泸沽湖水生生物群落及水生态环境质量研究*

贺克雕，马瑞君，范莹，杨世美，和杰梅，段昌群

(1.云南省水文水资源局，云南 昆明 650106；2.云南省水文水资源局丽江分局，云南 丽江 674100；3.云南大学 生态与环境学院，云南 昆明 650901)

近年来，随着生态文明理念深入人心，对水体的管理保护逐渐由水质目标管理向水生态健康管理转变，水生态环境质量的优劣直接关系水生态系统的健康状况，成为人们关注的焦点。金小伟等[1]通过开展流域水生态环境质量监测与评价研究，构建了一套包括物理生境、水质参数和水生生物的流域水生态环境监测和评价方法。根据《流域水生态环境质量监测与评价技术指南》[2]，李朝等[3]采用水化学指标、水生生物指标和生境指标对徐州市河流的水环境质量状况进行了评估。阴琨等[4]采用生物完整性指数对松花江流域水生态环境质量进行了评价研究，吕学研等[5]从水环境质量的变化方面分析了江苏省水生态环境质量变化，段茂庆等[6]从水环境质量和富营养化水平方面分析了白洋淀近5年的水生态环境质量，徐宗学等[7]对渭河流域水生态系统群落结构特征进行了研究，从鱼类、大型底栖动物和着生藻类三种生物类群对水生态系统健康进行了评价，苏新然等[8]对三峡库区浮游植物群落结构特征进行了探讨，从浮游植物角度对水生态健康进行了评价。总体上，我国水生态环境质量评价体系尚处于研究起步阶段，水生态综合评价尚缺乏系统化、整体性及普适性，评价指标也还不全面，尚没有适宜的标准方法可以遵循，而且由于地域和水体存在较大的差异性，难以寻求普适的评价方法。

浮游植物是湖泊生态系统的初级生产者和重要营养级的代表，浮游动物以浮游植物为食，是湖泊水体中能量流动的重要环节[9]，底栖动物影响水生态系统中营养物质的分解与循环，对环境变化反应敏感[7]，浮游生物和底栖动物的群落组成、种类多样性直接影响湖泊水生态系统的结构和功能。此外，水位变化在调节湖泊水质、水量和生态系统功能方面发挥着重要作用[10]，湖泊水生态质量的好坏很大程度上取决于最低水位是否得到保证。水位变化会改变湖泊的物理化学特性，从而引起生物种类数和丰度以及生态系统结构的变化。张艳会等[11]认为，水位会间接或者直接的通过食物链影响浮游植物的组成和多样性，Langer 等[12]提出，鱼类群落组成和鱼类多样性会受到水位变化的影响。从Chen等[13]在云南省程海湖开展的研究可以看出，水位的下降会对浮游植物群落产生影响。湖泊的营养状态与水位变化也有很大关系[14]，进而影响水生态质量。目前报道的湖泊水生态环境质量分析评价大多以水质指标[15]、水生生物指标[16-17]为主，水生生物大多选取一两类指标参与评价，将水位纳入评价指标体系[18-19]的较少。

关于泸沽湖水生态的相关研究，主要集中在水环境质量[20-21]、水资源状况[22-23]、浮游动植物群落及变化[24-26]、生态系统格局及服务功能[27-29]等方面，对泸沽湖水生态环境质量进行综合评估的研究报道较少。因此，本文以泸沽湖(云南部分，下同)为研究对象，探讨浮游植物、浮游动物、底栖动物群落结构，并以其生物多样性指数为主要指标，加入水位、水质要素，探索建立适合于泸沽湖的水生态环境质量评价体系，以期为丰富和完善区域水生态环境质量评价指标体系提供参考，为泸沽湖的水生态保护、修复与管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

泸沽湖位于云南省丽江市宁蒗县，是云南省九大高原湖泊之一，是中国第三大深水湖泊，是滇西北旅游文化热点地区。泸沽湖(27°39′50″～27°44′56″N、100°44′40″～102°50′06″E)跨云南省和四川省，湖面高程达2 690 m(黄海高程)，湖泊面积51.3 km2(云南省30.3 km2)，集水面积247.8 km2(云南省107 km2)，湖容量20.72×108m3，最大水深93.5 m，平均水深40 m[30]，是由地壳运动形成的高原溶蚀断陷湖盆，属长江流域金沙江干流雅砻江水系，由亮海和草海组成。云南省境内主要入湖河流有5条，由北到南分别为大渔坝河、乌马河、三家村河(幽谷河)、蒗放河、山垮河。年均水温约15.5 ℃，最低月水温约8.5 ℃。湖泊略呈北西—东南走向，泸沽湖流域水资源主要靠降雨与地表径流补给，另有部分地下水补充。

1.2 数据来源

本文分析数据为2021年泸沽湖水位站日平均水位，湖区泸沽湖湖心、李格、落水3个断面的月水质监测数据，浮游植物、浮游动物、底栖动物等水生生物监测数据。资料均来源于云南省水文水资源局。

1.3 评估方法构建

本文基于水资源水环境水生态要素，结合云南高原湖泊自身特点，将水位、水质、水生生物作为准则层，探索建立泸沽湖水生态环境质量综合评价方法。目前，云南对高原湖泊的保护以水质目标为主，因此水质权重为0.4，水位和水生生物权重均为0.3，各项准则层下的指标层按均权法赋权(表1)。

表1 泸沽湖水生态环境质量评价指标体系

(1)水位指标及赋分 水位是反映湖泊水量的重要指标，分级及赋分标准参考《河湖健康评估技术导则》[31]，选取最低运行水位保证程度对泸沽湖水位进行评价。

(2)水质指标及赋分 通常选取水质类别进行水质评价，然而水质类别是基于最差的那一项污染指标来进行判别的，在反映水体的综合污染程度上有欠缺[32]，本文将水体综合污染程度、营养状态与水质类别一道作为高原湖泊水质评价指标，并提出各项水质指标赋分标准(表2)。

表2 水质类别等级及赋分

水体综合污染程度采用均权型综合污染指数进行评价[33]，结合水体综合污染程度分级对其进行赋分(表3)。

表3 水体综合污染程度分级及赋分

营养状态评价参照《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)[34]，分级及赋分见表4。

表4 水体营养状态分级及赋分

(3)水生生物指标及赋分 相关文献[35]分析显示，藻类是长江上游水生态评价的主要研究对象，藻类、浮游动物、底栖动物等生物类群的主要评价指标以Shannon-Wiener指数(H′)的使用频次最高，结合监测资料的可获得性，本文水生生物类群采用浮游植物多样性、浮游动物多样性、底栖动物多样性进行评价，此外，云南在高原湖泊保护中高度关注水体的水华风险，因此，将水华程度也作为一项重要指标。Shannon-Wiener多样性指数参考文献[36]进行计算，分级及赋分见表5。

表5 水生生物多样性分级及赋分

水华程度根据《水华遥感与地面监测评价技术规范》(HJ1098-2020)[37]进行评价，分级及赋分见表6。

表6 水华程度分级及赋分

最终将水位、水质、水生生物3个要素加权求和后计算水生态环境质量综合指数(WQI)总分值。

式中，Xi为准则层指标分值，Wi为准则层指标权重。WQI采用 5 级评价(表7)。

表7 水生态环境质量评价等级[38]

2 结果与分析

2.1 最低运行水位保证程度

2021年泸沽湖自产水资源量0.489 6×108m3，年末蓄水量21.81×108m3，年平均水位2 691.67 m(黄海高程)，比常年低0.54 m。日平均水位1月至5月呈下降趋势，6月1日出现一年中日平均水位最小值2 691.34 m，之后水位逐渐上升。云南汛期一般为5—10月，8月进入主汛期后水位上升更加迅速，至9月22日达到日平均水位最大值2 692.15 m。泸沽湖流域水资源以大气降雨补给为主，伴随着汛期的结束，10月之后水位逐渐下降。水位年内变幅不大，一年中水位上升和下降过程比较明显，水位变化过程与当地的水文气候特征相符。从日平均水位变化过程看(图1)，泸沽湖日平均水位均高于最低运行水位2 691.00 m，最低运行水位均能得到保证。

图1 泸沽湖2021年日平均水位变化过程

2.2 湖泊水质状况

2021年泸沽湖总体水质持续稳定在Ⅰ类，水质状况优，营养状态指数小于20，属贫营养等级。水体透明度年均10.8 m，最大达到13.7 m，高透明度有利于水生植物的分布。采用pH值、溶解氧、五日生化需氧量、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、总磷、总氮共8项指标对泸沽湖湖区3个水质监测断面进行水质综合污染指数计算，结果显示，泸沽湖湖心断面综合污染指数在0.2～0.4之间，李格和落水断面均小于0.2，3个断面水质综合污染指数平均值小于0.2，水体综合污染程度为清洁(表8)。需要说明的是，泸沽湖溶解氧浓度存在季节性波动，部分时段会出现Ⅱ类，但采用海拔和水温折算后的溶解氧饱和率超过90%，因此水质评价为Ⅰ类。方金鑫等[39]认为，溶解氧浓度受水温的影响较大，可采用实测值与氧饱和率进行综合评价；杨春艳等[40]对泸沽湖溶解氧的变化规律及主要影响因素研究认为泸沽湖的溶解氧指标采用饱和率进行评价更加科学。

表8 泸沽湖水质综合污染指数

2.3 水生生物群落结构

泸沽湖2021年共检出浮游植物44属，隶属于7门10纲17目30科，其中绿藻门(Chlorophyta)20属，占45.45%；硅藻门(Bacillariophyta)14属，占31.82%；蓝藻门(Cyanophyta)4属，占9.09%；甲藻门(Pyrrophyta)、金藻门(Chrysophyta)2属，裸藻门(Euglenophyta)、隐藻门(Cryptophyta)1属。群落组成以绿藻门、硅藻门为主(图2)，二者占总属数的77.3%，转板藻(Mougeotiaspp.)、脆杆藻(Fragilariaspp.)、星杆藻(Asterionellaspp.)为优势种。藻细胞密度变幅为(10.06～241.91)×104个/L。共检出浮游动物30属，隶属于3门7纲9目19科，轮虫(Rotifer)14属，占46.67%，原生动物(Protozoa)9属，占30.00%，枝角类(Cladocera)5属，占16.67%，桡足类(Copepods)2属，群落组成以轮虫、原生动物为主，侠盗虫(Strobilidiumspp.)、表壳虫(Arcellaspp.)、砂壳虫(Difflugiaspp.)为优势种。浮游动物密度变幅为42.00～507.90 个/L。共鉴定出底栖动物15属，隶属于3门6纲10目11科，节肢动物门(Arthropoda)、软体动物门(Mollusca)各6属，占40.0%；环节动物门(Annelida)3属，占20.0%；群落组成以节肢动物门、软体动物门为主，优势种主要为齿斑摇蚊(Stictochironomusspp.)和多足摇蚊(Polypedilumspp.)。底栖动物物种密度变幅为5.26～818.62 个/m2。

图2 泸沽湖水生生物群落组成

浮游植物Shannon-Wiener多样性指数在0.27～2.69之间，年均值1.62，多样性一般，物种丰富度较低。1—2月多样性指数在0～1之间，多样性贫乏，物种丰富度低，个体分布不均匀；一年中6月、10月、12月多样性指数在2～3之间，多样性较丰富，物种丰富度较高，个体分布比较均匀；其他月份多样性指数在1～2之间，多样性一般，物种丰富度较低，个体分布比较均匀。浮游动物Shannon-Wiener多样性指数在1.05～2.04之间，年均值1.50，多样性一般，物种丰富度较低，个体分布比较均匀。底栖动物Shannon-Wiener多样性指数在0～2.16之间，平均值1.00，多样性一般，8月多样性指数较高。从空间分布看，落水断面浮游植物、浮游动物、底栖动物多样性指数均高于湖心断面(表9)，湖心种类不如湖周丰富，这与董云仙等[25]的研究结果一致。从时间分布看，主汛期多样性指数较高。这可能是由于主汛期水位较高，利于水生植物向湖滨带扩张[41]，而落水断面接近湖滨带，洪水携带大量营养物质在湖滨带沉积[42]，为水生动植物提供了丰富的食物资源。

表9 2021年泸沽湖水生生物多样性指数

2.4 水生态环境质量

泸沽湖全年日平均水位高于法定最低运行水位，水质为Ⅰ类，水体综合污染程度为清洁，呈贫营养状态，无水华发生，浮游植物多样性、浮游动物多样性、底栖动物多样性一般。经对各类指标赋分，并对泸沽湖水生态环境质量进行综合评价，泸沽湖水生态环境质量状况为优，水生态环境处于受干扰很小的最优状态(表10)。

表10 泸沽湖水生态环境质量综合评价结果

3 讨论与结论

3.1 讨论

从浮游生物群落结构看，本文调查的泸沽湖浮游植物群落以绿藻门、硅藻门为主，优势种为转板藻、脆杆藻和星杆藻，浮游动物群落以轮虫、原生动物为主，优势种为侠盗虫、表壳虫和砂壳虫。浮游生物主要群落与李英南等[43](1997年)、董云仙等[24-25](2010年)的调查结果一致。优势种则有一定变化，1997年浮游植物以扁鼓藻(Cosmariumdepressum)和梅尼小环藻(Cyclotellameneghiniana)为优势种，浮游动物以团状聚花轮虫(Conochilushippocrepis)和团睥睨虫(Askenasiavolvox)为优势种[43]，2010年浮游植物和浮游动物均无突出的优势种群[24-25]。鼓藻(Cosmarium)是贫营养型水体的重要类群[44]，梅尼小环藻(Cyclotellameneghiniana)是常见的硅藻水华优势种[45]，脆杆藻、星杆藻是贫营养型水体的优势种，常鉴定到的砂壳虫、表壳虫、螺形龟甲轮虫(Keratellacochlearis)、长刺异尾轮虫(Trichocercalongiseta)等均是清洁水体的指示生物[25]，说明目前泸沽湖水体水质优良，水生态系统较为稳定，然而，绿藻门的转板藻是中营养型水体中更适宜生存的物种[26]，曾经的梅尼小环藻和现在的转板藻作为优势种出现在泸沽湖水体中，不能忽视藻类群落结构组成对水体营养化进程的重要指示作用，应引起重点关注。从底栖动物群落结构看，本文调查的群落组成以节肢动物门、软体动物门为主，优势种为齿斑摇蚊和多足摇蚊。摇蚊幼虫主要以水底有机物碎屑为食，食量巨大，能加速水体有机物矿化、消除有机物污染，有部分多足摇蚊属(PolypedilumKieffer.)水生动物在浙江省水质为Ⅰ类的水体中发现[46]，然而，摇蚊幼虫既有污染敏感种，又有耐污物种或类群，齿斑摇蚊和多足摇蚊对泸沽湖水体水质和水生态的指示作用还需进一步研究。

本文水质、浮游植物、浮游动物监测数据仅为表层(水面下0.5 m)，今后对于深水湖泊，可以分层采样进行分析探讨；泸沽湖浮游生物、底栖动物等水生生物优势种对水质和水生态环境的指示作用值得深入研究。

泸沽湖是云南省九大高原湖泊中唯一一个水量能得到保证且水质稳定在Ⅰ类的湖泊，水生态环境质量优，这与泸沽湖的生态保护力度密切相关。近年来，泸沽湖保护力度进一步加强，采取“五推进、五转变”等治理措施，实行川滇共治、多规合一，实施污水管网建设，清理湖岸侵占，进行生态搬迁，加强湖边绿化和植被保护，实施退耕还林、退牧还草、植树造林工程等，泸沽湖流域生态环境保护取得明显成效。2010—2020年泸沽湖生态系统服务价值明显升高[28]。然而，泸沽湖水生态安全仍然存在一定的潜在风险，流域内生态系统敏感而脆弱，沿岸还存在不同程度的水土流失[47]，2000年以来泸沽湖沉积物中人为源磷的累积通量持续升高[48]，湖泊内源初级生产力的增加引起藻类初级生产力增加，气候变暖将对湖泊生态系统产生更为深刻的影响[49]，旅游发展给生态环境带来压力和挑战。因此，在全球气候变暖和人类活动加剧的大背景下，要维系泸沽湖流域水生态安全，须坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，稳步推进生态保护修复，提升生态环境质量和生态系统稳定性，牢牢把握“共抓大保护，不搞大开发”战略导向，实现社会经济与生态环境的协调发展。

3.2 结论

本文综合运用水位、水质、水生生物指标，尝试加入营养状态、水华程度、生物多样性指数，对相关指标提出赋分标准，探索建立泸沽湖水生态环境质量评价指标体系，主要结论如下：

(1)泸沽湖2021年平均水位2 691.67 m，水位年内变幅不大，一年中水位上升和下降过程比较明显；日平均水位均高于最低运行水位，最低运行水位均能得到保证。总体水质持续稳定在Ⅰ类，水质状况优，水体清洁，属贫营养湖泊。

(2)浮游植物群落组成以绿藻门、硅藻门为主，绿藻门、硅藻门属数占比为77.3%，转板藻、脆杆藻和星杆藻为优势种，梅尼小环藻和转板藻作为优势种出现在泸沽湖水体中，对水体营养化进程是一种警示；浮游动物群落组成以轮虫、原生动物为主，侠盗虫、表壳虫和砂壳虫为优势种。底栖动物以节肢动物门、软体动物门为主，优势种主要为齿斑摇蚊和多足摇蚊。

(3)Shannon-Wiener多样性指数变幅较大，浮游植物指数在0.27～2.69之间，浮游动物指数在1.05～2.04之间，底栖动物指数在0～2.16之间，浮游植物、浮游动物、底栖动物物种较少，特有属种不多，局部生物多样性较丰富，但总体水平一般。湖周断面高于湖心断面，主汛期高于其他时段；水生态环境质量为优，处于受干扰很小的最优状态；泸沽湖水生态安全仍然存在一定的潜在风险。