城市水体鱼类功能群与水环境影响因素之间相关性分析

2019-06-25张燕

水利规划与设计 2019年6期

张燕

(辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳 122000)

鱼类功能群属于淡水资源中生态系统链的重要组成部分[1]。对河流生态环境具有很强的敏感性，对河流水生态环境具有重要的指示作用，是河流健康评价和保护的重要指标[2]。当前，国内对于河流生态环境保护和治理研究大都集中在对植被覆盖和水质环境治理[3- 7]，对鱼类功能区的水环境影响因子分析研究还较少。城市水体作为生态景观河流，鱼类功能区受水环境影响程度更大。为加大对城市河流水体的生态环境治理和保护，需要对城市水体鱼类功能区与水环境的影响因素进行分析，从而制定相应的保护和治理政策，本文以沈阳市为例，结合区域5个水环境监测点鱼类分布种类、密度调查数据，应用鱼类功能群划分方法，对鱼类功能群季节分布特点进行分析，并结合主成分分析法探讨不同季节鱼类功能群密度与水环境影响要素之间的相关性。

1 材料与方法

1.1 样品数据采集

对沈阳市主要河流5个水环境监测点的鱼类样品进行采集，每个鱼类样品采集点位置设置100m的调查范围间距。采用涉水方式进行鱼类挂网采集，如图1所示，每个鱼类采样的时间控制在1h之内，在鱼类样品采集完成后，立即对其鱼类样品的种类进行标定和记录，主要记录鱼类的种类，生物量以及健康环境状况。在采集完成后对鱼类样品进行放生，而对于采集现场不能现场确定的鱼类样品，则采用5%的甲醛溶液进行现场标本制定后带回实验室进行进一步的确定和试验分析。

图1 现场鱼类挂网采集

1.2 水环境数据的采集和分析

利用水环境多参数现场测定仪对各水环境监测点的水环境指标进行试验分析，主要测定的指标为总氮、总磷、BOD5、COD以及悬浮物质，采用电波流速仪对监测断面河流的流速进行现场测定。

1.3 鱼类功能群划分的主要方法

根据鱼类调查的特征结构，依据相关功能群划分的研究成果和区域实际概况，将沈阳市主要的鱼类功能群划分成4类，第一类结合其食性特征划分为杂食性、植食性、昆虫食性功能群，第二类结合水环境承受程度分为耐污、中等耐污以及敏感性功能群，第三类结合其鱼类产卵的特性分为黏性卵、浮性卵、筑巢产卵以及特殊产卵功能群，第四类按照鱼类栖息环境分布分为中上层、中下层以及底层功能群。

1.4 数据分析方法

结合香浓维纳指数[8]和均匀度指数[9]对鱼类功能区的时空分布特征进行分析。鱼类功能群的季节性变化主要结合SPASS数据分析方法对沈阳市主要环境监测点鱼类群落、鱼类种类以及密度进行相关性分析。应用主成分分析方法[10]对其水环境主要影响指标进行筛选，结合对应分析方法分析各水环境指标与鱼类功能群落特征的相关性，确定相关度较高的水环境影响指标。

2 结果与分析

2.1 沈阳市主要鱼类群落分布特征

结合沈阳市主要城市河流5个水环境监测鱼类采样试验分析数据，对沈阳市主要鱼类群落组成分布情况进行了分析，结果见表1。

表1 沈阳市主要鱼类群落组成分布情况

沈阳市主要河流为浑河水系，从表1中可看出，不同季节各鱼类群落组成不同，鲤形目在春、夏、秋三个季节物种数及其密度均最大，是沈阳市主要的鱼类种类，春季主要为鱼类产卵期，这期间，鲤形目鱼类物种数达到25种，密度达到87.5%，夏季鳗形目鱼类物种数较少，其物种数为1，主要为东北七鳃鳗，其密度也较低，为0.36%，属于较为稀少的鱼类种群。秋季，鲤形目鱼类物种依然较多，其密度达到79.5%，而鲶形目鱼类密度最小，达到0.31%，为各种鱼类种群最少的类别。

2.2 不同季节鱼类群落结构特征

结合香浓维纳指数和均匀度指数对区域不同季节鱼类群落结构分布特征进行分析，结果见表2。

表2 不同季节鱼类群落结构分布特征

从表2中可看出，夏季鱼类生物量最大，平均值在345.63g/L，秋季鱼类生物量最少，平均值为165.37g/L，从香浓维纳指数分析结果可看出，春季的香浓维纳指数最高，平均值在1.64之间，而秋季的香浓维纳指数最低，平均值在1.25之间，各季节鱼类群落均匀度指数也呈现较为明显的季节性差异变化。三个季节区域鱼类群落的香浓维纳指数、生物量都呈未出现较为明显的差异性变化。

2.3 不同季节鱼类功能群结构特征

结合试验调查数据，对区域不同季节的鱼类功能区结果分布特征进行分析，统计不同季节各鱼类功能群的鱼类密度占比，结果见表3。

表3 不同季节沈阳市各鱼类功能群结构分布特征

从表3鱼类的营养功能群结构来看，杂食性鱼类在夏季占比最高，为45.21%，植食性鱼类在秋季占比最高，为43.25%，而昆虫食性鱼类在春季占比最高，为29.75%。从鱼类环境耐受性功能群结构来看，夏季中等耐污鱼类占比最高，为52.38%，秋季耐污鱼类占比最高，为32.9%，而春季敏感性鱼类占比最高，为52.13%。从产卵类型功能群结构来看，各类型鱼类均在春季占比最高，这主要因为区域鱼类主要的产卵期在春季。从水层分布功能群结构来看，秋季中上层鱼类占比最高，为23.54%，而中下层鱼类在夏季占比最高，达到43.52%，而底层鱼类在秋季占比最高，达到57.81%。

表4 区域不同季节各水环境因子比较分析结果

注：DO为悬浮物；TD为电解质

2.4 不同季节水环境因子比较分析

结合区域水环境监测点的水环境测定指标，对不同季节水环境因子进行了质量浓度的分析，结果见表4。

从表4中可看出，夏季各水环境指标除悬浮物DO外均高于其他季节，基本处于III类～IV水标准之间，这主要是因为夏季，进入水体的污染物有所增多，使得各污染指标呈现一定程度的上升变化，在春季，悬浮物的浓度有所增加，这是因为在春季区域风沙较大，进入水体的悬浮物有所增多，在秋季，由于进入河流的水量减少，加之污染排放也有所减少，因此在夏季，各污染指标均低于其他季节。

2.5 不同季节鱼类功能群与水环境因子相关性分析

结合不同鱼类功能群占比，通过主成分分析方法对水环境因子进行筛选，并应用对应分析方法各季节鱼类功能群与水环境因子的相关性，分析结果见表5—7。

从主成分分析结果可看出，各季节水环境分析的主成分筛选结果较为一致，各鱼类功能群主要水环境因子均为TN、TP、DO、COD、NH3-N、TD，其F检验值均大于1.0，P检验值均大于0，表明这6项水环境因子对区域各鱼类功能群主要影响因素，影响各季节鱼类功能群密度的主要水环境指标排序分别为电解质、悬浮物、化学需氧量、总磷、总氮以及氨氮。从春季各营养功能群与水环境的对应相关系数可看出，春季是鱼类主要的产卵时间，因此产卵类型功能群和各水环境因子的相关系数均在0.7以上，而水层分布鱼类功能群相对应的水环境因子的相关系数均低于其他鱼类功能群。从春季鱼类环境耐受性与水环境因子的相关性分析结果可看出，鱼类对氨氮和总磷的耐受性要高于其他水环境因子。在夏季鱼类环境耐受性功能群与相对应的水环境相关系数最高，且两轴相关荷载也较高，表明其对于因子的变异度增强，受水环境影响程度敏感性有所减弱。进入秋季后，各鱼类功能群的两轴相关荷载变幅较大，表明在秋季各鱼类功能群受水环境影响的程度也在逐步加大。从其对应相关系数可看出，鱼类营养结构功能群与水环境因子的对应相关系数高于其他功能群，这主要是因为在秋季，鱼类营养功能群的占比较高，因此其受水环境因子的影响程度也在加大。