阿坝州黄河流域大型底栖动物多样性及水质生物学评价

胡佳祥，刘浩翔，张植元，王雄延，陈 娇，苏 丹，何 智

(1.四川水利职业技术学院，四川成都 611231；2.四川农业大学，四川成都 625014)

黄河是位于我国北方区域的大河，是我国第二大河流，流域面积为1.21×10km。近年来，由于植被退化严重，黄河流域水土流失、水资源短缺以及水体污染等情况日益严重，逐渐成为生态环境较为脆弱的水域之一。阿坝州黄河流域为多种高原名贵、特有的鱼类提供重要的产卵、索饵和越冬场所，是我国高原水生生物宝贵的种质资源库。白河是黄河上游的大支流之一，位于四川北部阿坝藏族自治州境内，发源于红原县壤口乡与刷经寺镇之间，北流入若尔盖县，在唐克镇北约7 km处流入黄河，长约150 km，形成九曲黄河第一湾。与白河相邻的黑河同属黄河上游大支流之一，位于黄河流域最南部，流经川北若尔盖高原，两河分水岭低矮，无明显流域界，呈现同谷异水的景观，加之流域特性基本相同，被称为白河的“姊妹河”。

底栖生物是淡水生态系统的常见群体，由于对水体环境变化极为敏感，其种类繁多，生活周期较长，迁移能力差，只能被动地耐受和适应环境变化。因此，底栖动物的优势种、多样性及群落结构等均可作为衡量水环境的重要指标，是评价河流生态环境健康的重要手段之一。目前，国内有较多关于利用底栖动物对水体环境评估的研究。陆晓晗等利用典范分析和指示物种学等分析法对付瞳河流域进行综合评估，认为其整体处于中度污染水平；胡晓静等对北京境内潮河与白河底栖动物研究表明，潮河和白河水质整体为优；侯易明等利用冗余分析法和底栖动物生物指数等方法对汉江上游干流和秦岭南麓典型支流的底栖动物的研究显示，流速、总磷和电导率均为影响汉江干支流底栖动物群体结构的关键环境因子；王涛等对崇明岛大型底栖动物研究发现，该类河大型底栖动物组成及分布受河流水文及生境条件、水质特征等多种因素影响。

该研究通过对阿坝州黄河上游、黑河与白河两条支流河流进行大型底栖动物群落的调查取样，旨在探究黑河与白河大型底栖动物群落特征，为该区域水生生态系统保护提供理论依据。

1 材料与方法

黄河发源于青海省巴颜喀拉山麓的约古宗列盆地。黄河从河源而下，向南东方向经青海的玛多、达日、岗龙、门堂、木西合(甘肃)，到达四川阿坝州边缘，经四川省阿坝县、若尔盖县后，于玛曲县黑河口处出境进入甘肃境内，阿坝州黄河流域总面积为1.7 万km。该研究调查区域定在黄河上游干流延丹村段以及两条支流黑河、白河3条河流。

优势度指数。底栖动物的优势度可以表示种类在群落中的状态，对河流健康分析有一定的意义。指数计算公式为：

=×

=

式中，为第类底栖动物的个体数目；占底栖动物个体数目的比例；为第种在各个采样点出现的频率；当>002，表示该物种为优势种。

生物多样性指数。Shannon-Wiener 多样性指数()是通过描述大型底栖动物的群落物种组成来反映河流水质污染的程度。Shannon-Wiener多样性指数的计算公式为：

式中，为底栖动物生物多样性指数，为采集点的物种总数。

采用孙瑜旸等提出的评价标准为0<≤1，重污染；1<≤2，中度污染；2<≤3，轻度污染；>3，清洁。

BI指数分析法。BI指数分析法是根据不同大型底栖动物耐污值不同，通过计算耐污值进而对水质进行评价的一种方法，计算公式为：

式中，是第种分类单元的个体数(个)；为第种分类单元的耐污值；为各监测点底栖动物个体总数(个)；为各监测点底栖动物物种总分类单元数(个)。

参照王备新建议的评价标准如下：BI< 5.5，清洁；5.5≤BI≤6.6轻污染；6.68.8，严重污染。

2 结果与分析

黄河上游干流及其支流黑、白河各常规理化指标结果如表1。表1表明，透明度、pH、溶解氧3个指标在各河段之间变化不明显，变异系数为1.515%～8.538%；气温、水温、浊度、亚硝酸盐、流速5个指标在各个河段指教变化较为明显，变异系数为10.583%～29.913%。根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，黄河干流、白河与黑河3条河流水质指标属于国家Ⅱ类水质标准。

表1 黄河上游干流及其支流黑、白河各采样点水质指标

该次调查黄河上游支流黑河与白河共采集到17种底栖动物，均属于节肢动物与软体动物。节肢动物大多为水生昆虫与幼虫，种类有14种，占总种类数的82.353%；软体动物有3种，占总种类数的17.647%。

白河与黑河的各个采样点物种种类数分布差异较大，采样点节肢动物种类数均高于软体动物(图1)。在黑河底栖生物种类数最多，共2门8种；黄河干流延丹村段与白河底栖动物种类数量较少，共1门7种。

图1 黄河干流延丹村段、黑河与白河底栖动物种类数Fig.1 Number of macrobenthos species in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

由图2可见，黑河的底栖动物密度为850 ind/m，其中节肢动物的密度为730 ind/m，软体动物的密度为120 ind/m；黄河干流底栖动物密度为180 ind/m，白河底栖动物的密度为400 ind/m，两条河流均为节肢动物，未发现软体动物。3条河流底栖动物密度均以节肢动物占优，且节肢动物均为水生昆虫及幼虫。

图2 黄河干流延丹村段、黑河与白河底栖动物密度统计图Fig.2 Statistical map of macrobenthos density in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

由图3可见，黄河干流延丹村段底栖动物生物量为2.505 g/m，黑河的底栖动物生物量为17.114 g/m，其中节肢动物的生物量为12.034 g/m，软体动物的生物量为5.080 g/m；白河底栖动物生物量为5.005 g/m。其中，黄河干流延丹村段与白河均为节肢动物，未发现软体动物，且节肢动物生物量均高于软体动物。

图3 黄河干流延丹村段、黑河与白河底栖动物生物量统计图Fig.3 Statistical map of macrobenthos biomass in Yandan Village section of the main stream of Yellow River，Hei River and Bai River

底栖动物的优势度可以体现不同种类的底栖动物在整个群落的状态，对河流的健康评价有重要意义。通过对黑河与白河底栖动物优势度的分析，可以更加全面的评价黑、白两河水环境健康状况。

当>0.02时，可认为是该水域的优势种。经数据处理后得到黄河干流、黑河与白河底栖动物优势度，筛选出的优势种如表2。

由表2可知，黄河干流的优势种耐污值范围为2.0～9.8，划蝽与摇蚊幼虫耐污值分别为9.0与9.8，属于耐污类群，纹石蚕、钩虾和扁蜉耐污值分别为6.0、4.0与4.0，属于一般耐污类群，拟细裳蜉耐污值为2.0，属于敏感类群。黑河的优势种耐污值为4.0～9.8，球蚬、划蝽与摇蚊幼虫耐污值分别为8.0、9.0与9.8，属于耐污类群；扁卷螺与钩虾耐污值分别为5.0与4.0，属于一般耐污类群。白河的优势种耐污值为3.0～9.8，摇蚊幼虫耐污值为9.8，属于耐污类群；扁蜉、钩虾与四节蜉耐污值为4.0，属于一般耐污类群；蠓科幼虫耐污值为6.0，属于一般耐污类群；大蚊幼虫耐污值为3.0，属于敏感耐污类群。

表2 黄河干流延丹村段、黑河与白河底栖动物的优势度与耐污值

表3为采用BI指数和Shannon-Wiener多样性指数对黄河干流延丹村段、黑河与白河底栖动物数据的处理结果。

BI指数分析结果显示，黄河干流延丹村段BI指数为3.81，为清洁水体标准；黑河BI指数为4.93，为清洁水体标准；白河BI指数为4.29，为清洁水体标准，黄河干流、白河与黑河BI指数都低于5.5，均属于清洁水体。

Shannon-Wiener多样性指数分析结果显示，黄河干流多样性指数为2.50，属于轻度污染标准；黑河多样性指数为2.53，属于轻度污染标准；白河多样性指数为2.02，属于轻度污染标准，黄河干流、黑河、白河Shannon-Wiener多样性指数均为2<≤3，属于轻度污染水体。

表3 黄河干流延丹村段、黑河与白河底栖动物BI指数和Shannon-Wiener多样性指数及水质评价

3 讨论

相关研究表明，水生昆虫摇蚊主要以细菌和藻类为食，对水质净化有重要作用，寡毛类喜欢生活在腐殖质丰富、有机污染严重的水体环境中，是评价水质污染程度的重要指示生物。在水环境中底栖动物主要有敏感(清洁，耐污值≤3)、一般耐受(中污染，3<耐污值<7)以及耐污染(污染，耐污值≥7)3种类型，生态环境的不同，与其相适应的底栖动物种群结构会随之改变，例如，若敏感种类占优势，表明水体清洁；一般耐受群占据优势，表明水体中度污染；耐污染类群占据优势，表明水体污染程度较重。在该调查中，黄河干流水体敏感、一般耐受性群体较多，黑河水体耐污染性群体相对偏多，白河水体一般耐受性群体较多。节肢动物的密度与生物量在3个水体中均占据绝对优势，钩虾在3个水体中均占一定优势。

目前，大型底栖动物生物评价指数已被广泛应用于对河流健康评价以及生态修复成效评测领域。该研究针对黄河上游支流黑河、白河与干流延丹村段地区的水质状况，采用Shannon-Wiener指数与BI指数相结合对3个水体进行水质等级评价。根据BI指数结果，3条河流均属于清洁水体标准；利用Shannon-Wiener多样性指数分析结果显示，3条河流均为轻度污染水平。2种水质评价方法存在一定差异，推测为Shannon-Wiener多样性指数分析较为保守，对耐污种增多或耐污种取代敏感种的变化不太灵敏，对水体污染状况分析精确度相对偏低，而BI指数分析法能够较为全面的分析评价底栖动物的耐污能力以及水域生态环境的多样性，评价结果较为客观、准确，适用于黄河干流与黑河、白河水质评价。水质理化指标结果显示，3条河流均属于国家II类水质标准，结合上述大型底栖动物生物评价指数进行综合分析，可初步认为3条河流均属于清洁状态。

底栖动物移动能力差、世代交替较长，对外界干扰反应迅速，定性采样方便等特点。在该研究调查采样过程中，由于底栖动物个体分布散乱，采样中出现一定误差性，鉴定底栖动物样本也需要大量的人力物力和时间等，这给该次调查研究带来较大的困难。目前，黄河上游干流及两条支流黑、白河的水质状况几乎未见报道，该研究能够初步展现3条水体的水质状况，同时也能为黄河上游水域水生环境保护提供基础资料和理论数据。后续将进行更加深入全面的研究，为保护黄河上游水环境提供科学依据和参考。