基于水生態(tài)采樣結(jié)果分析的水質(zhì)驅(qū)動(dòng)力因子研究

趙振懿

(遼寧省營(yíng)口水文局，遼寧 營(yíng)口 115003)

1 概述

根據(jù)遼寧省河流的分布特征，對(duì)遼寧省進(jìn)行水生態(tài)點(diǎn)位布設(shè)，結(jié)合遼寧省河流分布情況，對(duì)遼寧省主要河流湖泊進(jìn)行了抽樣調(diào)整采樣布局，共布設(shè)103個(gè)站點(diǎn)。遼寧省西部地區(qū)主要集中在老哈河和輝發(fā)河地區(qū)，北部地區(qū)的布局主要集中在遼河柳河口的北側(cè)，中西部地區(qū)布局主要集中在遼河柳河口及大小凌河流域。中心區(qū)布局主要集中在遼河流域的渾太水系和大遼河，東部布局主要集中在鴨綠江流域和輝發(fā)河，南部的布局主要集中在渤海岸的牤牛河、碧流河及英那河。遼寧省中部的太子河和渾河為渾太水系，該地區(qū)的土地肥沃而水量豐富。太子河水系主要包括太子河、二道河、下大河、海城河等河流，渾河水系主要包含社河、牤牛河等，在遼寧省水資源評(píng)價(jià)中占有主要的位置，對(duì)兩水系進(jìn)行點(diǎn)位布設(shè)時(shí)間，布局的采樣點(diǎn)基于原始整體區(qū)域點(diǎn)的隨機(jī)分布并加密。

用于浮游植物收集的工具是集水器，使用集水器在河中央取2L水樣，在同一容器中搖勻，取10～15ml魯哥氏液固定。根據(jù)常規(guī)方法，藻類的定量樣品沉淀超過(guò)48h，除去上清液，收集藻細(xì)胞，將容積調(diào)至50mL，在光學(xué)顯微鏡下將浮游植物計(jì)數(shù)框放大4010倍進(jìn)行觀察和計(jì)數(shù)。為了減少工作量，根據(jù)特定的藻類密度確定視野數(shù)量，并選擇梅花的類型，然后將其轉(zhuǎn)換為每升水樣的藻類細(xì)胞數(shù)量。

通過(guò)濃縮浮游植物的濃縮水樣，將浮游動(dòng)物的定量進(jìn)一步濃縮至20ml，測(cè)量時(shí)搖勻，用定量移液管準(zhǔn)確地將0.10ml吸入浮游植物計(jì)數(shù)框架中，并在Olympus CX21FS1顯微鏡下計(jì)數(shù)全片。對(duì)于大型浮游動(dòng)物采集，根據(jù)河段的流速使用不同的方法，對(duì)于慢流部分，用采水器收集50L水，并用25#浮游網(wǎng)(300目)過(guò)濾；對(duì)于流速快的部分，把25#浮游生物網(wǎng)(300目)逆流懸掛，定量記時(shí)，濃縮的樣品用5%甲醛固定劑固定，測(cè)量時(shí)，取10ml，在10×10倍顯微鏡下計(jì)數(shù)并計(jì)算生物量。

2 水生態(tài)采集方法

2.1 底棲動(dòng)物的采集

在所選點(diǎn)的100m范圍內(nèi)，使用Peter St.Mud隨機(jī)收集2個(gè)平行樣品，將收集到的網(wǎng)中的材料通過(guò)60目篩網(wǎng)轉(zhuǎn)移到300ml塑料瓶中，并儲(chǔ)存在90%乙醇中進(jìn)行鑒定。在實(shí)驗(yàn)室中，通過(guò)人工采摘將底棲樣品轉(zhuǎn)移到200ml寬口塑料瓶中，并加入95%乙醇溶液用于儲(chǔ)存，在顯微鏡或解剖顯微鏡下分類和計(jì)數(shù)，鑒定到屬或種。

2.2 魚類的采集

在每個(gè)采樣點(diǎn)上游和下游400m的河流長(zhǎng)度范圍內(nèi)，將其設(shè)置為魚類采樣區(qū)域，采樣區(qū)域通常位于其他生物采樣的上游區(qū)域，以防止魚類生物采樣的代表性受到其他生物取樣人員的干擾。采樣器由兩個(gè)人負(fù)責(zé)，其中一人負(fù)責(zé)電魚，另一人負(fù)責(zé)網(wǎng)和水桶，負(fù)責(zé)拾取電暈魚并使用抄網(wǎng)將其放入水桶中，采樣區(qū)域的采樣時(shí)間設(shè)置為30min。收集標(biāo)本后，可以在現(xiàn)場(chǎng)鑒定和計(jì)數(shù)，用秤進(jìn)行稱重，分別記錄不同物種的數(shù)量和重量，選擇一些魚類個(gè)體來(lái)保存標(biāo)本，其余的個(gè)體可以返回河中。

對(duì)于不易識(shí)別和未知物種的物種，用1%～2%體積的甲醛與上面留下的個(gè)體相結(jié)合，使用較低濃度的甲醛溶液，魚類在死亡過(guò)程中身體變形，等全部死亡后，將個(gè)體放在紗布上，用紗布包好，放入塑料袋中，加入10%甲醛溶液儲(chǔ)存，用樣品袋中的標(biāo)簽標(biāo)記每個(gè)樣品袋，然后用鉛筆在防水紙上標(biāo)記樣品，將樣品袋放入儲(chǔ)存盒。確定所有魚類樣本，對(duì)于水深超過(guò)2m的河段，除采用電魚法采樣外，還采用網(wǎng)捕法收集魚類標(biāo)本，在水深超過(guò)2m的區(qū)域，懸掛(粘貼)網(wǎng)通過(guò)劃艇懸掛在河流的不同區(qū)域，并在30min后收集網(wǎng)，并且在此期間可以進(jìn)行人為干擾和聲音干擾。允許更多的魚類個(gè)體通過(guò)懸掛區(qū)域以增加個(gè)體魚類的收集。收集網(wǎng)后，將與用電魚法收集的標(biāo)本一起處理。

3 水生態(tài)采樣結(jié)果分析

根據(jù)遼寧省103個(gè)點(diǎn)的水生態(tài)抽樣結(jié)果，對(duì)水質(zhì)生態(tài)采樣的主要要素，如浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物及魚類等物種分布、密度和多樣性狀況進(jìn)行綜合分析，并基于此來(lái)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)力因子。

3.1 水質(zhì)主要驅(qū)動(dòng)因子

圖1顯示了2018年5月水環(huán)境化學(xué)因子的主成分分析結(jié)果，并篩選了監(jiān)測(cè)的水化指標(biāo)(r>0.6)。2018年5月，選擇的主要化學(xué)因子是COD、總磷、氨氮、總氮和硝酸鹽。從PCA分析結(jié)果來(lái)看，監(jiān)測(cè)的化學(xué)指標(biāo)是各向同性的，偏差越大，污染程度越大，例如太子河下游海城河附近的點(diǎn)大多集中在化學(xué)因子的遠(yuǎn)端。

圖1 化學(xué)因子PCA分析

圖2顯示了2018年5月流域水環(huán)境物理因素的主成分分析結(jié)果，并篩選了監(jiān)測(cè)的物理指標(biāo)(r>0.6)，篩選的主要物理因素是電導(dǎo)率和總?cè)芙夤腆w，從PCA分析結(jié)果來(lái)看，太子河下游和東遼河流域監(jiān)測(cè)物理指標(biāo)的主要驅(qū)動(dòng)因子相對(duì)明顯。這兩個(gè)區(qū)域的相應(yīng)電導(dǎo)率和總?cè)芙夤腆w較高。

圖2 物理因子PCA分析

圖3顯示了2018年5月盆地水環(huán)境水文因子的主成分分析結(jié)果，并對(duì)監(jiān)測(cè)的水文指標(biāo)進(jìn)行了篩選(r>0.6)。篩選的主要水文因素是河流寬度和水深，從PCA分析結(jié)果來(lái)看，監(jiān)測(cè)水文指標(biāo)的主要驅(qū)動(dòng)因子對(duì)于渾太河水系來(lái)說(shuō)是比較明顯的，這兩個(gè)區(qū)域大多是大型地表水體。

圖3 水文因子PCA分析

3.2 浮游植物

3.2.1物種分布

在河流中共鑒定出103種浮游植物，屬于7個(gè)門，在已確定的物種中，硅藻種類最多，硅藻的主要種類屬于羽紋綱物種，共調(diào)查確定了58種藻，硅藻占物種總數(shù)的56%；綠藻門共鑒定出23種，占總種數(shù)的22%；第三位是藍(lán)藻，共鑒定出9種，占總種數(shù)的9%。

3.2.2密度分布

從河流浮游植物密度分布來(lái)看，硅藻的總密度最大，占浮游植物總密度的60%，優(yōu)勢(shì)物種為線狀藻類顆粒、小片菱形藻、雙頭菱形藻；第二個(gè)是藍(lán)藻，占所識(shí)別浮游植物總密度的18%，優(yōu)勢(shì)物種主要為小席藻、美麗顫藻，這些浮游植物物種為典型的耐污物種；綠藻門總密度位居第三位，占所鑒定浮游植物總密度的17%，優(yōu)勢(shì)物種有四尾柵藻、二形柵藻、集星藻。

3.2.3多樣性狀態(tài)

從河流浮游植物多樣性的角度來(lái)看，浮游植物的總體多樣性狀況一般，浮游植物多樣性指數(shù)水質(zhì)較好，大于2.06，這些點(diǎn)大部分集中在每個(gè)地區(qū)的上游支流，這次采集的浮游植物具有最高的L37多樣性點(diǎn)，位于輝發(fā)河上游，其香濃-維納多樣性指數(shù)值為3.74，該地區(qū)的浮游植物種類是二形柵藻、十字藻、嚙蝕隱藻。

3.3 浮游動(dòng)物

3.3.1物種分布

在河流中共鑒定76種浮游動(dòng)物，屬于4類，在已確定的物種中，輪蟲種類最多，輪蟲的主要種類集中在臂尾輪蟲屬，在這項(xiàng)調(diào)查中，確定了41種輪蟲，占浮游動(dòng)物總數(shù)的54%;其次是原生動(dòng)物，共鑒定出23種，占總種數(shù)的30%;位于第三位的是枝角類，共鑒定出9種，占總種數(shù)的12%。

從河流中浮游動(dòng)物的分布來(lái)看，浮游動(dòng)物的數(shù)量主要集中在中部地區(qū)和遼河主流地區(qū)。其中，最常見的浮游動(dòng)物種類是L85，位于遼河上游，共鑒定出16種浮游動(dòng)物，浮游動(dòng)物的主要種類是球狀砂殼蟲、萼花臂尾輪蟲、英勇劍水溞等。

3.3.2密度分布

從河流中浮游動(dòng)物密度分布來(lái)看，輪蟲的總密度最大，占已識(shí)別浮游動(dòng)物總密度的97%，優(yōu)勢(shì)種是玫瑰輪蟲、螺旋龜輪蟲和舞蹈無(wú)尾輪，第二是橈足類，是確定的浮游動(dòng)物總密度的2%，優(yōu)勢(shì)種主要是英勇劍水溞、中華哲水溞；原生動(dòng)物的總密度位居第三位，占動(dòng)物總密度的1%，優(yōu)勢(shì)種是條紋變形蟲和小口鐘蟲。

3.3.3多樣性狀態(tài)

從河流浮游動(dòng)物多樣性的角度來(lái)看，浮游動(dòng)物種類的總體多樣性較好，具有較好水分健康的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)大于1.63，這些點(diǎn)分布在各個(gè)地區(qū)，此時(shí)收集的浮游動(dòng)物多樣性最高的是L85，位于遼河上游，其香濃-維納多樣性指數(shù)值為3.40，該區(qū)域浮游動(dòng)物物種為球狀砂殼蟲、萼花臂尾輪蟲、英勇劍水溞等。

3.4 底棲動(dòng)物

3.4.1物種分布

在河流中共鑒定出67種底棲動(dòng)物，屬于15類，在已鑒定的物種中，雙翅目種類最多，雙翅目的主要種類是搖蚊幼蟲，在這項(xiàng)調(diào)查中，確定了19種搖蚊，雙翅目占總種數(shù)的34%;其次是軟體動(dòng)物在足部眼中共鑒定出10種，占總種數(shù)的15%;第三是十足類和順序，每個(gè)確定6種，占總種數(shù)的9%。

從河流中的底棲物種分布來(lái)看，河流中底棲物種的數(shù)量主要集中在遼寧省東北部，太子河和遼河的上游支流，其中最具優(yōu)勢(shì)的底棲物種是L99，主要的底棲動(dòng)物物種有東方蜉、黑翅四節(jié)蜉、云集多足搖蚊和克拉鉗形無(wú)齒蚌等。

3.4.2密度分布

從河流中底棲密度的比例分布來(lái)看，雙翅目的總密度最大，占已識(shí)別底棲動(dòng)物總密度的59%，主要的物種是雙線環(huán)足搖蚊、云集多足搖蚊；第二位是顫蚓目，占所識(shí)別的底棲動(dòng)物總密度的17%，優(yōu)勢(shì)物種有霍夫水絲蚓、克拉泊水絲蚓和蘇氏尾鰓蚓；蜉蝣目總密度位居第三位，占已識(shí)別底棲動(dòng)物總密度的12%，優(yōu)勢(shì)種是東方蜉、黑翅四節(jié)蜉。

從河流的底棲密度分布來(lái)看，河流中底棲動(dòng)物的密度較高集中在遼寧北部和太子河下游，呈現(xiàn)兩種帶狀分布，底棲動(dòng)物密度最高的是L95，位于北部蔻河的源頭，總密度為59040個(gè)/m2，主要物種有鋸形蜉和云集多足搖蚊。集中在太子河下游區(qū)域的高密度點(diǎn)位，主要優(yōu)勢(shì)物種為霍夫水絲蚓和克拉泊水絲蚓。

3.4.3多樣性狀態(tài)

從河流底棲動(dòng)物的多樣性來(lái)看，底棲動(dòng)物的多樣性總體上是好的，具有較好水分健康的底棲動(dòng)物的多樣性指數(shù)大于1.94，這些點(diǎn)大部分集中在每個(gè)地區(qū)的上游支流，這次收集的底棲動(dòng)物最多樣化點(diǎn)是L73，它是太子河的上游支流，其香濃-維納多樣性指數(shù)值為3.11，該區(qū)域底棲動(dòng)物物種主要為蜉蝣目和雙翅目，多為清潔物種。

3.5 魚類

3.5.1物種分布

調(diào)查區(qū)共確定了92種魚類，屬于11種。在已鑒定的物種中，鯉形目種類最多，鯉形目中的鯉科和鮈亞科為主要經(jīng)濟(jì)魚類物種，在這項(xiàng)調(diào)查中，確定了64種，占總種數(shù)的70%;其次是鱸形目，共鑒定出13種，占總種數(shù)的14%;第三是鲇形目，確定了3種，占總種數(shù)的4%?？梢钥闯觯麄€(gè)遼寧省魚類種類豐富，魚類資源得到很好的保護(hù)。

從各河流魚類的分布來(lái)看，所有河流魚類的種類主要集中在該遼寧省東西兩側(cè)的上游支流、太子河和遼河，最常見的魚類物種是L56，它位于草河源頭附近，共鑒定了21種魚類，主要魚類有寬鰭鱲、沙塘鱧。

3.5.2密度分布

從河流中魚類密度的分布來(lái)看，鯉形目的總密度最大，占所識(shí)別的底棲動(dòng)物總密度的92%，優(yōu)勢(shì)種是鯽魚、落氏鱥、寬鰭鱲等；第二是鱸形目，它占所識(shí)別魚類總密度的5%，有黃黝、沙塘鱧；鳉形目總密度位居第三，占所鑒定魚類總密度的1%，優(yōu)勢(shì)物種為青鳉。

從河流中魚類密度的分布來(lái)看，河流魚類的密度較高集中在北部地區(qū)和太子河上游，魚類密度最高的是L96，位于北部地區(qū)的渭河附近，密度為840尾。主要物種為清徐胡鮈和寬鰭鱲。

3.5.3多樣性狀態(tài)

從河流魚類多樣性的角度來(lái)看，魚類物種總體多樣性良好，水體健康狀況良好的魚類多樣性指數(shù)大于2.91，這些點(diǎn)大部分集中在遼寧兩岸和各地區(qū)的上游支流上，此時(shí)收集的魚類種類最多的是L29，它是大凌河支流牤牛河的上游，其香濃-維納多樣性指數(shù)值為3.55，該區(qū)域魚類物種主要為寬鰭鱲和棒花鮈，均為清潔物種。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析浮游植物物種與物理指標(biāo)之間的響應(yīng)關(guān)系差異顯著的因子為電導(dǎo)率、總?cè)芙忸w粒固體、水溫、pH。其中與電導(dǎo)率、總?cè)芙夤腆w、水溫相關(guān)性較高的浮游植物物種為齒牙柵藻、尖細(xì)柵藻、羽紋藻，與pH相關(guān)性較高的浮游植物物種為雙頭針桿藻、縊縮異極藻。

從底棲動(dòng)物多樣性來(lái)看，遼寧省區(qū)域底棲動(dòng)物多樣性總體狀況良好，其中水體健康程度較好的點(diǎn)位的底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)大于1.94，這些點(diǎn)位大多集中在各區(qū)域上游支流。遼寧省區(qū)域魚類多樣性總體狀況良好，其中水體健康程度較好的點(diǎn)位的魚類多樣性指數(shù)大于2.91，這些點(diǎn)位大多集中在遼寧兩側(cè)，各區(qū)域上游支流。