渭河流域水生态系统健康评价.docx

渭河流域水生态系统健康评价 徐宗学 刘麟菲摘 要：渭河系黄河最大支流，渭河流域河流水生态系统健康与黄河高质量发展息息相关。20112013年在渭河流域进行了4次野外采样调查，共布设采样点77个，采集鱼类、底栖动物、着生藻类和水环境因子等信息，分析了渭河流域水生态系统特征，并采用生物完整性指数法对渭河流域水生态系统健康进行了评价。渭河流域共采集到鱼类51种，底栖动物116种，着生藻类248种，影响渭河流域鱼类群落结构的环境因子为海拔，影响底栖动物群落结构的环境因子为河宽、电导率和硬度，影响着生藻类群落结构的环境因子为河宽。水生态系统健康评价结果表明：底栖动物和着生藻类健康状况优于鱼类，超过80%的采样点处于一般以上健康水平;3种生物水生态系统健康评价结果整体趋势相同，渭河干流上游和右岸支流、泾河源头以及北洛河中游支流健康状况较好，渭河中游和下游地区、泾河大部分区域以及北洛河上游健康状况较差。关键词：鱼类;底栖动物;着生藻类;水生态系统;健康评价;渭河：X821;TV211.1+1文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.10.008.引用格式：徐宗学，刘麟菲.渭河流域水生态系统健康评价J.人民黄河，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河流生态系统是指河流中的生物群落和非生物环境相互作用、相互影响形成的较为稳定的生态系统1。纵观历史，世界诸多文明均起源于河流2，河流生态系统对人类社会发展起到至关重要的作用3。随着人类社会经济的快速发展，河流资源的开发力度不断加大，河流生态系统不断受到人类活动的干扰和损害4。工业污染物肆意排放到河流中，是影響河流生态系统水环境质量的重要因素5。随着人口的增长，森林及河岸缓冲带林木的乱砍滥伐日趋严重，极大地破坏了河流生态系统原有的结构，使河流诸多生态功能逐渐丧失6。以环境污染、生态系统退化为代价的经济发展必将反噬人类7，不仅影响人们的生活质量，而且威胁社会经济的可持续发展。日趋严重的河流生态系统健康问题，迫使人们重新审视人类社会与河流生态系统健康发展的相互关系8。将保护和修复河流生态系统作为人类社会可持续发展的重要工作，重新制定河流生态管理策略，已成为当今国内外科学工作者、行政管理者普遍关注的热门课题9-12。了解和掌握河流生态系统健康状况，对河流生态系统健康进行评价，不仅可以为管理者提供更为科学和有效的管理措施，制定管理方案，而且有助于科学工作者分析比较不同管理模式对河流生态系统健康的影响13。黄河文明源远流长，早在远古时期，我们的祖先就在黄河流域繁衍生息，创造了灿烂夺目的中华文明14。鉴古而知今，临黄河而知中国，治理黄河一直是历代安民兴邦的大事。渭河作为黄河最大的支流15，对黄河流域高质量发展起着至关重要的作用。渭河流域生态环境的好坏，直接影响黄河中下游地区生态环境的质量，因此加强渭河流域生态保护和治理显得尤为重要。在制定生态保护和治理规划之前，要明确治理的目标和对象，对生态系统进行调查和健康评价就是为了明确生态治理对象，因地制宜高效率地完成生态治理任务。笔者2011年在渭河流域开展了生态系统健康调查与评价工作，对渭河流域栖息地质量进行评估。通过采集渭河流域鱼类、底栖动物、着生藻类和水环境因子，分析渭河流域水生态系统特征，构建渭河流域水生态系统健康评价指标体系，明确渭河流域生态保护和治理的重点区域，以期为渭河流域河流生态系统健康发展提供技术支撑。1 基础数据采集渭河发源于甘肃省定西市渭源县鸟鼠山，流经宁夏回族自治区，在陕西省渭南市潼关县汇入黄河。流域面积13.43万km2，干流全长818 km。渭河支流主要有泾河、北洛河、石川河、千河、石头河、黑河、沣河、灞河、葫芦河等，其中泾河和北洛河是渭河两大支流，流域面积分别为4.54万、2.69万km2。渭河流域地处干旱与湿润过渡区，年平均降水量572 mm。710月為汛期，降水量占全年降水量的60%。渭河流域生态环境恶化主要体现在河流含沙量大、水环境质量较差、径流量急剧减少、湿地萎缩、生物资源锐减等方面。根据渭河流域水系分布特征，布设77个采样点，于2011年10月、2012年4月和10月、2013年4月进行了4次大范围的野外采样调查，采样点分布见图1。1.1 水生生物样品采集（1）鱼类样品采集。在采样点上下游100 m范围内，使用电鱼器进行鱼类样品的采集，采样时间在30 min以上。对于河面较宽、流量较大的采样点，采用渔网和电鱼器相结合的方式进行采样。采集到的鱼类样品现场鉴定，并记录鱼类数量。鉴定完的鱼类进行放生处理，对于未能现场鉴定的鱼类，用浓度为4%的甲醛固定，运回实验室进行物种鉴定。鱼类鉴定主要依据秦岭鱼类志和中国鲤科鱼类志。（2）底栖动物样品采集。采用30 cm30 cm的索伯网（孔径为500 m）在采样点上下游100 m范围内随机采集2个平行样，现场用浓度为90%的酒精固定。样品运回实验室后，用镊子将底栖动物挑选至100 mL样品瓶中，加入浓度为95%的酒精固定，用解剖镜和显微镜对底栖动物进行鉴定和计数，由于底栖动物种类复杂，因此鉴定的物种通常到科和属，鉴定方法参考文献16-18。（3）着生藻类样品采集。在采样点上下游100 m范围内随机选取大小相近的3个石块，用牙刷刮取11.34 cm2的着生藻类至广口瓶中，并加入浓度为4%的甲醛固定。样品运回实验室后静置24 h以上，除去多余上清液将样品定量至100 mL，在显微镜下进行种类鉴定，鉴定方法参考文献19-21。1.2 环境因子采集现场采用流速仪测量流速、水深和流量，用皮尺和测距仪测量河宽。采用便携式水质分析仪测定气温、水温、电导率、盐度、pH值、饱和度，以及溶解氧（DO）和总溶解性固体（TDS）含量，使用GPS测定采样点的经纬度和海拔。取2 L水样，48 h内运回实验室，采用地表水环境质量标准（GB 38382002）中的方法测定硬度、高锰酸盐指数（CODMn）、亚硝酸盐（NO-2）、硝酸盐（NO-3）、氨氮（NH+4）、磷酸盐（PO3-4）、硫酸盐（SO2-4）、总氮（TN）、总磷（TP）和悬浮物固体含量。2 水生生物群落结构特征2.1 水环境因子渭河流域各水环境因子的空间差异性较大，同一指标表现出了较大的空间差异性，见表1。pH值差异性最小，水质偏中性。渭河流域水体电导率较大，而且空间差异性很大，最小值为125.70 S/cm，最大值为4 867.00 S/cm。盐度在全流域的空间差异性较小，最小值为0.007%，最大值为0.372%。渭河干流溶解氧质量浓度较高，均值为10.04 mg/L，最小值为4.00 mg/L，最大值为18.60 mg/L。渭河流域河流悬浮物含量差异最大，平均值为344.83 mg/L，最小值为0，最大值为19 326.00 mg/L。亚硝酸盐（NO-2）质量浓度均值较小，而硝酸盐（NO-3）质量浓度均值较大，分别为1.65、10.03 mg/L。磷酸盐（PO3-4）质量浓度均值为0.70 mg/L，各采样点间差异较小。总氮含量较高而总磷含量较低，平均质量浓度分别为12.93、0.52 mg/L。总硬度较高，平均值为432.89 mg/L，且不同采样点间总硬度差异较大，最大值为1 970.31 mg/L，最小值为6.13 mg/L。高锰酸盐平均质量浓度为4.48 mg/L，最大值为27.88 mg/L，最小值为1.06 mg/L。2.2 鱼类渭河流域共鉴定出鱼类51种，隶属于5目10科33属，其中鲤形目的鲤科和鳅科物种数最多，分别占鱼类总数的43.1%、29.4%。其余物种有鲈形目鰕虎鱼科、塘鳢科、鳢科，鲇形目鲿科、鲇科，鲑形目银鱼科、鲑科，鳉形目青鳉科，这些科目鱼类物种数不足5种。渭河中下游鱼类物种数高于上游，其中下游鱼类42种，上游鱼类32种。从不同季节看，丰水期鱼类物种数略高于枯水期，丰水期采集到鱼类41种，枯水期采集到鱼类37种。鱼类群落结构在丰水期和枯水期没有显著差异，但渭河流域鱼类多样性指数呈现丰水期高于枯水期的趋势，其中鱼类多样性指数渭河最高，泾河最低，北洛河居中。对渭河流域丰水期和枯水期分别进行鱼类群落结构与环境因子的典范对应分析（CCA），以确定影响渭河流域鱼类群落结构的主要环境因子。结果显示影响丰水期鱼类群落结构的主要环境因子为海拔和流速（显著性水平P0.05），而其他环境因子对其影响不显著。枯水期CCA结果显示，显著影响鱼类群落结构的环境因子为海拔（显著性水平P0.01），其他环境因子对其影响不显著。由此可见，不论是枯水期还是丰水期，影响鱼类群落结构的主要环境因子为海拔。2.3 底栖动物渭河流域共采集到底栖动物116种，隶属于7纲16目56科，其中水生昆虫物种数最多，为91种，占总物种数的78.45%;其次为软体动物，为12种，占总物种数的10.34%;环节动物9种，占7.76%;甲壳动物4种，占3.45%。水生昆虫主要由EPT类（E：蜉蝣目;P：翅目;T：毛翅目）和双翅目的摇蚊幼虫组成，其中EPT类水生昆虫共16种，摇蚊幼虫共17种，常见物种为韦氏四节蜉、大科、动蜉属、舌石蛾科、三带环足摇蚊、椭圆萝卜螺和卵萝卜螺等。渭河流域底栖动物密度较小，其中渭河底栖动物密度相对较大，泾河及北洛河下游底栖动物密度较小。从季节上看，丰水期采集到底栖动物93种，枯水期采集到44种，丰水期底栖动物物种数高于枯水期。此外，丰水期渭河流域底栖动物密度明显高于枯水期。底栖动物生物量分布特征与密度分布特征基本一致，表现为丰水期底栖动物生物量高于枯水期。丰水期上游地区底栖动物生物量较高，而枯水期下游底栖动物生物量较高。底栖动物多样性指数分布特征与密度、生物量、物种丰富度分布情况基本一致。通过典范对应分析确定影响渭河流域底栖动物群落结构特征的主要环境因子，结果显示：丰水期影响底栖动物群落结构的环境因子主要有流量、河宽、电导率和硬度;枯水期底栖动物种类数量减少，河宽、流速、电导率和硬度成为影响底栖动物群落结构的主要因子。因此，无论是丰水期还是枯水期，影响渭河流域底栖动物群落结构的主要环境因子为河宽、电导率、硬度。2.4 着生藻类渭河流域丰水期共采集到着生藻類248种，枯水期采集到着生藻类169种，隶属于硅藻门、绿藻门、蓝藻门、裸藻门和金藻门，其中：硅藻门种类数最多，占88.5%;其次为绿藻门，占7.0%。渭河流域着生藻类主要优势种有硅藻门的舟形藻属（隐头舟形藻）、菱形藻属（谷皮菱形藻和细端菱形藻）、桥弯藻属（偏肿桥弯藻）等，蓝藻门的颤藻属（小颤藻），绿藻门的栅藻属（四尾栅藻）等。渭河流域丰水期和枯水期着生藻类密度相差不大，分别为87万个/cm2和90万个/cm2，其中着生藻类密度较大的地区主要集中在河流上游及渭河右侧支流。渭河流域着生藻类多样性指数在丰水期和枯水期分布较为一致，多样性指数平均值丰水期为3.00，枯水期为2.28。通过典范对应分析判别影响渭河流域着生藻类群落结构的环境因子，结果表明：丰水期、枯水期影响着生藻类群落结构的环境因子均为河宽（显著性水平P0.01），其他环境因子影响不显著。3 水生态系统健康状况评价应用鱼类、底栖动物、着生藻类生物完整性指数对渭河流域水生态系统健康状况进行评价，共划分健康、较好、一般、较差和极差5个健康等级。（1）鱼类。渭河流域水生态系统健康状况普遍较差，超过60%的采样点为一般、较差和极差水平，丰水期健康状况优于枯水期。丰水期有61.67%的采样点为一般及以下水平，而枯水期有81.67%的采样点为一般及以下水平。从渭河、泾河和北洛河来看，渭河水生态系统健康状况优于泾河和北洛河，泾河和北洛河均处于一般以下水平。丰水期，渭河约40.63%的采样点处于健康和良好水平，而泾河仅有26.67%的采样点处于健康和良好水平，北洛河有46.15%的采样点为健康及良好水平。枯水期，渭河仅有3个采样点处于健康水平，而泾河和北洛河无健康水平采样点，枯水期泾河和北洛河水生态系统健康状况明显劣于丰水期。渭河干流水生态系统健康状况优于支流，上游水生态系统健康状况较好，从上游到下游水生态系统健康状况越来越差。泾河干流水生态系统健康状况优于支流马莲河，马莲河上游水生态系统健康状况较差。北洛河上游鱼类水生态系统健康状况极差，支流水生态系统健康状况优于干流。（2）底栖动物。渭河流域水生态系统健康状况处于一般以上的采样点占82%，其中丰水期健康采样点占55%，枯水期健康采样点占31%，丰水期渭河流域水生态系统健康状况优于枯水期，但健康状况分布特征在丰水期和枯水期基本呈现一致状态。生物完整性指数较高的区域主要集中在渭河上游和右岸支流、北洛河上游，水生态系统健康状况较差的区域主要分布在渭河下游三大水系交汇的关中平原附近，此外泾河流域底栖动物生物完整性指数均处于较低水平。（3）着生藻类。丰水期、枯水期渭河流域水生态系统健康状况为一般及以上的采样点分别占86%、76%，丰水期渭河流域水生态系统健康状况优于枯水期。丰水期和枯水期着生藻类生物完整性指数评价结果较为一致的地方主要表现在，渭河上中游、泾河源头以及北洛河中游、葫芦河支流着生藻类生物完整性指数较高，水体较为健康，而渭河下游、泾河全流域以及北洛河上游着生藻类生物完整性指数较低，健康状况较差。丰水期和枯水期评价结果存在差异的地方主要表现在，枯水期泾河着生藻类水生态系统健康状况与丰水期相比明显提升，而北洛河水生态系统健康状况与丰水期相比有所下降。着生藻类和底栖动物生物完整性指数评价结果较为一致，表现为渭河流域多数采样点水生态系统健康状况处于一般及以上水平，而鱼类评价比其他两种生物的更为严格，超过一半采样点水生态系统健康状况处于一般及以下水平。4 结 语在渭河流域开展了4次野外采样调查，调查显示：渭河水体偏中性;电导率、悬浮物、总溶解固体含量较大，这与渭河流域水体含沙量较大有关;高锰酸盐质量浓度较小，表明渭河流域有机污染情况不严重;总氮、总磷和氨氮质量浓度较大，表明水体富营养化程度较高。丰水期鱼类、底栖动物和着生藻类物种数均高于枯水期，应用鱼类、底栖动物和着生藻类生物完整性指数法进行水生态系统健康评价结果表明：丰水期渭河流域水生态系统健康状况一般、较好和健康的采样点数高于枯水期，丰水期渭河流域水生态系统健康状况优于枯水期。在进行渭河流域生态治理时，一方面应多建立一些湿地、水源涵养区，保证枯水期有充足的水源;另一方面应加强渭河流域水环境治理。渭河流域水体富营养化程度相对较高，在枯水期水量不足的情况下，水体营养盐等离子浓度较高，不利于生物多样性的形成，容易造成生态系统结构单一，生态系统脆弱，因此加强渭河流域水源涵养和水环境治理是渭河流域生态系统健康发展规划的重要内容。参考文献：1 徐宗学，顾晓昀，刘麟菲.渭河流域河流健康调查与评价J.水资源保护，2018，34（1）：1-7.2 唐克旺.河湖健康问题与建设水生态文明J.中国水利，2016（4）：1-3.3 孙然好，魏琳沅，张海萍，等.河流生态系统健康研究现状与展望：基于文献计量研究J.生态学报，2020，40（10）：3526-3536.4 庞治国，王世岩，胡明罡.河流生态系统健康评价及展望J.中国水利水电科学研究院学报，2006，4（2）：151-155.5 罗火钱，李轶博，刘华斌.河流健康评价体系研究综述J.水利科技，2019（1）：14-20.6 冯文娟，李海英，徐力刚，等.河流健康评价：内涵、指标、方法与尺度问题探讨J.灌溉排水学报，2015，34（3）：34-39.7 唐克旺.水生态文明的内涵及评价体系探讨J.水资源保护，2013，29（4）：1-4.8 戴纪翠，倪晋仁.底栖动物在水生生态系统健康评价中的作用分析J.生态环境，2008，17（5）：2107-2111.9 WATHEN J B， LAZORCHAK J M， OLSEN A R， et al. 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