长江葛洲坝至宜都段干支流及水库水生生物多样性调查

吴金明，李雷，周运涛，沈丽，王成友，谭志斌，危起伟

（1.中国水产科学研究院长江水产研究所，湖北 武汉 430223；2.中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，黑龙江 哈尔滨 150070；3.湖北省水产良种试验站，湖北 武汉 430070）

宜昌位于湖北省西南山区与江汉平原的过渡地带，市区包括西陵、伍家岗、夷陵、猇亭和点军5区，市区总面积0.42 万km2，总人口124.41 万人。宜昌水资源丰富，全市水资源总量140.298 亿m3，人均水资源量3 530m3，大小河流和水库占全境面积5.6%[1]。长江干流由西北向东南横穿市区，长度超过10 km 以上的支流有100 余条，另有三峡、葛洲坝、高坝洲、隔河岩等大型水库，被誉为“世界水电之都”。特殊的地理环境和充足的水资源使得宜昌地区的水生生物多样性十分丰富。

近年来，随着宜昌地区经济的快速发展，特别是水电建设和城区工业的扩张，宜昌城区的水资源环境发生了显著的改变，水环境恶化及水体富营养化时有发生[2，3]，不仅制约了社会经济的持续发展，也给周边地区居民的生活和健康带来了影响。水生生物群落作为水域生态环境中的重要功能单元，对于维持生态系统的结构和功能，特别是物质循环和能量流动发挥着承上启下的作用[4]。本文基于宜昌市区的水生生物调查数据，分析了浮游植物、浮游动物和底栖动物的物种组成、分布及生物量，以期为宜昌地区的水生生物多样性保护及水污染治理提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 采样点

水生生物采样点设置如图1，本次共采集了宜昌葛洲坝下至宜都约50km 的长江干流、区间内的14 条支流以及13 座水库（表1）。采样时间为2013年1 月15—28 日。

图1 采样点分布图Fig.1 Sketch map of sampling sites

1.2 材料与方法

1.2.1 样品采集与处理

浮游植物定性样品用25#浮游生物网在调查点水域内采集，定量样品用1L 采水器采集后用鲁哥氏液固定，经36h 沉淀浓缩至10mL，抽取2mL 的样本在高倍显微镜下进行全片计数，同时进行种类鉴定[5,6]，定性样品作为种类组成数据的补充。

浮游动物定性样品采用13#浮游生物网采集，定量样品采集50L 后用13#网过滤，浓缩至50mL，采用10%的中性甲醛溶液固定，在显微镜下进行枝角类、桡足类的鉴定和计数[5,6]，再将样品沉淀浓缩至10mL，抽取2mL 的沉淀液进行原生动物和轮虫的计数。定性样品作为种类组成数据的补充。

表1 采样点位置坐标Tab.1 Locations and coordinates of sampling sites

底栖动物的采样有两种方法。在水库及长江干流，主要采用彼得生采泥器（开口面积1/16m2）在船上或桥上采集；在支流中主要采用索伯网（面积0.25m2）进行采集。采集的样品，立即用225 孔/cm2进行过滤清洗，拣出所有动物标本装入塑料瓶中用10%的福尔马林固定。在实验室内进行底栖动物的鉴定和计数[5,6]。

1.2.2 数据分析

采用Shannon-Wiener 多样性指数和Pielou 均匀度指数来分析群落的多样性，采用优势度判断群落的优势种。计算公式如下：

（1）H'=-∑Pilog2Pi；其中，Pi为第i 种的个体数与总个体数的比值；

（2）J=H/Hmax；其中，Hmax=log2S，S 为样品中总的种类数；

（3）Y=（ni/N）×fi；其中，ni为第i 种的个体数，N为样品的总个体数，fi为该种的样点出现频率。

浮游动物和浮游植物以优势度Y=0.02 的标准来确定优势种类[7]。

2 结果与分析

2.1 物种组成与优势种

本次调查共采集到浮游藻类7 门73 属165种，其中硅藻门22 属67 种，在种类组成上占绝对优势（40.6%），其次为绿藻门26 属54 种（32.7%），蓝藻门16 属23 种，裸藻门3 属10 种，金藻门、隐藻门和甲藻门分别为3 属5 种、1 属4 种和2 属2种（附表1）。采集到的浮游动物总计69 种，其中原生动物17 种、轮虫22 种，枝角类和桡足类分别为14 种和16 种（附表2）。采集到底栖动物5 门8 纲共53 个分类单元（附表3），其中节肢动物门2 纲33 种；软体动物门和环节动物门均为2 纲9 种；扁形动物门和线虫动物门均为1 纲1 种。各区域的物种数如图2。

根据优势度计算的结果，干流样点浮游植物的优势种4 种，分别为蓝藻门的束丝藻sp.、伪鱼腥藻sp.和硅藻门的颗粒直链藻、小环藻sp.水库和支流样点的优势种为伪鱼腥藻sp.和小环藻sp.。水库浮游动物的优势种有4 种，分别为变形虫、褐沙壳虫、小多肢轮虫、螺形龟甲轮虫，干流的优势种有变形虫、小多肢轮虫和螺形龟甲轮虫3 种，支流样点的优势种仅变形虫1 种。根据生物量或者数量大于30%计算优势种，支流样点的底栖动物优势种有霍甫水丝蚓、前突摇蚊和蚋3 种，干流样点的优势种为尖膀胱螺和河蚬2 种，水库样点的优势种为圆顶珠蚌、蚋和霍甫水丝蚓3 种。

图2 水生生物的种类组成Fig.2 Species composition of hydrobiontes

2.2 密度和生物量

浮游植物的密度在各样点间存在较大区别，平均为6.39×105ind./L，其中16#样点（临江溪河口）的浮游植物密度最大，为46.99×105ind./L，18#样点（仙人桥支流）最小，为0.34×105ind./L。总体上，长江干流（1.29×105ind./L）＜支流（8.03×105ind./L）＜水库（9.76×105ind./L）（图3）。

41 个样点浮游动物的平均密度为1798.4 ind./L，其中18#样点（仙人桥支流）的浮游动物密度最小，为18.0 ind./L，34#样点（白洋冲水库）的浮游动物密度最大，为23 368.3nd./L。总体上，长江干流（97.2 ind./L）＜支流（1 405.4 ind./L）＜水库（3 298.9 ind./L）（图4）。

底栖动物的平均密度为341.6 ind./m2，平均生物量为4.74g/m2，其中29#样点（高坝洲水库）的密度最低，为16 ind./m2，6#样点（卷桥河桥边镇）的密度最高为1 944 ind./m2，底栖动物的生物量以40#样点（板门溪水库）最低，为0.008g/m2，最高为27#样点（三江村小溪）45.7g/m2。从底栖动物的密度来看，水库（64 ind./m2）＜干流（125.3 ind./m2）＜支流（583.3 ind./m2），从生物量上来看，水库（2.66 g/m2）＜支流（4.49 g/m2）＜干流（9.31 g/m2）（图5）。

2.3 生物多样性

图3 浮游植物的密度Fig.3 The density of phytoplankton

图4 浮游动物的密度Fig.4 The density of zooplankton

图5 底栖动物的密度与生物量Fig.5 The density and biomass of zoobenthos

各样点的浮游植物的多样性指数在0.30～2.47之间波动，平均值为1.52，其中干流样点的平均值为1.36，水库样点为1.54，支流样点为1.60。均匀度指数在0.11～0.97 之间波动，平均值为0.63，其中干流样点的平均值为0.65，水库样点为0.61，支流样点为0.63。各样点的浮游动物的多样性指数在0.04～1.95 之间波动，平均值为0.90，其中干流样点的平均值为0.66，水库样点为1.05，支流样点为0.85。均匀度指数在0.03～0.92 之间波动，平均值为0.55，其中干流样点的平均值为0.50，水库样点为0.59，支流样点为0.53。各样点的底栖动物的多样性指数在0.54～1.57 之间波动，平均值为1.08，其中干流样点的平均值为0.66，水库样点为0.76，支流样点为1.27。均匀度指数在0.34～0.96 之间波动，平均值为0.64，其中干流样点的平均值为0.78，水库样点为0.62，支流样点为0.45。

3 讨论

调查区域内水生生物的特点表现为：（1）支流、水库浮游生物的多样性和密度大于干流；（2）水库中底栖动物的多样性和密度小于干流和支流；（3）各水体的水生生物类群具有不同数量的优势种。在干流中，浮游植物的优势种4 种，浮游动物有3 种，底栖动物有2 种，在支流中，浮游植物有2 种，浮游动物1 种，底栖动物3 种，在水库中，浮游植物2种，浮游动物4 种，底栖动物3 种。水生生物分布的差异性，与调查样点的水文条件、水体富营养化等外部条件有关。

从水生生物物种组成和多样性来看，支流和水库的浮游动、植物的密度和物种数明显大于干流，生物多样性指数也表现出同样的趋势，这与调查水域的水文特征相关。长江干流流速快，而支流和水库的处于缓流或静水的状态，更适宜于浮游动、植物的栖息和生长。水体富营养化也是造成水生生物差异分布的重要原因，从底栖生物的组成与优势种来看，霍甫水丝蚓、直突摇蚊、蚋、尖膀胱螺、河蚬、圆顶珠蚌等为调查水域的优势种，众多学者认霍甫水丝蚓、前突摇蚊幼虫与水体营养水平呈明显正向相关趋势[8,9]，这也暗示了调查区域水体表现出了富营养化的特征。

由于水生生物的分布与水环境质量密切相关，水生生物成为评价水环境质量的重要标准。根据浮游植物的物种多样性指数（H'），按照H'＞3，轻污染或无污染；1＜H'＜3，中度污染；0＜H'＜1，严重污染的划分原则[10]。浮游植物的多样性表明调查区域的水质总体上呈现中度污染状态，各区域的污染程度依次为水库＞支流＞干流。其中吴家岗渡口、火山口水库、善溪冲水库和临江溪5 个断面的H'＜1，指示严重污染状态。浮游动物的多样性指数显示调查区域水质总体上呈现重度污染状态，各区域的污染程度依次为干流＞支流＞水库。虽然利用各种水生生物类群来评价水质的原理、方法及评价标准不尽相同，但均表明调查区域水体呈现了富营养化和污染的状态。从宜昌市区及周边的社会生产现状来分析，调查区域四周人口密度较高，工矿企业繁多，大量的生活污水和工业废水等外源污染物的注入自然水体中，造成水质下降。

基于本次调查结果，提出本区域水生生物保护措施如下：（1）在支流区域应控制农业面源污染，严格限制工业污水的排放，减少营养物质及有毒有害无机物的输入，促使支流水质净化，为水生生物的栖息营造一个良好的生态环境；（2）在水库区域，应取缔或者减少网箱养殖，减少饵料的投放，恢复水体的自净能力；（3）干流区域属于宜昌中华鲟自然保护区的范围，在此河段内应突出中华鲟、胭脂鱼等珍稀鱼类的保护目标，加强保护区的管理，从禁渔、航运管理、限制水工建设等方面保护珍稀鱼类及其他水生生物。

本次水生生物的调查区域涉及长江葛洲坝至宜都的干流、支流和水库，除长江干流已有较多的文献资料外[11-13]，支流和水库的水生生物现状未曾有过公开报道。这些区域的调查结果可以作为水生生物多样性保护及水污染治理的基础数据，但上述结果仅仅是基于一次采样的数据，调查区域水生生物的现状与季节动态等还有待进一步的调查与分析。