基于水生态采样结果分析的水质驱动力因子研究

赵振懿

(辽宁省营口水文局，辽宁 营口 115003)

1 概述

根据辽宁省河流的分布特征，对辽宁省进行水生态点位布设，结合辽宁省河流分布情况，对辽宁省主要河流湖泊进行了抽样调整采样布局，共布设103个站点。辽宁省西部地区主要集中在老哈河和辉发河地区，北部地区的布局主要集中在辽河柳河口的北侧，中西部地区布局主要集中在辽河柳河口及大小凌河流域。中心区布局主要集中在辽河流域的浑太水系和大辽河，东部布局主要集中在鸭绿江流域和辉发河，南部的布局主要集中在渤海岸的牤牛河、碧流河及英那河。辽宁省中部的太子河和浑河为浑太水系，该地区的土地肥沃而水量丰富。太子河水系主要包括太子河、二道河、下大河、海城河等河流，浑河水系主要包含社河、牤牛河等，在辽宁省水资源评价中占有主要的位置，对两水系进行点位布设时间，布局的采样点基于原始整体区域点的随机分布并加密。

用于浮游植物收集的工具是集水器，使用集水器在河中央取2L水样，在同一容器中摇匀，取10～15ml鲁哥氏液固定。根据常规方法，藻类的定量样品沉淀超过48h，除去上清液，收集藻细胞，将容积调至50mL，在光学显微镜下将浮游植物计数框放大4010倍进行观察和计数。为了减少工作量，根据特定的藻类密度确定视野数量，并选择梅花的类型，然后将其转换为每升水样的藻类细胞数量。

通过浓缩浮游植物的浓缩水样，将浮游动物的定量进一步浓缩至20ml，测量时摇匀，用定量移液管准确地将0.10ml吸入浮游植物计数框架中，并在Olympus CX21FS1显微镜下计数全片。对于大型浮游动物采集，根据河段的流速使用不同的方法，对于慢流部分，用采水器收集50L水，并用25#浮游网(300目)过滤；对于流速快的部分，把25#浮游生物网(300目)逆流悬挂，定量记时，浓缩的样品用5%甲醛固定剂固定，测量时，取10ml，在10×10倍显微镜下计数并计算生物量。

2 水生态采集方法

2.1 底栖动物的采集

在所选点的100m范围内，使用Peter St.Mud随机收集2个平行样品，将收集到的网中的材料通过60目筛网转移到300ml塑料瓶中，并储存在90%乙醇中进行鉴定。在实验室中，通过人工采摘将底栖样品转移到200ml宽口塑料瓶中，并加入95%乙醇溶液用于储存，在显微镜或解剖显微镜下分类和计数，鉴定到属或种。

2.2 鱼类的采集

在每个采样点上游和下游400m的河流长度范围内，将其设置为鱼类采样区域，采样区域通常位于其他生物采样的上游区域，以防止鱼类生物采样的代表性受到其他生物取样人员的干扰。采样器由两个人负责，其中一人负责电鱼，另一人负责网和水桶，负责拾取电晕鱼并使用抄网将其放入水桶中，采样区域的采样时间设置为30min。收集标本后，可以在现场鉴定和计数，用秤进行称重，分别记录不同物种的数量和重量，选择一些鱼类个体来保存标本，其余的个体可以返回河中。

对于不易识别和未知物种的物种，用1%～2%体积的甲醛与上面留下的个体相结合，使用较低浓度的甲醛溶液，鱼类在死亡过程中身体变形，等全部死亡后，将个体放在纱布上，用纱布包好，放入塑料袋中，加入10%甲醛溶液储存，用样品袋中的标签标记每个样品袋，然后用铅笔在防水纸上标记样品，将样品袋放入储存盒。确定所有鱼类样本，对于水深超过2m的河段，除采用电鱼法采样外，还采用网捕法收集鱼类标本，在水深超过2m的区域，悬挂(粘贴)网通过划艇悬挂在河流的不同区域，并在30min后收集网，并且在此期间可以进行人为干扰和声音干扰。允许更多的鱼类个体通过悬挂区域以增加个体鱼类的收集。收集网后，将与用电鱼法收集的标本一起处理。

3 水生态采样结果分析

根据辽宁省103个点的水生态抽样结果，对水质生态采样的主要要素，如浮游植物、浮游动物、底栖动物及鱼类等物种分布、密度和多样性状况进行综合分析，并基于此来检测驱动力因子。

3.1 水质主要驱动因子

图1显示了2018年5月水环境化学因子的主成分分析结果，并筛选了监测的水化指标(r>0.6)。2018年5月，选择的主要化学因子是COD、总磷、氨氮、总氮和硝酸盐。从PCA分析结果来看，监测的化学指标是各向同性的，偏差越大，污染程度越大，例如太子河下游海城河附近的点大多集中在化学因子的远端。

图1 化学因子PCA分析

图2显示了2018年5月流域水环境物理因素的主成分分析结果，并筛选了监测的物理指标(r>0.6)，筛选的主要物理因素是电导率和总溶解固体，从PCA分析结果来看，太子河下游和东辽河流域监测物理指标的主要驱动因子相对明显。这两个区域的相应电导率和总溶解固体较高。

图2 物理因子PCA分析

图3显示了2018年5月盆地水环境水文因子的主成分分析结果，并对监测的水文指标进行了筛选(r>0.6)。筛选的主要水文因素是河流宽度和水深，从PCA分析结果来看，监测水文指标的主要驱动因子对于浑太河水系来说是比较明显的，这两个区域大多是大型地表水体。

图3 水文因子PCA分析

3.2 浮游植物

3.2.1物种分布

在河流中共鉴定出103种浮游植物，属于7个门，在已确定的物种中，硅藻种类最多，硅藻的主要种类属于羽纹纲物种，共调查确定了58种藻，硅藻占物种总数的56%；绿藻门共鉴定出23种，占总种数的22%；第三位是蓝藻，共鉴定出9种，占总种数的9%。

3.2.2密度分布

从河流浮游植物密度分布来看，硅藻的总密度最大，占浮游植物总密度的60%，优势物种为线状藻类颗粒、小片菱形藻、双头菱形藻；第二个是蓝藻，占所识别浮游植物总密度的18%，优势物种主要为小席藻、美丽颤藻，这些浮游植物物种为典型的耐污物种；绿藻门总密度位居第三位，占所鉴定浮游植物总密度的17%，优势物种有四尾栅藻、二形栅藻、集星藻。

3.2.3多样性状态

从河流浮游植物多样性的角度来看，浮游植物的总体多样性状况一般，浮游植物多样性指数水质较好，大于2.06，这些点大部分集中在每个地区的上游支流，这次采集的浮游植物具有最高的L37多样性点，位于辉发河上游，其香浓-维纳多样性指数值为3.74，该地区的浮游植物种类是二形栅藻、十字藻、啮蚀隐藻。

3.3 浮游动物

3.3.1物种分布

在河流中共鉴定76种浮游动物，属于4类，在已确定的物种中，轮虫种类最多，轮虫的主要种类集中在臂尾轮虫属，在这项调查中，确定了41种轮虫，占浮游动物总数的54%;其次是原生动物，共鉴定出23种，占总种数的30%;位于第三位的是枝角类，共鉴定出9种，占总种数的12%。

从河流中浮游动物的分布来看，浮游动物的数量主要集中在中部地区和辽河主流地区。其中，最常见的浮游动物种类是L85，位于辽河上游，共鉴定出16种浮游动物，浮游动物的主要种类是球状砂壳虫、萼花臂尾轮虫、英勇剑水溞等。

3.3.2密度分布

从河流中浮游动物密度分布来看，轮虫的总密度最大，占已识别浮游动物总密度的97%，优势种是玫瑰轮虫、螺旋龟轮虫和舞蹈无尾轮，第二是桡足类，是确定的浮游动物总密度的2%，优势种主要是英勇剑水溞、中华哲水溞；原生动物的总密度位居第三位，占动物总密度的1%，优势种是条纹变形虫和小口钟虫。

3.3.3多样性状态

从河流浮游动物多样性的角度来看，浮游动物种类的总体多样性较好，具有较好水分健康的浮游动物多样性指数大于1.63，这些点分布在各个地区，此时收集的浮游动物多样性最高的是L85，位于辽河上游，其香浓-维纳多样性指数值为3.40，该区域浮游动物物种为球状砂壳虫、萼花臂尾轮虫、英勇剑水溞等。

3.4 底栖动物

3.4.1物种分布

在河流中共鉴定出67种底栖动物，属于15类，在已鉴定的物种中，双翅目种类最多，双翅目的主要种类是摇蚊幼虫，在这项调查中，确定了19种摇蚊，双翅目占总种数的34%;其次是软体动物在足部眼中共鉴定出10种，占总种数的15%;第三是十足类和顺序，每个确定6种，占总种数的9%。

从河流中的底栖物种分布来看，河流中底栖物种的数量主要集中在辽宁省东北部，太子河和辽河的上游支流，其中最具优势的底栖物种是L99，主要的底栖动物物种有东方蜉、黑翅四节蜉、云集多足摇蚊和克拉钳形无齿蚌等。

3.4.2密度分布

从河流中底栖密度的比例分布来看，双翅目的总密度最大，占已识别底栖动物总密度的59%，主要的物种是双线环足摇蚊、云集多足摇蚊；第二位是颤蚓目，占所识别的底栖动物总密度的17%，优势物种有霍夫水丝蚓、克拉泊水丝蚓和苏氏尾鳃蚓；蜉蝣目总密度位居第三位，占已识别底栖动物总密度的12%，优势种是东方蜉、黑翅四节蜉。

从河流的底栖密度分布来看，河流中底栖动物的密度较高集中在辽宁北部和太子河下游，呈现两种带状分布，底栖动物密度最高的是L95，位于北部蔻河的源头，总密度为59040个/m2，主要物种有锯形蜉和云集多足摇蚊。集中在太子河下游区域的高密度点位，主要优势物种为霍夫水丝蚓和克拉泊水丝蚓。

3.4.3多样性状态

从河流底栖动物的多样性来看，底栖动物的多样性总体上是好的，具有较好水分健康的底栖动物的多样性指数大于1.94，这些点大部分集中在每个地区的上游支流，这次收集的底栖动物最多样化点是L73，它是太子河的上游支流，其香浓-维纳多样性指数值为3.11，该区域底栖动物物种主要为蜉蝣目和双翅目，多为清洁物种。

3.5 鱼类

3.5.1物种分布

调查区共确定了92种鱼类，属于11种。在已鉴定的物种中，鲤形目种类最多，鲤形目中的鲤科和鮈亚科为主要经济鱼类物种，在这项调查中，确定了64种，占总种数的70%;其次是鲈形目，共鉴定出13种，占总种数的14%;第三是鲇形目，确定了3种，占总种数的4%。可以看出，整个辽宁省鱼类种类丰富，鱼类资源得到很好的保护。

从各河流鱼类的分布来看，所有河流鱼类的种类主要集中在该辽宁省东西两侧的上游支流、太子河和辽河，最常见的鱼类物种是L56，它位于草河源头附近，共鉴定了21种鱼类，主要鱼类有宽鳍鱲、沙塘鳢。

3.5.2密度分布

从河流中鱼类密度的分布来看，鲤形目的总密度最大，占所识别的底栖动物总密度的92%，优势种是鲫鱼、落氏鱥、宽鳍鱲等；第二是鲈形目，它占所识别鱼类总密度的5%，有黄黝、沙塘鳢；鳉形目总密度位居第三，占所鉴定鱼类总密度的1%，优势物种为青鳉。

从河流中鱼类密度的分布来看，河流鱼类的密度较高集中在北部地区和太子河上游，鱼类密度最高的是L96，位于北部地区的渭河附近，密度为840尾。主要物种为清徐胡鮈和宽鳍鱲。

3.5.3多样性状态

从河流鱼类多样性的角度来看，鱼类物种总体多样性良好，水体健康状况良好的鱼类多样性指数大于2.91，这些点大部分集中在辽宁两岸和各地区的上游支流上，此时收集的鱼类种类最多的是L29，它是大凌河支流牤牛河的上游，其香浓-维纳多样性指数值为3.55，该区域鱼类物种主要为宽鳍鱲和棒花鮈，均为清洁物种。

4 结语

通过分析浮游植物物种与物理指标之间的响应关系差异显著的因子为电导率、总溶解颗粒固体、水温、pH。其中与电导率、总溶解固体、水温相关性较高的浮游植物物种为齿牙栅藻、尖细栅藻、羽纹藻，与pH相关性较高的浮游植物物种为双头针杆藻、缢缩异极藻。

从底栖动物多样性来看，辽宁省区域底栖动物多样性总体状况良好，其中水体健康程度较好的点位的底栖动物多样性指数大于1.94，这些点位大多集中在各区域上游支流。辽宁省区域鱼类多样性总体状况良好，其中水体健康程度较好的点位的鱼类多样性指数大于2.91，这些点位大多集中在辽宁两侧，各区域上游支流。