阿壩州黃河流域大型底棲動物多樣性及水質生物學評價

胡佳祥，劉浩翔，張植元，王雄延，陳 嬌，蘇 丹，何 智

(1.四川水利職業技術學院，四川成都 611231；2.四川農業大學，四川成都 625014)

黃河是位于我國北方區域的大河，是我國第二大河流，流域面積為1.21×10km。近年來，由于植被退化嚴重，黃河流域水土流失、水資源短缺以及水體污染等情況日益嚴重，逐漸成為生態環境較為脆弱的水域之一。阿壩州黃河流域為多種高原名貴、特有的魚類提供重要的產卵、索餌和越冬場所，是我國高原水生生物寶貴的種質資源庫。白河是黃河上游的大支流之一，位于四川北部阿壩藏族自治州境內，發源于紅原縣壤口鄉與刷經寺鎮之間，北流入若爾蓋縣，在唐克鎮北約7 km處流入黃河，長約150 km，形成九曲黃河第一灣。與白河相鄰的黑河同屬黃河上游大支流之一，位于黃河流域最南部，流經川北若爾蓋高原，兩河分水嶺低矮，無明顯流域界，呈現同谷異水的景觀，加之流域特性基本相同，被稱為白河的“姊妹河”。

底棲生物是淡水生態系統的常見群體，由于對水體環境變化極為敏感，其種類繁多，生活周期較長，遷移能力差，只能被動地耐受和適應環境變化。因此，底棲動物的優勢種、多樣性及群落結構等均可作為衡量水環境的重要指標，是評價河流生態環境健康的重要手段之一。目前，國內有較多關于利用底棲動物對水體環境評估的研究。陸曉晗等利用典范分析和指示物種學等分析法對付瞳河流域進行綜合評估，認為其整體處于中度污染水平；胡曉靜等對北京境內潮河與白河底棲動物研究表明，潮河和白河水質整體為優；侯易明等利用冗余分析法和底棲動物生物指數等方法對漢江上游干流和秦嶺南麓典型支流的底棲動物的研究顯示，流速、總磷和電導率均為影響漢江干支流底棲動物群體結構的關鍵環境因子；王濤等對崇明島大型底棲動物研究發現，該類河大型底棲動物組成及分布受河流水文及生境條件、水質特征等多種因素影響。

該研究通過對阿壩州黃河上游、黑河與白河兩條支流河流進行大型底棲動物群落的調查取樣，旨在探究黑河與白河大型底棲動物群落特征，為該區域水生生態系統保護提供理論依據。

1 材料與方法

黃河發源于青海省巴顏喀拉山麓的約古宗列盆地。黃河從河源而下，向南東方向經青海的瑪多、達日、崗龍、門堂、木西合(甘肅)，到達四川阿壩州邊緣，經四川省阿壩縣、若爾蓋縣后，于瑪曲縣黑河口處出境進入甘肅境內，阿壩州黃河流域總面積為1.7 萬km。該研究調查區域定在黃河上游干流延丹村段以及兩條支流黑河、白河3條河流。

優勢度指數。底棲動物的優勢度可以表示種類在群落中的狀態，對河流健康分析有一定的意義。指數計算公式為：

=×

=

式中，為第類底棲動物的個體數目；占底棲動物個體數目的比例；為第種在各個采樣點出現的頻率；當>002，表示該物種為優勢種。

生物多樣性指數。Shannon-Wiener 多樣性指數()是通過描述大型底棲動物的群落物種組成來反映河流水質污染的程度。Shannon-Wiener多樣性指數的計算公式為：

式中，為底棲動物生物多樣性指數，為采集點的物種總數。

采用孫瑜旸等提出的評價標準為0<≤1，重污染；1<≤2，中度污染；2<≤3，輕度污染；>3，清潔。

BI指數分析法。BI指數分析法是根據不同大型底棲動物耐污值不同，通過計算耐污值進而對水質進行評價的一種方法，計算公式為：

式中，是第種分類單元的個體數(個)；為第種分類單元的耐污值；為各監測點底棲動物個體總數(個)；為各監測點底棲動物物種總分類單元數(個)。

參照王備新建議的評價標準如下：BI< 5.5，清潔；5.5≤BI≤6.6輕污染；6.68.8，嚴重污染。

2 結果與分析

黃河上游干流及其支流黑、白河各常規理化指標結果如表1。表1表明，透明度、pH、溶解氧3個指標在各河段之間變化不明顯，變異系數為1.515%～8.538%；氣溫、水溫、濁度、亞硝酸鹽、流速5個指標在各個河段指教變化較為明顯，變異系數為10.583%～29.913%。根據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)，黃河干流、白河與黑河3條河流水質指標屬于國家Ⅱ類水質標準。

表1 黃河上游干流及其支流黑、白河各采樣點水質指標

該次調查黃河上游支流黑河與白河共采集到17種底棲動物，均屬于節肢動物與軟體動物。節肢動物大多為水生昆蟲與幼蟲，種類有14種，占總種類數的82.353%；軟體動物有3種，占總種類數的17.647%。

白河與黑河的各個采樣點物種種類數分布差異較大，采樣點節肢動物種類數均高于軟體動物(圖1)。在黑河底棲生物種類數最多，共2門8種；黃河干流延丹村段與白河底棲動物種類數量較少，共1門7種。

圖1 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物種類數Fig.1 Number of macrobenthos species in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

由圖2可見，黑河的底棲動物密度為850 ind/m，其中節肢動物的密度為730 ind/m，軟體動物的密度為120 ind/m；黃河干流底棲動物密度為180 ind/m，白河底棲動物的密度為400 ind/m，兩條河流均為節肢動物，未發現軟體動物。3條河流底棲動物密度均以節肢動物占優，且節肢動物均為水生昆蟲及幼蟲。

圖2 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物密度統計圖Fig.2 Statistical map of macrobenthos density in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

由圖3可見，黃河干流延丹村段底棲動物生物量為2.505 g/m，黑河的底棲動物生物量為17.114 g/m，其中節肢動物的生物量為12.034 g/m，軟體動物的生物量為5.080 g/m；白河底棲動物生物量為5.005 g/m。其中，黃河干流延丹村段與白河均為節肢動物，未發現軟體動物，且節肢動物生物量均高于軟體動物。

圖3 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物生物量統計圖Fig.3 Statistical map of macrobenthos biomass in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

底棲動物的優勢度可以體現不同種類的底棲動物在整個群落的狀態，對河流的健康評價有重要意義。通過對黑河與白河底棲動物優勢度的分析，可以更加全面的評價黑、白兩河水環境健康狀況。

當>0.02時，可認為是該水域的優勢種。經數據處理后得到黃河干流、黑河與白河底棲動物優勢度，篩選出的優勢種如表2。

由表2可知，黃河干流的優勢種耐污值范圍為2.0～9.8，劃蝽與搖蚊幼蟲耐污值分別為9.0與9.8，屬于耐污類群，紋石蠶、鉤蝦和扁蜉耐污值分別為6.0、4.0與4.0，屬于一般耐污類群，擬細裳蜉耐污值為2.0，屬于敏感類群。黑河的優勢種耐污值為4.0～9.8，球蜆、劃蝽與搖蚊幼蟲耐污值分別為8.0、9.0與9.8，屬于耐污類群；扁卷螺與鉤蝦耐污值分別為5.0與4.0，屬于一般耐污類群。白河的優勢種耐污值為3.0～9.8，搖蚊幼蟲耐污值為9.8，屬于耐污類群；扁蜉、鉤蝦與四節蜉耐污值為4.0，屬于一般耐污類群；蠓科幼蟲耐污值為6.0，屬于一般耐污類群；大蚊幼蟲耐污值為3.0，屬于敏感耐污類群。

表2 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物的優勢度與耐污值

表3為采用BI指數和Shannon-Wiener多樣性指數對黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物數據的處理結果。

BI指數分析結果顯示，黃河干流延丹村段BI指數為3.81，為清潔水體標準；黑河BI指數為4.93，為清潔水體標準；白河BI指數為4.29，為清潔水體標準，黃河干流、白河與黑河BI指數都低于5.5，均屬于清潔水體。

Shannon-Wiener多樣性指數分析結果顯示，黃河干流多樣性指數為2.50，屬于輕度污染標準；黑河多樣性指數為2.53，屬于輕度污染標準；白河多樣性指數為2.02，屬于輕度污染標準，黃河干流、黑河、白河Shannon-Wiener多樣性指數均為2<≤3，屬于輕度污染水體。

表3 黃河干流延丹村段、黑河與白河底棲動物BI指數和Shannon-Wiener多樣性指數及水質評價

3 討論

相關研究表明，水生昆蟲搖蚊主要以細菌和藻類為食，對水質凈化有重要作用，寡毛類喜歡生活在腐殖質豐富、有機污染嚴重的水體環境中，是評價水質污染程度的重要指示生物。在水環境中底棲動物主要有敏感(清潔，耐污值≤3)、一般耐受(中污染，3<耐污值<7)以及耐污染(污染，耐污值≥7)3種類型，生態環境的不同，與其相適應的底棲動物種群結構會隨之改變，例如，若敏感種類占優勢，表明水體清潔；一般耐受群占據優勢，表明水體中度污染；耐污染類群占據優勢，表明水體污染程度較重。在該調查中，黃河干流水體敏感、一般耐受性群體較多，黑河水體耐污染性群體相對偏多，白河水體一般耐受性群體較多。節肢動物的密度與生物量在3個水體中均占據絕對優勢，鉤蝦在3個水體中均占一定優勢。

目前，大型底棲動物生物評價指數已被廣泛應用于對河流健康評價以及生態修復成效評測領域。該研究針對黃河上游支流黑河、白河與干流延丹村段地區的水質狀況，采用Shannon-Wiener指數與BI指數相結合對3個水體進行水質等級評價。根據BI指數結果，3條河流均屬于清潔水體標準；利用Shannon-Wiener多樣性指數分析結果顯示，3條河流均為輕度污染水平。2種水質評價方法存在一定差異，推測為Shannon-Wiener多樣性指數分析較為保守，對耐污種增多或耐污種取代敏感種的變化不太靈敏，對水體污染狀況分析精確度相對偏低，而BI指數分析法能夠較為全面的分析評價底棲動物的耐污能力以及水域生態環境的多樣性，評價結果較為客觀、準確，適用于黃河干流與黑河、白河水質評價。水質理化指標結果顯示，3條河流均屬于國家II類水質標準，結合上述大型底棲動物生物評價指數進行綜合分析，可初步認為3條河流均屬于清潔狀態。

底棲動物移動能力差、世代交替較長，對外界干擾反應迅速，定性采樣方便等特點。在該研究調查采樣過程中，由于底棲動物個體分布散亂，采樣中出現一定誤差性，鑒定底棲動物樣本也需要大量的人力物力和時間等，這給該次調查研究帶來較大的困難。目前，黃河上游干流及兩條支流黑、白河的水質狀況幾乎未見報道，該研究能夠初步展現3條水體的水質狀況，同時也能為黃河上游水域水生環境保護提供基礎資料和理論數據。后續將進行更加深入全面的研究，為保護黃河上游水環境提供科學依據和參考。