劉園園,阿依巧麗,張森瑞,吳興蓉, 萬彬娜,張小萍,曾 波

三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室,重慶市三峽庫區(qū)植物生態(tài)與資源重點實驗室,西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,重慶 400715

河流健康評價是河流水污染防治、水資源保護(hù)和河流管理的一項最基本的工作和手段。在河流健康評價中,常從河流水文節(jié)律、理化性質(zhì)、水生生物、生境狀況等角度對河流健康進(jìn)行評價[1]。藻類是河流中水生生物的重要組成類群,藻類作為河流水體生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者,具有繁殖迅速和生命周期較短的特性[2],其數(shù)量和種類組成對環(huán)境變化和干擾很敏感,能監(jiān)測出微量且對生物有嚴(yán)重影響的污染物,對水體富營養(yǎng)化[3]、重金屬[4]、農(nóng)藥[5]以及其他有機污染物都有較快的響應(yīng)。因此,在河流健康評價中藻類具有重要的地位和作用[6]。

河流中的藻類按照生活習(xí)性可分為著生藻類和浮游藻類。近十余年來,在河流健康評價中,國內(nèi)外學(xué)者既有采用著生藻類為指示生物[7- 10]也有采用浮游藻類為指示生物[11- 14]來構(gòu)建生物完整性評價體系用以評價人類活動干擾對藻類群落結(jié)構(gòu)以及河流健康的影響。然而,從已有的研究來看,在采用著生藻類還是浮游藻類作為河流健康評價指示生物的選擇上具有較大的隨意性,比如Al-Janabi[15]、吳乃成[16]等人采用浮游藻類分別對底格里斯河、艾德河進(jìn)行健康評價,Hill[17]、殷旭旺[18]等人采用著生藻類分別對美國東部河流、渾河水系進(jìn)行健康評價。胡鴻鈞等[19]曾提及因河流、溪流等水是流動的,除湖泊、池塘等較靜止的水體可用浮游藻類進(jìn)行監(jiān)測外,采用著生藻類比浮游藻類更能代表急流、流水水域的水質(zhì)狀況。DeNicola和Kelly[20]認(rèn)為著生藻類比浮游藻類可能更快監(jiān)測到湖泊周邊定點污染源或沿岸開發(fā)的影響。但是,著生藻類和浮游藻類究竟何者更適宜用于水環(huán)境和河流健康評價,抑或是二者在用于評價的適宜性上沒有明顯差別,迄今為止并無深入研究和報道。從理論上來講,水體中的著生藻類由于其營附著或固著生活在水體中的基質(zhì)上(如石頭、木頭、水生高等植物的莖或葉、等等),在其整個生命活動周期內(nèi)會受到其棲居區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的物理、化學(xué)及生物環(huán)境變化的持續(xù)影響,無法躲避不良環(huán)境的危害而不得不忍耐或死亡[21]。而浮游藻類在水體中營浮游生活,可通過風(fēng)浪、水流等因素被帶離至其他區(qū)域而避免長時間暴露于某一固定的不良環(huán)境中[22],因此相比著生藻類而言,浮游藻類受不利環(huán)境持續(xù)影響的程度較輕。鑒于以上分析,本研究提出如下假設(shè)并驗證之：在對屬于流動性水體的河流進(jìn)行的健康評價中,著生藻類比浮游藻類具有更好的適宜性。

三峽水庫除在洪澇災(zāi)害控制、航運、發(fā)電中發(fā)揮重要作用外,也是我國的重要水資源庫,三峽庫區(qū)的河流健康狀況對三峽水庫的水資源保護(hù)至關(guān)重要,因此,建立適宜的河流健康評價方法以評價并掌握三峽庫區(qū)河流的健康狀況具有重要意義。本研究中,選擇位于三峽庫區(qū)的嘉陵江和烏江作為研究對象,分別以著生藻類和浮游藻類為指示生物,采用生物完整性指數(shù)評價法(Index of biological integrity,IBI)[23]和綜合污染指數(shù)法(Comprehensive pollution index,CPI)[24]研究嘉陵江和烏江的健康狀況,并以綜合污染指數(shù)評價結(jié)果為參照,研究在河流系統(tǒng)中著生藻類和浮游藻類究竟何者更能反映水體環(huán)境狀況更適宜用于水環(huán)境和河流健康評價。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

三峽水庫是我國特大型水庫,位于東經(jīng)105°44"—111°39",北緯28°32"—31°44"。庫區(qū)地貌以丘陵、山地為主,垂直差異大,層狀地貌明顯。三峽庫區(qū)屬濕潤亞熱帶季風(fēng)氣候,庫區(qū)年平均氣溫17—19℃,年平均降水量一般在1045—1140 mm。三峽庫區(qū)內(nèi)有眾多河流匯入長江,這些河流是三峽水庫的重要組成部分。為保證河流的藻類本底情況盡量相近,本文選取河流規(guī)模、長度和社會經(jīng)濟(jì)狀況相似的三峽庫區(qū)內(nèi)的嘉陵江、烏江作為研究對象。嘉陵江位于三峽水庫上游段,在合川區(qū)古樓鎮(zhèn)流入重慶境內(nèi),于渝中區(qū)朝天門匯入長江,境內(nèi)河道長153.8 km,流域面積9262 km2。烏江也位于三峽水庫上游段,自酉陽縣黑獺壩流入重慶境內(nèi),流經(jīng)彭水、武隆,在涪陵城東匯入長江,境內(nèi)河道長219.5 km,流域面積8790 km2。根據(jù)嘉陵江、烏江所處地形特點、河流的匯入點、研究斷面的典型性、可達(dá)性和安全性,共設(shè)置11個具有代表性的研究斷面(圖1)。嘉陵江共設(shè)置6個研究斷面,從上游到下游依次為J1、J2、J3、J4、J5及J6。烏江共設(shè)置5個研究斷面,從上游到下游依次為W1、W2、W3、W4及W5。

圖1 三峽庫區(qū)河流嘉陵江、烏江的地理位置及研究斷面位置Fig.1 Location of Jialing River and Wujiang River in Three Gorges Reservoir region and the sampling sites set in these two riversJ1、J2、J3、J4、J5及J6：嘉陵江的研究斷面,Six monitored sections in Jialing River；W1、W2、W3、W4及W5：烏江的研究斷面,Five monitored sections in Wujiang River

1.2 藻類樣品采集

2015年9月在嘉陵江和烏江的各個研究斷面同時進(jìn)行著生藻類與浮游藻類采樣。著生藻類和浮游藻類的采集方法分別依據(jù)美國環(huán)保署[25]、《水和廢水監(jiān)測分析方法》[26]的方法進(jìn)行,對著生藻類和浮游藻類的鑒定主要參考《中國淡水藻類》[27]和《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》[19]等文獻(xiàn)進(jìn)行。

1.3 水體理化指標(biāo)測定

在進(jìn)行著生藻類和浮游藻類調(diào)查采樣的同時,對嘉陵江、烏江的各研究斷面的水體理化指標(biāo)進(jìn)行測定。嘉陵江、烏江的河岸帶土地利用類型以耕地、草地居多,少數(shù)河段河岸帶為不受干擾的林地,還有部分河段存在居住區(qū)、工廠、采沙場和養(yǎng)殖場等人工設(shè)施。為綜合反映人類生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水體環(huán)境的影響,在本研究中選取pH、溶解氧、總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、鎘、鉛、六六六、甲基對硫磷、五氯酚12項指標(biāo)對嘉陵江、烏江的各研究斷面的水質(zhì)進(jìn)行檢測。其中,pH、水溫、溶解氧采用多參數(shù)水質(zhì)分析儀DS5/DS5X(Hydrolab,美國)現(xiàn)場測定。12項指標(biāo)中的其余指標(biāo)(總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、鉛、鎘、五氯酚、六六六、甲基對硫磷)采集水樣進(jìn)行檢測。采用卡蓋式采樣器進(jìn)行水樣采集,根據(jù)各指標(biāo)檢測的要求,水樣采集后在現(xiàn)場進(jìn)行初過濾、分裝和預(yù)處理(如避光、低溫保存等),然后盡快運回實驗室進(jìn)行分析測定,參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[26]和《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法農(nóng)藥指標(biāo)》[28]對總氮、總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、重金屬(鉛、鎘)和有機污染物(五氯酚、六六六、甲基對硫磷)進(jìn)行測定。

1.4 綜合污染指數(shù)評價

在本研究中,利用對河流水體理化指標(biāo)的檢測結(jié)果,采用綜合污染指數(shù)法(Comprehensive pollution index,CPI)對河流水質(zhì)進(jìn)行評價,該方法操作簡單,評價結(jié)果直觀明了,可反映多個水質(zhì)指標(biāo)與相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間的綜合對應(yīng)關(guān)系,被廣泛應(yīng)用于河流的水質(zhì)監(jiān)測評價。

各項水質(zhì)檢測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)主要參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[29]制定相應(yīng)水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值(表1),將水質(zhì)類別分為I、II、III、IV、V類,水質(zhì)達(dá)不到 V 類標(biāo)準(zhǔn)的,定義為劣V類。其中,葉綠素a指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值是依據(jù)《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》[30]的湖庫營養(yǎng)狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn),以貧營養(yǎng)狀態(tài)葉綠素a濃度限值為 I 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值,以重度富營養(yǎng)狀態(tài)葉綠素a濃度限值為 V 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值；五氯酚、甲基對硫磷和六六六的水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)限值是以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[29]和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[31]中水質(zhì)非常規(guī)指標(biāo)的限值為該指標(biāo)的 III 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值,并結(jié)合其他相關(guān)水質(zhì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[32- 34]以及當(dāng)?shù)厮w環(huán)境的實際情況綜合考慮制定。

本研究以應(yīng)需滿足人們正常生產(chǎn)生活和基本飲水需求的 III 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值(表1)為基準(zhǔn),將水體的某檢測指標(biāo)的實測值與該指標(biāo)的 III 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較計算出一比值,并對所有12項檢測指標(biāo)按此方法計算獲得的比值進(jìn)行算術(shù)平均得到該水體的CPI值。同時,分別計算出I、II、III、IV、V類水質(zhì)基于12項指標(biāo)的CPI值,確定基于CPI值的I、II、III、IV、V類水質(zhì)的分級標(biāo)準(zhǔn)(表2),然后根據(jù)此分級標(biāo)準(zhǔn)確定各研究斷面的水質(zhì)狀況。

綜合污染指數(shù)(CPI)計算公式[24,35]為：

式中：CPI為綜合污染指數(shù),CPIi為第i項指標(biāo)的污染分指數(shù)；ci為第i項指標(biāo)的實測值；Si為表1中第i項指標(biāo)的 III 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值：n為檢測指標(biāo)的個數(shù)。

1.5 藻類生物完整性(IBI)評價

1.5.1參照位點的選擇

本研究中,選取CPI值≤0.17,水質(zhì)評價等級為優(yōu)的Ⅰ類水體,且人為干擾較小[36],周邊無排放源的研究斷面為進(jìn)行藻類生物完整性評價的參照點,其余研究斷面則為受損點。

1.5.2候選生物參數(shù)的選擇

為構(gòu)建河流著生藻類生物完整性(Periphytic algal index of biological integrity,Pe-IBI)和浮游藻類生物完整性(Phytoplankton index of biological integrity,Ph-IBI)評價體系,參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)[7- 18,37- 41]和分析數(shù)據(jù)的可能性,并結(jié)合著生藻類和浮游藻類的共性,提出了物種組成、相對豐富度、群落多樣性和營養(yǎng)水平4類屬性,且對環(huán)境變化較為敏感的22個藻類生物參數(shù)作為候選生物參數(shù)(表3)。

表1 水質(zhì)理化指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值/(mg/L)

表2 基于綜合污染指數(shù)的水質(zhì)評價分級

表3 藻類生物完整性評價的候選生物參數(shù)

1.5.3核心生物參數(shù)篩選

對表3中22個侯選生物參數(shù)進(jìn)行判別能力和相關(guān)性分析的篩選。采用箱形圖分析[42]各個參數(shù)的數(shù)值在參照點與受損點中的分布情況,比較參照點與受損點的數(shù)值在第25%至75%分位數(shù)值分布范圍,及“箱體”IQ(Interquartile range,四分位距)的重疊情況,初步篩選出識別能力強的生物參數(shù)：即IQ≥2、箱體無任何重疊或箱體有小部分重疊但中位數(shù)都在對方箱體之外的生物參數(shù)。對符合上述條件的參數(shù)再進(jìn)行Pearson相關(guān)分析；為盡可能選取較多的生物參數(shù)進(jìn)入評價體系,設(shè)定如果兩個參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)>0.90[43],則從兩個參數(shù)中選擇其中一個。根據(jù)上述方法篩選出核心生物參數(shù)。

1.5.4藻類生物完整性指數(shù)構(gòu)建

采用賦分方法對核心生物參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。首先,以每個核心生物參數(shù)所有參照點的值的平均值為標(biāo)準(zhǔn)值,對每一研究斷面,計算每個核心生物參數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏離度[44],公式為：

偏離度=(標(biāo)準(zhǔn)值—研究斷面值)/標(biāo)準(zhǔn)值

然后根據(jù)每一研究斷面的各項核心參數(shù)的偏離度,對各項核心參數(shù)重新賦值(表4中的賦值標(biāo)準(zhǔn)),累加得到該研究斷面的生物完整性指數(shù)值；當(dāng)研究對象為著生藻類時,生物完整性指數(shù)值為著生藻類生物完整性指數(shù)值(即Pe-IBI指數(shù)值)；當(dāng)研究對象為浮游藻類時,生物完整性指數(shù)值為浮游藻類生物完整性指數(shù)值(即Ph-IBI指數(shù)值)。在對核心參數(shù)進(jìn)行賦值時(表4),參數(shù)值隨環(huán)境干擾強度增大而降低的參數(shù),將偏離度按照25%為一個單位,劃分1—10的標(biāo)準(zhǔn),偏離度(負(fù)值)越大,賦值越高。參數(shù)值隨環(huán)境干擾強度增大而升高的參數(shù),將偏離度按照25%為一個單位,劃分1—10的標(biāo)準(zhǔn),偏離度(負(fù)值)越大,賦值越低。對一具體生物參數(shù)而言,若某研究斷面的該生物參數(shù)依據(jù)其偏離度情況獲得的賦值越高,說明此研究斷面由該生物參數(shù)所反映的環(huán)境質(zhì)量越好。

1.5.5評價標(biāo)準(zhǔn)

假設(shè)有n項核心參數(shù)參與進(jìn)行藻類生物完整性評價,以各項核心參數(shù)的偏離度為0,賦分值5分為期望值,如某研究斷面的藻類生物完整性分值大于等于5n,即“ [5n,∞) ”,則表示該研究斷面的藻類生物完整性評價結(jié)果為優(yōu)；如研究斷面分值小于5n時,將其分布范圍進(jìn)行四等分,即“ [5n×0.75,5n)、[5n×0.5,5n×0.75)、[5n×0.25,5n×0.5)、[0,5n×0.25) ”,確定出“良、中、差、很差”4個等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

表4 藻類生物參數(shù)的賦值標(biāo)準(zhǔn)

圖2 嘉陵江、烏江各研究斷面的綜合污染指數(shù)(CPI) 值 Fig.2 The comprehensive pollution index values of all monitored sections in Jialing River and Wujiang River

2 結(jié)果

2.1 基于綜合污染指數(shù)的水質(zhì)評價結(jié)果

研究結(jié)果表明,嘉陵江、烏江各研究斷面的綜合污染指數(shù)值(CPI值)在0.17—0.46范圍內(nèi)(圖2),兩條河流的整體水質(zhì)CPI平均值為0.29,評價等級為“良”。嘉陵江的水質(zhì)較好,CPI平均值為0.19,水質(zhì)等級為“良”,其中J1和J5監(jiān)測斷面的CPI值為0.17,水質(zhì)等級為“優(yōu)”,確定這兩個斷面作為著生藻類與浮游藻類生物完整性評價的參照點；烏江水質(zhì)相對較差,CPI平均值為0.41,水質(zhì)等級也為“良”。

2.2 著生藻類生物完整性(Pe-IBI)評價結(jié)果

根據(jù)IQ值評定方法和篩選原則,在對著生藻類生物完整性評價中,從22個候選生物參數(shù)中初步篩選出了8個區(qū)分能力較強的候選生物參數(shù),依次為藻類總分類單元數(shù)、藍(lán)藻總分類單元數(shù)、綠藻總分類單元數(shù)、菱形藻比例、優(yōu)勢分類單元比例、前三位優(yōu)勢分類單元比例、香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度。進(jìn)一步的相關(guān)性分析表明,前三位優(yōu)勢分類單元比例和香農(nóng)多樣性指數(shù)之間存在高度相關(guān)(表5),且均反映藻類群落結(jié)構(gòu)變化,根據(jù)使用的廣泛性和代表性,選擇保留香農(nóng)多樣性指數(shù)作為核心生物參數(shù)。最后,在著生藻類中共篩選出7個生物參數(shù)作為核心生物參數(shù)可以用于著生藻類的生物完整性評價以反映河流的健康狀況(表6)。

表5 篩選出來的8個著生藻類候選生物參數(shù)之間的Pearson相關(guān)性分析

表6 篩選出的著生藻類生物完整性(Pe-IBI)評價的核心生物參數(shù)

依據(jù)“1.5.4藻類生物完整性指數(shù)構(gòu)建”所示的方法,對7個核心生物參數(shù)中的每個核心生物參數(shù),依據(jù)該核心生物參數(shù)的參數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏離度大小,求得每個研究斷面該核心生物參數(shù)的賦值,然后計算出各研究斷面的著生藻類生物完整性指數(shù)值(Pe-IBI指數(shù)值)。根據(jù)“1.5.5藻類生物完整性評價標(biāo)準(zhǔn)”所示的評價分級標(biāo)準(zhǔn),35分為Pe-IBI評價的標(biāo)準(zhǔn)限值,確定Pe-IBI的5個等級的評價標(biāo)準(zhǔn)(表7)。根據(jù)建立的評價標(biāo)準(zhǔn)(表7)對嘉陵江、烏江各研究斷面的著生藻類生物完整性(Pe-IBI)進(jìn)行評價的結(jié)果顯示(圖3),所有斷面的Pe-IBI指數(shù)值在19—36范圍內(nèi),其中1個斷面的Pe-IBI評價等級為“優(yōu)”,6個斷面的評價等級為“良”,4個斷面的評價等級為“中”；所有斷面的Pe-IBI指數(shù)值的平均值為26.09,評價等級為“中”。對嘉陵江各研究斷面的著生藻類生物完整性(Pe-IBI)進(jìn)行評價的結(jié)果顯示嘉陵江的Pe-IBI平均值為30.00,評價等級為“良”；對烏江各研究斷面的著生藻類生物完整性(Pe-IBI)進(jìn)行評價的結(jié)果顯示烏江的Pe-IBI平均值為21.40,評價等級為“中”。嘉陵江的著生藻類生物完整性優(yōu)于烏江的著生藻類生物完整性(圖3)。

表7 嘉陵江烏江著生藻類生物完整性(Pe-IBI)評價分級標(biāo)準(zhǔn)

圖3 嘉陵江、烏江各研究斷面的著生藻類生物完整性(Pe-IBI)指數(shù)值Fig.3 Periphytic algal biological integrity values of all monitored sections in Jialing River and Wujiang River

2.3 浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)評價結(jié)果

根據(jù)IQ值評定方法和篩選原則,在對浮游藻類生物完整性評價中,從22個候選生物參數(shù)中只篩選出1個核心生物參數(shù)：藻類密度。依據(jù)“1.5.4藻類生物完整性指數(shù)構(gòu)建”所示方法,根據(jù)該核心生物參數(shù)的參數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的偏離度大小,求得每個研究斷面該核心生物參數(shù)的賦值,然后計算出各研究斷面的浮游藻類生物完整性指數(shù)值(Ph-IBI指數(shù)值)。依據(jù)“1.5.5藻類生物完整性評價標(biāo)準(zhǔn)”所示的評價分級標(biāo)準(zhǔn),5分為Ph-IBI評價的標(biāo)準(zhǔn)限值,確定Ph-IBI的5個等級的評價標(biāo)準(zhǔn)(表8)。對嘉陵江、烏江各研究斷面的浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)進(jìn)行評價的結(jié)果顯示(圖4),所有斷面的Ph-IBI指數(shù)值在0—8范圍內(nèi),其中2個斷面的Ph-IBI評價等級為“優(yōu)”,5個斷面的評價等級為“良”,1個斷面的評級等級為“差”,3個斷面的評價等級為“很差”；所有斷面的Ph-IBI的平均值為3.45,評價等級為“中”。對嘉陵江各研究斷面的浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)進(jìn)行評價的結(jié)果顯示,嘉陵江的Ph-IBI平均值為3.17,評價等級為“中”；對烏江各研究斷面的浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)進(jìn)行評價的結(jié)果顯示,烏江的Ph-IBI平均值為3.80,評價等級為“良”。嘉陵江的浮游藻類生物完整性劣于烏江的浮游藻類生物完整性(圖4)。

表8 嘉陵江烏江浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)評價分級標(biāo)準(zhǔn)

圖4 嘉陵江、烏江各研究斷面的浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)指數(shù)值Fig.4 Phytoplankton biological integrity value of all monitored sections in Jialing River and Wujiang River

2.4 著生藻類與浮游藻類對水體環(huán)境變化的敏感性比較

對嘉陵江、烏江各斷面的著生藻類生物完整性指數(shù)值(Pe-IBI值)、浮游藻類生物完整性指數(shù)值(Ph-IBI值)與水體綜合污染指數(shù)值(CPI值)及各水體理化指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行檢測,結(jié)果表明：著生藻類生物完整性指數(shù)值(Pe-IBI值)與水體綜合污染指數(shù)值(CPI值)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與水體中總氮含量、鉛含量也呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；但是,浮游植物生物完整性指數(shù)值(Ph-IBI值)與水體綜合污染指數(shù)值(CPI值)無明顯相關(guān)性,也與水體環(huán)境因子無明顯相關(guān)性(表9)。此研究結(jié)果表明,與浮游藻類相比,著生藻類受水體環(huán)境的影響更大更明顯,對水體環(huán)境變化的反映更為敏感和準(zhǔn)確。因此,在河流健康評價中,采用著生藻類比采用浮游藻類更為適宜和準(zhǔn)確。

表9 嘉陵江、烏江藻類生物完整性與水體環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性

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本研究基于著生藻類和浮游藻類的種類組成及群落結(jié)構(gòu),分別構(gòu)建著生藻類生物完整性(Pe-IBI)評價體系和浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)評價體系對三峽庫區(qū)的嘉陵江、烏江進(jìn)行河流健康評價研究,并與嘉陵江、烏江的綜合污染指數(shù)(CPI)評價結(jié)果進(jìn)行對比分析,研究結(jié)果表明：當(dāng)采用著生藻類進(jìn)行生物完整性評價時,可以篩選出7個核心參數(shù)用于構(gòu)建生物完整性評價體系；并且著生藻類生物完整性指數(shù)值(Pe-IBI值)與綜合污染指數(shù)值(CPI值)及水體中總氮含量、鉛含量呈極顯著負(fù)相關(guān),表明水體質(zhì)量越差著生藻類的生物完整性也越差,著生藻類的生物完整性狀況可以很好地反映河流水體的質(zhì)量。與此相反,當(dāng)采用浮游藻類進(jìn)行生物完整性評價時,卻只能篩選出1個核心參數(shù)用于構(gòu)建生物完整性評價體系；對浮游藻類生物完整性指數(shù)值(Ph-IBI值)與綜合污染指數(shù)值(CPI值)及12項水體理化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),浮游藻類生物完整性指數(shù)值(Ph-IBI值)與綜合污染指數(shù)值(CPI值)無相關(guān)性,浮游藻類生物完整性指數(shù)值(Ph-IBI值)與12項水體理化指標(biāo)也無任何相關(guān)性,表明浮游藻類的生物完整性指數(shù)并不能很好地反映河流水體的質(zhì)量狀況。與著生藻類不同,浮游藻類是隨水流流動的,其“隨波逐流”的特性會影響浮游藻類在空間區(qū)域的代表性[45],在空間位置某一固定位點的發(fā)生的污染或環(huán)境干擾對浮游藻類的影響是短暫的,浮游藻類往往難以敏感地反映水體某固定位點的環(huán)境和水質(zhì)變化,其生物參數(shù)區(qū)分環(huán)境變化差異的敏感性也就較差。相對而言,著生藻類固定生活于某一空間位點,必須長期忍耐所處的環(huán)境,其群落結(jié)構(gòu)變化就能較好地反映該空間位點的水環(huán)境和水質(zhì)變化[46],其生物參數(shù)區(qū)分環(huán)境變化差異的能力較強。因此,根據(jù)核心生物參數(shù)的作用敏感性原則[47](即核心生物參數(shù)應(yīng)對環(huán)境變化和人為干擾易做出響應(yīng),并且隨著干擾強度的變化而變化(升高或降低),數(shù)值上可較強區(qū)分參照點與受損點的差異),致使浮游藻類能夠篩選出來用于生物完整性評價的核心生物參數(shù)個數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于著生藻類可篩選出來的核心生物參數(shù)個數(shù)。此外,每個生物參數(shù)都對一類或幾類干擾反應(yīng)敏感,但各參數(shù)對水體受干擾的反應(yīng)敏感程度及范圍是不同的,單獨一個生物參數(shù)并不能準(zhǔn)確和完全地反映水體健康狀況和受干擾的強度,本研究中在采用浮游藻類生物完整性(Ph-IBI)進(jìn)行評價時,只能篩選出一個核心參數(shù)“浮游藻類密度”,這難以很好地反映河流水環(huán)境和水體狀況。

通過本研究中對三峽庫區(qū)嘉陵江和烏江的藻類生物完整性和水體質(zhì)量的研究結(jié)果來看,著生藻類比浮游藻類對河流的水環(huán)境變化更為敏感和準(zhǔn)確,更能反映河流水體的環(huán)境狀況。本研究表明,著生藻類比浮游藻類更適宜用于河流健康評價,在從水生生物的角度對作為流動水體的河流進(jìn)行健康評價時,如果需要采用藻類進(jìn)行河流健康評價,建議最好采用著生藻類而盡量避免采用浮游藻類。

致謝：本研究得到了西南大學(xué)西南山地生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)國家級培育基地的支持。