西溪河南充市区段枯水期浮游植物与底栖动物调查及水质评价

　　摘要：为了明晰西溪河南充市区段浮游植物与底栖动物的近期情况，并开展该区段的水质生态评价，本研究在枯水季节调查了该区段的浮游植物和底栖动物群落组成，并基于二者进行了水质评价。结果显示：(1)氨氮(0.85mg·L)、总磷(0.18mg·L)含量偏高。(2)浮游植物门29属，以硅藻门(Bacillariophyta)为主，直链藻属(Melosira)、针杆藻属(Synedra)、舟形藻属(Navicula)等是优势类群;(3)底栖动物纲12种，以腹足纲(Gastropoda)和双壳纲(Bivalvia)为主;方格短沟蜷(Semisulcospiracancellata)、秀丽白虾(Exopalaemonmodestus)和河蚬(Corbiculafluminea)是优势种。(4)基于调查结果，郊区样点S1、S2水质评价为寡污染状态，城市排污口附近样点S4水质为α中污染重污染状态，沿河植被丰富的样点S3、S5水质为清洁状态。

　　关键词：西溪河;浮游植物;大型底栖无脊椎动物;城市河流;生态评价

　　西溪河是嘉陵江的一级支流，起源于西充县青狮乡苦竹垭，由西北方向进入南充市区，于南充市南门坝汇入嘉陵江，全长96km，流域面积796km，其中市区河段2.3km。虽然南充市已建设了西溪河截污主干管，但目前还未能完全吸纳主要排放口的污水，仍有大量污水直接流入西溪河。枯水季节径流量小，沿途污水排入后，水污染更为严峻[1]，主要表现为富营养化严重，氮营养盐含量超标[2];重金属(Cu、Pb、Cd、Ag、Zn)在底泥和水生植物中富集明显[3]。

　　从2000年初开始，西溪河综合整治工程全面启动，目前已建成8.8km西溪河防洪堤以及沿河护坡绿化带;完成铺设西溪河顺庆城区3.6km排污主管网;建成南充污水处理厂和垃圾处理场[1]。上述整治工程完成后，西溪河水质与水生态环境有何变化?值得关注。生态评价是了解河流健康状况的重要手段。浮游植物作为水生态系统的初级生产者，能直接反映水环境的变化;而大型底栖无脊椎动物(以下简称底栖动物)由于迁移能力弱，只能被动耐受和适应环境，也可有效反映水环境长期的营养或污染程度，因此二者常被用来监测与评价城市受胁水体[48]。

　　例如，浮游植物中的桥湾藻属(Cymbella)、直链藻属(Melosira)和菱形藻属(Nitzschia)为污水指示性类群，舟形藻属(Navicula)、菱形藻属(Nitzschia)和双菱藻属(Surirella)等属于运动型硅藻，多栖息于水流较大、水体较浑浊的环境中，可通过这类指示性硅藻比例反映水环境特征[912]。

　　另外，底栖动物昆虫纲(Insecta)的蜻科(Libellulidae)幼虫多见于清水环境，摇蚊科(Chironomidae)幼虫等多见于污水环境，可根据不同种类的耐污值计算底栖动物科级生物指数(FamilyBiologicalIndex，FBI)来反映水环境清洁程度[68,13]。为了明晰西溪河浮游植物与底栖动物的基本情况，并开展西溪河水质的生态评价，本研究在枯水季节调查了西溪河浮游植物和底栖动物群落组成并对西溪河水质进行评价，旨在为西溪河“一河一策”精准治河的“河长制”积累水生生物基础背景资料。

　　1研究方法

　　1.1研究区域概况与采样点设置

　　西溪河流域及南充市城区属于中亚热带湿润区，多年平均气温17.6℃，极端最高气温41.3℃，最低气温–2.6℃。平均降雨量1046mm，5—9月降雨量占全年的70%。污染主要来自生活污水、工业和农业面源污染。枯水季节由于降雨量锐减，上游来水减少，是西溪河水质污染最易频发的时节[1]。

　　沿河共设置5个采样点，其中S1位于农田附近，附近有畜禽养殖;S2位于城镇附近;S3位于骑游大道中段，周围人烟稀少;S4位于市区排污口附近;S5位于市区绿化带河段。S1—S3为郊外上游河段，S5以下河段由于“西溪河印象”项目围堰施工，水深不足50cm，水体浑浊，未设置样点。调查时间为2020年11月。

　　1.2水体理化因子测定各样点监测项目包括水深、河宽、水温、透明度、pH、溶解氧、氨氮和总磷项指标。水样采集和测定依照文献[14]进行。现场利用卷尺测定各采样点水深、河宽，便携式溶解氧测定仪(YSIPro20)测定水温、溶解氧(DO)和pH，黑白盘测定水体透明度。利用有机玻璃采水器(2L)采集水面下0.5m表层水样，带回实验室后用LHA015便携式水质分析仪分析氨氮和总磷。氨氮用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(GB11894—89)测定，总磷用钼酸铵分光光度法(GB11893—89)测定。

　　1.3样品采集、鉴定和计数

　　浮游植物：采样方法依照文献[15]进行，定性样品采集使用25号浮游生物网(孔径64μm)在表层呈“∞”字形来回拖动约3~5min，将收集的过滤浓缩样品装入50mL离心管，加入滴鲁哥氏液固定。定量样品在水面下0.5m处用2L有机玻璃采水器采集，每个样点采40L水样，采集的样品用离心管收集后加鲁哥氏液固定，定容至50m。每个样点采集个重复样品。样品鉴定参考文献[16]。利用0.1mL浮游生物计数框进行计数。

　　底栖动物：利用彼得森采泥器、型网(孔径40目)在岸边采集底栖动物样品。每个样点采集个重复样品。样品经40目纱网晒洗干净后，封袋保存带回实验室。在白色解剖盘中挑拣出底栖动物，置于50mL塑料标本瓶中，加入10%福尔马林溶液保存。在解剖镜下对底栖动物进行鉴定、计数，并以每平方米个体数量计算底栖动物密度(ind)。底栖动物群落中优势物种类群计算公式同浮游植物。样品鉴定参照参考文献[18]，尽可能鉴定到最低分类单元。

　　1.4数据分析

　　分别计算浮游植物和底栖动物的ShannonWiener指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数[19]、浮游植物运动型硅藻百分比、污水型硅藻百分比[9,12]、底栖动物科级生物指数(FBI)[13]，计算方法和评价标准见表。各底栖动物耐污值从文献[2023]中获取，有多个参考值时，取平均值。数据分析和作图主要在Sigmaplot12.5和Statistica10.0中完成。数据以平均值标准差表示。

　　2结果

　　2.1采样点水体理化因子

　　调查期间样点平均水深(1.47±0.40)m，平均透明度(67±21)cm，平均水温(19.1±1.8)℃，平均pH(8.46±0.29)，呈弱碱性，平均溶氧(8.62±0.48)mg·L-1。水体中氨氮和总磷普遍偏高，平均氨氮浓度(0.85±0.54)mg·L-1，平均总磷浓度(0.18±0.05)mg·L-1。

　　其中河宽随水流方向增加;水深沿水流方向有增加趋势，但由于S3和S5岸边有护坡延伸至水中，近岸水深低于S2和S4;透明度与水深变化趋势一致;温度受水深影响，浅水样点(S3、S5)温度稍高于深水样点(S2、S4)。总磷浓度和pH随水流方向逐渐升高(S1除外);氨氮浓度在S4处最高(位于城市生活污水排污口下方)，其次为S1(位于农田附近，附近有畜禽养殖);溶氧浓度在S4处最低，在S5处最高(图2h)。

　　2.2浮游植物

　　共鉴定出浮游植物门29属。其中，硅藻门(Bacillariophyta)10科15属，占52%;蓝藻门(Cyanophyta)科属，占21%;绿藻门(Chlorophyta)4科属，占17%;裸藻门(Euglenohyta)1科属，占3%;甲藻门(Dinophyta)1科属，占3%;;金藻门(Chrysophyta)1科属，占3%。其中，直链藻属、针杆藻属、舟形藻属、异极藻属(Gomphonema)、桥弯藻属、短缝藻属(Eunotia)、平板藻属(Tabellaria)、双菱藻属、双眉藻属(Amphora)、肋缝藻属(Frustulia)为优势类群。

　　调查样点平均浮游植物密度5.15╳10ind.·L，其中S4浮游植物密度最高，约7.78╳106ind.·L，S5密度最低，约为3.91╳10ind.·L。各样点优势浮游植物组成见图：郊区上游样点S1—S3主要由舟形藻属、异极藻属、桥弯藻属等构成;城市段样点S4、S5主要由针杆藻属、直链藻属等构成。

　　2.3底栖动物

　　共鉴定出底栖动物门纲11科12属12种。其中腹足纲(Gastropoda)占41%;双壳纲(Bivalvia)占25%;昆虫纲(Insecta)和甲壳纲(Crustacea)分别占17%。白虾属(Exopalaemon)、蚬属(Corbicula)、萝卜螺属(Radix)、短沟蜷属(Semisulcospira)、圆田螺(Cipangopaludina)、色蟌属(Calopteryx)、沼蛤属(Limnoperna)、环棱螺(Bellamya)、多脉扁卷螺属(Polypylis)是优势类群。调查样点底栖动物平均密度34.8ind·m，其中S2底栖动物密度最高，约为64ind·m，S1密度最低，约2ind·m。

　　2.4西溪河水质评价

　　各样点浮游植物和底栖动物的多样性指数 。根据各指标的水质判断标准，表列出了本次调查基于各指标的水质评价结果。其中基于底栖动物科级生物指数结果，西溪河郊区样点S1、S2水质为寡污染状态，城市排污口附近样点S4水质为α中污染重污染状态，沿河植被丰富的样点S3、S5水质为清洁状态。

　　3讨论

　　3.1西溪河枯水期浮游植物和底栖动物群落

　　西溪河枯水期浮游植物主要以硅藻为主;这与嘉陵江干流枯水期浮游植物种类组成类似，但种类数明显低于嘉陵江干流枯水期浮游植物调查结果，而密度高于嘉陵江干流枯水期浮游植物[2427]。这可能与西溪河富营养化程度更高有关[2]。例如，宋琳等[25]对嘉陵江南充出境段秋季浮游植物调查共鉴定门30科46属80种，浮游植物密度0.14╳10~4.53╳104ind.·L。

　　底栖动物主要以软体动物中的腹足纲和双壳纲为主;未采集到常见环节动物门类，例如摇蚊(Chironomussp)、霍甫水丝蚓Limnodrilushoffmeisteri[1011,22]等。这可能与调查季节水温低以及不同门类动物的生活史有关，例如李金晶等[13]对桥边河枯水期和丰水期底栖动物比较发现，枯水期缺少丰水期出现的环节动物门寡毛纲(Oligochaeta)和蛭纲(Hirudinea)动物。

　　3.2西溪河枯水期水质生态评价

　　本次调查中，利用浮游植物和底栖动物的ShannonWiener指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数、运动型硅藻百分比、污水型硅藻百分比和底栖动物科级生物指数对西溪河水质生态评价进行了初步探索。

　　其中利用多样性指数对相同样点水质污染程度的评价结果差异较大。例如，基于浮游植物多样性指数结果，ShannonWiener指数水质污染程度评价明显高于Pielou均匀度指数和Margalef指数结果，调查样点整体评价介于寡污染和β中污染程度。而基于底栖动物多样性指数结果，ShannonWiener指数评价结果与Margalef指数结果相似，二者又明显高于Pielou均匀度指数结果;调查样点整体评价介于α中污染重污染程度。由于ShannonWiener指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数仅从物种数量和丰度考虑了生物对环境污染的指示性，当群落受水温、物种种群动态、营养因子等限制时，多样性指数通常也会受到影响。

　　例如，一些位于高海拔地区的水生生物群落，虽然属于类水质，但水生生物群落多样性较低。因此单纯依靠群落多样性指数来判断水质污染程度，可能会有偏差[2830]。另外，本调查中由于S4位于城市排污口附近，预判其为所有调查样点中水质污染程度最高的样点，然而基于ShannonWiener指数、Margalef指数、Pielou均匀度指数指标的判定结果并未体现出该趋势。基于上述原因，本次调查中浮游植物和底栖动物多样性指数不太适宜西溪河枯水期水质生态评价。

　　相反，基于硅藻指示物种和底栖动物科级生物指数的水质评价结果与样点的实测环境理化因子相符。从上游郊区至下游城市河段，水面逐渐开阔，水流速度减缓，运动性硅藻百分比逐渐降低;市区受排污口影响，水中总磷、氨氮含量陡增、溶氧下降，富营养化程度加剧，污水型硅藻比例升高(S4处比例达最高)，此处水质由底栖生物科级指数评价为α中污染重污染程度。

　　尤其值得强调的是，本调查中两处岸边水生植被丰富的样点(S3和S5)水质皆为清水状态。这一结果预示着沿河两岸绿化带建设对于水质改善，水生生物多样性维持的积极作用。已有大量研究表明，城市河道滨岸带植物在净化水体、截留污染、景观效果等方面起着极为重要的作用[31]。此外，大型水生植物还能为许多水生生物提供被敌害捕食的避难场所，以及繁殖、摄食和捕食的优良环境[32]。

　　建议西溪河水污染防治建设进一步加强河岸带水生植被的栽种。河流健康评价是河流生态文明建设的基础。国内外目前已报道过诸多的评价指数，例如藻类中包括硅藻属指数[33]、生物硅藻指数[34]、硅藻模型相似性指数[35]、硅藻污染耐受指数[36]等;而底栖动物中包括科级生物指数法、底栖动物BI指数法、综合水质标识指数法[13]，以及BMWP-ASPT体系方法[3738]等。本研究只初步利用了硅藻的指示物种，底栖动物的科级生物指数对西溪河水质健康进行了评价，还存在诸多不足。今后会尝试更多的评价指数，并通过筛选以得出与该区域相适宜的指示类群和生物指数[30]，为西溪河“一河一策”精准治河的“河长制”积累更全面科学的背景资料。

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　　作者：李锦，鲜东丽，吴杨，吴念欣，曾燏