云南昭通橫江流域水體生物狀況與河湖健康評(píng)價(jià)

楊曉燕，吳 程，唐佐芯，凌 禎，王 熾，徐 杉，侯秀麗，何永健，孟 涵，姜冉冉，呂嘉誠(chéng)，夏體淵*

(1.昆明學(xué)院 農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院， 云南 昆明 650214；2.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 云南 昆明 650031；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205)

河流是地球表面水資源的主要載體，是生態(tài)系統(tǒng)維持健康的重要生態(tài)因子[1].我國(guó)地大物博，幅員遼闊，河流水系也縱橫交錯(cuò)，水資源較為豐富，但隨著我國(guó)人口的迅速增長(zhǎng)和工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，河流持續(xù)承受各種人為因素或非人為因素的影響，導(dǎo)致當(dāng)下的河流健康管理面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)[2,3].河流健康評(píng)價(jià)是日常河流管理必不可少的部分，也是推進(jìn)河長(zhǎng)制有效推進(jìn)的主要途徑[4,5].其評(píng)價(jià)方法是河流健康評(píng)價(jià)過(guò)程中重要部分[6].其中，指示生物評(píng)估法是以生物為對(duì)象，通過(guò)對(duì)其數(shù)量、生物量、生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)的變化來(lái)評(píng)估目標(biāo)河流的健康狀態(tài)的一種評(píng)估法[7]，而大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)常被作為指示生物[8].已有許多研究者[9-14]采用該類(lèi)方法對(duì)目標(biāo)河流進(jìn)行健康評(píng)價(jià).

云南省昭通市轄區(qū)內(nèi)河流眾多，是云南省河長(zhǎng)制管理中的重要對(duì)象，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，被納入河長(zhǎng)制管理的河流就有402條，各類(lèi)水庫(kù)達(dá)227座以上[15].其中，橫江是被納入河長(zhǎng)制管制的目標(biāo)水域之一.橫江流域地處高原季風(fēng)氣候，易受季風(fēng)和高海拔的影響，干濕季節(jié)分明.流域多年平均降水量在1 000～1 300 mm之間，水資源總量豐富[16].然而，橫江沿岸河道的管理責(zé)任落實(shí)不夠到位[17]，兩岸已發(fā)現(xiàn)因采砂而亂堆雜物的現(xiàn)象，多地還發(fā)現(xiàn)有建筑垃圾、生活垃圾傾倒入河的現(xiàn)象.此外，農(nóng)藥、化肥的大量施用，也造成了橫江農(nóng)業(yè)面源污染[17].橫江，作為昭通市重要河流，其流域健康評(píng)估工作是開(kāi)展橫江管理與保護(hù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)和首要任務(wù)，也將為云南省河長(zhǎng)制的推進(jìn)奠定良好的基礎(chǔ).

本研究以云南省昭通市橫江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)資料搜集和復(fù)核、河流健康方案的構(gòu)建、調(diào)查取樣與監(jiān)測(cè)分析，依據(jù)“指標(biāo)體系”規(guī)定的權(quán)重對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[18]，實(shí)現(xiàn)對(duì)橫江健康生物狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上分析存在的問(wèn)題，從而有針對(duì)性地提出相應(yīng)的保護(hù)對(duì)策.研究結(jié)果有利于盡快建立昭通市橫江生物狀況的健康檔案，也是對(duì)云南省昭通市河長(zhǎng)制推進(jìn)以來(lái)保護(hù)管理成效的檢驗(yàn)，還能為著力提升河流管理保護(hù)的能力、開(kāi)展河湖精確治理提供技術(shù)支撐，并為其他地區(qū)提供參考，為實(shí)現(xiàn)河流功能永續(xù)利用提供保障.

1 研究區(qū)域與調(diào)查方法

1.1 研究區(qū)域概況

橫江為金沙江右岸一級(jí)支流，位于103.18°～104.56°E，26.54°～28.38°N[19].流經(jīng)貴州省威寧縣，云南省彝良縣、大關(guān)縣、鹽津縣、水富縣，并在水富縣云富鎮(zhèn)流入金沙江.其全長(zhǎng) 306 km，徑流面積14 980 km2，在云南省境內(nèi)河長(zhǎng)241.4 km，云南境內(nèi)積水面積11 532 km2，占昭通市土地總面積的50.14%，天然落差2 080 m，年徑流總量約8.82×109m3，多年平均流量約 280 m3/s[20].在云南境內(nèi)，流域上段稱(chēng)洛澤河，中段稱(chēng)關(guān)河，下段稱(chēng)橫江，主要支流有昭魯大河、大關(guān)河、白水江等.其中，昭通市境內(nèi)的橫江段主要分為鹽津段、水富段，其基本信息如表1所示.

表1 昭通市境內(nèi)的橫江段基本信息

1.2 調(diào)查內(nèi)容與方法

1.2.1 調(diào)查內(nèi)容

采用“文獻(xiàn)資料法”[21]對(duì)云南昭通橫江所在區(qū)域的氣象、水文、地質(zhì)、土壤、植被等基礎(chǔ)資料進(jìn)行收集和復(fù)核.依據(jù)國(guó)家監(jiān)控點(diǎn)和云南省監(jiān)控點(diǎn)對(duì)橫江鹽津段和水富段設(shè)置了7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，按照橫江周邊土壤的利用狀況的差異性和特點(diǎn)，將其分為河流段和水庫(kù)段2種分段類(lèi)型進(jìn)行生物狀況的健康調(diào)查，具體的評(píng)價(jià)河段和監(jiān)測(cè)斷面如表2所示.

表2 橫江流域健康評(píng)價(jià)的河段和監(jiān)測(cè)斷面

1.2.2 調(diào)查與評(píng)價(jià)方法

參考《云南省河湖庫(kù)渠健康評(píng)價(jià)指南(試行)》[18]中的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，河流生物狀況指標(biāo)評(píng)價(jià)按照：河流段采用“底棲動(dòng)物Hilsenboff生物指數(shù)”(HBI)和“魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)” (FOEI)進(jìn)行調(diào)查；水庫(kù)段采用“浮游植物密度”和“外來(lái)水生動(dòng)植物”進(jìn)行調(diào)查[22-25].其中，魚(yú)類(lèi)調(diào)查取樣監(jiān)測(cè)可按《淡水漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范河流》 (SC/T 9429—2019)等魚(yú)類(lèi)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確定[26]；底棲動(dòng)物依據(jù)《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則淡水底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物》 (HJ 710.8—2014)進(jìn)行采集與鑒定[27]；外來(lái)水生動(dòng)植物可通過(guò)收集到的水文資料、相關(guān)文獻(xiàn)資料以及走訪當(dāng)?shù)鼐用瘾@得的信息獲得.“浮游植物密度”通過(guò)取水樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)獲得，取水樣方法為：將有機(jī)玻璃采水器采集的水樣倒入裝有魯格試劑(水樣體積15%)采樣瓶中固定保存浮游植物，帶回實(shí)驗(yàn)室后進(jìn)行浮游植物密度的鑒定.

生物狀況指標(biāo)的賦分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示.各生物狀況指標(biāo)獲取方法如下：1)底棲動(dòng)物Hilsenboff生物指數(shù)(HBI)采用下式計(jì)算：

(1)

式中：HBI為底棲動(dòng)物Hilsenboff生物指數(shù)的值；ni為第i個(gè)底棲動(dòng)物分類(lèi)單元的個(gè)體數(shù)(個(gè))；N為監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)所有底棲動(dòng)物的個(gè)體總數(shù)(個(gè))；ti為第i動(dòng)物分類(lèi)單元的耐污值[28，29].

表3 河流生物狀況指標(biāo)的賦分標(biāo)準(zhǔn)

2)魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)(FOEI)是用來(lái)對(duì)現(xiàn)有的魚(yú)類(lèi)總數(shù)和歷史魚(yú)類(lèi)總數(shù)(不包括外來(lái)物種的種類(lèi))的差異進(jìn)行分析[17]，按照如下的公式計(jì)算：

(2)

式中，F(xiàn)O為評(píng)價(jià)河流目前的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)數(shù)，F(xiàn)E是指20世紀(jì)80年代以前評(píng)價(jià)河流的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)數(shù).若無(wú)法獲取靠近20世紀(jì)80年代的數(shù)據(jù)，則采用歷史早期數(shù)據(jù).對(duì)于無(wú)法獲取歷史魚(yú)類(lèi)種類(lèi)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)區(qū)域，可采用專(zhuān)家咨詢(xún)確定.

3)浮游植物密度指標(biāo)評(píng)價(jià)的方法主要有參考點(diǎn)倍數(shù)法和直接評(píng)判賦值法.本研究無(wú)參考點(diǎn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)際情況選用直接評(píng)判賦分法[10].此外，針對(duì)楊柳塘電站和張窩水電站2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主要藻類(lèi)細(xì)胞所屬門(mén)進(jìn)行單樣本T檢驗(yàn)，對(duì)兩地的都存在的門(mén)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，檢驗(yàn)兩者之間差異是否顯著.

4)外來(lái)水生動(dòng)植物狀況通過(guò)收集或調(diào)查歷史及現(xiàn)狀水生動(dòng)植物來(lái)評(píng)價(jià).可通過(guò)查閱楊柳灘電站水庫(kù)段和張窩電站水庫(kù)段的相關(guān)文獻(xiàn)資料，或者通過(guò)走訪當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)人員調(diào)查.

評(píng)價(jià)結(jié)果采用百分制，根據(jù)“賦分標(biāo)準(zhǔn)”分別計(jì)算出得分，并將評(píng)價(jià)河流段和水庫(kù)段的2個(gè)指標(biāo)各自給予0.5的權(quán)重，即可得到河流段與水庫(kù)段的生物狀況的得分，最后根據(jù)河流段和水庫(kù)段占總評(píng)價(jià)流域的長(zhǎng)度分別給予0.797和0.203 的權(quán)重即為橫江流域的生物狀況的最終得分[17].河流健康狀況根據(jù)河流健康最終得分劃分為5個(gè)等級(jí)：第Ⅰ等級(jí)為非常健康(90≤得分≤100);第Ⅱ等級(jí)為健康75≤得分<90);第Ⅲ等級(jí)為亞健康(60≤得分<75);第Ⅳ等級(jí)為不健康(40≤得分<60);第Ⅴ等級(jí)為劣態(tài)(得分<40).

2 結(jié)果與分析

2.1 生物狀況調(diào)查結(jié)果

2.1.1 底棲動(dòng)物調(diào)查結(jié)果

通過(guò)調(diào)查，共采集鑒定出33種底棲動(dòng)物，它們主要來(lái)自渦蟲(chóng)綱、線蟲(chóng)綱、蜉蝣綱、毛翅目、鱗翅目、廣翅目、雙翅目、端足目、十足目、中腹足目、基眼目、異柱目這12個(gè)綱(目)，如表4所示.

表4 底棲動(dòng)物統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1.2 魚(yú)類(lèi)調(diào)查結(jié)果

通過(guò)對(duì)云南省昭通市橫江水域的魚(yú)類(lèi)進(jìn)行調(diào)查，采集和鑒定出共計(jì)54種魚(yú)類(lèi)，具體種類(lèi)如表5所示.

表5 魚(yú)類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.1.3 浮游植物密度及外來(lái)水生動(dòng)植物調(diào)查結(jié)果

在橫江水域的河道監(jiān)測(cè)斷面采集水樣后，經(jīng)鑒定橫江楊柳灘電站水庫(kù)段和張窩電站水庫(kù)段的浮游藻類(lèi)密度分別為8.68×106個(gè)/L和4.9×105個(gè)/L.其中，楊柳灘電站水庫(kù)段浮游植物包括，藍(lán)藻門(mén)、硅藻門(mén)、綠藻門(mén)、隱藻門(mén)、金藻門(mén)，其細(xì)胞密度占比分別為91.1%、8.5%、0.2%、0.1%、0.1%，其他門(mén)為0%；張窩電站水庫(kù)段的硅藻門(mén)和綠藻門(mén)浮游植物的細(xì)胞數(shù)量占比分別為87.7%和16.3%，其他門(mén)為0%.分析對(duì)比了2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中硅藻門(mén)和綠藻門(mén)細(xì)胞數(shù)目占比的差異顯著程度顯示，楊柳灘電站和張窩電站兩地水庫(kù)段的硅藻門(mén)(P=0.436)和綠藻門(mén)(P=0.492)的細(xì)胞數(shù)量占比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)無(wú)害和有害的外來(lái)的水生動(dòng)植物.見(jiàn)表6.

表6 藻類(lèi)的總密度、主要門(mén)的藻類(lèi)細(xì)胞數(shù)目占比、浮游植物密度賦分

2.2 生物狀況評(píng)價(jià)

2.2.1 河流段生物狀況評(píng)價(jià)

在橫江流域河流段采集點(diǎn)采集鑒定發(fā)現(xiàn)的底棲生物共有33種(表4)，根據(jù)公式計(jì)算得出Hilsenhoff生物指數(shù)(HBI)為2.81.參考生物指標(biāo)評(píng)估賦值標(biāo)準(zhǔn)(表3)可知，橫江底棲動(dòng)物Hislsenhoff生物指標(biāo)評(píng)估賦分為100，處于較高水平，可見(jiàn)橫江流域河流段底棲動(dòng)物的種類(lèi)和數(shù)量未受到近年的環(huán)境變化的影響，依然保持較為穩(wěn)定的狀態(tài).

調(diào)查橫江流域河流段采集點(diǎn)的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)，得到現(xiàn)有魚(yú)類(lèi)種類(lèi)為54種(表5)，調(diào)查得到橫江流域歷史參考點(diǎn)的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)為111種[18].根據(jù)公式計(jì)算得到魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)(FOEI)為48.64%，參考生物指標(biāo)評(píng)估賦值標(biāo)準(zhǔn)(表3)可知，橫江魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)評(píng)估賦分為28.91.種類(lèi)數(shù)量與歷史數(shù)據(jù)相比減少了一半多.這種變化必然與橫江水域兩岸人口快速增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程加快等人類(lèi)活動(dòng)的日益頻繁有關(guān).因此，還應(yīng)細(xì)致分析各種人類(lèi)活動(dòng)對(duì)魚(yú)類(lèi)生存環(huán)境的影響，從而對(duì)一些人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行針對(duì)性的約束和監(jiān)管，以起到保護(hù)橫江水域的生態(tài)環(huán)境，防止魚(yú)類(lèi)資源減少的作用.綜合上述指標(biāo)計(jì)算得出橫江的河流段生物狀況得分為64.46分，該分值位于“60～75”區(qū)間，屬于第Ⅲ等級(jí)，因此橫江流域河流段的健康狀態(tài)評(píng)級(jí)為“亞健康”.

2.2.2 水庫(kù)段生物狀況評(píng)價(jià)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)得橫江楊柳灘電站水庫(kù)段(監(jiān)測(cè)點(diǎn)05)的浮游植物密度為8.68×106個(gè)/L，而橫江張窩電站水庫(kù)段(監(jiān)測(cè)點(diǎn)06)的浮游植物密度僅為4.9×105個(gè)/L.此外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)05中浮游植物主要是以“藍(lán)藻門(mén)”(91.1%)為主，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)06中則是以“硅藻門(mén)”(83.7%)為主.參照賦分標(biāo)準(zhǔn)(表3)直接評(píng)判賦分，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的賦分值分別為32.64和97.75分.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)水庫(kù)面積分別占測(cè)試水庫(kù)總面積的47.86 %和52.14%，可加權(quán)計(jì)算得到水庫(kù)段浮游植物密度指標(biāo)賦分值為66.59.另外，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均未發(fā)現(xiàn)外來(lái)水生動(dòng)植物.依據(jù)外來(lái)水生動(dòng)植物指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)，橫江外來(lái)水生動(dòng)植物指標(biāo)賦分為100.

不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的浮游植物密度差異較大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)05的浮游植物密度值約為監(jiān)測(cè)點(diǎn)06的18倍.此外，2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)浮游植物種類(lèi)也有所不同，監(jiān)測(cè)點(diǎn)05中浮游植物主要是以藍(lán)藻門(mén)、硅藻門(mén)、綠藻門(mén)、隱藻門(mén)、金藻門(mén)為代表，其中藍(lán)藻門(mén)的占比最高，達(dá)91.1%.監(jiān)測(cè)點(diǎn)06中浮游植物則是以硅藻門(mén)和綠藻門(mén)為代表藻類(lèi)，其中硅藻門(mén)占比最高，達(dá)83.7%.上述差異可能與周?chē)h(huán)境有關(guān)，因此有必要進(jìn)一步對(duì)比分析不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境差異，尋找導(dǎo)致某些區(qū)段浮游植物密度過(guò)高的原因.基于調(diào)查和現(xiàn)有的資料，目前2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均無(wú)發(fā)現(xiàn)外來(lái)水生動(dòng)植物，這在一定程度上說(shuō)明該水域尚未受到外來(lái)水生動(dòng)植物的影響，在河流治理和管理時(shí)可排除這一因素造成的影響.綜合上述指標(biāo)計(jì)算得出橫江水庫(kù)段生物狀況得分為83.30分，該分值在“75～90”區(qū)間，屬于第Ⅱ等級(jí)，因此橫江水庫(kù)段的健康狀態(tài)評(píng)級(jí)為“健康”.

2.2.3 橫江流域生物狀況總體評(píng)價(jià)

根據(jù)河流段和水庫(kù)段分值權(quán)重計(jì)算得到云南昭通橫江流域的生物狀況得分為68.28，詳見(jiàn)表7，該分值在“60～75”區(qū)間，屬于第Ⅲ等級(jí)，因此其河流健康狀態(tài)評(píng)級(jí)為“亞健康”.

表7 云南昭通橫江流域生物狀況的賦分結(jié)果

3 討論與結(jié)論

評(píng)價(jià)橫江流域河流段的“底棲動(dòng)物Hilsenboff生物指標(biāo)” “魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)”和評(píng)價(jià)水庫(kù)段的“浮游植物密度”與“外來(lái)水生動(dòng)植物”指標(biāo)的得分分別為100、28.91、66.59、100，匯總計(jì)算得出橫江流域生物狀況得分為68.28，處于亞健康水平.其中，底棲動(dòng)物Hilsenboff生物指標(biāo)和外來(lái)水生動(dòng)植物的評(píng)分均為100分，說(shuō)明該流域中底棲動(dòng)物指標(biāo)正常，且未發(fā)現(xiàn)有外來(lái)水生動(dòng)植物入侵的情況.然而，魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)和浮游植物密度的分值較低，可認(rèn)為這2個(gè)因素為影響橫江流域生物狀況健康的關(guān)鍵.

魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)偏低可能是由于近些年河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的退化所導(dǎo)致的.河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的退化會(huì)導(dǎo)致水生生物資源減少，尤其是魚(yú)類(lèi)的減少[26].魚(yú)類(lèi)是河湖生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中最早使用的指示生物[30]，在日常的監(jiān)控中應(yīng)按時(shí)按量地對(duì)橫江流域的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)和數(shù)量建卡立檔，利于開(kāi)展橫江流域的保護(hù)和管理工作.而浮游植物密度過(guò)高可能與水環(huán)境質(zhì)量有關(guān)，涉及沿岸的垃圾、污水排放和農(nóng)業(yè)面源污染.總磷和透明度是影響浮游植物分布的主要因素[31]，應(yīng)將其作為橫江流域治理的重要指標(biāo).此外，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)浮游藻類(lèi)的種類(lèi)和多樣性都有所不同，因此，分析當(dāng)?shù)厮h(huán)境因素對(duì)浮游植物生存狀態(tài)的影響對(duì)于浮游植物治理也具有指導(dǎo)意義.

針對(duì)上述現(xiàn)狀，擬提出以下幾點(diǎn)建議：第一，加強(qiáng)橫江流域治理，保證水環(huán)境質(zhì)量.針對(duì)橫江流域沿岸產(chǎn)生的垃圾和污水進(jìn)行規(guī)范化管理，盡快建立垃圾處理廠和污水處理廠，提高居民和工廠垃圾分類(lèi)和減排意識(shí)，明確沿岸河道管理的責(zé)任，并定期進(jìn)行巡查和考核.第二，控制農(nóng)業(yè)面源污染，阻斷污染來(lái)源.推廣可降解膜、無(wú)公害化肥與農(nóng)藥，控制農(nóng)藥和化肥的施用量，避免土壤富營(yíng)養(yǎng)化和重金屬污染，阻斷橫江流域沿岸農(nóng)業(yè)面污染的來(lái)源.第三，加強(qiáng)橫江流域河岸帶的建設(shè)，防止水土流失.第四，應(yīng)實(shí)施修復(fù)、調(diào)控以及管理與保護(hù)相結(jié)合的措施.加強(qiáng)日常管控，持續(xù)把控橫江流域的健康狀況，實(shí)施持續(xù)而針對(duì)性的措施使其水體生物狀況有條件得到持續(xù)性的改善.