田盼盼,桑 翀,馬徐發(fā),沈建忠,周 瓊,*

1 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水生物繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430070 2 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶大宗水生生物產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展教育部工程研究中心,武漢 430070

周叢藻類(lèi)作為水體重要的初級(jí)生產(chǎn)者,附著于各種基質(zhì)表面,為魚(yú)類(lèi)等水生動(dòng)物提供食物來(lái)源和棲息場(chǎng)所[1—2]。它具有生活環(huán)境穩(wěn)定、生命周期較短、繁殖快、群落物種豐富等優(yōu)點(diǎn),相較浮游藻類(lèi)能更好地反映水質(zhì)狀況。其耐受力較強(qiáng),生長(zhǎng)環(huán)境受到破壞時(shí),無(wú)法遷移躲避,因此可通過(guò)周叢藻類(lèi)的群落結(jié)構(gòu)特征來(lái)準(zhǔn)確反映河流環(huán)境的相應(yīng)變化[3—4]。此外,周叢藻類(lèi)能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)群落結(jié)構(gòu)的重建,迅速而靈敏的反映水質(zhì)健康狀況。周叢藻類(lèi)的生長(zhǎng)與繁殖受水溫、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽等多種理化因子的影響,環(huán)境因子的改變會(huì)引起周叢藻類(lèi)物種組成[5—7]、數(shù)量[8—9]及分布差異[10—11]。因此,國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者將周叢藻類(lèi)作為河流水質(zhì)健康的監(jiān)測(cè)生物,并廣泛應(yīng)用于河流生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)[12—13]。

額爾齊斯河為新疆第二大河流,也是我國(guó)唯一注入北冰洋的國(guó)際河流。該河發(fā)源于新疆北部的阿爾泰山南麓,由額爾齊斯河水系、烏倫古河水系、吉木乃諸小河水系構(gòu)成。流域內(nèi)全部支流均由北向南匯入干流,使額爾齊斯河水系呈單向梳狀不對(duì)稱(chēng)性[14]。額爾齊斯河全長(zhǎng)4248 km,其在中國(guó)境內(nèi)河長(zhǎng)為633 km,流域面積為5.70×104km2,年徑流量為111.09×108m3,是阿勒泰地區(qū)最大的河流。近年來(lái),大量水利工程的建設(shè)與引水設(shè)施對(duì)額爾齊斯河部分支流及河段的生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞和影響[15]。本研究通過(guò)調(diào)查額爾齊斯河周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子之間的相關(guān)性,并運(yùn)用周叢藻類(lèi)生物完整性指數(shù)(P-IBI)對(duì)額爾齊斯河水生態(tài)進(jìn)行健康評(píng)價(jià),為額爾齊斯河流域的保護(hù)與管理提供生態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間與采樣點(diǎn)設(shè)置

由于氣候、水文等環(huán)境因素的影響,不同的水文期水量變化顯著。考慮到每年的洪水期(6至8月)及冰封期(11至3月)對(duì)流域生態(tài)環(huán)境的影響,本研究于2019年5月(平水期)、7月(豐水期)、9月(枯水期)依據(jù)河道情勢(shì)、交通條件、采樣條件等因素,在額爾齊斯河流域中國(guó)境內(nèi)河段選取10個(gè)典型采樣點(diǎn)(圖1)對(duì)周叢藻類(lèi)進(jìn)行定性和定量采集。

圖1 額爾齊斯河水質(zhì)與生物樣品的采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites for water quality and biological samples in the Irtysh river采樣點(diǎn)代碼：1#：185團(tuán)灣；2#：別列則克；3#：哈巴河；4#：沖乎爾鄉(xiāng)；5#：布爾津河口；6#：克蘭河小東溝；7#：鹽池；8#：635樞紐；9#：富蘊(yùn)縣；10#：可可托海

1.2 樣品采集及水體理化指標(biāo)的測(cè)定

在選擇的采樣點(diǎn)上下游100 m范圍內(nèi),依據(jù)河流生境類(lèi)型(流速、水深和透明度)對(duì)周叢藻類(lèi)進(jìn)行定性和定量采集。周叢藻類(lèi)定性樣品通過(guò)天然基質(zhì)取樣,用硬毛刷將附著在石頭上的藻類(lèi)刷入裝有蒸餾水的磁盤(pán)中,轉(zhuǎn)移至塑料瓶,帶至實(shí)驗(yàn)室濃縮至50 mL樣品瓶中,并加入甲醛溶液固定保存(國(guó)家環(huán)保局《水生生物監(jiān)測(cè)手冊(cè)》編委會(huì)1993)。定量樣品通過(guò)選擇附有藻類(lèi)的形狀規(guī)則、易于測(cè)量表面積的石塊,每塊石頭用毛刷刮取面積為20 cm2的藻類(lèi)并用蒸餾水沖刷至不銹鋼托盤(pán)中,然后轉(zhuǎn)移至塑料瓶中,定容至1 L,加入魯哥氏液15 mL進(jìn)行固定,并帶回室內(nèi)沉淀24—48 h,通過(guò)虹吸法定容至50 mL[13]。

1.3 種類(lèi)鑒定與計(jì)算方法

將處理好的樣品在×40倍光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察,通過(guò)0.1 mL計(jì)數(shù)板對(duì)周叢藻類(lèi)進(jìn)行定量計(jì)數(shù),每片計(jì)數(shù)不得少于300個(gè),每瓶樣品計(jì)數(shù)2次,2次計(jì)數(shù)結(jié)果之差應(yīng)在15%之內(nèi),否則增加計(jì)數(shù)次數(shù),有效統(tǒng)計(jì)數(shù)值取平均后即為該片的周叢藻類(lèi)數(shù)量。藻類(lèi)的鑒定主要參照《中國(guó)淡水藻類(lèi)》[17]和《淡水和污水生物學(xué)手冊(cè)》[18]等工具書(shū)。每個(gè)樣品的周叢藻類(lèi)密度由單位面積上的細(xì)胞個(gè)體數(shù)表示(個(gè)/m2)。最后計(jì)算出每種著生藻類(lèi)的相對(duì)豐度(用百分含量表示)和每個(gè)采樣點(diǎn)的藻密度。生物量的測(cè)算采用體積換算法[19],根據(jù)周叢藻類(lèi)的體形,按最近似的幾何形測(cè)量其體積、形狀特殊的種類(lèi)分解為幾個(gè)部分測(cè)量,然后結(jié)果相加。生物量為各種藻類(lèi)的數(shù)量乘以各自的平均體積,單位為mg/m2。

1.4 物種多樣性指數(shù)與優(yōu)勢(shì)度

本研究使用Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H′)[20]、Pielou均勻度指數(shù)(J)[21]以及Margalef豐富度指數(shù)(D)[22]描述周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)特征,計(jì)算公式如下:

H′ =-∑(Ni/N)log2(Ni/N)

(1)

D=(S-1)/log2N

(2)

J=H′/log2S

(3)

Y=(Ni/N)fi

(4)

式中,Ni為第i種藻類(lèi)密度；N為總密度；S為藻類(lèi)物種數(shù)；fi為第i種藻類(lèi)各采樣點(diǎn)出現(xiàn)頻率。將Y≥0. 02的藻類(lèi)定為優(yōu)勢(shì)種。H′值0—1為重污,1—2為α-中污型,2—3為β-中污型,>3為寡污型或無(wú)污。

1.5 周叢藻類(lèi)生物完整性(P-IBI)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)

生物完整性指數(shù)(Index of biotic integrity,IBI)創(chuàng)建于20世紀(jì)80年代,該方法開(kāi)創(chuàng)了河流健康評(píng)價(jià)方式與方法的新局面,被廣泛應(yīng)用于全球領(lǐng)域河流健康的評(píng)價(jià)[23—26]。通過(guò)構(gòu)建合適的IBI體系,結(jié)合相應(yīng)的環(huán)境指標(biāo),分析二者之間的相關(guān)性,從而高效、靈敏的指示河流健康狀況以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水體的干擾[27]。

本研究首先選取34個(gè)對(duì)干擾響應(yīng)較敏感的特征參數(shù)作為候選指標(biāo),并對(duì)這34個(gè)候選參數(shù)進(jìn)行分布范圍、判別能力和相關(guān)性分析的篩選[12,28—29]。然后并結(jié)合參考相關(guān)文獻(xiàn)[30—31],根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法以額爾齊斯河的水文狀況和環(huán)境特征作為選取參照點(diǎn)的首要評(píng)判基準(zhǔn)[32],找出受人類(lèi)干擾較小的點(diǎn)位作為參照點(diǎn)。

對(duì)確定的核心參數(shù)進(jìn)行比值法賦分[33],所有核心參數(shù)計(jì)算后的分值總和為該采樣點(diǎn)的P-IBI值。以參照點(diǎn)P-IBI的25%分位值為健康閾值,將其四等分劃分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí): 健康、亞健康、一般、差、極差,將其作為P-IBI體系的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。最后,利用Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)以及對(duì)不同月份P-IBI值進(jìn)行單因素方差分析(P<0.05)來(lái)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本研究使用Excel對(duì)各樣點(diǎn)水環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)處理,然后進(jìn)行主成分分析(Principal component analysis,PCA)與偏相關(guān)分析(Partial correlation test,PCT),最后篩選出影響額爾齊斯河流域水環(huán)境的主要環(huán)境因子(P<0.05)。對(duì)各采樣點(diǎn)的周叢藻類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(Detrended correspondence analysis,DCA),根據(jù)DCA結(jié)果中4個(gè)軸中梯度最長(zhǎng)值的大小,選擇單峰或者線性模型。如果(最大值)超過(guò)4,選擇單峰模型典范對(duì)應(yīng)分析(Canonical correspondence analysis,CCA)更合適；如果小于3,選擇線性模型冗余分析(Redundancy analysis,RDA)比較合理；若介于3—4之間,單峰模型和線性模型都是合適的[34]。統(tǒng)計(jì)分析時(shí),除pH值以外的所有水體理化數(shù)據(jù)和周叢藻類(lèi)數(shù)據(jù)均進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化[lg(x+1)]。

2 結(jié)果與分析

2.1 周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)特征

額爾齊斯河流域10個(gè)典型采樣點(diǎn)共鑒定周叢藻類(lèi)6門(mén)41屬102種,其中硅藻門(mén)種類(lèi)數(shù)量最多(67種,65.69%),其次是綠藻門(mén)(20種,19.61%),藍(lán)藻門(mén)與裸藻門(mén)均有6種(5.88%),隱藻門(mén)2種(1.96%),黃藻門(mén)1種(0.98%)。各個(gè)月份優(yōu)勢(shì)種均屬硅藻門(mén)種類(lèi)(表1),其中5月優(yōu)勢(shì)種主要有普通等片藻(Diatomavulgare)、偏腫橋彎藻(Cymbellalaevis)、扁圓卵形藻(Cocconeisplacentula)、橄欖形異極藻(Gomphonemaolivaceum)等,7月優(yōu)勢(shì)種主要有偏腫橋彎藻、極小橋彎藻(C.perpusilla)、長(zhǎng)等片藻(D.elongatum)等,9月優(yōu)勢(shì)種主要有窄異極藻(G.angustatum)、系帶舟形藻(Naviculacincta)、雙頭針桿藻(Synedraamphicephala)等。參照《淡水和污水生物學(xué)手冊(cè)》[18],額爾齊斯河流域周叢藻類(lèi)優(yōu)勢(shì)種以寡污帶(長(zhǎng)等片藻、窄異極藻、弧形峨眉藻等)和β-中污帶指示種(普通等片藻、偏腫橋彎藻、橄欖形異極藻等)為主,水體健康狀況整體上較好。

表1 周叢藻類(lèi)優(yōu)勢(shì)種及其編號(hào)

2019年5、7、9月額爾齊斯河周叢藻類(lèi)密度和生物量分別為8.89×108個(gè)/m2和3859.71 mg/m2、1.64×109個(gè)/m2和2450.78 mg/m2、2.08×109個(gè)/m2和3859.71 mg/m2。從圖2中可以看到,周叢藻類(lèi)密度總體上5月、7月、9月呈上升趨勢(shì),其中5月(平水期)總體密度平均低于9.0×108個(gè)/m2,9月(枯水期)總體密度最大,部分樣點(diǎn)(6#)甚至到達(dá)7.40×109個(gè)/m2。由于各樣點(diǎn)水域環(huán)境的不同,其周叢藻類(lèi)密度也存在差異,其中克蘭河小東溝平均密度與生物量最高(5.35×109個(gè)/m2和4527.70 mg/m2),布爾津河口平均密度與生物量最低(1.67×108個(gè)/m2和346.07 mg/m2)。從時(shí)間分布來(lái)看,9月(枯水期)>7月(豐水期)>5月(平水期)。空間上,額爾齊斯河流域中下游周叢藻類(lèi)密度與生物量高于上游。

圖2 額爾齊斯河周叢藻類(lèi)密度與生物量Fig.2 Density and biomass of periphytic algae in the Irtysh River

額爾齊斯河周叢藻類(lèi)5、7、9月Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(D)和Pielou均勻度指數(shù)(J)的平均值分別為3.52、3.02和0.75,變化范圍依次為1.56—4.38、1.78—4.45、0.43—0.88(圖3)。從3個(gè)指數(shù)平均值來(lái)看,額爾齊斯河流域整體水質(zhì)為寡污或無(wú)污,但從變化范圍和各樣點(diǎn)情況來(lái)看,大部分樣點(diǎn)屬于寡污或無(wú)污,部分樣點(diǎn)(4#、5#、8#)屬于β-中污染。

圖3 額爾齊斯河周叢藻類(lèi)多樣性指數(shù)Fig.3 Diversity indices of periphytic algae in the Irtysh River

2.2 周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相關(guān)性分析

PCA(圖4)與PCT分析結(jié)果表明,影響額爾齊斯河水環(huán)境的主要環(huán)境因子在不同時(shí)期略有差異,其中5月(平水期)主要有水溫、鎂、pH、溶解氧、鈣鎂總量、懸浮物、總氮、硝酸鹽氮,7月(豐水期)主要有鈣、氨氮、水溫、氨氮、pH、鈣鎂總量、懸浮物、高錳酸鹽指數(shù),9月(枯水期)主要有水溫、總氮、硝酸鹽氮、pH、溶解氧、懸浮物、鈣鎂總量、鈣。CCA分析結(jié)果(圖5)表明,5月(平水期)顯著影響額爾齊斯河流域群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子為pH、溶解氧、懸浮物、總氮、硝酸鹽氮,7月(豐水期)為水溫、氨氮、pH、懸浮物、高錳酸鹽指數(shù),9月(枯水期)為總氮、硝酸鹽氮、pH、溶解氧、懸浮物。

圖4 額爾齊斯河水環(huán)境因子的主成分分析 (PCA)Fig.4 Principal component analysis of environmental factors in the Irtysh River

CCA分析結(jié)果顯示(圖5),3個(gè)月份前四個(gè)排序軸對(duì)累計(jì)種類(lèi)環(huán)境因子百分比的解釋分別為97.91%(5月)、99.45%(7月)、99.43%(9月),基本可以反映額爾齊斯河周叢藻類(lèi)群落與環(huán)境因子間的關(guān)系。根據(jù)藻類(lèi)密度與環(huán)境因子的關(guān)系可以看出,由于不同月份周叢藻類(lèi)物種密度分布存在差異,影響因子亦發(fā)生變化。5月(平水期)CCA排序圖第一軸和第二軸的特征值分別為0.535和0.343,物種數(shù)據(jù)累計(jì)變化率的87.93%在軸1和軸2中得到解釋。平水期優(yōu)勢(shì)種在四個(gè)象限較為分散,懸浮物對(duì)普通等片藻、偏腫橋彎藻密度顯著正相關(guān),對(duì)扁圓卵形藻有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性,溶解氧、硝酸鹽氮、高錳酸鹽指數(shù)對(duì)橄欖形異極藻、極小橋彎藻密度有顯著影響。其中pH和懸浮物對(duì)5月(平水期)周叢藻類(lèi)分布有較大影響。7月(豐水期)前兩個(gè)軸的特征值分別為0.565和0.235,共解釋了80.23%物種數(shù)據(jù)累計(jì)變化,豐水期優(yōu)勢(shì)種主要集中在第一象限與高錳酸鹽指數(shù)和懸浮物顯著負(fù)相關(guān),與氨氮呈正相關(guān)。懸浮物和氨氮對(duì)豐水期周叢藻類(lèi)分布有較大影響。9月(枯水期)第一軸和第二軸的特征值分別為0.563和0.219,種類(lèi)數(shù)據(jù)累計(jì)變化率的78.18%被解釋,枯水期懸浮物對(duì)扁圓卵形藻、系帶舟形藻、窄異極藻影響顯著,偏腫橋彎藻、彎曲橋彎藻與總氮、溶解氧、硝酸鹽氮呈正相關(guān)。9月(枯水期)影響周叢藻類(lèi)分布的主要環(huán)境因子為懸浮物、溶解氧。

圖5 周叢藻類(lèi)群落與水環(huán)境因子的典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)Fig.5 Canonical correspondence analysis of periphytic algae community and environmental factors

2.3 額爾齊斯河水生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

通過(guò)分布范圍檢驗(yàn)、判別能力分析以及相關(guān)性分析最終篩選出8種生物指數(shù)作為額爾齊斯河流域的P-IBI核心參數(shù)。以參照點(diǎn)P-IBI的25%分位值作為健康閾值,將低于25%分位數(shù)的值四等分,建立P-IBI的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2)?；诟鞑蓸狱c(diǎn)5月、7月、9月的數(shù)據(jù),參照P-IBI的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得出額爾齊斯河健康狀況(表3)。

結(jié)果顯示: 5個(gè)采樣點(diǎn)位于健康狀態(tài),1個(gè)采樣點(diǎn)位于亞健康狀態(tài),3個(gè)采樣點(diǎn)為一般狀況,1個(gè)采樣點(diǎn)極差。所有樣點(diǎn)的P-IBI值的變化范圍在0.46—5.35之間,平均值為2.46,屬于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的亞健康范圍內(nèi),說(shuō)明額爾齊斯河流域總體呈亞健康狀態(tài)?？臻g分布來(lái)看,支流采樣點(diǎn)健康狀況優(yōu)于干流,大多支流采樣點(diǎn)呈健康狀況,而干流采樣點(diǎn)健康狀況多為一般,特別是干流7#采樣點(diǎn)處于極差狀態(tài)。從月份來(lái)看(表3)9月份總體P-IBI分值最高,7月份次之,5月份最低。

表2 額爾齊斯河流域的P-IBI健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 基于P-IBI的額爾齊斯河各采樣點(diǎn)不同月份評(píng)價(jià)結(jié)果

2.4 P-IBI健康評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證

Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果顯示,額爾齊斯河參照點(diǎn)與受損點(diǎn)的P-IBI值之間存在顯著差異(P<0.05,圖6),表明本研究所構(gòu)建的P-IBI評(píng)價(jià)體系對(duì)于評(píng)價(jià)額爾齊斯河的水質(zhì)健康是適用的。

圖6 參照點(diǎn)和受損點(diǎn)P-IBI值的比較(R代表參照點(diǎn),I代表受損點(diǎn))Fig.6 Comparison of the B-IBI values between the reference and impaired sites (R: reference sites; I: impaired sites)

3 討論

3.1 額爾齊斯河周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空特征

根據(jù)周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)組成來(lái)看硅藻門(mén)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì),這與李君等[35—36]學(xué)者對(duì)于額爾齊斯河周叢藻類(lèi)的研究結(jié)果一致。這是由于額爾齊斯河為歐亞大陸腹地的冷水性河流,所在區(qū)域具有高緯度、高寒、流速相對(duì)穩(wěn)定等特征,這些特征有利于硅藻的生長(zhǎng)繁殖[16]。時(shí)間變化來(lái)看,周叢藻類(lèi)的平均密度與生物多樣性指數(shù)均表現(xiàn)為：9月>7月>5月,這與水文的改變和人類(lèi)活動(dòng)的干擾具有一定的相關(guān)性[37]。5—7月份由于自然降水和冰雪融化而形成額爾齊斯河流域的汛期,在此期間流速較高、流量較大,周叢藻類(lèi)附著生境被淹沒(méi),原始生境的喪失及汛期較快的水流不利于周叢藻類(lèi)的附著與累積[38]。此外,當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水率最高可達(dá)95%[39],農(nóng)耕灌溉及畜牧用水等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)額爾齊斯河產(chǎn)生較大程度的人為干擾,周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)受到影響,導(dǎo)致5、7 月份周叢藻類(lèi)密度與生物多樣性較9月份低。9月份洪水退去,河流水環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,隨著水溫升高和光照時(shí)間增長(zhǎng),周叢藻類(lèi)在重新裸露的原始生境快速生長(zhǎng)繁殖[35],短時(shí)間內(nèi)重建其群落結(jié)構(gòu)?？颂m河小東溝(6#)9月份的密度與生物量最高(7.36×109個(gè)/m2和7146.6 mg/m2),遠(yuǎn)高于其他樣點(diǎn),這是由于該地區(qū)屬于上游山林區(qū)域,生境質(zhì)量較好,水體透明度和溶解氧含量較高,為藻類(lèi)提供了適宜的生長(zhǎng)環(huán)境[40]。受海拔及人類(lèi)活動(dòng)的影響,額爾齊斯流域周叢藻類(lèi)密度與生物量在空間上表現(xiàn)為中下游高于上游。上游地區(qū)所處海拔更高,溫度較中下游地區(qū)更低,這將不利于周叢藻類(lèi)的生長(zhǎng),其次中下游地區(qū)城鎮(zhèn)化程度較高,輸入河流中的營(yíng)養(yǎng)鹽增加,促進(jìn)了周叢藻類(lèi)的生長(zhǎng)與繁殖[41]。

3.2 影響周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因素

己有的相關(guān)研究表明,水溫、溶解氧、營(yíng)養(yǎng)鹽及其他水文因子是影響河流周叢藻類(lèi)群落長(zhǎng)期季節(jié)變化的主要因子[16,42—44]。氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)藻類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖具有重要影響并且其含量與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)[45]。布爾津河口(5#)與布爾津縣毗鄰,受人類(lèi)活動(dòng)干擾的影響,氨氮和亞硝酸鹽氮等營(yíng)養(yǎng)鹽含量偏高,促使周叢藻類(lèi)大量繁殖。水體溶解氧和透明度隨著藻類(lèi)的大量增殖而降低,溶解氧直接關(guān)系到藻類(lèi)的光合作用和新陳代謝[46],因此低溶解氧濃度進(jìn)一步抑制了硅藻的生長(zhǎng),從而導(dǎo)致布爾津河口周叢藻類(lèi)物種多樣性指數(shù)處于較低水平。不同水文期造成的水位波動(dòng)及流速變化可能導(dǎo)致懸浮物、透明度等發(fā)生改變,從而影響額爾齊斯河周叢藻類(lèi)密度與生物量的空間分布。PCA和CCA分析表明,懸浮物在7月份為主要影響因素,這可能是因?yàn)?月份為豐水期,較高的流速與較大的流量導(dǎo)致水體混濁,懸浮物含量增加降低了水體透明度,藻類(lèi)的光合作用受到影響,最終導(dǎo)致藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)及分布的變化[47]。本研究發(fā)現(xiàn)懸浮物不僅受水文因素的影響,也受當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響,位于銅礦采集區(qū)的別列則克(2#),金屬及泥沙等懸浮物在此聚集導(dǎo)致水體透明度的下降,因而該區(qū)域周叢藻類(lèi)物種多樣性和密度呈現(xiàn)較低水平,這與其它研究[13,48]中懸浮物對(duì)藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)影響具有相似的趨勢(shì)。

3.3 額爾齊斯河水生態(tài)健康評(píng)價(jià)

李雪健等[48—49]學(xué)者基于魚(yú)類(lèi)和大型底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)對(duì)額爾齊斯河進(jìn)行水生態(tài)健康評(píng)價(jià),盡管與本研究所選指示種不同,但與本研究呈現(xiàn)相似的趨勢(shì)。一般(不含)等級(jí)以上的占比為60%(表3),相對(duì)于李雪健[48]對(duì)額爾齊斯河2014—2016健康評(píng)價(jià)結(jié)果一般(不含)等級(jí)所占比重80%—55%的下降趨勢(shì)有所提升,這可能與2017年以來(lái)新疆生態(tài)保護(hù)與修護(hù)工作的陸續(xù)啟動(dòng)有關(guān)[40]。雖然額爾齊斯河水生態(tài)健康狀況在不同年份有少許波動(dòng),但總體來(lái)看近幾年并未發(fā)生較大改變,表明其水生生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)較為穩(wěn)定。對(duì)比基于P-IBI和周叢藻類(lèi)多樣性指數(shù)的水生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果,發(fā)現(xiàn)除鹽池(7#)存在差異外,其它采樣點(diǎn)的健康評(píng)價(jià)結(jié)果均保持一致。其原因可能是多樣性指數(shù)與物種數(shù)有關(guān)[50],物種越多則多樣性指數(shù)越大,水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果越好。而P-IBI則是各個(gè)候選參數(shù)共同作用的結(jié)果,鹽池(7#)藻類(lèi)種(屬)較多,但多為污染指示種,候選參數(shù)中的硅藻耐污指數(shù)偏大,導(dǎo)致基于P-IBI的水質(zhì)健康評(píng)價(jià)結(jié)果較差。

從空間分布上看,額爾齊斯河上游健康狀況優(yōu)于下游,支流優(yōu)于干流。人類(lèi)活動(dòng)干擾導(dǎo)致周叢藻類(lèi)群落結(jié)構(gòu)改變,進(jìn)而影響河流健康狀況,這一現(xiàn)象在國(guó)內(nèi)外研究中比較普遍[51—54]。哈巴河、沖乎爾鄉(xiāng)、克蘭河小東溝等城鎮(zhèn)化較低且植被覆蓋率較高的的支流水體處于健康狀態(tài)。而城鎮(zhèn)化程度及土地利用率相對(duì)較高的185團(tuán)灣、布爾津河口等干流水體河流健康等級(jí)處于一般,說(shuō)明人類(lèi)活動(dòng)在一定程度上影響了它的生態(tài)健康狀況。由于水工程的建設(shè)[49],干流中游鹽池(7#)水生態(tài)健康狀況為極差。相關(guān)研究表明,水工程的建設(shè)導(dǎo)致額爾齊斯河水文情勢(shì)達(dá)到中度改變[15]。水流減緩、泥沙沉積等水文變化對(duì)該流域生境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。而已建成多年的635樞紐工程的水質(zhì)狀況為亞健康水平,這可能與河流的自我恢復(fù)能力有關(guān)。有研究顯示,浮游細(xì)菌在壩下呈現(xiàn)較低豐度,但在距壩較遠(yuǎn)距離時(shí),豐度上升并恢復(fù),環(huán)境逐漸變好[55],研究者將其主要?dú)w因于河流的自我恢復(fù)能力。本研究中也有類(lèi)似情況,下游健康狀況明顯優(yōu)于中游鹽池的健康狀況。由此可見(jiàn),我們應(yīng)在河流可承受范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)利用,維持河流生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。

從時(shí)間變化來(lái)看,額爾齊斯河5、7、9月份水生態(tài)健康水平稍有差異 這可能與周叢藻類(lèi)在不同水文期群落組成與分布有關(guān)。艾雪等[56]學(xué)者應(yīng)用大型底棲動(dòng)物完整性指數(shù)對(duì)松花江流域的水質(zhì)健康評(píng)價(jià)中,基于時(shí)間尺度的趨勢(shì)分析顯示: 水體理化因子發(fā)生改變會(huì)相應(yīng)的影響水生生物的群落結(jié)構(gòu)及組成,IBI健康評(píng)價(jià)結(jié)果隨之發(fā)生改變。額爾齊斯河流域在不同水文期的鹽度、水溫、溶解氧和流速等理化因子會(huì)產(chǎn)生一定的變化,周叢藻類(lèi)的群落結(jié)構(gòu)及組成會(huì)對(duì)這些水環(huán)境狀況的時(shí)空變化產(chǎn)生一定程度的響應(yīng)[16],最終導(dǎo)致了不同水文期該流域水質(zhì)健康水平的差異。