古黃河宿遷段水生態(tài)現(xiàn)狀及生態(tài)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(xué)研究院， 江蘇 南京 210017； 2.宿遷市水務(wù)局， 江蘇 宿遷 223800)

水生態(tài)監(jiān)測主要研究水生生物對水環(huán)境和水體污染過程的反應(yīng)，以及人為干擾與生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)系，分析引起湖泊、河流生態(tài)環(huán)境變化的干擾因素與作用、水環(huán)境、水質(zhì)發(fā)展趨勢，為受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建、人與自然關(guān)系的協(xié)調(diào)、生態(tài)系統(tǒng)保護以及可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。水生態(tài)監(jiān)測與水體理化因子的監(jiān)測相比，具有明顯的優(yōu)越性。水體理化因子的監(jiān)測側(cè)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(shù)和數(shù)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(chǎn)生水環(huán)境的不良影響、對水生生物產(chǎn)生的危害作用及其后生物效應(yīng)、直至對人類的影響往往無法測出的。應(yīng)用生物監(jiān)測方法，可以直接檢測和評價出生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生的變化和影響，能全面指示出水生態(tài)系統(tǒng)的健康與否[1]。

古黃河宿遷段為古黃河在宿遷境內(nèi)的河段。近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展、城市化水平的提高和湖濱帶的開發(fā)，水環(huán)境呈現(xiàn)惡化趨勢，這不僅影響本區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展，而且關(guān)系到相關(guān)水系的水質(zhì)[2]。

1 研究區(qū)域

1.1 研究區(qū)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(quán)縣、商丘市北，安徽省碭山縣北，江蘇省徐州市北，經(jīng)宿遷市南，淮安市北，再折向東北方向，過漣水縣南，濱?？h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(shè)置

根據(jù)古黃河宿遷段的形狀、出入河支流和行政區(qū)分布情況，共設(shè)置6個采樣點，見圖1。

圖1 古黃河宿遷段生態(tài)監(jiān)測點位

各采樣具體位置及坐標(biāo)見表1。

表1 采樣點位置和坐標(biāo)

2 研究方法

2.1 監(jiān)測指標(biāo)

古黃河水生態(tài)監(jiān)測的指標(biāo)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(jiān)測方法與時間

各指標(biāo)的監(jiān)測方法主要參考《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(SL219—2013)等資料。其中水生高等植物為現(xiàn)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(xiàn)場采集以及實驗室定性和定量監(jiān)測[4]。監(jiān)測時間按照冬、春、夏、秋季節(jié)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(tài)評價均采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)。優(yōu)勢種的選取通過計算優(yōu)勢度值，大于0.02為優(yōu)勢種[6]。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)H：

優(yōu)勢度Y：

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

3 結(jié)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(zhì)護岸，兩岸有農(nóng)業(yè)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(yōu)勢種為菹草和蘆葦。ghh-2河岸主要為軟質(zhì)護岸，水位較高，兩岸有農(nóng)業(yè)種植，河中可見圍網(wǎng)。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(tài)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(tài)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(zhì)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(zhì)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(jiān)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(yōu)勢種，而河中主要以沉水植物為主，其中菹草為主要優(yōu)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(jié)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(yōu)勢度計算得到春季優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)勢種包括錐囊藻屬的種類。

圖2 各季節(jié)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(jié)變化

古黃河宿遷段浮游植物豐度季節(jié)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，符合常規(guī)的河湖浮游植物季節(jié)演替的規(guī)律?？臻g上，古黃河宿遷的浮游植物豐度由于受到不同環(huán)境因素的影響，上游至下游并未出現(xiàn)顯著的規(guī)律。只有靠近徐洪河的ghh-1在除了夏季之外，其他季節(jié)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(guān)。

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(shù)量為1 946 個/L，其中，密度上原生動物占明顯優(yōu)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(xiàn)在河道北部(ghh-1：2 439 個/L)，最低出現(xiàn)在河道南部(ghh-6：1 215 個/L)，整體呈現(xiàn)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(jié)變化來看，其最高峰出現(xiàn)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(jié)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(fā)現(xiàn)5種，分別占比總物種數(shù)的41.7%；寡毛綱與甲殼綱物種數(shù)較少，均只發(fā)現(xiàn)一種，分別占比8.3%?？傮w而言，古黃河底棲動物種類豐富度不高，均為常見種類。根據(jù)優(yōu)勢度計算結(jié)果表明古黃河2019年的底棲動物優(yōu)勢種主要為梨形環(huán)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(xiàn)在古黃河的ghh-3采樣點，密度最低值出現(xiàn)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(jié)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(jié)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(jié)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(yōu)勢度計算得到春季著生藻類優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(yōu)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(jié)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(jié)變化

3.6 古黃河生態(tài)評估

2019年古黃河宿遷段浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)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(shù)年平均值為1.94，評價同樣處于中污染狀態(tài)，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(xiàn)在古黃河中部水域(ghh-3，1.73)。古黃河底棲動物Shannon-Wiener指數(shù)各樣點得分處于0.5～2.0范圍內(nèi)，整體處于中-重污染狀態(tài)。底棲動物Shannon-Wiener指數(shù)最低值出現(xiàn)在ghh-5采樣點，該樣點位于李口閘附近，處于重度污染狀態(tài)，這可能與該區(qū)域護坡均為硬質(zhì)護坡，不利于底棲動物生長有關(guān)；指數(shù)最高值出現(xiàn)在ghh-2采樣點，該點位于宿遷市宿城區(qū)S325(黃河南路)附近。古黃河著生藻類多樣性指數(shù)平均值為1.90(1.87～1.95)，不同點位之間多樣性指數(shù)均值差異不大，評價為中污染水平。。

通過Shannon-Wiener多樣性指數(shù)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(jié)論與建議

4.1 結(jié)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(yōu)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(jié)變化顯示夏季為當(dāng)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(xiàn)在河道北部，最低出現(xiàn)在河道南部。密度較高的點位是ghh-5，最低出現(xiàn)在ghh-3。從密度方面看，其最高峰出現(xiàn)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(huán)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(jié)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(xiàn)古黃河北部，最低值出現(xiàn)古黃河中部。春季豐度最高值均出現(xiàn)在古黃河的東南部、最低值均出現(xiàn)在古黃河的中部。著生生物豐度的季節(jié)變化顯示春季為豐度最高的季節(jié)，年平均豐度5.19×104cells/L[7]。

基于多個水生生物類群的監(jiān)測結(jié)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(tài)系統(tǒng)，使其資源開發(fā)走上可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)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(yǎng)化是導(dǎo)致古黃河水生態(tài)系統(tǒng)衰退的重要原因之一、過多的外源營養(yǎng)物進入水體，在適宜的條件下會增大水華爆發(fā)的風(fēng)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(nèi)保潔，營造干凈整潔的河道環(huán)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(huán)境造成不利影響[10]。