孫捷 成厚城 劉啟軒 王志寬

（1. 蘇州首創(chuàng)嘉凈環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇蘇州 215000；2. 東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇南京 211189）

1 引言

河流是自然界的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等多種功能［1］。然而，隨著社會發(fā)展，河流生態(tài)系統(tǒng)受到不同程度的破壞，河道生態(tài)健康問題逐漸受到重視。

隨著人們對河流生態(tài)的認(rèn)知逐漸加深，單一的水質(zhì)管理模式已逐漸轉(zhuǎn)化為生態(tài)健康管理［2］。浮游生物對河流的物化因子的變化相當(dāng)敏感，環(huán)境的變化會導(dǎo)致其種類及數(shù)量的變化［3-4］，其群落結(jié)構(gòu)的變化又會影響生態(tài)系統(tǒng)的能量流動、信息傳遞等［5-6］。因此浮游生物常被國內(nèi)外學(xué)者作為生態(tài)健康的指示物種應(yīng)用于河流健康評價的研究。

賈魯河流經(jīng)新密市、鄭州市，中牟、尉氏、扶溝、西華等縣市，在周口市匯入沙潁河，最終匯入淮河。全河道長度約為246 km，面積5 896 km2。雙洎河是賈魯河最大的支流。賈魯河受納金水河、索須河、熊耳河、七里河、東風(fēng)渠等河流的水體。另外，由于自然條件限制，賈魯河徑流稀少，河道水體除天然降雨補給外，沿線城市污水尾水亦為河道的主要補給水。由于以上原因，賈魯河流域處于污染狀態(tài)。據(jù)調(diào)查顯示，賈魯河流域面積占淮河的1/49，污染負(fù)荷卻占淮河的1/9［7］。以往對賈魯河的研究僅是對化學(xué)指標(biāo)的檢測，如氨氮、總磷的水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測，但研究表明，單純依靠化學(xué)指標(biāo)難以反映河道健康水平［8］。因此，需要評估賈魯河流域的生物結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)賈魯河流域的生態(tài)健康管理的目的。

本研究以賈魯河流域為對象，對賈魯河浮游生物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，分析了浮游生物的種類、豐度和生物多樣性，對賈魯河流域的水質(zhì)變化也進(jìn)行了同步監(jiān)測，可為賈魯河流域的生態(tài)健康管理和修復(fù)提供一定的依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域及采樣點設(shè)置

采樣時間為2014 年8 月至2016 年8 月的春季（4 月）、夏季（8 月）、秋季（11 月）、冬季（1 月）。采樣點為賈魯河主要斷面，采樣地點為索須河與賈魯河交匯口P0（113°43′45.7″E，34°52′6.7″N），金水河入賈魯河口綠博園處P1（113°32′54.2″E，34°45′41.9″N），中牟縣陳橋斷面P2（114°06′32.2″E，34°40′54.3″N），扶溝縣雙洎河入賈魯河口P3（114°20′11.8″E，34°09′21.4″N）。

2.2 浮游生物的采集和處理

（1）使用25 號（孔徑0.064 mm）生物網(wǎng)和13 號（孔徑0.112 mm）生物網(wǎng)分別對浮游植物和浮游動物進(jìn)行采集。（2）樣品收集至樣品瓶中并用4%甲醛溶液固定。（3）靜置48 h 后濃縮鏡檢。

2.3 理化指標(biāo)檢測

溶解氧、pH 值用HACH DR2800 現(xiàn)場進(jìn)行測量?？偭祝═P）、氨氮（NH3－N）、總氮（TN）、化學(xué)需氧量（COD）等采用國標(biāo)法檢測，見表1。

表1 測定方法

2.4 數(shù)據(jù)分析

物種豐度指數(shù)使用Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)進(jìn)行計算，公式如下：

Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)＝－∑（Pi）（log2Pi）式中，Pi代表樣品中屬于第i 種浮游生物個體比例。

Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)：0～1 為重污染；1～2 α 為中污染；2～3 β 為中污染；＞3 為輕污染或無污染。

3 結(jié)果

3.1 浮游植物種類特征

3.1.1 浮游植物種類

在P0，P1，P2 和P3 斷面中，共鑒定出5 門33 種浮游植物。其中，綠藻門種類數(shù)最多，占總種類數(shù)的51.5%；藍(lán)藻門、隱藻門和硅藻門占比均為15.1%。賈魯河流域浮游植物種類數(shù)具有季節(jié)性差異，其中，夏季最多，冬季最少，呈現(xiàn)出夏季＞秋季＞春季＞冬季的趨勢，見圖1。

圖1 賈魯河流域各季節(jié)浮游植物種類組成

3.1.2 浮游植物豐度變化

賈魯河流域4 個季節(jié)的浮游植物豐度變化范圍為4.87×106～18.60×106int/L，各取樣點豐度變化見圖2。夏季賈魯河流域浮游植物豐度最大，冬季最??；藍(lán)藻門豐度最大，其次為綠藻門。從空間尺度上分析，賈魯河流域浮游植物豐度最高值在P0 采樣點，最低值在P1 采樣點。由圖2b 可知，浮游植物豐度在4個采樣點呈現(xiàn)為P0＞P3＞P2＞P1。

圖2 賈魯河流域各取樣點豐度變化情況

3.1.3 浮游植物多樣性變化

賈魯河流域的浮游植物Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)見圖3。Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)在0.86～3.20 之間，在季節(jié)上表現(xiàn)為夏季較低、冬季較高的趨勢。從空間上來看，Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)在P1 點最高，P0 點最低。多，為6 種屬，輪蟲為3 種屬，枝角類為1 種屬，橈足類為1 種屬，分別占總種類數(shù)的54.5%，27.3%，9.1%，9.1%。在賈魯河流域的4 個斷面中，浮游動物種類數(shù)具有季節(jié)性差異，其中，夏季最多，冬季最少，呈現(xiàn)出夏季＞秋季>春季＞冬季的趨勢，見圖4。

圖3 賈魯河流域浮游植物Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)

圖4 各季節(jié)浮游動物種類組成

3.2 浮游動物種類特征

3.2.1 浮游動物種類

在賈魯河流域的4 個斷面中，浮游動物種類一共四大類11 種（見圖4），其中，原生動物種類數(shù)最

3.2.2 浮游動物豐度變化

4 個季節(jié)里賈魯河流域浮游動物豐度變化為1.78×106～26.28×106int/L，各季節(jié)平均豐度變化如圖5a 所示。浮游動物豐度時間分布為夏季最大、冬季最小。此外，在各個季節(jié)，原生動物豐度最大，其次為輪蟲。在空間尺度上，賈魯河流域浮游動物豐度在P0 采樣點最高，最低值在P1 采樣點。由圖5b 可知，浮游植物豐度空間尺度上4 個采樣點呈現(xiàn)為P0＞P3＞P2＞P1，與浮游植物豐度出現(xiàn)相同趨勢。

圖5 浮游動物豐度變化情況

3.2.3 浮游動物多樣性變化

賈魯河流域的浮游動物Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)分布如圖6 所示。Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)在0.75～2.98 之間，呈現(xiàn)夏季多樣性指數(shù)較低、冬季多樣性指數(shù)較高的趨勢。從空間角度分析顯示，各斷面浮游動物Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)的最高值出現(xiàn)在P1 采樣點，最低值出現(xiàn)在P0 采樣點，Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)從大到小排序為P1＞P2＞P3＞P0。

圖6 各季節(jié)賈魯河流域浮游動物Shannon－Wiener多樣性指數(shù)分布

3.3 賈魯河流域水環(huán)境特征

對夏季賈魯河流域上下游的4 個采樣點進(jìn)行水環(huán)境因子檢測，檢測結(jié)果見表2。從表2 可以看出，夏季賈魯河流域水體的溶解氧含量在P0 地區(qū)是最低的，且差異較大，其他3 個采樣點之間無太大差異。COD 呈現(xiàn)類似的變化情況，在P0 采樣點COD 是最低的，其他3 個采樣點之間無太大差異。P0 采樣點的NH3-N 和TP 含量均是最高的，P1 最低，NH3-N和TP 含量從大到小的排序都表現(xiàn)為P0＞P3＞P2＞P1。硝態(tài)氮含量也是P0 處最高，而檢測到的硝態(tài)氮含量最小值在P2 處，4 個斷面從高到低排序為P0＞P3＞P1＞P2。從表2 可知，2014 年到2016 年期間，賈魯河流域夏季的水體溶解氧含量逐年升高；COD 在不同年份變化不大；NH3-N，TP 和硝態(tài)氮含量在2014 年到2016 年都表現(xiàn)為一致的規(guī)律，檢測到的數(shù)值逐年下降。

4 討論

賈魯河受地理因素限制，自然徑流缺乏，補給水流以鄭州市和開封市城區(qū)排放的污水為主，占河流總水量的80%，水體黑臭和藍(lán)藻水華問題頻發(fā)［8］。此外，賈魯河流域的生態(tài)環(huán)境復(fù)雜，除受到鄭州市和開封市的人為影響外，同時還受到與南水北調(diào)工程相連的支流金水河匯入的影響。

普遍認(rèn)為水體中TP 含量大于0.02 mg/L，是水體富營養(yǎng)化的特征［9-11］。賈魯河夏季TP 濃度高于公認(rèn)水體富營養(yǎng)化閾值的10 倍以上。處于鄭州市區(qū)的P0 處NH3-N，TP 水平高于其他3處。吳菲等［12］的研究指出，水體中NH3-N，TP 等營養(yǎng)鹽的含量與周圍人類活動的大小密切成正相關(guān)，周圍人口越多，匯入的營養(yǎng)鹽越多。此外，有金水河匯入的P1 斷面處NH3-N，TP 水平最低，而P2 和P3 處NH3-N，TP 水平又隨著污水的流入升高。可能的解釋是清潔的金水河自然水體的匯入，使賈魯河NH3-N，TP 等營養(yǎng)鹽稀釋，河流的水質(zhì)得到改善［12］。此外，2014 年至2016 年期間，賈魯河流域夏季NH3-N、硝態(tài)氮和TP不斷降低，而水體溶解氧含量不斷上升，表明賈魯河的水質(zhì)得到改善［13］。

對賈魯河流域2014 年8 月至2016 年8 月3 年4 個季度進(jìn)行調(diào)查采樣，共鑒定出浮游植物33 種、浮游動物11 種，浮游植物以耐污型的藍(lán)藻和綠藻為主，浮游動物則為原生動物和輪蟲占絕對優(yōu)勢，表明賈魯河流域的富營養(yǎng)水質(zhì)為耐污水生物的生長、繁殖提供了理想場所［14］。并且在人類活動更為密集的P0 處，浮游生物豐度明顯高于其他3 處采樣點，而金水河入賈魯河口的P1 處浮游生物豐度最低。周彥鋒等指出，水體中NH3-N，TP 等營養(yǎng)鹽的含量是影響浮游生物群落分布的主要影響因子［15］。此外，有研究認(rèn)為，藍(lán)藻門中的顫藻屬、微囊藻屬，綠藻門的小球藻屬和原生動物等耐污物種與營養(yǎng)鹽有較好的相關(guān)性，本研究的發(fā)現(xiàn)與之相似［16］。在本研究中，發(fā)現(xiàn)浮游生物的豐度與賈魯河流域污染程度相關(guān)。

對賈魯河流域浮游生物的多樣性進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，不同季節(jié)浮游植物和浮游動物的豐度都表現(xiàn)為夏季＞秋季＞春季＞冬季。此外，在金水河匯入賈魯河的P1 處浮游生物Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)明顯高于其他采樣點。一些報道認(rèn)為，Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)越高，表明該區(qū)域水體的生物復(fù)雜性越高、水質(zhì)越好［17］。另外，本研究的結(jié)果顯示，處于鄭州市市區(qū)的P0 和扶溝縣雙洎河入賈魯河口的P3 的Shannon－Wiener 多樣性指數(shù)明顯低于P1 和P2 處，這一結(jié)果進(jìn)一步證實了賈魯河流域P0 處富營養(yǎng)化的程度最高，P1 處富營養(yǎng)化程度最低。

本研究發(fā)現(xiàn)賈魯河流域在浮游生物群落及其環(huán)境因子上呈現(xiàn)出顯著的時間和空間特征。人類活動和支流水體的匯入對賈魯河流域浮游生物的豐度起重要作用。此外，在賈魯河流域，鄭州市城區(qū)的P0 采樣點污染最嚴(yán)重，藻類以有害的藍(lán)藻為優(yōu)勢種，浮游動物以耐污染的原生動物為主，而金水河匯入點P1的污染程度最低。本研究的結(jié)果有助于相關(guān)部門進(jìn)一步了解賈魯河污染狀況，為污染治理提供了依據(jù)。