張玉珍，黃文丹，王智苑，鮑秋萍，姜炳棋

(1：福建省環(huán)境科學(xué)研究院，福州 350013;2：福建省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350013;3：福州市農(nóng)業(yè)局，福州 350007;4：福州市農(nóng)田建設(shè)與土壤肥料技術(shù)站，福州 350007)

福建敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估*

張玉珍1，2，黃文丹1，2，王智苑3，4，鮑秋萍1，2，姜炳棋1，2

(1：福建省環(huán)境科學(xué)研究院，福州 350013;2：福建省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350013;3：福州市農(nóng)業(yè)局，福州 350007;4：福州市農(nóng)田建設(shè)與土壤肥料技術(shù)站，福州 350007)

以敖江流域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過采集底棲動(dòng)物、魚類等樣品，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)分析流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，并采用指標(biāo)體系評(píng)估方法對水域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估.結(jié)果表明：敖江流域水質(zhì)總體良好，但山仔水庫總氮、總磷濃度長期超標(biāo)，水體存在富營養(yǎng)化和藻類水華暴發(fā)生態(tài)環(huán)境問題；底棲動(dòng)物種類呈現(xiàn)支流多于干流、河流多于水庫的規(guī)律；魚類種類上、中、下游各科物種組成差異不顯著，魚類區(qū)系特點(diǎn)具有較明顯的熱帶、亞熱帶區(qū)系特點(diǎn)；流域上游、中游水域生態(tài)健康良好，下游水域生態(tài)健康一般.

敖江流域；山仔水庫；水域生態(tài)系統(tǒng)；健康評(píng)估

生態(tài)系統(tǒng)健康是近年來國內(nèi)外研究熱點(diǎn)，受到越來越多的重視，研究者們紛紛采取措施對流域進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估[1-4].從1980s開始，國外學(xué)者就已開展流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估研究，集中在流域生態(tài)健康評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)體系等方面[5-8].國內(nèi)開展流域生態(tài)健康評(píng)估研究起步較晚，從1990s開始，側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)健康相關(guān)概念與評(píng)估理論方法研究[9-11].隨著人口增長，工農(nóng)業(yè)、水利工程的發(fā)展，敖江流域出現(xiàn)了水生態(tài)環(huán)境問題，部分水域水體被嚴(yán)重污染，發(fā)生藻類水華現(xiàn)象[12]，部分河段自然生境改變，由急流、激流轉(zhuǎn)為緩流或靜水區(qū)，河流水體凈化功能弱化，底棲動(dòng)物、魚類等生物的生境片斷化；部分河段水體受工業(yè)點(diǎn)源污染，濁度超標(biāo)，脅迫水生生物，已嚴(yán)重威脅河道內(nèi)水生生物的多樣性[13].敖江中游的山仔水庫是福州市級(jí)飲用水源地，氮、磷營養(yǎng)鹽濃度常年超標(biāo)，在亞熱帶氣候背景下，夏季常暴發(fā)藍(lán)藻水華，存在供水安全隱患[14].因此，對敖江流域的水域生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)估，以期為全面了解敖江流域生態(tài)系統(tǒng)健康提供基礎(chǔ)，為敖江流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和治理提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況

敖江是福建省“八大水系”之一，是閩東三條獨(dú)流入海的主要河流之一，發(fā)源于寧德市古田縣鷲峰山脈東，主流流經(jīng)寧德市古田縣，福州市的閩侯縣、閩清縣、羅源縣、晉安區(qū)、連江縣，最后于連江縣東岱鎮(zhèn)大涂村處注入東海，流域面積2655km2，占全省面積的2.16%.敖江流域水資源豐富，多年平均徑流深為1027mm，平均流量為87.7m3/s，徑流量為30.5×108m3，多年全年月均徑流量達(dá)58.3m3/s[15].敖江的山仔-塘坂水源地是福州市、連江縣水廠的水源.

以自然集水區(qū)為基礎(chǔ)，同時(shí)參考行政區(qū)邊界，對流域水域進(jìn)行評(píng)估水系劃分，劃定3個(gè)評(píng)估水系：上游、中游和下游水系，其中上游和下游水系無大型水庫，定為河流型水系，中游因有山仔水庫，定為湖庫型水系.敖江流域上游水系涉及支流有徐州溪、紫峰溪、黃埔溪、文山崗溪、險(xiǎn)橋溪、油溪；中游水系涉及支流有佳湖溪、日溪、斌溪、華林溪、赤石溪，下游水系涉及支流有牛溪、桂湖溪、梅洋溪、財(cái)溪(圖1).

圖1 敖江流域地理位置Fig.1 The geographic location of Aojiang Basin

表1 敖江流域河流型水質(zhì)監(jiān)測斷面

Tab.1 Water quality monitoring section of river type in Aojiang Basin

區(qū)縣斷面名稱所在河流斷面級(jí)別古田縣雙口渡干流省控、交界羅源縣霍口干流省控連江縣梧桐溪干流省控連江縣塘坂水庫干流省控連江縣貴安干流省控連江縣長汀干流省控連江縣荷山渡口干流國控、入海河口

2 材料與方法

2.1 水質(zhì)監(jiān)測斷面布設(shè)

利用福建省環(huán)境保護(hù)部門歷年在敖江流域布設(shè)的各級(jí)監(jiān)控?cái)嗝?表1)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，及2005-2013年山仔水庫總氮(TN)、總磷(TP)濃度年均監(jiān)測等數(shù)據(jù)，分析敖江流域河流和水庫水質(zhì)狀況.

2.2 底棲動(dòng)物、魚類采樣斷面布設(shè)

于2013年夏季(7-8月)采集敖江流域的底棲動(dòng)物和魚類樣品，共布設(shè)9個(gè)采樣斷面，9個(gè)斷面均采集底棲動(dòng)物樣品，在霍口下游等4個(gè)斷面采集魚類樣品，各斷面基本情況見表2.

表2 敖江流域底棲動(dòng)物、魚類采樣斷面基本情況

2.3 采樣和分析方法

2.3.1 底棲動(dòng)物采樣和分析方法 河流底棲動(dòng)物采樣工具為D-型網(wǎng). 河口及湖庫水深處底棲動(dòng)物采樣用改良式彼得森采泥器，適合采集淤泥及較軟的底泥，開口面積為1/16m2. 底棲動(dòng)物采集標(biāo)本后，送至福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院進(jìn)行分析，采用鏡檢分析法，對照底棲動(dòng)物圖譜進(jìn)行分類.

2.3.2 魚類采樣和分析方法 魚類采樣方法為漁獲物調(diào)查法，即從當(dāng)?shù)貪O民漁獲物中獲取相應(yīng)樣品.魚類樣品采集后立即送至福建師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院進(jìn)行鑒定.室內(nèi)魚類物種鑒定包括基本的魚類形態(tài)測定，必要時(shí)解剖觀察，根據(jù)《中國魚類系統(tǒng)檢索》[16]進(jìn)行分類.

2.4 評(píng)估方法

參考環(huán)境保護(hù)部《流域生態(tài)健康評(píng)估技術(shù)指南》[17]，結(jié)合敖江流域?qū)嶋H情況，確定8項(xiàng)水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)，其中生態(tài)結(jié)構(gòu)3項(xiàng)、水生生物3項(xiàng)、生態(tài)壓力2項(xiàng)，具體評(píng)估指標(biāo)類型、權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)見表3.

3 結(jié)果與討論

3.1 流域水質(zhì)情況

3.1.1 河流水質(zhì)情況 2005-2013年敖江流域水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況(表4)可知，敖江流域水質(zhì)呈逐步改善趨勢. 2013年敖江流域水質(zhì)總體良好，6個(gè)國、省控?cái)嗝嫠蚬δ苓_(dá)標(biāo)率和Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)比例均為100%，較2005年均提高了16.7%.敖江流域水質(zhì)濁度達(dá)標(biāo)率有所提高，2010年福州段的霍口斷面、古田縣雙口渡斷面的濁度達(dá)標(biāo)率分別為88.08%和88.17%，均實(shí)現(xiàn)了省政府下達(dá)的整治目標(biāo)，但福州段蘭水溪和花園溪斷面濁度達(dá)標(biāo)率不高，存在超標(biāo).

表3 敖江流域水域生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)

表4 2005-2013年敖江流域水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況

圖2 2005-2013年山仔水庫水體TN和TP濃度變化Fig.2 Concentration changes of total nitrogen and total phosphorus in Shanzi Reservior during 2005-2013

3.1.2 水庫水質(zhì)情況 根據(jù)敖江流域山仔庫區(qū)歷年豐、平、枯水期監(jiān)測數(shù)據(jù)，計(jì)算得到2005-2013年水體TN和TP年均濃度(圖2)，表明2005-2013年山仔水庫水體中TN和TP濃度處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，TN年均濃度為0.54～0.78mg/L，未超過湖庫Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(1mg/L)，而TP年均濃度為0.05～0.12mg/L，超過湖庫Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)(0.05mg/L)，主要原因是山仔水庫建庫之初未進(jìn)行底部清淤，同時(shí)又有外部污染源匯入導(dǎo)致其建庫蓄水后水體中氮、磷濃度偏高，水質(zhì)連續(xù)多年均未能達(dá)標(biāo).由于水庫水體中的可溶性氮、磷濃度較高，水體呈富營養(yǎng)狀態(tài)，促進(jìn)水生藻類的大量生長繁殖，暴發(fā)藍(lán)藻水華.翁笑艷等[18]的研究表明，2010年3月開始山仔水庫出現(xiàn)少量藍(lán)藻水華，水華現(xiàn)象一直持續(xù)到9月份.張玉珍等[19]研究發(fā)現(xiàn)，山仔水庫夏季水溫一般在25℃以上，并持續(xù)到10月份，水體透明度為全年最低，均低于1m，水體中浮游植物生物量達(dá)到全年最高，細(xì)胞密度在107～108cells/L之間，且其中藍(lán)藻密度約占總密度的90%以上.山仔水庫TP濃度2012年最高，這可能受到2012年3-4月強(qiáng)降雨的影響，外源輸入量較大，導(dǎo)致TP濃度偏高.

3.2 水生生境特征分析

3.2.1 底棲動(dòng)物群落分析 敖江流域底棲動(dòng)物組成情況(表5)可知，敖江流域底棲動(dòng)物種類呈現(xiàn)支流多于干流、河流多于水庫的規(guī)律.敖江流域上游的羅溪，中游的霍口下游、傍溪和山仔水庫斷面均出現(xiàn)顫蚓科，而顫蚓科具有耐有機(jī)污染和缺氧的特性，是良好的有機(jī)污染指示物種，由此可見，這4個(gè)斷面受到不同程度的有機(jī)污染.敖江流域中游的傍溪斷面出現(xiàn)大量的蜉蝣目、毛翅目、襀翅目敏感物種，說明其自然生境總體保持較為完整.敖江流域下游的潘渡溪斷面，種類數(shù)為全流域最多，底棲物種豐富，主要是受到生境如水深、河床底質(zhì)組成等顯著影響，卵石河床是該斷面底棲動(dòng)物種類多的主要原因之一.根據(jù)調(diào)查，敖江流域底棲動(dòng)物的平均密度約為121ind./m2，中游的傍溪和下游的潘渡溪斷面底棲動(dòng)物密度較高，分別達(dá)到529和277ind./m2，而中游的山仔水庫、日溪和霍口下游斷面底棲動(dòng)物的密度明顯較低，分別為20、16和14ind./m2.研究發(fā)現(xiàn)，河流水體中底棲動(dòng)物的優(yōu)勢種主要有蚋幼蟲(Simuliumsp.)、四節(jié)蜉幼蟲(Baetidae)、尖頭桿吻蟲(Stylariafossularis)和多足搖蚊幼蟲(Polypedilumsp.)等，約占總密度的57.1%，集中分布在中游的傍溪和下游的潘渡溪斷面；庫區(qū)段底棲動(dòng)物的優(yōu)勢種主要有多足搖蚊幼蟲、長跗搖蚊幼蟲(Tanytarsussp.)和多突癩皮蟲(Slavinaappendiculata)等，約占總密度的77.6%；河口段底棲動(dòng)物的優(yōu)勢種主要有譚氏泥蟹(Ilyrplaxdeschampsi)、弧邊招潮蟹(Ucaarcuata)和夾雜帶絲蚓(Lumbriculusvariegatus)等，約占總密度的87.7%.

表5 敖江流域底棲動(dòng)物物種組成

3.2.2 魚類群落分析 魚類位于水生生態(tài)食物鏈的頂端，其狀況是河流健康的重要反映，能在一定范圍內(nèi)敏感地反映水質(zhì)和棲息地的退化情況[20].魚類對水質(zhì)變化反應(yīng)靈敏，據(jù)歐洲內(nèi)陸漁業(yè)咨詢委員會(huì)建議，魚類能長期忍受氨氮濃度的最大限度為0.25mg/L.近年來，敖江流域由于一系列人為活動(dòng)(電站水壩攔截、挖砂、過度捕撈、水域污染等)，魚類生境受到不同程度的破壞.

根據(jù)調(diào)查，敖江流域河道魚類主要有鯉魚(Cyprinuscarpio)、鯽魚(Carassiusauratus)、鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix)、草魚(Ctenopharyngodonidellus)、半刺厚唇魚(Acrossocheilushemispinus)、馬口魚(Opsariichthysuncirostris)、棒花魚(Abbottinafukiensis)、黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)、胡子鯰(Clariasfuscus)和擬腹吸鰍(Pseudogastromyzonfasciatus)等.近年來由于石板業(yè)的發(fā)展，河水受到污染和存在違法電捕現(xiàn)象，中上游河段魚類越來越少.敖江流域現(xiàn)場采集的魚類標(biāo)本與訪查所得的魚類，經(jīng)鑒定有86種，隸屬于13目31科73屬，除了尼羅羅非魚為外來入侵魚種外，其它基本為土著魚種，中國特有魚種12種，上、中、下游各科物種組成差異不顯著.此外，敖江流域大部分魚類為廣布種，珍稀魚類少，在珍稀魚類中，花鰻鱺(Anguillamarmorata)為瀕危物種(EN)，屬國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物，鰣魚(Macrurareevesi)和香魚(Plecoglossusaltivelis)分別為瀕危物種和易危物種(VU)，屬福建省級(jí)重點(diǎn)保護(hù)水生野生動(dòng)物.

從魚類區(qū)系特點(diǎn)分析，敖江流域淡水魚類的分布區(qū)系屬于東洋區(qū)華南亞區(qū)的浙閩分區(qū)，主要以中國江河平原復(fù)合體和南方熱帶平原復(fù)合體占主導(dǎo)地位，中印山區(qū)復(fù)合體和上第三紀(jì)魚類區(qū)系復(fù)合體也占有一定比例，具有較明顯的熱帶、亞熱帶區(qū)系特點(diǎn).

3.2.3 水利工程建設(shè)對水生生境的影響 敖江流域水能豐富，據(jù)調(diào)查敖江流域存在規(guī)模較大的水電站共11座，大部分屬引水式，造成不同程度的脫水段，影響河道水生生物的生境，對河道徑流調(diào)節(jié)起到很大作用，同時(shí)，水庫改變了底棲動(dòng)物的生境多樣性，較為單一的水庫生境取代了流域主流、支流、急流和淺灘等豐富多樣的生境.流域梯級(jí)開發(fā)降低水的自凈能力，減緩流速，使水的更換期延長、復(fù)氧能力降低，給藻類生長提供有利條件，不利于底棲動(dòng)物敏感物種的生存，滋生大量耐缺氧和耐有機(jī)的顫蚓類、搖蚊類，破壞水生態(tài)的平衡.此外，水利工程的攔截水壩，全都無過魚通道，對洄游性魚類影響較大，也分割了定居性魚類的生境[21]，2013年夏季敖江魚類調(diào)研中，在潘渡電站壩下水域中捕獲香魚和花鱸(Lateolabraxjaponicus)，這2種魚類為河口魚類，說明可從河口洄游至此，但在潘渡電站壩上及以上流域均未發(fā)現(xiàn)這2種魚，可能與敖江流域上的多級(jí)小水電建壩阻斷洄游通道有關(guān).

3.3 水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估

3.3.1 評(píng)估指標(biāo)解釋和計(jì)算方法 根據(jù)流域生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)體系分析方法，敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)解釋和計(jì)算方法見表6.

表6 敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)解釋和計(jì)算方法

3.3.2 評(píng)估結(jié)果 根據(jù)流域生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)計(jì)算方法，計(jì)算得出敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估指標(biāo)，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行賦分(表7).其中，水質(zhì)狀況指數(shù)賦分時(shí)，上游單元水質(zhì)達(dá)標(biāo)率100%，但考慮霍口斷面、雙渡溪斷面的濁度達(dá)標(biāo)率分別為88.08%和88.17%，水質(zhì)評(píng)定為優(yōu)秀，賦分94；下游單元水質(zhì)達(dá)標(biāo)率100%，考慮花園溪和蘭水溪2條支流濁度達(dá)標(biāo)率均較低，水質(zhì)評(píng)價(jià)定為一般，賦分50；河道連通性方面，雖然按照丘陵分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，上游、中游和下游評(píng)估水系結(jié)果屬于良好，但考慮到實(shí)際調(diào)研中敖江流域小水電站分布較多，故最終評(píng)估結(jié)果降1級(jí)為一般，分別賦分58、58、60.

表7 敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估各指標(biāo)值及賦分情況

根據(jù)表3中的水域健康評(píng)估指標(biāo)權(quán)重和表7中的水域健康評(píng)估指標(biāo)賦值，對敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果為：上游水系分值為65.8，水域生態(tài)系統(tǒng)健康良好；中游水系分值為60.8，水域生態(tài)系統(tǒng)健康良好；水域水系分值為59.2，陸域生態(tài)系統(tǒng)健康一般.

從各項(xiàng)指標(biāo)分值來看，上游水系水域生態(tài)健康為良好，其中枯水期徑流比例、水質(zhì)狀況、航運(yùn)交通或涉水旅游等方面評(píng)估結(jié)果均為優(yōu)秀，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度、挖沙情況評(píng)估結(jié)果為良好，河道連通性、特有性或指示性物種保持情況、外來物種種類/數(shù)量/比例等方面評(píng)估結(jié)果為一般，但魚類、大型底棲動(dòng)物多樣性等方面評(píng)估結(jié)果為較差；中游水系水域生態(tài)健康為良好，其中枯水期徑流比例和網(wǎng)箱養(yǎng)殖方面評(píng)估結(jié)果為優(yōu)秀，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度和魚類物種多樣性方面評(píng)估結(jié)果為良好，河道連通性、特有性或指示性物種保持情況、挖沙情況、外來物種種類/數(shù)量/比例、大型底棲動(dòng)物多樣性等評(píng)估結(jié)果為一般，但水質(zhì)狀況、航運(yùn)交通或涉水旅游評(píng)估結(jié)果為較差；下游水系水域生態(tài)健康為一般，枯水期徑流比例和魚類物種多樣性方面評(píng)估結(jié)果為優(yōu)秀，水資源開發(fā)利用強(qiáng)度方面評(píng)估結(jié)果為良好，水質(zhì)狀況、河道連通性、特有性或指示性物種保持情況、外來物種種類/數(shù)量/比例等方面評(píng)估結(jié)果為一般，大型底棲動(dòng)物多樣性、挖沙情況、航運(yùn)交通或涉水旅游等方面評(píng)估結(jié)果較差.

4 結(jié)論

敖江流域水質(zhì)總體較好，水質(zhì)呈逐步改善趨勢，濁度達(dá)標(biāo)率有所提高，但是山仔水庫TN、TP濃度長期超標(biāo)，水體存在富營養(yǎng)化和藻類暴發(fā)生態(tài)環(huán)境問題.流域底棲動(dòng)物種類呈現(xiàn)支流多于干流，河流多于水庫的規(guī)律；魚類種類上、中、下游各科物種組成差異不顯著，具有較明顯的熱帶、亞熱帶區(qū)系特點(diǎn).流域梯級(jí)電站開發(fā)強(qiáng)度大，對水生態(tài)平衡產(chǎn)生一定程度的破壞，且對洄游性魚類影響較大.敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估表明流域上游、中游水系水域生態(tài)健康良好，下游水系水域生態(tài)健康一般.

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Evaluation of aquatic ecosystem health in Aojiang Basin， Fujian Province

ZHANG Yuzhen1，2， HUANG Wendan1，2， WANG Zhiyuan3，4， BAO Qiuping1，2& JIANG Bingqi1,2

(1：FujianProvincialAcademyofEnvironmentalScience，F(xiàn)uzhou350013，P.R.China2：FujianKeyLaboratoryofEnvironmentalEngineering，F(xiàn)uzhou350013，P.R.China3：FuzhouAgriculturalBureau，F(xiàn)uzhou350007，P.R.China4：FuzhouFarmlandConstructionandSoilandFertilizerTechnologyStation，F(xiàn)uzhou350007，P.R.China)

According to the suvery on benthic animal and fish samples, and combining with monitoring data, we analyzed the health condition of aquatic ecosystem, and made evaluation with an index in Aojiang Basin. The results showed that the water quality was generally good in Aojiang Basin, but total nitrogen and total phosphorus concentration of Shanzi Reservoir exceeded standard for a long term which led to ecological environment problems, such as eutrophication and algae outbreak. Species numbers of benthic animals presented in the tributaries were greater than that in the river, with smallest species number in reservoir. The fish composition in the upstream, midstream and downstream was not of significant difference, exhibiting a tropical and subtropical floristic characteristics. The health condition of aquatic ecosystem in both upstream and midstream was good, while that in downstream was moderate.

Aojiang Basin; Shanzi Reservoir; aquatic ecosystems; health evaluation

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(6)： 1079-1086

DOI 10.18307/2015.0612

?2015 byJournalofLakeSciences

*福建省環(huán)?？萍加?jì)劃項(xiàng)目(2013R011)資助.

2014-09-16收稿；2015-02-10收修改稿.

張玉珍(1964～)，女，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師；E-mail：zyz9893@163.com.