渭河流域水生態系統健康評價

徐宗學 劉麟菲

摘 要：渭河系黃河最大支流，渭河流域河流水生態系統健康與黃河高質量發展息息相關。2011—2013年在渭河流域進行了4次野外采樣調查，共布設采樣點77個，采集魚類、底棲動物、著生藻類和水環境因子等信息，分析了渭河流域水生態系統特征，并采用生物完整性指數法對渭河流域水生態系統健康進行了評價。渭河流域共采集到魚類51種，底棲動物116種，著生藻類248種，影響渭河流域魚類群落結構的環境因子為海拔，影響底棲動物群落結構的環境因子為河寬、電導率和硬度，影響著生藻類群落結構的環境因子為河寬。水生態系統健康評價結果表明：底棲動物和著生藻類健康狀況優于魚類，超過80%的采樣點處于一般以上健康水平;3種生物水生態系統健康評價結果整體趨勢相同，渭河干流上游和右岸支流、涇河源頭以及北洛河中游支流健康狀況較好，渭河中游和下游地區、涇河大部分區域以及北洛河上游健康狀況較差。

關鍵詞：魚類;底棲動物;著生藻類;水生態系統;健康評價;渭河

中圖分類號：X821;TV211.1+1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.10.008.

引用格式：徐宗學，劉麟菲.渭河流域水生態系統健康評價[J].人民黃河，2021，43（10）：40-43，50.

Abstract： The Wei River is the largest tributary of the Yellow River. The ecological health of the Weihe River Basin is closely related to the high-quality development of the Yellow River. Therefore， sampling and investigation were made in the Weihe River Basin for four times in October and April from 2012 to 2014. A total of 77 sites were set up to collect fish， macro-invertebrate， periphyton， and physicochemical factors to analyze the characteristics of aquatic ecosystem in Weihe River Basin and use the index of biological integrity to assess the health condition of Weihe River Basin. A total of 51 species of fish， 116 species of macroinvertebrate， and 248 species of periphyton were collected in the Weihe River Basin. Altitude was significant effect on the structure of fish communities in the Weihe River Basin. Width， conductivity and hardness had a significant influence to the structure of macroinvertebrate and the environmental factors that affected the community structure of periphyton was the width of rivers. Assessment on the health of aquatic ecosystem based on macroinvertebrate and periphyton indices of biological integrity shows that more than 80% of the sampling sites are at the general health level or better， which is higher than the result of fish index of biological integrity. The trend from three biological assessment results is basically the same， showing that the upper and right bank tributaries of the Weihe River， the source of the Jinghe River， and the middle reaches of the Beiluo River are in good health level， the middle and lower reaches of the Weihe River， most areas of the Jinghe River and the upper reaches of the Beiluo River are in poor health level.

Key words： fish; macroinvertebrate; periphyton; aquatic ecosystem; health assessment; Weihe River

河流生態系統是指河流中的生物群落和非生物環境相互作用、相互影響形成的較為穩定的生態系統[1]。縱觀歷史，世界諸多文明均起源于河流[2]，河流生態系統對人類社會發展起到至關重要的作用[3]。隨著人類社會經濟的快速發展，河流資源的開發力度不斷加大，河流生態系統不斷受到人類活動的干擾和損害[4]。工業污染物肆意排放到河流中，是影響河流生態系統水環境質量的重要因素[5]。隨著人口的增長，森林及河岸緩沖帶林木的亂砍濫伐日趨嚴重，極大地破壞了河流生態系統原有的結構，使河流諸多生態功能逐漸喪失[6]。以環境污染、生態系統退化為代價的經濟發展必將反噬人類[7]，不僅影響人們的生活質量，而且威脅社會經濟的可持續發展。

日趨嚴重的河流生態系統健康問題，迫使人們重新審視人類社會與河流生態系統健康發展的相互關系[8]。將保護和修復河流生態系統作為人類社會可持續發展的重要工作，重新制定河流生態管理策略，已成為當今國內外科學工作者、行政管理者普遍關注的熱門課題[9-12]。了解和掌握河流生態系統健康狀況，對河流生態系統健康進行評價，不僅可以為管理者提供更為科學和有效的管理措施，制定管理方案，而且有助于科學工作者分析比較不同管理模式對河流生態系統健康的影響[13]。

黃河文明源遠流長，早在遠古時期，我們的祖先就在黃河流域繁衍生息，創造了燦爛奪目的中華文明[14]。鑒古而知今，臨黃河而知中國，治理黃河一直是歷代安民興邦的大事。渭河作為黃河最大的支流[15]，對黃河流域高質量發展起著至關重要的作用。渭河流域生態環境的好壞，直接影響黃河中下游地區生態環境的質量，因此加強渭河流域生態保護和治理顯得尤為重要。在制定生態保護和治理規劃之前，要明確治理的目標和對象，對生態系統進行調查和健康評價就是為了明確生態治理對象，因地制宜高效率地完成生態治理任務。筆者2011年在渭河流域開展了生態系統健康調查與評價工作，對渭河流域棲息地質量進行評估。通過采集渭河流域魚類、底棲動物、著生藻類和水環境因子，分析渭河流域水生態系統特征，構建渭河流域水生態系統健康評價指標體系，明確渭河流域生態保護和治理的重點區域，以期為渭河流域河流生態系統健康發展提供技術支撐。

1 基礎數據采集

渭河發源于甘肅省定西市渭源縣鳥鼠山，流經寧夏回族自治區，在陜西省渭南市潼關縣匯入黃河。流域面積13.43萬km2，干流全長818 km。渭河支流主要有涇河、北洛河、石川河、千河、石頭河、黑河、灃河、灞河、葫蘆河等，其中涇河和北洛河是渭河兩大支流，流域面積分別為4.54萬、2.69萬km2。渭河流域地處干旱與濕潤過渡區，年平均降水量572 mm。7—10月為汛期，降水量占全年降水量的60%。渭河流域生態環境惡化主要體現在河流含沙量大、水環境質量較差、徑流量急劇減少、濕地萎縮、生物資源銳減等方面。根據渭河流域水系分布特征，布設77個采樣點，于2011年10月、2012年4月和10月、2013年4月進行了4次大范圍的野外采樣調查，采樣點分布見圖1。

1.1 水生生物樣品采集

（1）魚類樣品采集。在采樣點上下游100 m范圍內，使用電魚器進行魚類樣品的采集，采樣時間在30 min以上。對于河面較寬、流量較大的采樣點，采用漁網和電魚器相結合的方式進行采樣。采集到的魚類樣品現場鑒定，并記錄魚類數量。鑒定完的魚類進行放生處理，對于未能現場鑒定的魚類，用濃度為4%的甲醛固定，運回實驗室進行物種鑒定。魚類鑒定主要依據《秦嶺魚類志》和《中國鯉科魚類志》。

（2）底棲動物樣品采集。采用30 cm×30 cm的索伯網（孔徑為500 μm）在采樣點上下游100 m范圍內隨機采集2個平行樣，現場用濃度為90%的酒精固定。樣品運回實驗室后，用鑷子將底棲動物挑選至100 mL樣品瓶中，加入濃度為95%的酒精固定，用解剖鏡和顯微鏡對底棲動物進行鑒定和計數，由于底棲動物種類復雜，因此鑒定的物種通常到科和屬，鑒定方法參考文獻[16-18]。

（3）著生藻類樣品采集。在采樣點上下游100 m范圍內隨機選取大小相近的3個石塊，用牙刷刮取11.34 cm2的著生藻類至廣口瓶中，并加入濃度為4%的甲醛固定。樣品運回實驗室后靜置24 h以上，除去多余上清液將樣品定量至100 mL，在顯微鏡下進行種類鑒定，鑒定方法參考文獻[19-21]。

1.2 環境因子采集

現場采用流速儀測量流速、水深和流量，用皮尺和測距儀測量河寬。采用便攜式水質分析儀測定氣溫、水溫、電導率、鹽度、pH值、飽和度，以及溶解氧（DO）和總溶解性固體（TDS）含量，使用GPS測定采樣點的經緯度和海拔。取2 L水樣，48 h內運回實驗室，采用《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中的方法測定硬度、高錳酸鹽指數（CODMn）、亞硝酸鹽（NO-2）、硝酸鹽（NO-3）、氨氮（NH+4）、磷酸鹽（PO3-4）、硫酸鹽（SO2-4）、總氮（TN）、總磷（TP）和懸浮物固體含量。

2 水生生物群落結構特征

2.1 水環境因子

渭河流域各水環境因子的空間差異性較大，同一指標表現出了較大的空間差異性，見表1。pH值差異性最小，水質偏中性。渭河流域水體電導率較大，而且空間差異性很大，最小值為125.70 μS/cm，最大值為4 867.00 μS/cm。鹽度在全流域的空間差異性較小，最小值為0.007%，最大值為0.372%。渭河干流溶解氧質量濃度較高，均值為10.04 mg/L，最小值為4.00 mg/L，最大值為18.60 mg/L。渭河流域河流懸浮物含量差異最大，平均值為344.83 mg/L，最小值為0，最大值為19 326.00 mg/L。亞硝酸鹽（NO-2）質量濃度均值較小，而硝酸鹽（NO-3）質量濃度均值較大，分別為1.65、10.03 mg/L。磷酸鹽（PO3-4）質量濃度均值為0.70 mg/L，各采樣點間差異較小。總氮含量較高而總磷含量較低，平均質量濃度分別為12.93、0.52 mg/L。總硬度較高，平均值為432.89 mg/L，且不同采樣點間總硬度差異較大，最大值為1 970.31 mg/L，最小值為6.13 mg/L。高錳酸鹽平均質量濃度為4.48 mg/L，最大值為27.88 mg/L，最小值為1.06 mg/L。

2.2 魚類

渭河流域共鑒定出魚類51種，隸屬于5目10科33屬，其中鯉形目的鯉科和鰍科物種數最多，分別占魚類總數的43.1%、29.4%。其余物種有鱸形目鰕虎魚科、塘鱧科、鱧科，鲇形目鲿科、鲇科，鮭形目銀魚科、鮭科，鳉形目青鳉科，這些科目魚類物種數不足5種。渭河中下游魚類物種數高于上游，其中下游魚類42種，上游魚類32種。從不同季節看，豐水期魚類物種數略高于枯水期，豐水期采集到魚類41種，枯水期采集到魚類37種。魚類群落結構在豐水期和枯水期沒有顯著差異，但渭河流域魚類多樣性指數呈現豐水期高于枯水期的趨勢，其中魚類多樣性指數渭河最高，涇河最低，北洛河居中。

對渭河流域豐水期和枯水期分別進行魚類群落結構與環境因子的典范對應分析（CCA），以確定影響渭河流域魚類群落結構的主要環境因子。結果顯示影響豐水期魚類群落結構的主要環境因子為海拔和流速（顯著性水平P<0.05），而其他環境因子對其影響不顯著。枯水期CCA結果顯示，顯著影響魚類群落結構的環境因子為海拔（顯著性水平P<0.01），其他環境因子對其影響不顯著。由此可見，不論是枯水期還是豐水期，影響魚類群落結構的主要環境因子為海拔。

2.3 底棲動物

渭河流域共采集到底棲動物116種，隸屬于7綱16目56科，其中水生昆蟲物種數最多，為91種，占總物種數的78.45%;其次為軟體動物，為12種，占總物種數的10.34%;環節動物9種，占7.76%;甲殼動物4種，占3.45%。水生昆蟲主要由EPT類（E：蜉蝣目;P：翅目;T：毛翅目）和雙翅目的搖蚊幼蟲組成，其中EPT類水生昆蟲共16種，搖蚊幼蟲共17種，常見物種為韋氏四節蜉、大科、動蜉屬、舌石蛾科、三帶環足搖蚊、橢圓蘿卜螺和卵蘿卜螺等。渭河流域底棲動物密度較小，其中渭河底棲動物密度相對較大，涇河及北洛河下游底棲動物密度較小。從季節上看，豐水期采集到底棲動物93種，枯水期采集到44種，豐水期底棲動物物種數高于枯水期。此外，豐水期渭河流域底棲動物密度明顯高于枯水期。底棲動物生物量分布特征與密度分布特征基本一致，表現為豐水期底棲動物生物量高于枯水期。豐水期上游地區底棲動物生物量較高，而枯水期下游底棲動物生物量較高。底棲動物多樣性指數分布特征與密度、生物量、物種豐富度分布情況基本一致。

通過典范對應分析確定影響渭河流域底棲動物群落結構特征的主要環境因子，結果顯示：豐水期影響底棲動物群落結構的環境因子主要有流量、河寬、電導率和硬度;枯水期底棲動物種類數量減少，河寬、流速、電導率和硬度成為影響底棲動物群落結構的主要因子。因此，無論是豐水期還是枯水期，影響渭河流域底棲動物群落結構的主要環境因子為河寬、電導率、硬度。

2.4 著生藻類

渭河流域豐水期共采集到著生藻類248種，枯水期采集到著生藻類169種，隸屬于硅藻門、綠藻門、藍藻門、裸藻門和金藻門，其中：硅藻門種類數最多，占88.5%;其次為綠藻門，占7.0%。渭河流域著生藻類主要優勢種有硅藻門的舟形藻屬（隱頭舟形藻）、菱形藻屬（谷皮菱形藻和細端菱形藻）、橋彎藻屬（偏腫橋彎藻）等，藍藻門的顫藻屬（小顫藻），綠藻門的柵藻屬（四尾柵藻）等。渭河流域豐水期和枯水期著生藻類密度相差不大，分別為87萬個/cm2和90萬個/cm2，其中著生藻類密度較大的地區主要集中在河流上游及渭河右側支流。渭河流域著生藻類多樣性指數在豐水期和枯水期分布較為一致，多樣性指數平均值豐水期為3.00，枯水期為2.28。

通過典范對應分析判別影響渭河流域著生藻類群落結構的環境因子，結果表明：豐水期、枯水期影響著生藻類群落結構的環境因子均為河寬（顯著性水平P<0.01），其他環境因子影響不顯著。

3 水生態系統健康狀況評價

應用魚類、底棲動物、著生藻類生物完整性指數對渭河流域水生態系統健康狀況進行評價，共劃分健康、較好、一般、較差和極差5個健康等級。

（1）魚類。渭河流域水生態系統健康狀況普遍較差，超過60%的采樣點為一般、較差和極差水平，豐水期健康狀況優于枯水期。豐水期有61.67%的采樣點為一般及以下水平，而枯水期有81.67%的采樣點為一般及以下水平。從渭河、涇河和北洛河來看，渭河水生態系統健康狀況優于涇河和北洛河，涇河和北洛河均處于一般以下水平。豐水期，渭河約40.63%的采樣點處于健康和良好水平，而涇河僅有26.67%的采樣點處于健康和良好水平，北洛河有46.15%的采樣點為健康及良好水平。枯水期，渭河僅有3個采樣點處于健康水平，而涇河和北洛河無健康水平采樣點，枯水期涇河和北洛河水生態系統健康狀況明顯劣于豐水期。渭河干流水生態系統健康狀況優于支流，上游水生態系統健康狀況較好，從上游到下游水生態系統健康狀況越來越差。涇河干流水生態系統健康狀況優于支流馬蓮河，馬蓮河上游水生態系統健康狀況較差。北洛河上游魚類水生態系統健康狀況極差，支流水生態系統健康狀況優于干流。

（2）底棲動物。渭河流域水生態系統健康狀況處于一般以上的采樣點占82%，其中豐水期健康采樣點占55%，枯水期健康采樣點占31%，豐水期渭河流域水生態系統健康狀況優于枯水期，但健康狀況分布特征在豐水期和枯水期基本呈現一致狀態。生物完整性指數較高的區域主要集中在渭河上游和右岸支流、北洛河上游，水生態系統健康狀況較差的區域主要分布在渭河下游三大水系交匯的關中平原附近，此外涇河流域底棲動物生物完整性指數均處于較低水平。

（3）著生藻類。豐水期、枯水期渭河流域水生態系統健康狀況為一般及以上的采樣點分別占86%、76%，豐水期渭河流域水生態系統健康狀況優于枯水期。豐水期和枯水期著生藻類生物完整性指數評價結果較為一致的地方主要表現在，渭河上中游、涇河源頭以及北洛河中游、葫蘆河支流著生藻類生物完整性指數較高，水體較為健康，而渭河下游、涇河全流域以及北洛河上游著生藻類生物完整性指數較低，健康狀況較差。豐水期和枯水期評價結果存在差異的地方主要表現在，枯水期涇河著生藻類水生態系統健康狀況與豐水期相比明顯提升，而北洛河水生態系統健康狀況與豐水期相比有所下降。

著生藻類和底棲動物生物完整性指數評價結果較為一致，表現為渭河流域多數采樣點水生態系統健康狀況處于一般及以上水平，而魚類評價比其他兩種生物的更為嚴格，超過一半采樣點水生態系統健康狀況處于一般及以下水平。

4 結 語

在渭河流域開展了4次野外采樣調查，調查顯示：渭河水體偏中性;電導率、懸浮物、總溶解固體含量較大，這與渭河流域水體含沙量較大有關;高錳酸鹽質量濃度較小，表明渭河流域有機污染情況不嚴重;總氮、總磷和氨氮質量濃度較大，表明水體富營養化程度較高。豐水期魚類、底棲動物和著生藻類物種數均高于枯水期，應用魚類、底棲動物和著生藻類生物完整性指數法進行水生態系統健康評價結果表明：豐水期渭河流域水生態系統健康狀況一般、較好和健康的采樣點數高于枯水期，豐水期渭河流域水生態系統健康狀況優于枯水期。

在進行渭河流域生態治理時，一方面應多建立一些濕地、水源涵養區，保證枯水期有充足的水源;另一方面應加強渭河流域水環境治理。渭河流域水體富營養化程度相對較高，在枯水期水量不足的情況下，水體營養鹽等離子濃度較高，不利于生物多樣性的形成，容易造成生態系統結構單一，生態系統脆弱，因此加強渭河流域水源涵養和水環境治理是渭河流域生態系統健康發展規劃的重要內容。

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【責任編輯 呂艷梅】