西溪河南充市區(qū)段枯水期浮游植物與底棲動(dòng)物調(diào)查及水質(zhì)評(píng)價(jià)

摘 要：為了明晰西溪河南充市區(qū)段浮游植物與底棲動(dòng)物的情況，開展該區(qū)段的水質(zhì)生物評(píng)價(jià)，本研究在枯水季節(jié)調(diào)查了該區(qū)段的水體理化指標(biāo)以及浮游植物和底棲動(dòng)物群落組成。結(jié)果顯示：調(diào)查區(qū)域氨氮（0.85 mg·L-1）、總磷（0.18 mg·L-1）平均含量偏高。浮游植物共鑒定6門29屬，以硅藻門（Bacillariophyta）為主，優(yōu)勢(shì)類群包括直鏈藻屬（Melosira）、針桿藻屬（Synedra）和舟形藻屬（Navicula）等；底棲動(dòng)物共鑒定出4綱12種，以腹足綱（Gastropoda）和雙殼綱（Bivalvia）為主，優(yōu)勢(shì)種包括方格短溝蜷（Semisulcospira cancellata）、秀麗白蝦（Exopalaemon modestus）和河蜆（Corbicula fluminea）等?；诟∮沃参锖偷讞珓?dòng)物評(píng)價(jià)指標(biāo)，郊區(qū)樣點(diǎn)S1、S2水質(zhì)評(píng)價(jià)為寡污染狀態(tài)，城市排污口附近樣點(diǎn)S4水質(zhì)為α中污染-重污染狀態(tài)，沿河植被豐富的樣點(diǎn)S3、S5水質(zhì)為清潔狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：生物評(píng)價(jià)；底棲動(dòng)物；浮游植物；西溪河；城市河流

中圖分類號(hào)：X824"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""" 文章編號(hào)：1673-5072（2023）02-0113-08

西溪河也稱西河，是嘉陵江的一級(jí)支流，起源于西充縣青獅鄉(xiāng)苦竹埡，由西北方向進(jìn)入南充市區(qū)，于南充市南門壩匯入嘉陵江，全長(zhǎng)96 km，流域面積796 km2，其中流經(jīng)南充市區(qū)河段12.3 km。雖然南充市已建設(shè)了西溪河截污主干管，但目前還未能完全吸納主要排放口的污水，仍有大量污水直接流入西溪河?？菟竟?jié)徑流量小，沿途污水排入后，水污染更為嚴(yán)峻［1］，主要表現(xiàn)為富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，氮營(yíng)養(yǎng)鹽含量超標(biāo)［2］，重金屬（Cu、Pb、Cd、Ag、Zn）在底泥和水生植物中富集明顯［3］。從2000年初開始，西溪河綜合整治工程全面啟動(dòng)，目前已建成8.8 km西溪河防洪堤以及沿河護(hù)坡綠化帶；完成鋪設(shè)西溪河順慶城區(qū)3.6 km排污主管網(wǎng)；建成南充污水處理廠和垃圾處理場(chǎng)［1］。上述整治工程完成后，西溪河水質(zhì)與水生態(tài)環(huán)境有何變化？值得關(guān)注。

生物評(píng)價(jià)是了解河流健康狀況的重要手段。浮游植物作為水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，能直接反映水環(huán)境的變化；而大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物（以下簡(jiǎn)稱底棲動(dòng)物）由于遷移能力弱，只能被動(dòng)耐受和適應(yīng)環(huán)境，可有效反映水環(huán)境長(zhǎng)期的營(yíng)養(yǎng)或污染程度，因此二者常被用來(lái)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)城市受脅水體［4-8］。例如，浮游植物中的橋?yàn)吃鍖伲–ymbella）、直鏈藻屬（Melosira）和菱形藻屬（Nitzschia）為污水指示性類群，舟形藻屬（Navicula）、菱形藻屬和雙菱藻屬（Surirella）等屬于運(yùn)動(dòng)型硅藻，多棲息于水流較大、水體較渾濁的環(huán)境中，可通過這類指示性硅藻比例反映水環(huán)境特征［9-12］。另外，底棲動(dòng)物昆蟲綱（Insecta）的蜻科（Libellulidae）幼蟲多見于清水環(huán)境，搖蚊科（Chironomidae）幼蟲等多見于污水環(huán)境，可根據(jù)不同種類的耐污值計(jì)算底棲動(dòng)物科級(jí)生物指數(shù)（Family Biological Index，F(xiàn)BI）來(lái)反映水環(huán)境清潔程度［6-8，13］。

為了明晰西溪河浮游植物與底棲動(dòng)物的基本情況，并開展西溪河水質(zhì)的生態(tài)生物評(píng)價(jià)工作，本研究在枯水季節(jié)調(diào)查了西溪河浮游植物和底棲動(dòng)物群落組成，并對(duì)西溪河水質(zhì)進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)，旨在為西溪河“一河一策”精準(zhǔn)治河的“河長(zhǎng)制”積累水生生物基礎(chǔ)背景資料。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況與采樣點(diǎn)設(shè)置

西溪河流域?qū)儆谥衼啛釒駶?rùn)區(qū)，多年平均氣溫17.6 ℃，極端最高氣溫41.3 ℃，最低氣溫-2.6 ℃。平均降雨量1 046 mm，5—9月降雨量占全年的70%。污染主要來(lái)自生活污水、工業(yè)和農(nóng)業(yè)面源污染?？菟竟?jié)由于降雨量銳減，上游來(lái)水減少，是西溪河水質(zhì)污染頻發(fā)的時(shí)節(jié)［1］。

沿河共設(shè)置5個(gè)采樣點(diǎn)（圖1），其中S1臨近農(nóng)田，附近有畜禽養(yǎng)殖；S2位于城鎮(zhèn)；S3位于騎游大道中段，周圍人煙稀少；S4位于市區(qū)排污口附近；S5位于市區(qū)綠化帶河段。S1—S3為郊外上游河段，S5以下河段由于“印象西河”項(xiàng)目圍堰施工，水深不足50 cm，水體渾濁，未設(shè)置樣點(diǎn)。調(diào)查時(shí)間為2020年11月。

1.2 水體理化因子測(cè)定

各樣點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括水深、河寬、水溫、透明度、pH、溶解氧、氨氮和總磷8項(xiàng)指標(biāo)。水樣采集和測(cè)定依照文獻(xiàn)［14］進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)利用卷尺測(cè)定各采樣點(diǎn)水深、用測(cè)距儀測(cè)定河寬，便攜式溶解氧測(cè)定儀（YSI-Pro20）測(cè)定水溫、溶解氧和pH，黑白盤測(cè)定水體透明度。利用有機(jī)玻璃采水器（2 L）采集水面下0.5 m表層水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后用LH-A015便攜式水質(zhì)分析儀分析氨氮和總磷。氨氮用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894-89）測(cè)定，總磷用鉬酸銨分光光度法（GB 11893-89）測(cè)定。

1.3 樣品采集、鑒定和計(jì)數(shù)

浮游植物：采樣方法依照文獻(xiàn)［15］進(jìn)行，定性樣品采集使用25號(hào)浮游生物網(wǎng)（孔徑64 μm）在表層呈“∞”字形來(lái)回拖動(dòng)約3～5 min，將收集的過濾濃縮樣品裝入50 mL離心管，加入2滴魯哥氏液固定。定量樣品在水面下0.5 m處用2 L有機(jī)玻璃采水器采集，每個(gè)樣點(diǎn)采40 L水樣，采集的樣品用離心管收集后加魯哥氏液固定，定容至50 mL。每個(gè)樣點(diǎn)采集3個(gè)重復(fù)樣品。樣品鑒定參考文獻(xiàn)［16］。利用0.1 mL浮游生物計(jì)數(shù)框進(jìn)行計(jì)數(shù)。浮游植物密度公式為：

D=SG/（SF×nF）×V/U×nP，

其中：D為1 L水中浮游植物的數(shù)量；SG為計(jì)數(shù)框的面積（mm2）；sF為一個(gè)視野的面積；nF為計(jì)數(shù)的視野數(shù)；V為1 L水樣濃縮后的體積；U為計(jì)數(shù)框容積；nP為計(jì)數(shù)的浮游植物的個(gè)數(shù)。

群落中優(yōu)勢(shì)物種/類群通過優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Yi判斷，其公式為：

Yi=ni/N×fi，

其中：Yi為i類群的優(yōu)勢(shì)度指數(shù)，ni代表i類群在樣品中的數(shù)量，N代表樣本總個(gè)體數(shù)，fi代表i類群出現(xiàn)的頻率，Yi≥0.02判定為優(yōu)勢(shì)種/類群［17］。

底棲動(dòng)物：利用彼得森采泥器、D型網(wǎng)（孔徑40目）在岸邊采集底棲動(dòng)物樣品。每個(gè)樣點(diǎn)采集3個(gè)重復(fù)樣品。樣品經(jīng)40目紗網(wǎng)曬洗干凈后，封袋保存帶回實(shí)驗(yàn)室。在白色解剖盤中挑揀出底棲動(dòng)物，置于50 mL塑料標(biāo)本瓶中，加入10%福爾馬林溶液保存。在解剖鏡下對(duì)底棲動(dòng)物進(jìn)行鑒定、計(jì)數(shù)，并以每平方米個(gè)體數(shù)量計(jì)算底棲動(dòng)物密度（ind.·m-2）。底棲動(dòng)物群落中優(yōu)勢(shì)物種/類群計(jì)算公式同浮游植物。樣品鑒定參照參考文獻(xiàn)［18］，盡可能鑒定到最低分類單元。

1.4 數(shù)據(jù)分析

計(jì)算浮游植物和底棲動(dòng)物的Shannon-Wiener指數(shù)（H′）、Margalef指數(shù)（D）、Pielou均勻度指數(shù)（J）［19］、浮游植物運(yùn)動(dòng)型硅藻百分比（M）、污水型硅藻百分比（P）［9，12］、底棲動(dòng)物科級(jí)生物指數(shù)（FBI）［13］，計(jì)算方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。各底棲動(dòng)物耐污值從文獻(xiàn)［20-23］中獲取，有多個(gè)參考值時(shí)，取平均值。數(shù)據(jù)分析和作圖主要在Sigmaplot 12.5和Statistica 10.0中完成。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié) 果

2.1 采樣點(diǎn)水體理化因子

調(diào)查期間樣點(diǎn)平均水深（1.47±0.40）m，平均透明度（67±21）cm，平均水溫（19.1±1.8）℃，平均pH（8.46±0.29），呈弱堿性，平均溶氧（8.62±0.48）mg·L-1。水體中氨氮和總磷普遍偏高，平均氨氮濃度（0.85±0.54）mg·L-1，平均總磷濃度（0.18±0.05）mg·L-1。各理化因子的空間變化見圖2：河寬隨水流方向增加（圖2a）；水深沿水流方向有增加趨勢(shì)，但由于S3和S5岸邊有護(hù)坡延伸至水中，近岸水深低于S2和S4（圖2b）；透明度與水深變化趨勢(shì)一致（圖2c）；淺水樣點(diǎn)（S3、S5）溫度稍高于深水樣點(diǎn)（S2、S4，圖2d）；總磷濃度（圖2e，S1除外）和pH（圖2g）隨水流方向整體呈升高；氨氮濃度在S4處最高（位于城市生活污水排污口下方），其次為S1（位于農(nóng)田附近，附近有畜禽養(yǎng)殖）（圖2f）；溶氧濃度在S4處最低，在S5處最高（圖2h）。

2.2 浮游植物

共鑒定出浮游植物6門29屬（表2）。其中，硅藻門（Bacillariophyta）10科15屬，占52%；藍(lán)藻門（Cyanophyta）5科6屬，占21%；綠藻門（Chlorophyta）4科5屬，占17%；裸藻門（Euglenohyta）、甲藻門（Dinophyta）、金藻門（Chrysophyta）均為1科1屬，各占3%。其中，直鏈藻屬、針桿藻屬（Synnedra）、舟形藻屬、異極藻屬（Gomphonema）、橋彎藻屬、短縫藻屬（Eunotia）、平板藻屬（Tabellaria）、雙菱藻屬、雙眉藻屬（Amphora）、肋縫藻屬（Frustulia）為優(yōu)勢(shì)類群。調(diào)查樣點(diǎn)平均浮游植物密度5.15×106 ind.·L-1，其中S4浮游植物密度最高，約7.78×106 ind.·L-1，S5密度最低，約為3.91×106 ind.·L-1。各樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)浮游植物組成見圖3：郊區(qū)上游樣點(diǎn)S1—S3主要由舟形藻屬、異極藻屬、橋彎藻屬等構(gòu)成；城市段樣點(diǎn)S4、S5主要由針桿藻屬、直鏈藻屬等構(gòu)成。

2.3 底棲動(dòng)物

共鑒定出底棲動(dòng)物2門4綱11科12屬12種。白蝦屬（Exopalaemon）、蜆屬（Corbicula）、蘿卜螺屬（Radix）、短溝蜷屬（Semisulcospira）、圓田螺屬（Cipangopaludina）、色蟌屬（Calopteryx）、沼蛤?qū)伲↙imnoperna）、環(huán)棱螺屬（Bellamya）、多脈扁卷螺屬（Polypylis）是優(yōu)勢(shì)類群（表3）。調(diào)查樣點(diǎn)底棲動(dòng)物平均密度34.8 ind.·m-2，其中S2底棲動(dòng)物密度最高，約為64 ind.·m-2，S1密度最低，約為2 ind.·m-2。

2.4 西溪河水質(zhì)評(píng)價(jià)

各樣點(diǎn)浮游植物和底棲動(dòng)物的多樣性指數(shù)、運(yùn)動(dòng)型硅藻百分比、污水型硅藻百分比和底棲動(dòng)物科級(jí)生物指數(shù)結(jié)果以及水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見表4?；诟∮沃参锒鄻有灾笖?shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，調(diào)查樣點(diǎn)整體介于寡污染和β中污染程度；基于底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，調(diào)查樣點(diǎn)整體為α中污染-重污染程度；底棲動(dòng)物科級(jí)生物指數(shù)結(jié)果顯示，郊區(qū)樣點(diǎn)S1、S2水質(zhì)為寡污染狀態(tài)，城市排污口附近樣點(diǎn)S4水質(zhì)為α中污染-重污染狀態(tài)，沿河植被豐富的樣點(diǎn)S3、S5水質(zhì)為清潔狀態(tài)。

3 討 論

3.1 西溪河枯水期浮游植物和底棲動(dòng)物群落

西溪河枯水期浮游植物主要以硅藻為主，這與嘉陵江干流枯水期浮游植物種類組成類似，但種類數(shù)明顯低于嘉陵江，而密度高于嘉陵江［24-27］，這可能與西溪河富營(yíng)養(yǎng)化程度更高有關(guān)［2］。底棲動(dòng)物主要以軟體動(dòng)物中的腹足綱和雙殼綱為主，未采集到常見環(huán)節(jié)動(dòng)物門類，例如搖蚊（Chironomus sp.）、霍甫水絲蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）［10-11，22］等，這可能與調(diào)查季節(jié)水溫低以及不同門類動(dòng)物的生活史有關(guān)，例如李金京等［13］對(duì)橋邊河枯水期和豐水期底棲動(dòng)物比較發(fā)現(xiàn)，枯水期缺少豐水期出現(xiàn)的環(huán)節(jié)動(dòng)物門寡毛綱（Oligochaeta）和蛭綱（Hirudinea）動(dòng)物。

3.2 西溪河枯水期水質(zhì)生物評(píng)價(jià)

本次調(diào)查中，利用浮游植物和底棲動(dòng)物的Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、運(yùn)動(dòng)型硅藻百分比、污水型硅藻百分比和底棲動(dòng)物科級(jí)生物指數(shù)對(duì)西溪河水質(zhì)生物評(píng)價(jià)進(jìn)行了初步探索。其中利用多樣性指數(shù)對(duì)相同樣點(diǎn)水質(zhì)污染程度的評(píng)價(jià)結(jié)果差異較大。例如，基于浮游植物多樣性指數(shù)結(jié)果中，Shannon-Wiener指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)污染程度明顯高于Pielou均勻度指數(shù)和Margalef指數(shù)結(jié)果，調(diào)查區(qū)域整體水質(zhì)評(píng)價(jià)介于寡污染和β中污染程度。而基于底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)結(jié)果，Shannon-Wiener指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果與Margalef指數(shù)結(jié)果相似，二者又明顯高于Pielou均勻度指數(shù)結(jié)果，調(diào)查樣點(diǎn)整體評(píng)價(jià)介于α中污染-重污染程度。由于Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)僅從物種數(shù)量和豐度考慮了生物對(duì)環(huán)境污染的指示性，當(dāng)群落受水溫、物種種群動(dòng)態(tài)、營(yíng)養(yǎng)因子等限制時(shí)，多樣性指數(shù)通常也會(huì)受到影響。例如，一些位于高海拔地區(qū)的水生生物群落，雖然屬于I類水質(zhì)，但水生生物群落多樣性較低。因此單純依靠群落多樣性指數(shù)來(lái)判斷水質(zhì)污染程度可能會(huì)有偏差［28-30］。另外，本調(diào)查中由于S4位于城市排污口附近，預(yù)判其為所有調(diào)查樣點(diǎn)中水質(zhì)污染程度最高的樣點(diǎn)，然而基于Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)指標(biāo)的判定結(jié)果并未體現(xiàn)出該趨勢(shì)?；谏鲜鲈?，本次調(diào)查中浮游植物和底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)不太適宜西溪河枯水期水質(zhì)生態(tài)評(píng)價(jià)。

相反，基于硅藻指示物種和底棲動(dòng)物科級(jí)生物指數(shù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)環(huán)境理化因子相符。從上游郊區(qū)至下游城市河段，水面逐漸開闊，水流速度減緩，運(yùn)動(dòng)性硅藻百分比逐漸降低；市區(qū)受排污口影響，水中總磷、氨氮含量陡增，溶氧下降，富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇，污水型硅藻比例在此處達(dá)最高，底棲生物科級(jí)指數(shù)評(píng)價(jià)其水質(zhì)為α中污染-重污染程度。尤其值得強(qiáng)調(diào)的是，本調(diào)查中兩處岸邊水生植被豐富的樣點(diǎn)（S3和S5）水質(zhì)皆為清水狀態(tài)，這一結(jié)果顯示了沿河兩岸綠化帶建設(shè)對(duì)于水質(zhì)改善、水生生物多樣性維持的積極作用。已有大量研究表明，城市河道濱岸帶植物在凈化水體、截留污染、景觀效果等方面起著極為重要的作用［31］。此外，大型水生植物還能為許多水生生物提供被敵害捕食的避難場(chǎng)所，以及繁殖、攝食和捕食的優(yōu)良環(huán)境［32］。建議西溪河水污染防治建設(shè)進(jìn)一步加強(qiáng)河岸帶水生植被的栽種。

河流健康評(píng)價(jià)是河流生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外目前已報(bào)道過諸多的評(píng)價(jià)指數(shù)，例如藻類中包括硅藻屬指數(shù)［33］、生物硅藻指數(shù)［34］、硅藻模型相似性指數(shù)［35］、硅藻污染耐受指數(shù)［36］等；而底棲動(dòng)物中包括科級(jí)生物指數(shù)法、底棲動(dòng)物BI指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法［13］，以及BMWP-ASPT體系方法［37-38］等。本研究只初步利用了硅藻的指示物種和底棲動(dòng)物的科級(jí)生物指數(shù)對(duì)西溪河水質(zhì)健康進(jìn)行了評(píng)價(jià)，還存在諸多不足。今后會(huì)嘗試更多的評(píng)價(jià)指數(shù)，并通過篩選得出與該區(qū)域相適宜的指示類群和生物指數(shù)［30］，為西溪河積累更全面科學(xué)的背景資料。

致謝：實(shí)驗(yàn)開展過程中得到研究生何欣曼同學(xué)協(xié)助，在此表達(dá)感謝！

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Phytoplankton，Zoobenthos Investigation andWater Quality Evaluation of Xixihe River（Nanchong Section） in Dry Season

LI Jin，XIAN Dong-li，WU Yang，WU Nian-xin，ZENG Yu

（College of Life Science，China West Normal University，Nanchong Sichuan 637009，China）

Abstract：To clarify the recent situation of phytoplankton and macro-invertebrates of Xixihe River （Nanchong section） and carry out the ecological evaluation of water quality in this area，this study has investigated the physical and chemical indicators of its water and the community composition of phytoplankton and macro-invertebrates.The results show as follows：the average content of NH3-N（0.85 mg·L-1）and TP （0.18 mg·L-1） are relatively high in the study area;a total of 29 genera of phytoplankton belonging to 6 phyla are identified， among which Bacillariophyta are the dominant groups，and the Melosira， Synedra，and Navicula are the dominant genus;a total of 12 genera of macro-invertebrates belonging to 4 classes are identified，with Gastropoda and Bivalvia as the dominant groups，and Semisulcospira cancellata，Exopalaemon modestus，and Corbicula fluminea as the dominant species;according to the evaluation index of phytoplankton and macro-invertebrates，the suburb sampling sites S1 and S2 are evaluated to be slightly polluted and sampling site S4 near the city drain outlet are seriously polluted whereas the sampling sites S3 and S5 with rich vegetation along the river are in clean state.

Keywords：biological evaluation；zoobenthos；phytoplankton；Xixihe River；urban rivers