延河流域水生生物资源调查与多样性分析

王 鹤，朱 龙，轩晓博，薛 雪，张 国，王在照*

(1. 西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100;2. 黄河勘测规划设计研究院有限公司，水生态与景观艺术设计院，河南 郑州450003)

延河发源于陕西省靖边县，是黄河右岸的一级支流，也是陕北第二条大河，干流总长286.9 km，流域面积7 725 km，由西北向东南依次流经志丹县、安塞县和延安城区，于延长县南河沟乡汇入黄河。流域内为典型的温带大陆性半干旱气候，夏季多雨，冬季干旱，降水和温度从东南到西北呈现明显梯度变化，6～9月降水量占全年的降水量的75%以上。流域内主要为黄土丘陵区，地形破碎，土质疏松，植被稀少，由于河床比降大，区域内土壤侵蚀强烈，生态环境较为脆弱。由于延河流域地处延安市腹地，城市布局和居民住房沿河而建，延河成为延安市最重要的工业、农业水源。作为黄河重要支流，其水域水生生物状况对黄河生态研究具有重要参考价值。近年来，延安城市化进程的加快导致的排污量增加可能会加速水域生态系统的破坏，工业化生产作业和过度捕捞也极有可能造成渔业资源量的下降。但从水生生物资源现状及保护来看，尚未有人对延河水生资源现状进行调查研究。目前，对于延河流域水生资源的研究匮乏，未见有延河水生生物资源的研究报道，仅见于2014年李亚妮等对延河安塞县沿河湾镇至延安市百米大道段开展的浮游生物的调查。因此，迫切需要对延河流域开展系统的水生生物资源调查。本研究对延河流域10个断面进行检测，通过对水生生物资源进行定性和定量分析，以完善延河水域现状研究资料，弥补延河渔业资源资料的空白，通过与黄河上游水域调查资料相比较，为保护延河生态提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 研究调查区域

本次调查区域主要为延河流域(安塞区谭家营大桥-延长县张家滩镇董家河村大桥)共设置具有生境代表的10个采样点(见表1)。

1.2 调查方式

1.2.1 水质指标测定 水质采样、保存和分析按照《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》的方法进行。

表1 延河采样点Table 1 Sampling site in Yanhe River

式中：N为1L水样中浮游植物的数量(个/L)；Cs为计数框面积(mm)；Fs为视野面积(mm)；Fn为每片计数过的视野数；V为1L水样经浓缩后的体积(mL)；U为计数框容积(mL)；Pn为计数所获得的个数。

式中：N为1L水样中浮游动物的数量(个/L)；V为采样体积(L)；v为样品浓缩后的体积(mL)；C为计数样品体积(mL)；n为计数所获得的个数。

鱼类资源调查采用地笼、刺网和电捕仪等渔具实施捕捞。采用三层刺网(网目依次为2.0 cm、3.5 cm、4.0 cm)沿河流流向方向或回水湾采集；采用地笼在河流回水湾或者河边水流缓慢处捕捉小个体鱼类和底栖鱼类；电捕仪在清澈度高、水流较缓处使用。对捕获鱼类进行现场拍照，统计物种组成和体长、体重等生物学数据，部分无法确定种类的个体用5%的甲醛溶液固定后带回实验室分析，大多数鱼类现场分析后放回采样水域。同时，沿河走访钓鱼爱好者和渔民。

1.3 物种鉴定方法

浮游植物鉴定参照《中国淡水藻类-系统、分类及生态中国淡水藻志》，浮游动物鉴定参考《内陆水域渔业自然资源调查手册》，底栖生物鉴定参照《淡水微型生物与底栖动物图谱》，鱼类种类鉴定参照《黄河流域鱼类图志》。

1.4 鱼类多样性分析

用香农-威纳指数(Shannon-Wiener index，H')、均匀度指数(Pielou，J')、物种丰富度指数(Margalef，D')和渔获物相对重要度指数(Index of Relative Importance, IRI)分析渔获物多样性。计算公式如下：

Shannon-wiener指数(H')计算公式:

Pielou指数(J') 计算公式:

J'= H^'/logS

Margalef指数(D')计算公式：

D'=(S-1)/lnN

Index of Relative Importance计算公式：

IRI=(W+P)*F*100，(P=N/S)

式中：n为种类数，P为第i种个体数与总个体数的比值，S为总物种数量，N为总个体数量；N为第i个渔获物物种的样本数量，W为第i个渔获种类的个体质量在全部渔获物总质量W中所占的比例，F为i渔获物种类出现的频率。

2 结果与分析

2.1 水质理化指标

由表2可见，延河各采样点pH变动在7.1～8.0之间，属于弱碱性水质；溶解氧变动在7.80～10.68 mg/L之间，电导率变动在914～1 186 s/m之间，总磷含量变动在0.01～0.48 mg/L之间，总氮含量变动在1.50～1.98 mg/L之间，高锰酸盐指标变动在3.84～7.04 mg/L之间，叶绿素变动在0.20～15.05 mg/m之间。从空间分布来看，不同采样点之间各理化因子之间存在差异。其中，S1～S3点的透明度和温度较其他点低；S1～S3、S7和S8点的CODMn等水质指标符合Ⅲ类水质标准，其他点水质符合Ⅳ类水质标准。

表2 延河水质理化指标Table 2 Physicochemical index of water quality in Yanhe River

2.2 浮游植物

2.2.1 种类组成 延河流域共检出浮游植物7门，61种。其中硅藻门21属，占比最高，达34.43%；其次是绿藻门19属，占总数的31.15%；S2和S6采样点检出浮游植物种类最多，分别有32种和20种，在10个水域里均出现过的种类有6种，占总数的9.84%，各采样点均以硅藻为主，硅藻为第一优势类群(图1)。分布较广的有颤藻(sp.)、针杆藻(sp.)、脆杆藻(sp.)、舟形藻(sp.)和异极藻(sp.)。

图1 延河流域浮游植物种类组成和空间分布Fig. 1 Composition and distribution of phytoplankton in Yanhe River

2.2.2 浮游植物密度及空间分布 延河流域浮游植物总平均密度为0.87×10ind/ L，最大值出现延安市区内的S5点，密度为1.39×10ind/L，最小值出现在下游的S10点，密度为0.41×10ind/L(表3)。

2.3 浮游动物

2.3.1 种类组成 延河流域共检出浮游动物4门，41种。其中轮虫动物门22种，占比最高，达53.65%；其次是原生动物门12种，占总数的29.27%；S3和S4采样点检出浮游动物种类最多，分别有23种和22种，在10个水域里均出现过的种类有1种，为晶囊轮虫()，各采样点均以轮虫动物为主(图2)。分布较广的有晶囊轮虫()、十指平甲轮虫()和盘状表壳虫()。从空间分布上看，从上游(S1)至下游(S10)轮虫逐渐减少，而原生动物逐渐变为优势类群，二者呈现此消彼长的的趋势，显示出它们之间具有较强的竞争关系。

表3 延河流域浮游植物密度空间分布Table 3 Distribution of phytoplankton density in Yanhe River

2.3.2 浮游动物密度及空间分布 延河流域浮游动物平均密度为196.8个/L，S5采样点最低，密度为112个/L，最大值出现S10点，密度为338个/L(见表4)。整体来看，各采样点间的浮游动物密度有些差异，延河流域浮游动物密度空间上是S10>S4>S3>S6>S2>S8 >S9=S1>S7>S5。水体整体浮游动物密度体现了延河的缓流水特征。

图2 延河流域浮游动物组成和空间分布Fig. 2 Composition and distribution of zooplankton in Yanhe River

表4 延河流域浮游动物密度空间分布Table 4 Distribution of zooplankton density in Yanhe River

2.4 鱼 类

2.4.1 鱼类名录 本次调查共捕获鱼类8种，209尾，隶属1目2科6属(表5)。从鱼类种类的比例来看，鳅科鱼类最多，共有5种，占延河鱼类种类的62.5%，是延河鱼类的主要组成部分。S3、S4和S5采样点鱼类种类最多，分别为5种、5种和6种。各采样点分布最广的鱼类种类为泥鳅和大鳞副泥鳅。

2.4.2 渔获物相对重要度指数 延河流域渔获物相对重要度指数见表6，根据相对重要度指数值划分，延河流域泥鳅和大鳞副泥鳅为优势种鱼类，东方高原鳅、棒花和棒花鮈为常见种，达里湖高原鳅和花斑副沙鳅为延河流域稀有种。

表5 延河鱼类种类组成Table 5 Composition of fish species in Yanhe River

2.4.3 渔获物多样性分析 从空间位置上看，S3、S4和S7位点的鱼类数量最多，而在上游S1和S2位点并未捕获到鱼种(表7)。渔获物生物多样性指数显示，S5位点的物种丰富度(D')和多样性指数(H')最高，表明S5采样点鱼类种群多样性较好，生态环境可能优于其他采样点。

表6 延河鱼类相对重要度指数Table 6 IRI of fish in Yanhe River

表7 鱼类多样性指数及生态优势度的空间变化Table 7 Spatial variation of fish diversity index and ecological dominance

3 讨 论

3.1 延河流域水质特点与浮游植物关系

根据《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》,延河流域水质指标中，除溶解氧在各采样点满足I类水标准，高锰酸钾指数在S1、S2和S3采样点满足Ⅲ类水标准外，其余各指标大体满足IV类水标准。而IV类主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐区用水，说明延河流域水质存在一定程度污染，这与周梦公等对延河水质污染现状分析相一致。一般情况下，当水体总氮和总磷浓度分别超过0.2 mg/L和0.02 mg/L,水体容易出现富营养化，结合本次调查结果，延河流域存在严重的富营养化隐患。总氮在整个调查流域内呈现较高的水平，且显著高于周梦公等2016年的检测结果，表明随着城市化的进展延河有机污染不断加剧。

浮游生物是水生态系统生物资源的重要组成部分，对维持水域环境生态平衡起着重要的作用，浮游生物的群落组成反应了水体所处的营养化状态。水域环境中藻类的数量和种类在一定程度上可以直接反应水体污染状况，其中，中营养和富营养化水体中绿藻门和硅藻门种类占比较大。本研究结果显示，延河流域浮游植物组成中硅藻门和绿藻门分别占浮游植物组成的34.43%和31.15%，进一步证实延河水域处于富营养化状态。

3.2 延河流域浮游生物多样性分析

本次调查共采集到延河流域浮游植物61种，浮游动物41种，多于李亚妮等2014年的调查结果(浮游植物23种、浮游动物11种)，这种差异可能是由于采样点位置和检测方法的差异所致。与李亚妮等前期研究结果相比，本次调查中，新发现的浮游植物种类中，耐有机污染的种类如颤藻属、微囊藻属和裸藻属几乎在每个采样点均有发现，这进一步提示延河流域处于严重的有机污染状态。浮游动物作为水生生物食物链的关键环节，其物种多样性对维持整流域生物多样性具有重大意义。本次调查中延河浮游动物组成以轮虫动物门为主，其次是原生动物门，而枝角类和桡足类出现的种类较少，浮游动物趋向小型化。这种小型化趋势可能是由于浮游动物面临较大的捕食压力所致，而浮游动物的小型化将会导致浮游动物对浮游植物的控制力减弱，加速流域富营养化。同时，本次调查中各采样点分布较广的晶囊轮虫()、十指平甲轮虫()和盘状表壳虫()均是首次在延河流域被报道发现。

3.3 延河流域鱼类种类及多样性

延河水域共调查有8种鱼类分布，鱼类资源比较匮乏，采集到的鱼类主要是鳅科和鲤科鱼类，其中鳅科占大多数，而不论是鳅科还是鲤科鱼类均以小型化鱼类为主，当地居民反应调查区域内多年未见有大型鱼类出现，因此延河调查渔获物结果可在一定程度上反映出鱼类群落中小型鱼类明显占主导趋势，这和黄河中上游鱼类种群小型化趋势相一致。根据相对重要度指数值划分，延河流域泥鳅和大鳞副泥鳅为优势种鱼类，东方高原鳅、棒花和棒花鮈为常见种，达里湖高原鳅和花斑副沙鳅为延河流域稀有种。通过与黄河中游鱼类组成相比较，发现达里湖高原鳅和花斑副沙鳅为延河特有鱼类。

生物入侵将会会严重破坏全球生态系统结构和功能，鱼类入侵大多是由有意引种或者随有意引种的无意带入造成的，入侵种进入水域系统后将会与土著鱼类竞争生态位，严重破坏鱼类种群结构。侯淑敏等研究表明：大鳞副泥鳅和麦穗鱼为黄河陕西段入侵物种。而本次调查研究结果表明大鳞副泥鳅为延河流域优势种，因此，推测大鳞副泥鳅的成功入侵可能破坏了延河原有鱼类结构。同时，由于延河鱼类资源缺乏前期的研究基础，达里湖高原鳅和花斑副沙鳅是否同样作为入侵种出现在延河流域也值得进一步关注。

调查区域鱼类空间分布存在一定差异，其中S3、S4和S7位点的鱼类数量最多，这可能与该采样点浮游生物种类丰富有关，而在上游S1和S2采样点在本次调查中并未捕获到鱼类，通过走访当地居民，了解到S1和S2采样点上游正在开展防洪整治工程，工程的开展可能驱赶了S1和S2采样点的鱼类。渔获物生物多样性指数显示，S5位点的物种丰富度和多样性指数最高，表明S5采样点鱼类种群多样性较好，生态环境可能优于其他采样点。

4 结 论

本次调查结果表明，延河流域水质整体处于Ⅲ-Ⅳ类水标准，调查区域内水体富营养化严重，浮游动植物中耐污种分布广泛，鱼类组成以鳅科鱼类为主，结构单一。而黄河中上游地区是我国生态环境较为脆弱的地区，延河流域河床比降大，区域内土壤侵蚀强烈，同时接收了大量的城市污水，生态环境极易受到破坏。同时，由于优势种鳅科鱼类生长缓慢、性成熟相对晚和繁殖力低的特点，一旦资源遭受破坏，难以在短期内恢复，因此需加强水质监管和鱼类资源的研究和保护力度。