基于周丛藻类的雅鲁藏布江流域水生态系统健康评价

王纤纤 刘乐乐 杨学芬 杨瑞斌* 刘海平

(1.华中农业大学水产学院, 武汉 430070; 2.西藏自治区农牧科学院水产科学研究所, 拉萨 850002; 3.西藏自治区动物疫病预防控制中心(畜牧总站), 拉萨 850000)

周丛藻类(Periphyton), 又名着生藻类、底栖藻类等[1,2], 是水生态系统中主要的生物类群之一, 营自养生活, 其通过光合作用将太阳能转化为化学能储存起来[3], 并产生和释放氧气, 推动水生态系统中的物质循环、能量流动和信息传递, 是水生态系统中食物链的开端。周丛藻类拥有较高的初级生产力, 其种类丰富, 附着生长, 生活周期短, 对水环境变化敏感[4,5], 能吸附水体中的污染物, 净化水质[6],且其种类组成和数量多寡, 又会随水环境中水质理化因子和污染物的变动和而发生相应的改变, 加之,周丛藻类的附着生活使其易于采集, 所以, 在急流水域周丛藻类是重要的水质监测指示物种, 常用于水生态系统的健康评价中[7—9]。

河流作为生命的摇篮, 是自然生态系统中一种主要的形态, 随着人类对自然干预力度的增加, 许多河流面临天然水生态系统发生改变[10]、水文情势发生变化[11]、河流连通性改变[12]、水环境污染[13]、河道萎缩[14,15]和河道断流[16,17]等问题, 这些问题直接作用于水环境中的动植物, 使得水体中的鱼、虾、蟹、螺、浮游动植物、底栖动植物等的群落结构、生物多样性和种群的稳定性受到威胁[18], 降低河流的健康状态和生态服务功能。故对河流水生态系统的健康状态进行科学的评估, 逐渐成为了国内外研究者关注的焦点, 但若仅依靠水质理化因子对河流进行健康评价, 局限性较多, 而依据生物完整性指数(Index of Biological Integrity, IBI)体系, 则可从水生态系统结构与功能的角度, 分析河流的健康现状及其原因[19], 在李喆等[7]对松花江、刘园园等[8]对三峡库区、张远等[19]对辽河流域等的研究中, 均运用了生物完整性指数对水域进行健康评价。

雅鲁藏布江流域平均海拔高、水温低、紫外辐射强, 是西藏境内最为主要的自然水生态系统,能调节西藏的气候特征, 具有众多低海拔河流所不具有的特殊地貌及生态条件, 其生态环境十分敏感脆弱, 极易受到全球气候变化和人类活动干扰等事件的影响, 保证其水环境拥有较高的健康状态, 是守护西藏绿水青山的重要基础, 研究雅鲁藏布江流域水生态系统中有机生命体的组成和无机生活环境的状态等, 将对整个流域的可持续发展有积极的推动作用。目前, 对雅鲁藏布江流域进行健康评价的研究报道较为少见, 故本文将以雅鲁藏布江流域的周丛藻类为研究对象, 利用周丛藻类来构建适合于雅鲁藏布江流域的生物完整性指数(Periphytic index of biological integrity, P-IBI)综合评价指标体系[20], 以期对研究区域的水生态系统健康状况进行科学评价, 这将为西藏土著鱼类食性和摄食机制等的研究提供饵料数据基础, 也能科学评价该区域河流水生态系统的健康状况, 是保障西藏水生态安全,实现资源可持续发展与环境保护等作用的基础。

1 材料与方法

1.1 研究区域和采样时间

雅鲁藏布江流域位于冈底斯-念青唐古拉山脉和喜马拉雅山脉之间[21], 起源于中国西藏自治区日喀则市仲巴县境内的杰马央宗曲, 依据流域地形特征与气候类型对河道进行分区: 杰马央宗曲至拉孜为上游, 是水流平缓的高原宽谷地带, 河流两岸以新月形沙丘居多, 为高原寒温带半干旱气候,年平均降水量<300 mm, 流域面积2.67×104km2, 长约268 km,总落差1190 m, 占干流总落差的21.9%; 拉孜至派镇为中游, 河谷宽窄交错, 河流两岸以河漫滩与阶地居多, 多为高原温带半干旱气候,年平均降水量300—600 mm, 流域面积16.5×104km2, 长约1293 km, 总落差1520 m, 占干流总落差的28.1%; 派镇至巴昔卡为下游, 河道曲折迂回, 水流湍急, 河谷峡深, 高温多雨,年平均降水量>4000 mm, 流域面积5.03×104km2, 长约496 km, 总落差2725 m, 占干流总落差的50.0%[22,23]。帕隆藏布江、尼洋河、拉萨河和年楚河是雅鲁藏布江流域下游至上游沿岸的一级支流(图1)。雅鲁藏布江流域属高原季风温带半干旱气候, 有明显的干湿季, 气候垂直差异明显, 其流域常年低温,年平均最低气温为–3℃,年平均最高气温为16.2℃, 昼夜气温温差可达14.7—16.5℃, 每年5—9月为集中降雨期, 降水量可达全年的80%[24],是西藏境内最为主要的自然水域。

图1 研究区域采样点分布图Fig.1 Distribution map of sampling points in the study area

本研究在雅鲁藏布江流域干支流上设置了26个采样点, 并先后于2013年10月、2014年4月和2014年7月, 开展了3次采样工作。每个采样点均用GPS定位, 采样前需记录每个点位的海拔、坐标、河道底质类型及构成比例、河岸植被类型、水电工程等环境数据(表1), 随后进行周丛藻类样品的采集。每次采样的同一采样点均需进行3次平行采样, 样点分布如下:

干流采样点设置: 上游2个采样点, 中游6个采样点(中上游、中下游各设置3个采样点), 下游3个采样点;支流采样点设置:年楚河2个采样点, 拉萨河4个采样点、尼洋河4个采样点、帕隆藏布江5个采样点(表1)。

1.2 周丛藻类采集及物种鉴定

根据河道底质类型选择不同的采样方法, 若底质为黏土, 在采样点河水中提前半个月放入20 cm×20 cm的玻璃板, 采样时刷取玻璃板上的周丛藻类,若底质以卵石为主, 各样点随机选取3—5块河流里附有藻类的形状规整、易于测量表面积的石块, 用直径为3.5 cm的塑料盖盖在石块表面, 并用拇指固定石块和盖子, 先用硬毛刷和蒸馏水将盖子以外的周丛藻类清除, 再用新的刷子将选取表面积的周丛藻类刷下。用蒸馏水多次冲洗玻璃板或石块, 待冲净, 将周丛藻类刷液全部转入500 mL采样瓶中, 立即用甲醛溶液固定, 带回实验室避光静置48h后, 浓缩至50 mL样品瓶中, 以待后续分析[25]。

周丛藻类种类鉴定与计数。周丛藻类的鉴定主要参照《中国淡水藻类》[26]和《中国西藏硅藻》[27]。取处理好的样品, 于面积为20 mm×20 mm,容量为0.1 mL的计数板中, 在10×40倍光学显微镜下进行观察和计数, 每片计数要大于300个, 每个样品进行2次平行计数, 2次计数结果之差应小于15%,否则重新计数, 有效统计数值取平均值, 所得均值即为该片周丛藻类的数量[20]。

1.3 周丛藻类生物完整性指数(P-IBI)评价体系的构建

P-IBI体系的建立: 采样点数据资料收集-参考点和污染点的确定-备选指标的筛选与确定-备选指标赋分-P-IBI体系健康评价。

(1)采样点数据资料收集: 对周丛藻类的每一个采集地所属的河道特征和周边环境数据进行记录和拍照留影;

(2)参考点和污染点的确定: 人类对西藏河流水环境的开发和利用, 相比于内地的其他河流程度较低, 依据参考文献[28, 29]的方法, 并结合西藏实际,采样区域参考点需满足如下三个条件: ①采样点无人为干扰因素; ②采样点无明显人类活动干扰的迹象, 其上游无点污染源, 且上、下游5 km之内无村庄, 两侧100 m宽5 km长的范围内无农田; ③采样点无明显工程建设, 或工程建设未对河岸两侧植被、附属沼泽湿地、河流水质等自然生境产生明显影响。上述数据主要通过野外实地考察及实验室数据分析获得。在本研究的26个样点中, 结合表1可知, 有21个样点符合无干扰和干扰极小样点被用作参照点, 剩余的5个采样点为污染点(表2)。

表1 研究区域采样点分布及信息Tab.1 Sampling point distribution and information

表2 采样点中参考点和污染点的划分Tab.2 The division of reference points and pollution points in sampling points

(3)备选指标的筛选与确定: 根据已有的文献[20], 选取12个应用广泛且入选率较高的指标作为备选指标(表3)。并对这12个备选指标依次进行:指数值分布范围分析、判别能力分析、Pearson相关性分析, 以此筛选出合适的评价参数指标[29]。①指数值分布范围分析: 分析各指数值的分布范围时, 需删除分布范围太窄、可预测环境变化值的范围太小、分布散乱、标准差大、不稳定的指标, 经上述分析, 备选指标全部适合无需剔除指标。②判别能力分析: 将监测期间的26个采样点, 依据参考点和污染点进行区分, 随后以参考点和污染点为分组原则, 对12项备选指标绘制箱线图(Box plots), 并对12个箱线图中参考点与污染点箱体25%—75%分位数范围, 即箱体IQ(Interquartile ranges)的重叠部分进行比较分析, 当参考点与污染点的箱体没有重叠部分, 或有部分重叠, 但参考点与污染点的中位数值都不在对方箱体之内, 则可进入下一步计算分析(图2), 反之, 则要剔除该项备选指标。③Pearson相关性分析: 对通过判别能力分析的指标进行Pearson相关性分析, 依据相关性系数|r|>0.75, 进行指标选择, 即: 当几个指标的相关性>0.75时, 只需选出一个指标代替其余指标。

图2 符合判别能力筛选条件的2类箱线图[29]Fig.2 Types of box plots that meet the screening conditions of discriminant ability

表3 P-IBI 备选指标描述及对干扰的反映Tab.3 P-IBI alternative indicator description and its response to interference

(4)备选指标赋分:①三分制法: 对随干扰减小的指标, 高于参考点的25%分位数值(对随干扰增大的指标, 低于参考点的 75%分位数值), 计6分; 低于25%分位数值(高于75%分位数值)的分布范围进行二等分, 分别计3分和0分[30]。②四分制法: 对随干扰减小的指标, 以所有点的95%分位数值为最佳期望值(对随干扰增大的指标, 以所有点的5%分位数值为最佳期望值), 低于(高于)此值的分布范围进行三等分, 依次计6、4、2、0分[20]。③比值法: 对随干扰增强, 指数值减小的指标, 95%分位数值为最佳期望值, 各指标的分值等于指标值除以所有点的95%分位数值; 对随干扰增大的指标, 以所有点的5%分位数值为最佳期望值进行计算, 方法为: (最大值–指数值)/(最大值–5%分位数值), 该法规定, 经计算后分值的分布范围为0—1, 若大于1, 则记为1[29]。

(5)P-IBI体系健康评价: 以参考点P-IBI值分布的25%分位数作为健康评价的标准, 若采样点的PIBI值大于25%分位数值, 则表示该样点受到的干扰很小, 水环境是健康的; 对小于25%分位数值的分布范围进行四等分, 分别确定为健康、亚健康、一般、较差、极差五个健康等级[29]。

1.4 数据分析

采用物种丰富度(Species Richness, SR), 总丰度(Total Abundance, TA), Shannon-Wiener多样性指数(Shannon-Wiener Index, SH,H′)和Pielou均匀度指数(Pielou index, PI,J)对周丛藻类的群落稳定性和分配均匀度等进行分析。本研究根据各采样点周丛藻类出现的频率和相对丰度, 采用Mcnaughton优势度指数(Y)来判定雅鲁藏布江流域周丛藻类优势种组成。具体如下: (1)物种丰富度(Species Richness, SR): 指某一采样点或者季节出现的物种个数[31]。(2)总丰度(Total Abundance, TA): 指某一采样点或者季节单位面积出现的周丛藻类细胞个体数(cells/cm2)[31]。(3)Shannon-Wiener指数H′[32]

式中,H′值0—1为重污, 1—3为中污(1—2为α-中污型, 2—3为β-中污型), >3为轻污或无污;pi为周丛藻类i占全部周丛藻类的比例(N%)。

(4)Pielou均匀度指数J[33]

式中,J值0—0.3为多污型, 0.3—0.4为α-中污型,0.4—0.5为β-中污型, >0.5轻污或清洁;S为周丛藻类种类总数。

(5)出现频率: 指某一周丛藻类出现的次数占所有调查样点数的百分比[31]。

(6)本研究采用Mcnaughton优势度指数(Y)来判定雅鲁藏布江流域周丛藻类优势种组成, 将调查时间内周丛藻类的优势种根据每个种类的优势度值(Y)来确定, 即将Y>0.02的种类判定为调查水域的优势种[34]。公式如下:

Y=(ni/N)×fi

式中,ni为第i种周丛藻类的个体数,N为所有周丛藻类的总个体数,ni/N为第i种周丛藻类的个体数占所有藻类总个体数的比值,fi为第i种周丛藻类出现的频率。

本研究中的数据用Excel进行统计, 同一采样点所用周丛藻类数据均为3次采样平均值。用R 3.6.1计算物种丰富度(Species richness, SR)、总丰度(Total abundance, TA)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J)和Mcnaughton优势度指数(Y), 并用Spss22.0对数据进行One-way ANOVA单因素方差分析, 差异显著水平为P<0.05, 箱线图的绘制和Pearson相关性的分析也使用Spss22.0。

2 结果

2.1 周丛藻类群落结构特征分析

周丛藻类的种类组成和优势种分析采样期间监测结果显示, 雅鲁藏布江干流及其四大支流共鉴定出周丛藻类70属(种), 分别隶属于7门10纲23目34科。如表4所示, 包括硅藻门(Bacillariophyta)、绿藻门(Chlorophta)、蓝藻门(Cyanophyta)、黄藻门(Xanthophyta)、裸藻门(Euglenophyta)、隐藻门(Cryptophyta)和金藻门(Chrysophyta), 其中硅藻门2纲4目9科25属, 绿藻门2纲9目13科23属, 蓝藻门2纲5目7科14属, 黄藻门1纲2目2科2属, 裸藻门1纲1目1科4属, 隐藻门和金藻门各1纲1目1科1属。整个监测期所有采样点的周丛藻类优势门类所占比例(图3), 依次为硅藻门(35.71%)、绿藻门(32.86%)、蓝藻门(20.00%)、裸藻门(5.71%)、黄藻门(2.86%)、隐藻门(1.43%)和金藻门(1.43%), 表明周丛藻类的群落结构整体上均属于硅藻-绿藻-蓝藻型水体。

图3 雅鲁藏布江流域周丛藻类的种类组成Fig.3 Species composition of periphyton in the Yarlung Zangbo River

以Mcnaughton优势度指数Y>0.02确定为优势种[34], 如表4所示, 整个调查期间, 调查水域周丛藻类的优势种有8属, 且均归属于硅藻门, 包括脆杆藻科的3属, 分别为针杆藻属(0.092)、脆杆藻属(0.020)和等片藻属(0.132), 舟形藻科的舟形藻属(0.072), 桥弯藻科的桥弯藻属(0.040), 异极藻科的异极藻属(0.031), 曲壳藻科的曲壳藻属(0.165), 菱形藻科的菱形藻属(0.193)。

表4 雅鲁藏布江干流及其四大支流周丛藻类组成Tab.4 The periphyton algae composition of the sampling period of the main stream of the Yarlung Zangbo River and its four major tributaries

续表4

周丛藻类群落参数的空间分布对26个采样点进行监测发现, 周丛藻类物种丰富度(SR)的空间变化如下: 如图4可知, 从干流到支流(A1—A26)周丛藻类的SR逐渐增大, 帕隆藏布江为雅鲁藏布江干流下游的一级支流, 其(A12—A16)周丛藻类的SR明显大于雅鲁藏布江干流中下游(A2—A9)周丛藻类的SR, 尼洋河(A17—A20)、拉萨河(A21—A24)和年楚河(A25—A26)3条中上游支流周丛藻类的SR明显大于雅鲁藏布江干流上游(A10—A11)周丛藻类的SR。如图5可知, 周丛藻类总丰度(TA)的空间变化如下: 帕隆藏布江(A12—A16)周丛藻类的TA明显大于雅鲁藏布江干流下游(A1—A3)周丛藻类的TA, 尼洋河(A17—A20)和拉萨河(A21—A24)周丛藻类的TA明显大于雅鲁藏布江干流中游(A4—A9)周丛藻类的TA,年楚河(A25—A26)周丛藻类的TA明显大于雅鲁藏布江干流上游(A10—A11)周丛藻类的TA。所以从流域整体来看, 雅鲁藏布江流域干流周丛藻类的SR和TA均稍低于其相应支流周丛藻类的SR和TA。

图4 雅鲁藏布江流域周丛藻类物种丰富度(SR)空间变化趋势Fig.4 The spatial variation trend of periphyton algae species richness in the Yarlung Zangbo River Basin

图5 雅鲁藏布江流域周丛藻类总丰度(TA)空间变化趋势Fig.5 The spatial variation trend of the total abundance of periphyton algae in the Yarlung Zangbo River Basin

监测期间发现, 26个采样点周丛藻类的Shannon-Wiener多样性指数(H′)的变幅为4.84—9.41, 均值为7.38(图6)。H′值空间变化如下: 除雅鲁藏布江流域干流中游(A4—A6、A8)的H′值有极为明显的向下波动外, 其余水域的H′值波动范围较平缓, 且雅鲁藏布江干流下游墨脱背崩乡(A1)的H′值最大,为9.41, 雅鲁藏布江干流中游桑日县古雪村(A6)的H′值最小, 为4.84。由图7可知, Pielou 均匀度指数(J)的变幅为2.41—4.80, 均值为3.30。J值空间变化如下: 雅鲁藏布江流域中游干流部分点位(A4—A6、A8)及支流尼洋河(A17—A20)的J值稍低, 但J值均>0.5, 此外, 其余水域均有较高的J值; 且雅鲁藏布江干流下游的墨脱县城上游(A3)的J值最大,为4.80, 尼洋河的巴河尼洋河交汇处(A19)的J值最小, 为2.41。故周丛藻类的Shannon-Wiener多样性指数(H′)和Pielou 均匀度指数(J)共同表明: 整个雅鲁藏布江流域的清洁状态较好, 但干流中游水域的清洁状态稍低于其余调查水域。

图6 雅鲁藏布江流域周丛藻类Shannon-Wiener多样性指数(H′)空间变化趋势Fig.6 The spatial variation trend of Shannon-Wiener diversity index of periphyton algae in the Yarlung Zangbo River Basin

图7 雅鲁藏布江流域周丛藻类Pielou 均匀度指数(J)空间变化趋势Fig.7 Spatial variation trend of the Pielou evenness index of periphyton algae in the Yarlung Zangbo River Basin

参考点与污染点周丛藻类群落参数分析如表2所示, 26个采样点被划分为21个参考点和5个污染点, 将参考点和污染点周丛藻类的物种丰富度(SR)、总丰度(TA)、Shannon-Wiener多样性指数(H′)和Pielou均匀度指数(J)进行单因素方差性分析(表5)。结果显示, 参考点周丛藻类的SR显著大于污染点周丛藻类的SR(P=0.014<0.05), 参考点周丛藻类的TA小于污染点周丛藻类的TA, 但差异不显著(P=0.326>0.05), 参考点周丛藻类的H′显著大于污染点周丛藻类的H′(P=0.005<0.05), 参考点周丛藻类的J大于污染点周丛藻类的J, 且差异不显著(P=0.730>0.05)。

表5 参考点与污染点周丛藻类的群落参数(平均值±标准差)Tab.5 Periphyton algae community parameters at reference point and pollution point (mean±SD)

2.2 雅鲁藏布江流域健康评价

确定备选指标判别能力分析(图8)结果显示, 非硅藻属类单元数(M2)、Shannon-Wiener多样性指数(M3)、周丛藻类物种种数(M6), 共3个参数指标符合筛选规则, 可进入下一步分析。

图8 各入选 P-IBI 指标在参考点和污染点的箱线图Fig.8 Box plot of each selected P-IBI indicator at the reference point and pollution point

对上述步骤筛选出的3项指标进行Pearson相关性检验(SPSS 22.0; 表6), 结果显示, 非硅藻属类单元数(M2)、Shannon-Wiener多样性指数(M3)和周丛藻类物种种数(M6)的相关性系数两两之间均为|r|<0.75, 符合备选要求。

表6 备选P-IBI指标的Pearson相关性分析Tab.6 Pearson correlation analysis of alternative P-IBI indicators

依据以上筛选方法对12项周丛藻类的生物参数进行选择, 最终P-IBI指数由非硅藻属类单元数(M2)、Shannon-Wiener多样性指数(M3)和周丛藻类物种种数(M6)共3项指数构成。

P-IBI 体系指标分值计算及计分标准将筛选出的指标分别应用3分制法、4分制法、比值法计算各指标分值(表7—9)。

根据 3 分制法的计分标准(表7), 将筛选所得指标的分值进行加和, 即获得P-IBI值。以参考点的25%分位数为最佳期望值, 确定P-IBI指标体系评价标准(表10), 进而得出各采样点周丛藻类生物完整性评分即水环境健康状况评价, 结果如下: 在26个采样点中, 18个采样点水环境的健康状态评价结果为健康, 5个采样点水环境的健康状态评价结果为亚健康, 2个采样点水环境的健康状态评价结果为一般, 1个采样点水环境的健康状态评价结果为较差; 三分制法对污染点的水环境健康状态评价结果为: 较差-亚健康; 三分制法对参考点的水环境健康状态评价结果为: 亚健康-健康; 三分制法对26个采样点整体的水环境健康状态评价结果为较差-健康(表11)。

表7 三个P-IBI 指标在参照点中的分布及三分制法计分标准Tab.7 The distribution of 3 P-IBI indicators in the reference point and the scoring standard of the 3-point system

表10 三分制法P-IBI体系评价标准Tab.10 3-point method P-IBI system evaluation standard

表11 三分制法P-IBI体系评价结果Tab.11 Evaluation results of the P-IBI system based on the 3-point system

根据四分制法的计分标准(表8), 将筛选所得指标的分值进行加和, 即获得P-IBI值。以参考点的25%分位数为最佳期望值, 确定P-IBI指标体系评价标准(表12), 进而得出各采样点周丛藻类生物完整性评分即水环境健康状况评价, 结果如下: 26个采样点中, 16个采样点水环境的健康状态评价结果为健康, 3个采样点水环境的健康状态评价结果为亚健康, 4个采样点水环境的健康状态评价结果为一般, 3个采样点水环境的健康状态评价结果为较差;四分制法对污染点的水环境健康状态评价结果为:较差-亚健康; 四分制法对参考点的水环境健康状态评价结果为: 一般-健康; 四分制法对26个采样点整体的水环境健康状态评价结果为: 较差-健康(表13)。

表8 三个P-IBI 指标在所有样点中的分布及四分制法计分标准Tab.8 The distribution of 3 P-IBI indicators in all samples and the scoring standard of the 4-point system

表12 四分制法P-IBI体系评价标准Tab.12 4-point method P-IBI system evaluation standard

表13 四分制法P-IBI体系评价结果Tab.13 Evaluation results of the P-IBI system based on the 4-point system

根据比值法的计分标准(表9), 将筛选所得指标的分值进行加和, 即获得P-IBI值。以参考点的25%分位数为最佳期望值, 确定P-IBI指标体系评价标准(表14), 进而得出各采样点周丛藻类生物完整性评分即水环境健康状况评价, 结果如下: 在26个采样点中, 16个采样点水环境的健康状态评价结果为健康, 7个采样点水环境的健康状态评价结果为亚健康, 3个采样点水环境的健康状态评价结果为一般; 比值法对污染点的水环境健康状态评价结果为一般-亚健康; 比值法对参考点的水环境健康状态评价结果为亚健康-健康; 比值法对26个采样点整体的水环境健康状态评价结果为: 一般-健康(表15)。

表9 比值法计算3个 P-IBI 指标分值的公式Tab.9 The formula for calculating the scores of 3 P-IBI indicators by ratio method

表14 比值法P-IBI体系评价标准Tab.14 Ratio method P-IBI system evaluation standard

表15 比值法P-IBI体系评价结果Tab.15 Evaluation result of P-IBI system by ratio method

采用三分制法、四分制法和比值法对雅鲁藏布江流域的21个参考点和5个污染点分别进行评分,并对3类评分方法的参考点和污染点得分, 进行判别能力分析[29](图9), 结果显示, 以上3类评分方法的判别能力都很高, 均满足箱线图法的最佳规则,即采用任何一种方法均适用于本调查水域的健康评价。

图9 三类评分法判别能力分析Fig.9 Analysis of discriminant ability of three types of scoring

3 讨论

3.1 雅鲁藏布江流域周丛藻类的组成特点

本研究水域共鉴定出周丛藻类7门10纲23目34科70属(种), 周丛藻类的种类数稍多于学者们在尼洋河调查发现的6门30科49属[31]、谢通门江段的6门67属[35], 这是因为尼洋河和谢通门江段均为雅鲁藏布江流域的部分水面, 其调查区域范围稍小于本研究。但与内地水域相比本调查区域周丛藻类的种数较少, 这可能与调查水域常年低温有关, 雅鲁藏布江流域年平均气温为–3—16.2℃[24], 冬季水温可低至2.8℃[35], 梁霞[36]指出: 大多数周丛藻类在水温降到15℃以下, 藻垫和着生基质间便开始发生脱落, 周丛藻类就开始大量凋亡, 只有少数周丛藻类能在低温水域长期生长繁殖, 此外, 高原环境中超强的紫外辐射会损伤藻类的细胞结构, 也会使水环境中的藻类减少[37]。

调查水域周丛藻类的优势种包括针杆藻、脆杆藻、等片藻、舟形藻、桥弯藻、异极藻、曲壳藻和菱形藻, 优势种均隶属于硅藻门周丛藻类, 这与硅藻喜低温水环境生活有关[38]。雅鲁藏布江流域周丛藻类中的硅藻门、绿藻门和蓝藻门为前3个优势门类, 故该水域属硅藻-绿藻-蓝藻型结构, 是典型的高海拔河流水体类型[39], 这可能与河流主要依靠冰山融雪补给, 使得河流水质清瘦[35], 水体中营养盐含量较低, 供给周丛藻类的养分较少有关[40]。

3.2 周丛藻类对雅鲁藏布江流域的健康评价

藻类物种多样性的变化和分布特征, 既能直接反映水体中藻类的多样性、均匀度和群落结构稳定性等的状态, 还能间接对水环境的健康状态进行评价[41—43], 所以进行周丛藻类的生物多样性指数特征性分析, 对水生态系统的发展意义重大。依据Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数数值分布规律, 数值越大说明周丛藻类的种类越丰富,周丛藻类分布越均匀, 水质状态越好[44], 反之, 数值越小说明周丛藻类的种类越稀少, 周丛藻类分布越不均匀, 水质状态越差[45]。在调查期间, Shannon-Wiener多样性指数(H′)的变幅为4.84—9.41, 均值为7.38, 最小值>3(轻污或无污型水体)[32], Pielou 均匀度指数(J)的变幅为2.41—4.80, 均值为3.30, 最小值>0.5(轻污或清洁型水体)[33], 说明, 2013—2014年, 雅鲁藏布江流域干支流整体上为轻污型-清洁型水体。

本研究基于周丛藻类的群落结构, 利用周丛藻类的群落参数(Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数)和P-IBI评价指标体系对雅鲁藏布江流域水生态系统进行健康评价研究。结果显示: 周丛藻类群落的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和P-IBI评价指标体系对雅鲁藏布江流域的评价结果相一致。就周丛藻类群落的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数而言, 污染点的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均较参考点小, 说明污染点的清洁状态较参考点的清洁状态差。在P-IBI评价指标体系中, 污染点未有判定为健康状态的点位, 这也表明污染点的清洁状态较参考点的清洁状态差。由表2可知, 划定的污染点全部分布于雅鲁藏布江流域干流中游, 故从流域整体来看, 雅鲁藏布江流域干流上下游及其4大支流水生态系统的健康状态优于雅鲁藏布江流域干流中游的健康状态。

周丛藻类群落参数和P-IBI评价指标体系的评价结果, 基本反映了雅鲁藏布江流域的水环境和生境质量特征。雅鲁藏布江流域干流下游水域设置的采样点周边无明显的水利水电工程建设, 无采矿和挖沙等的破坏, 人为干扰较小, 水质洁净, 健康状态好。雅鲁藏布江流域干流中游水域设置的采样点的周边区域人类开发利用较大, 出现了诸多如渡口、采砂厂和水电站等工程建设, 且河流沿岸两侧的生境出现了植被减少, 沙化严重的现象, 虽周丛藻类的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数仍符合轻污-清洁型水体标准, 但数值显著减小, 说明周丛藻类的生境已受采样点沿岸水利水电作业的影响。雅鲁藏布江流域干流上游水域设置的采样点的周边区域也建设有水文站, 但采样点的水质清澈, 生境质量较好, 故没有将其划分为污染点。帕隆藏布江周丛藻类Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均在A13号和A16号采样点较低, 与P-IBI评价指标体系对A13号和A16号采样点的评价结果出现亚健康状态相一致, 这与A13号采样点水流极其湍急, 不利于周丛藻类的附着生长有关, A16号采样点在比值法赋分的P-IBI评价指标体系中呈亚健康状态, 在三分法和四分法赋分的P-IBI评价指标体系中呈健康状态, 这可能与人工自河流引水入湖有关, 且说明该采样点的人为引水对周丛藻类的生境产生了影响, 但影响不大, 需随时监测该点的水环境健康状态。尼洋河沿岸上设置的4个采样点周边存在大型施工机器和施工采石车辆, 但采样点河岸两侧植被覆盖率高, 自然生境保存较为完整, 拉萨河沿岸上设置的4个采样点的周边生境质量较好, 河岸两侧有大量的植被, 沼泽湿地生态较好, 水质清澈, 故尼洋河和拉萨河均不划分为污染点, 且P-IBI评价指标体系对尼洋河和拉萨河流域的评价结果均为健康状态, 与采样点周丛藻类的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均符合轻污-清洁型水体标准相一致, 但尼洋河和拉萨河采样点周丛藻类的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均有向下波动, 这可能与沿岸施工或该区域人口密集有关, 建议加强对尼洋河和拉萨河流域水生态系统的监测。年楚河沿岸设置了2个采样点, 因A25号采样点在城镇周边, 可能受到城镇生活用水的影响, 为亚健康状态,A26号采样点河畔植被丰富, P-IBI评价指标体系表明其健康状态较好, 这与该采样点拥有较高的周丛藻类Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数相一致。

文献[46—48]指出: 人为干扰会影响周丛藻类的群落结构, 从而指示水域不同等级的健康状态。雅鲁藏布江流域是西藏境内最为主要的淡水来源,保证其水环境的健康将成为守护西藏青山绿水的基础, 研究雅鲁藏布江流域水生态系统中有机生命体的组成和无机生活环境的状态等, 将对整个流域的健康和稳定有积极的作用。

4 结论

(1)2013—2014年, 在雅鲁藏布江流域干支流共观察到周丛藻类7门10纲23目34科70属(种), 硅藻门(35.71%)、绿藻门(32.86%)和蓝藻门(20.00%)为前3个优势门类, 优势种以硅藻门周丛藻类为主, 该水域属硅藻-绿藻-蓝藻型水体。(2)整个调查区域中,雅鲁藏布江流域干流周丛藻类的物种丰富度(SR)和总丰度(TA)均稍低于支流; Shannon-Wiener多样性指数的变幅为4.84—9.41, Pielou 均匀度指数的变幅为2.41—4.80, 则调查水域整体为轻污型-清洁型水体。(3)雅鲁藏布江流域周丛藻类的生物多样性特征与P-IBI评价体系共同说明: 雅鲁藏布江流域干流上下游及其4大支流水生态系统的健康状态优于雅鲁藏布江流域干流中游的健康状态。