崇明島河流生態健康評價
——基于浮游動植物連續季節觀測

李晶晶，史本偉，沈盎綠，楊海飛，丁億凡

（1. 華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室，上海 200241；2. 上海海洋大學海洋生態與環境學院，上海 201306；3. 上海市水利工程設計研究院有限公司，上海 200061）

河流是地球上生物賴以生存的自然生態系統，具有諸多生態服務功能[1]，不僅可以調節氣候變化、改善生態環境，還可以為陸地生物、水生生物提供食物來源和棲息環境，在物質、能量和信息傳遞環節中發揮著至關重要的作用[2-3]。但是隨著人類活動范圍擴大、破壞強度增加及社會經濟的發展，水量、水質、內部結構隨之改變，生境發生變化，河流生物多樣性減少，河流生態系統功能長期退化，河流健康受到嚴重威脅，評價河流健康狀態成為當前國內外的研究熱點。

目前，河流生態健康沒有確切的概念。一般認為，河流健康指河流自身生態系統功能、生物多樣性沒有受到損害，具有相對穩定性，且能滿足人類社會需求和可持續性發展的狀態[4]。健康的生態系統通常具有以下特點：具有恢復能力和自我維持能力、對周圍的其它生態系統不產生危害、對社會經濟發展和人類健康具有支持推動作用。由于對“河流健康”的理解存在差異性和不確定性，導致很難建立一個完善的河流生態系統健康指標評價體系[5]。

國外關于河流健康評價的研究源于一個世紀前進行的河流生物監測[6]，現今已提出多種評價方法[7-8]。我國關于河流健康評價的研究起步較晚，近些年來，國內眾多學者對河流生態系統健康展開研究。如：根據5種不同的生物評價指數展開河流生態健康評價，并對比不同生物評價指數的適用性[9]；選取水生生物、水質、棲息地、水文的22個評價指標對北運河生態系統進行健康評價[10]。河流生態系統健康的提出不僅為衡量河流生態系統服務功能提供了基準，也協調了人與河流二者之間可持續發展的關系[11]。

浮游生物是河流生態系統中重要的組成部分，在食物網的物質循環以及能量流動中起到樞紐作用；其攝食、排泄、洄游和擾動等行為改變也會影響區域生態系統發生動態變化；大多數浮游動植物運動能力較弱，活動范圍相對較小，對環境脅迫具有敏感響應，因此其群落組成及多樣性特征通常可以用于指示河流生態系統健康狀況。

崇明島地處長江入海口，是中國最大的河口沖積島，其占上海陸域面積近五分之一。全島三面環江，一面臨海，素有“長江門戶，東海瀛洲”之稱。島內河網密布，湖泊眾多，水系發達。2016年《崇明世界級生態島發展“十三五”規劃》發布，崇明積極踐行“創新、協調、綠色、開放、共享”發展理念，堅持生態優先、綠色發展，大力實施“+生態”和“生態+”，推進生態、生產、生活融合發展，計劃到2035年，崇明區將建設成為具有全球引領示范作用的世界級生態島[12]。崇明島生態島建設符合國內外生態文明建設的發展潮流，受到社會各界廣泛關注，如何協調崇明島生態環境效益、社會效益及經濟效益三者之間的關系是一個重要的科學問題[13]，崇明島生態計劃的實施對長三角、長江流域以至全國的生態環境保護和生態安全具有重要的意義。

本研究以崇明島為例，利用優勢度、群落單純度、群落豐富度、群落Shannon-Wiener多樣性、群落均勻度指數，對崇明島浮游動植物群落組成及其季節性變化進行分析，并基于浮游植物及浮游動物多樣性指數進行水質評價，探究該流域河流生態系統健康現狀，以期為崇明島河流生態系統的可持續發展提供參考。

1 研究區域和樣品采集

崇明島東臨東海，東西長約78km，南北寬13~18 km，形似臥蠶，總面積約1267 km2。島內地勢低而平坦，呈東高西低，北高南低之態。崇明島內河網水系密布，縱橫交錯，水面率較大，島內河道擔負著全島引水、排澇、城鄉居民生活用水及工農業用水的重任。根據《崇明城鄉總體規劃（2015—2040）》，崇明貫徹落實從“生態保育”到“生態+”的核心發展理念，將崇明建設成集新型農業、休閑旅游、智慧創新、綠色智造、健康人居于一體的世界級生態島。

本文于7條河流共布設8個監測點（其中東風南橫河布置2個監測點，即花博園內外各設1個監測點），調查河流中的浮游動植物。東風南橫河2個監測點調查3次（2021年春季、夏季和秋季），其余監測點調查2次（2021年夏季、秋季）。現場監測采樣詳見圖1、表1。

圖1 崇明島采樣點位置示意圖Fig. 1 The sampling sites in the Chongming Island

表1 崇明島取樣相關信息Table 1 The sampling information in the Chongming Island

本次崇明島河流健康評價研究，是基于浮游動植物展開分析，判別各河流的基本特征和個體特征，對于建立由共性指標和個性指標構建的河流健康評價指標體系，并形成由河段至河流整體的評價方法，具有重要的指導意義。

2 研究方法

2.1 樣品采集與處理

浮游生物調查方法按《水庫漁業資源調查規范》（SL 167-2014）進行。浮游植物定量監測使用采水器在水下0.5m處取樣1000ml，加15ml加魯哥試劑，裝入塑料采樣瓶，常溫保存，樣品帶回實驗室后靜止24h以上濃縮樣品至50ml，取0.1ml于浮游植物計數框在顯微鏡鑒定分析；浮游動物定量監測使用采水器在水下0.5m處取20L通過25#浮游生物網過濾至100ml塑料瓶，加2ml甲醛固定，常溫保存，樣品帶回實驗室后，取1ml于浮游植物計數框在顯微鏡鑒定分析。

2.2 數據處理與分析

各浮游動植物特征值采用如下計算公式：

（1）優勢度

式中：ni為第i種的豐度，fi是該種在各站位中出現的頻率，N為總豐度。取浮游動物優勢度Y≥0.02的種為本文優勢種。

（2）群落單純度

（3）群落豐富度

（4）群落Shannon-Wiener多樣性

（5）群落均勻度

（2）~（5）式中，S為種類數，ni為第i種的豐度，N為總豐度，H'為實測多樣性指數，H'MAX= log2S。

2.3 水質評價標準

借鑒相關學者依據群落生物多樣性指數進行的水質評價[14-15]，將水質狀況分為5個級別（表2）。

表2 水質分級評價標準表Table 2 Water quality classification and evaluation standard

3 研究結果

3.1 浮游植物種類與豐度

（1）種類組成

2021年三個季度共鑒定浮游植物6門45屬72種，以藍藻門、綠藻門和硅藻門種類數為多，其中5、6、9月分別出現10、30、58種。

5月（春季）只有花博園內外兩個站位（即對應后期調查的6號和7號站位），共鑒定浮游植物4門8屬10種。由圖2(a1/b1/c1)可知，其中硅藻門種類數量優勢明顯，共有7種，占總種數的70.00%，總豐度為1.89×104個/L，占總豐度的29.35%。藍藻門雖然只出現1種，占總種數的10.00%，但是豐度為4.20×104個/L，占總豐度的65.22%。此外，隱藻門和甲藻門均只有1種，各占總種數的10%，總豐度分別為2.80×103個/L和0.70×103個/L，各占總平均豐度的4.35%和1.09%。

6月（夏季）共鑒定浮游植物6門25屬30種，由圖2(a2/b2/c2)可知，其中硅藻門和綠藻門種類數量優勢明顯，分別有10和8種，占總種數的33.33%和26.67%，總豐度分別為1.27×107個/L和2.53×107個/L，占總豐度的12.34%和24.50%。藍藻門出現6種，占總種數的20.00%，但是總豐度卻達到6.29×107個/L，占總豐度的60.93%。裸藻門出現3種，各占總種數的10.00%，總豐度為8.20×105個/L，占總豐度的0.79%。此外，甲藻門和隱藻門分別只出現2種和1種，各占總種數的6.67%和3.33%，總豐度均為7.40×105個/L，占總豐度的0.71%。

9月（秋季）共鑒定浮游植物6門44屬59種，由圖2(a3/b3/c3)可知，其中藍藻門種類數量優勢明顯，共鑒定出20種，占總種數的33.90%，總豐度更是高達3.43×108個/L，占總豐度的96.31%。綠藻門出現18種，種類數量優勢明顯，共鑒定出20種，占總種數的30.51%，但是總豐度卻只有2.40×106個/L，占總豐度的0.67%。硅藻門出現12種，占總種數的20.34%，總豐度為8.76×106個/L，占總豐度的2.46%。此外，裸藻門、隱藻門和甲藻門分別只出現4種、3種和2種，各占總種數的6.78%、5.08%和3.39%，總豐度均比較低，分別為8.73×105個/L、1.00×106個/L和1.00×105個/L，占總豐度均小于1%（圖2）。

圖2 不同季節河流浮游植物種群分析Fig.2 The population analysis of the rivers phytoplankton in differential seasons

（2）豐度平面分布

5月調查浮游植物各站位豐度均值為3.22×104個/L，幅度0.91×104~5.53×104個/L。其中世博園內站位的浮游植物豐度高于世博園外站位。

6月調查浮游植物各站位豐度均值為2.65×107個/L，幅度7.40×105~1.30×108個/L（圖3—藍色柱/對數坐標）。其中2號站浮游植物總豐度最高，1號站位最低。整體上北側水系2號、5號和8號浮游植物豐度偏高，世博園內外附近（6號和7號）的兩個站位浮游植物豐度相差不大。

9月調查浮游植物各站位豐度均值為4.45×107個/L，幅度3.45×105~2.71×108個/L（圖3—橙色柱/對數坐標）。其中6號站（世博園內）浮游植物總豐度最高，7號站（世博園外）最低。整體上西側水系4號和北側水系5號、6號和8號浮游植物豐度偏高。

圖3 不同季節浮游植物各站總豐度分布圖Fig.3 The abundance of the phytoplankton at the sampling sites in differential seasons

從不同季節上看，秋季各站位浮游植物平均豐度最高，夏季次之，春季最低，不同站位浮游植物豐度變化具有很大的隨機性，可能與環島水系與長江水系交換有關。

（3）優勢種及其平均豐度

取優勢度Y≥0.02的浮游植物為本區的優勢種。經統計，5月調查出現優勢種6種，分別為長孢藻屬、針桿藻屬、變異直鏈藻、新月菱形藻、洛氏菱形藻和卵形隱藻，其中長孢藻屬的優勢度最高，為0.33，平均豐度為2.10×104個/L。6月調查出現優勢種4種，分別為點形平裂藻、偽魚腥藻屬、小環藻屬和河生集星藻，其中點形平裂藻的優勢度最高，為0.11，平均豐度為4.84×106個/L。9月調查出現優勢種4種，分別為偽魚腥藻屬、顫藻屬、拉氏擬柱胞藻和長孢藻屬，其中偽魚腥藻屬的優勢度最高，為0.27，平均豐度為1.60×107個/L（表3）。

表3 不同季節浮游植物優勢種優勢度及其平均豐度Table 3 The dominance and mean abundance of the dominant species of the phytoplankton in different seasons

3.2 浮游動物種類與豐度

（1）種類組成

2021年三個季度共鑒定浮游動物3門19屬33種，以輪蟲類和枝角類種類數為多，其中5、6、9月分別出現8、20、25種。

5月共鑒定浮游動物2門4大類5屬8種（含幼體3種），其中輪蟲類和幼體類種類數最多，各有3種，各占總種數的37.50%，總豐度分別為4.45個/L和7.20個/L，各占總豐度的12.73%和20.60%。橈足類和枝角類均出現1種，各占總數的12.50%，總豐度為2.15個/L和21.50個/L，占總豐度的6.15%和60.52%。花博園內站位出現的種類數（4種）顯著低于花博園外站位（8種）。

6月共鑒定浮游動物3門5大類13屬20種（含幼體2種），其中輪蟲類種類數最多，有13種，各占總種數的65.00%，總豐度為306.50個/L，占總豐度的24.56%。橈足類、枝角類和幼體類均出現2種，各占總數的10.00%，總豐度為187.00個/L、284.00個/L和473.50個/L，占總豐度的14.98%、21.96%和37.94%。此外還出現原生動物1種，各占總種數的5.00%，總豐度為7.00個/L，占總豐度的0.56%。

9月共鑒定浮游動物3門5大類17屬25種（含幼體2種），其中輪蟲類種類數最多，有13種，各占總種數的52.00%，總豐度為289.00個/L，占總豐度的14.30%。枝角類出現6種，占總數的24.00%，總豐度為645.50個/L，占總豐度的31.94%。幼體類出現3種，占總數的12.00%，總豐度為916.50個/L，占總豐度的45.35%。橈足類出現2種，占總數的8.00%，總豐度為155.00個/L，占總豐度的7.67%。此外還出現原生動物1種，各占總種數的4.00%，總豐度為15.00個/L，占總豐度的0.74%（圖4）。

圖4 不同季節河流浮游動物種群分析Fig.4 The population analysis of the rivers zooplankton in differential seasons

（2）豐度平面分布

5月調查浮游動物各站位豐度均值為17.48個/L，幅度13.75~21.20個/L。其中花博園內站位的浮游動物豐度顯著低于花博園外站位。

6月調查浮游動物各站位豐度均值為156.00個/L，幅度31.50~416.00個/L（圖5—藍色柱）。其中3號站浮游動物總豐度最高，6號站位最低（花博園內）。整體上北側水系2號、3號、5號和7號浮游動物豐度偏高，花博園內（6號）站位浮游動物豐度顯著低于附近站位（2號和7號）。

9月調查浮游動物各站位豐度均值為252.63個/L，幅度45.00~564.00個/L（圖5—橙色柱）。其中5號站浮游動物總豐度最高，4號站位最低。整體上北側水系2號、5號、7號和8號浮游動物豐度偏高，花博園內（6號）站位浮游動物豐度比附近2號和7號站位要低。

圖5 不同季節浮游動物各站總豐度分布圖Fig.5 The abundance of the zooplankton at the sampling sites in differential seasons

從不同季節上看，秋季各站位浮游動物平均豐度最高，夏季次之，春季最低，不同站位浮游動物豐度變化具有一定的隨機性，可能與環島水系浮游植物豐度、沉水植物分布等有關。6月份花博園內站位（6號）浮游動物豐度最低，9月份浮游動物豐度相比較其他站位也處于較低水平，這也說明花博園內水體由于水生植物種植等手段的生態修復，水質處于較好狀態，水體透明度也高，從而反應到浮游動物豐度較低。

（3）優勢種及其平均豐度

取優勢度Y≥0.02的浮游動物為本區的優勢種。經統計，5月調查出現優勢種4種，分別為多刺裸腹溞、無節幼體、角突臂尾輪蟲和廣布中劍水蚤，其中多刺裸腹溞的優勢度最高，為0.61，平均豐度為10.58個/L。6月調查出現優勢種5種，分別為無節幼體、廣布中劍水蚤、短尾秀體溞、曲腿龜甲輪蟲和多刺裸腹溞，其中無節幼體的優勢度最高，為0.36，平均豐度為55.94個/L。9月調查出現優勢種3種，分別為無節幼體、橈足類幼體、短尾秀體溞、長額象鼻溞、廣布中劍水蚤、萼花臂尾輪蟲和多刺裸腹溞，其中無節幼體的優勢度最高，為0.24，平均豐度為60.44個/L（表4）。

表4 不同季節浮游動物優勢種優勢度及其平均豐度Table 4 The dominance and mean abundance of the dominant species of the zooplankton in different seasons

3.3 浮游植物與浮游動物的多樣性分析

浮游植物與浮游動物的多樣性分析詳見表5。

表5 不同季節浮游植物和浮游動物生物多樣性指數Table 5 The diversity index of the phytoplankton and zooplankton in different seasons

3.4 基于生物多樣性指數的水質評價

基于浮游植物與浮游動物群落生物多樣性指數的水質評價結果詳見表6。

表6 基于浮游植物與浮游動物群落多樣性指數的水質狀況評價Table 6 Water quality classification evaluation based on phytoplankton and zooplankton community diversity index

基于浮游動植物群落生物多樣性指數的水質評價結果顯示，崇明河道因水流緩慢及人為活動影響等客觀原因，從單一的群落生物多樣性指數來評價，河道整體水質狀況不甚理想。而如S4站點因靠近長江進水口，水質相對較好。另從浮游動物的分析結果來看，總體上相對于5月和6月，9月份的河道水質有向好趨勢。

4 結語

浮游動植物對環境變化具有敏感響應，本次對崇明島河流浮游動植物群落組成、豐度平面分布、優勢種及多樣性的季節變化研究，對評價河流生態系統健康有一定啟示意義。但基于單一浮游植物或是單一浮游動物群落生物多樣性指數的水質評價結果存在一定差異，因此，選擇單一群落生物多樣性指數對整體河道水質進行評價尚不夠全面。未來的河流健康評價研究，須結合水質營養鹽參數及其他生物參數等，建立綜合多指標的系統評價體系。