面總固體懸浮物(TSS)含量在1000mg/L 左右,因此其現存量低于庫區斷面可能是因為TSS 含量較高導致水體透明度降低,且促進了浮游植物的絮凝沉降,不利于浮游植物生長繁殖.

3.2 黃河干流浮游植物多樣性與水質評價

物種多樣性是衡量一定區域內群落演替方向和穩定程度的客觀指標,能夠有效地反映水生態環境的改變,是常用的水質評價標準[40].為更科學合理確定河流生態環境狀況,本文中物種多樣性由Shannon-Wiener 多樣性指數、Margalef 豐富度指數和Pielou 均勻度指數共同表示.分析各多樣性指數發現其兩季均值普遍較高,反映了黃河干流源區至河口浮游植物群落結構較為復雜,有較強的抵抗外部環境改變和內部群落變動的能力[41],且群落中物種較為豐富且數目分配較均勻,說明其群落結構向復雜、穩定的方向發展并處于較完整狀態[42].根據水質評價結果進行分析,時間尺度上各河段物種多樣性指數多為秋季大于春季,可能是由于秋季為豐水期,較大的來水量提高了水體的自凈能力,因此秋季水體質量整體優于春季.空間尺度上,人類活動干擾的不斷加劇導致自然河道斷面中懸浮物、氮、磷等水環境因子含量發生變化,對浮游植物多樣性產生影響,進而改變其水質狀況[43].

根據近五年《黃河水資源公報》(下文簡稱《公報》)中對干流水資源質量評價,其水質評價結果均顯示為Ⅰ類、Ⅱ類水占總評價河段的一半以上,整體水質良好,這與本文采用以浮游植物為指示生物的水質生物評價結果一致.其中,《公報》水質評價結果顯示青海段多為Ⅰ-Ⅱ類水,本文水質生物評價結果則為無-輕度污染,兩種結果均說明黃河干流青海段水質狀況良好,主要因其地處高寒地帶,受人類活動影響較小.而甘寧蒙段因兩岸分布著大面積引黃灌溉區,農業面源污染加劇了水質污染,因此Ⅲ類水在該區域的占比增加,其水質生物評價結果也顯示為輕-中度污染.對于黃河干流的中下游區域,《公報》中對其水質綜合評價明顯較差,大部分河段長為Ⅲ-Ⅳ類水,同樣在水質生物評價中其結果較其他河段水質也呈現為污染加劇的狀態,其中山西-陜西段因水土保持生態工程的實施,減少了水中泥沙及其他懸浮物的含量,水質產生較大改善作用,但目前仍為輕度污染;而河南-山東段水質因受工農業污染和水壩建設影響較大,呈現中度污染狀態.由此看出,黃河干流中自然河道斷面水質狀態具有明顯的空間異質性.

受水庫影響斷面的多樣性指數均在不同程度上低于其臨近自然河道斷面,且各多樣性指數最低值均出現在受水庫影響斷面.通過Li 等[44]對瀾滄江-湄公河中游梯級水電站建壩前后浮游植物群落的研究發現,水庫蓄水區流速減緩、懸浮物沉積、水溫升高以及透明度增大等環境條件變化,對蓄水區浮游植物群落組成與現存量產生巨大影響,而單一的生物多樣性指數無法準確評估其水質狀態.由此可見,基于生物多樣性指數的水質評價更適用于湖泊、河流等淺水水體,而在進行深水水庫的水質評價時存在局限性,因此各水庫多樣性指數降低并不能代表其水質惡化.從總體上看,黃河全段受海拔、含沙量、水資源利用率等多方面的影響,雖具有較高連通性,但不同區域的浮游植物群落結構特征仍存在差異,表明其水域生態環境情況也不盡相同,因此在進行黃河生態環境保護時不僅要注重整體性,同時要做到因地制宜.

近年來,針對黃河流域日益突出的生態環境問題,開展了增殖放流、調水調沙、水土保持等一系列生態保護工作并取得了一定成效.但若要根本上實現生態的保護與修復,還原真實生態現狀、明確生態結構至關重要.浮游植物作為水生態系統中重要的初級生產者之一,其群落結構發生變化時將影響其他較高營養級水生生物發生相應變化,且可直接反映水生態環境的健康狀況.本文通過對黃河干流源區至河口浮游植物群落的調查,從時間和空間尺度上分別對自然河道斷面和受水庫影響斷面進行了浮游植物物種數、密度、生物量、優勢種及多樣性指數變化趨勢的分析,明確了其非自然徑流模式下的群落結構特征,并利用多樣性指數對黃河干流水質進行評價,為修復黃河流域生態系統功能與保護結構的完整性提供數據基礎支撐,為黃河流域的水生態管理與保護提供科學依據.

4 結論

4.1 黃河干流浮游植物種類較為而豐富,全河段共鑒定8 門130 屬350 種,其中秋季(307 種)物種數高于春季(229 種),硅藻和綠藻門均占比較大,且自源區至河口呈現由硅藻-綠藻型向硅藻-綠藻-藍藻型轉變的趨勢.

4.2 調查結果顯示受水庫影響斷面浮游植物的現存量大于臨近自然河道斷面;且水庫中浮游植物的現存量主要受調節性能的影響,本研究中呈現為不完全調節水庫＞多年調節水庫和年調節水庫＞日調節水庫的規律.此外,多年調節水庫和年調節水庫壩下斷面浮游植物現存量低于庫區,而日調節水庫和不完全年調節水庫壩下浮游植物現存量高于庫區.

4.3 黃河干流浮游植物多樣性在各采樣斷面中呈現顯著差異性.因此,其水質生物評價結果也存在一定空間異質性,其中青海段水質為無-輕度污染,甘寧蒙段為輕-中度污染,山西-陜西段為輕度污染,河南-山東段為中度污染.