古黃河宿遷段水生態現狀及生態評價

徐季雄， 尹子龍， 楊源浩， 豐 葉， 肖 鵬， 王明明

(1.江蘇省水利科學研究院， 江蘇 南京 210017； 2.宿遷市水務局， 江蘇 宿遷 223800)

水生態監測主要研究水生生物對水環境和水體污染過程的反應，以及人為干擾與生態環境變化的關系，分析引起湖泊、河流生態環境變化的干擾因素與作用、水環境、水質發展趨勢，為受損生態系統的恢復和重建、人與自然關系的協調、生態系統保護以及可持續發展提供科學依據。水生態監測與水體理化因子的監測相比，具有明顯的優越性。水體理化因子的監測側重于分析污染物種類、濃度及污染物總量的控制，雖然對污染物的種數和數量可以比較快速而靈敏地分析測試出來，但是對于污染物產生水環境的不良影響、對水生生物產生的危害作用及其后生物效應、直至對人類的影響往往無法測出的。應用生物監測方法，可以直接檢測和評價出生態系統已經發生的變化和影響，能全面指示出水生態系統的健康與否[1]。

古黃河宿遷段為古黃河在宿遷境內的河段。近年來，隨著經濟發展、城市化水平的提高和湖濱帶的開發，水環境呈現惡化趨勢，這不僅影響本區域社會經濟發展，而且關系到相關水系的水質[2]。

1 研究區域

1.1 研究區域概況

古黃河指位于淮河流域北部黃河故道。自河南省蘭考北朝東南方向，過民權縣、商丘市北，安徽省碭山縣北，江蘇省徐州市北，經宿遷市南，淮安市北，再折向東北方向，過漣水縣南，濱海縣北，由大淤尖村入黃海。后文中提及的古黃河均指代古黃河宿遷段。起點為古黃河與徐洪河的交界處，訖點為宿遷與淮安交界處[2-3]。

1.2 采樣點設置

根據古黃河宿遷段的形狀、出入河支流和行政區分布情況，共設置6個采樣點，見圖1。

圖1 古黃河宿遷段生態監測點位

各采樣具體位置及坐標見表1。

表1 采樣點位置和坐標

2 研究方法

2.1 監測指標

古黃河水生態監測的指標包括水生高等植物、浮游植物、浮游動物、底棲動物和著生藻類。

2.2 監測方法與時間

各指標的監測方法主要參考《水環境監測規范》(SL219—2013)等資料。其中水生高等植物為現場觀測和鑒定種類，浮游植物、浮游動物、底棲動物和著生藻類為現場采集以及實驗室定性和定量監測[4]。監測時間按照冬、春、夏、秋季節選在2019年的2月、5月、8月和11月4個月份分別代表[5]。

2.3 評價方法

浮游植物、浮游動物、底棲動物和著生藻類的生態評價均采用Shannon-Wiener多樣性指數。優勢種的選取通過計算優勢度值，大于0.02為優勢種[6]。

Shannon-Wiener多樣性指數H：

優勢度Y：

式中：ni為第i種浮游植物的個體數；N為總個體數；S為樣品中總種類數；fi為第i種在各樣點出現的頻率。

3 結果與分析

3.1 水生高等植物

古黃河宿遷段共鑒定大型水生植物共計17種，分別隸屬于13科。按生活型分，有挺水植物6種，沉水植物5種，浮葉植物3種，漂浮植物3種。ghh-1河岸主要為軟質護岸，兩岸有農業廢棄物、生活垃圾和秸稈焚燒，該點水位較淺，水流較緩。該點共鑒定水生高等植物包括菹草、蘆葦、美人蕉、荇菜、蓮、香蒲、黃花鳶尾和菱。其中主要優勢種為菹草和蘆葦。ghh-2河岸主要為軟質護岸，水位較高，兩岸有農業種植，河中可見圍網。該點共鑒定水生高等植物包括菹草、蘆葦、空心蓮子草、菱、稗、水鱉和香蒲。ghh-3河岸大部分為生態磚護岸，兩岸水流連通性較好。該點共鑒定水生高等植物包括蘆葦、菹草、菱、芡實、苦草、穗狀狐尾藻、香蒲和竹葉眼子菜。ghh-4河岸為生態磚護岸。該點共鑒定水生高等植物包括蘆葦、菹草、菱、水鱉、空心蓮子草、稗、金魚藻、菱和龍須眼子菜。ghh-5該點位于李口閘附近，兩岸為硬質護岸。該點共鑒定水生高等植物包括蘆葦、穗狀狐尾藻、浮萍、水鱉和金魚藻。ghh-6兩岸為軟質護岸。該點共鑒定水生高等植物包括蘆葦、金魚藻、芡實、苦草、穗狀狐尾藻和龍須眼子菜。

通過全年四季的監測可以得到古黃河宿遷段沿岸主要以挺水植物為主，其中蘆葦和空心蓮子草為主要優勢種，而河中主要以沉水植物為主，其中菹草為主要優勢種。

3.2 浮游植物

2019年古黃河宿遷段共鑒定浮游植物48種(屬)，其中藍藻門19種(屬)、硅藻門11種(屬)、綠藻門11種(屬)、裸藻門2種(屬)、甲藻門2種(屬)、隱藻門2種(屬)、金藻門1種(屬)。

古黃河宿遷段浮游植物細胞豐度和群落組成的季節差異比較明顯，見圖2和圖3。春季古黃河各點浮游植物豐度在8.17×105～3.59×107cells/L之間，平均豐度為1.34×107cells/L。通過優勢度計算得到春季優勢種為十字藻屬、平裂藻屬、隱藻屬的種類；夏季古黃河各點浮游植物豐度在6.87×106～1.66×108cells/L之間，平均豐度7.01×107cells/L。夏季優勢種除了藍藻門的偽魚腥藻屬、平裂藻屬和束絲藻屬，還包括硅藻門的針桿藻屬和舟型藻屬的種類；秋季古黃河各點浮游植物豐度在1.42×106～1.143×108cells/L之間，平均豐度3.28×107cells/L。秋季優勢種包括隱藻屬、偽魚腥藻屬、束絲藻屬、藍隱藻屬的種類；冬季古黃河各點浮游植物豐度在1.46×105～2.38×106cells/L之間，平均豐度1.22×106cells/L。冬季優勢種包括錐囊藻屬的種類。

圖2 各季節古黃河浮游植物豐度空間分布

圖3 古黃河浮游植物豐度季節變化

古黃河宿遷段浮游植物豐度季節變化顯示春季進入夏季以后，浮游植物豐度顯著增高，春季由綠藻門、藍藻門和隱藻門為主要組成的浮游植物群落逐漸轉向為夏季藍藻門和硅藻門為主要的浮游植物群落，在夏季達到該年豐度的最大值。進入秋、冬季浮游植物豐度逐漸減少，浮游植物群落組成也逐漸演替成為藍藻門和隱藻門為主要的結構，符合常規的河湖浮游植物季節演替的規律。空間上，古黃河宿遷的浮游植物豐度由于受到不同環境因素的影響，上游至下游并未出現顯著的規律。只有靠近徐洪河的ghh-1在除了夏季之外，其他季節浮游植物豐度均為各點最高，這可能與該點所在河段水位低，連通差有關。

3.3 浮游動物

2019年古黃河宿遷段共鑒定浮游動物60種，其中原生動物18種、輪蟲23種、枝角類10種和橈足類9種。

浮游動物年平均數量為1 946 個/L，其中，密度上原生動物占明顯優勢，為1 610 個/L，而輪蟲、枝角類和橈足類分別為282 個/L、35 個/L和20 個/L。浮游動物各類群密度百分比見圖4。

圖4 古黃河浮游動物各類群密度百分比

2019年古黃河浮游動物密度空間分布見圖5。年平均密度最高出現在河道北部(ghh-1：2 439 個/L)，最低出現在河道南部(ghh-6：1 215 個/L)，整體呈現自上游至下游，密度逐漸減小的趨勢。

圖5 古黃河各點位浮游動物密度

從密度的季節變化來看，其最高峰出現在春季(881 個/L)，隨后夏季降低了23.6%(673 個/L)，秋季密度最低(120個/L)，冬季密度略高秋季(273 個/L)。

圖6 古黃河浮游動物密度季節變化

3.4 底棲動物

2019年古黃河宿遷段共鑒定底棲動物12種(表2)，屬于4個綱，其中昆蟲綱與腹足綱種類較多，均發現5種，分別占比總物種數的41.7%；寡毛綱與甲殼綱物種數較少，均只發現一種，分別占比8.3%。總體而言，古黃河底棲動物種類豐富度不高，均為常見種類。根據優勢度計算結果表明古黃河2019年的底棲動物優勢種主要為梨形環棱螺、紅裸須搖蚊、中華圓田螺和黃色羽搖蚊。

表2 古黃河底棲動物密度

2019年古黃河底棲動物密度分布格局如圖7所示。各樣點底棲動物年均密度介于8.1～163.7 個/m2，平均值為82.3 個/m2，密度最高值出現在古黃河的ghh-3采樣點，密度最低值出現在古黃河的ghh-5采樣點。

圖7 古黃河底棲動物密度空間變化

2019年古黃河底棲動物密度季節變化如圖8所示。其中生物密度最高值為冬季的178 個/m2，最低值為秋季的30 個/m2。

圖8 古黃河底棲動物密度季節變化

3.5 著生藻類

2019年古黃河宿遷段共鑒定著生藻類96種(屬)，其中藍藻門16種(屬)、硅藻門29種(屬)、綠藻門40種(屬)、裸藻門7種(屬)、隱藻門1種(屬)、金藻門3種(屬)、黃藻門3種(屬)。

古黃河著生藻類豐度和群落組成的季節差異比較明顯。春季古黃河各點著生藻類豐度在2.58×104～9.89×104cells/cm2之間，平均豐度為5.97×104cells/cm2，通過優勢度計算得到春季著生藻類優勢種為點形平裂藻屬、顫藻屬、曲殼藻屬、四尾柵藻屬、偽魚腥藻屬的種類；夏季古黃河各點著生藻類豐度在1.55×104～10.80×104cells/cm2之間，平均豐度10.10×104cells/cm2，夏季，藍藻是主要的優勢種，例如偽魚腥藻屬、平裂藻屬、顫藻屬和席藻屬的種類，其他的優勢屬還包括硅藻門的針桿藻屬的種類；秋季古黃河各點著生藻類豐度在0.77×104～12.48×104cells/cm2之間，平均豐度為3.46×104cells/cm2，優勢種包括四足十字藻屬、柵藻藻屬、顫藻屬、平裂藻屬的種類；冬季古黃河各點著生藻類豐度在1.20×104～5.99×104cells/cm2之間，平均豐度最低為1.21×104cells/cm2，優勢種包括舟形藻屬、脆桿藻屬、針桿藻屬、顫藻屬和偽魚腥藻屬的種類，見圖9和圖10。

圖9 各季節古黃河著生藻類豐度空間分布

圖10 古黃河著生藻類豐度季節變化

3.6 古黃河生態評估

2019年古黃河宿遷段浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數年均值為1.78，說明古黃河總體處于中污染水平。浮游動物的Shannon-Wiener生物多樣性指數年平均值為1.94，評價同樣處于中污染狀態，其中古黃河北部多樣性年平均值較高(ghh-1，2.11)，古黃河南部水域次之；浮游動物多樣性年均值最低出現在古黃河中部水域(ghh-3，1.73)。古黃河底棲動物Shannon-Wiener指數各樣點得分處于0.5～2.0范圍內，整體處于中-重污染狀態。底棲動物Shannon-Wiener指數最低值出現在ghh-5采樣點，該樣點位于李口閘附近，處于重度污染狀態，這可能與該區域護坡均為硬質護坡，不利于底棲動物生長有關；指數最高值出現在ghh-2采樣點，該點位于宿遷市宿城區S325(黃河南路)附近。古黃河著生藻類多樣性指數平均值為1.90(1.87～1.95)，不同點位之間多樣性指數均值差異不大，評價為中污染水平。。

通過Shannon-Wiener多樣性指數的計算，從浮游植物、浮游動物和著生藻類的可判斷2019年古黃河宿遷段處于中污染水平河流。古黃河宿遷段底棲動物多樣性較低，可判斷為中-重污染水平河流。

4 結論與建議

4.1 結論

2019年古黃河宿遷段共鑒定水生高等植物共計17種，分別隸屬于13科。按生活型分，有挺水植物6種，沉水植物5種，浮葉植物3種，漂浮植物3種。優勢種為蘆葦、空心蓮子草和菹草。

浮游植物共鑒定48種(屬)，其中藍藻門19種(屬)、硅藻門11種(屬)、綠藻門11種(屬)、裸藻門2種(屬)、甲藻門2種(屬)、隱藻門2種(屬)、金藻門1種(屬)。浮游植物豐度季節變化顯示夏季為當年的最高值，進入秋季以后減少，冬季為最低值。豐度的空間分布顯示靠近上游的ghh-1點的豐度在春、秋、冬季均為最高值，夏季的時候ghh-2豐度值最高，年平均豐度2.94×107cells/L。

浮游動物共鑒定60種，其中原生動物18種、輪蟲23種、枝角類10種和橈足類9種。浮游動物年平均密度為1 946 個/L，各點位空間分布不均勻，年平均密度最高出現在河道北部，最低出現在河道南部。密度較高的點位是ghh-5，最低出現在ghh-3。從密度方面看，其最高峰出現在春季，秋季密度最低。

底棲動物共鑒定克拉泊水絲蚓、秀麗白蝦、蜻屬、黃色羽搖蚊、紅裸須搖蚊、分齒恩非搖蚊、小云多足搖蚊、梨形環棱螺、中華圓田螺、小田螺、狹蘿卜螺、橢圓蘿卜螺等12種底棲動物。密度最高值為冬季的178個/m2，最低值為秋季的30個/m2，平均值為82.3個/m2。

著生藻類共鑒定7門96種(屬)，其中藍藻門16種(屬)、硅藻門29種(屬)、綠藻門40種(屬)、裸藻門7種(屬)、隱藻門1種(屬)、金藻門3種(屬)。著生藻類豐度的空間分布均顯示季節差異比較明顯，在夏、秋、冬季著生藻類豐度空間分布顯示最高值出現古黃河北部，最低值出現古黃河中部。春季豐度最高值均出現在古黃河的東南部、最低值均出現在古黃河的中部。著生生物豐度的季節變化顯示春季為豐度最高的季節，年平均豐度5.19×104cells/L[7]。

基于多個水生生物類群的監測結果，可判斷古黃河處于中—重污染水平河流[8]。

4.2 建議

為有效保護古黃河宿遷段的水生態系統，使其資源開發走上可持續發展的良性循環軌道，建議采取如下措施：(1)削減外源，減少支流污染的匯入，富營養化是導致古黃河水生態系統衰退的重要原因之一、過多的外源營養物進入水體，在適宜的條件下會增大水華爆發的風險[9]。(2)清理打撈河道垃圾，加強河道水面及河道管理范圍內保潔，營造干凈整潔的河道環境(3)對重點污染河道底泥進行清理，防止底泥中的污染物對水環境造成不利影響[10]。