清河水生生物状况监测成果分析及评价

杨丹妮 王军红 常 静

（1. 北京市清河管理处，北京 100085；2.北京市水科学技术研究院，北京 100048；3.北京京源水务有限公司，北京 100143）

1 概况

清河全长28.7km，流域面积为175km2，发源于北京西山碧云寺，流经海淀、朝阳、昌平、顺义4区，在顺义区境内入温榆河，水系包括北旱河、黑山扈排洪沟、万泉河、小月河、清洋河。清河干流全长23.7km，自肖家河闸至沙子营闸，共9座节制闸，总调蓄量为495万m3，是北京城市北部主要防洪排水河道，在北京城市水系中占有重要位置。

2022年，开展了以清河为典型代表的再生水补给型城市河道水生生物健康栖息生态监测，针对浮游植物、浮游动物、水生植物、底栖动物、鱼类等研究要素，通过资料收集、实验检测、规律分析等技术方法进行科学评价，及时掌握城市河道水生生物健康栖息状况，为区域生物健康栖息提供数据支撑与建议。

2 清河水生生物状况调查监测

2.1 监测点位与频率

根据清河的河道形状、各闸站位置以及与温榆河的交汇情况等，共设置11个采样点位，分别位于安河闸、树村闸、京包闸、清河闸、下清河闸、羊坊闸、外环跌水闸、沈家坟闸、清河大桥、沙子营闸（清河入温榆河河口）和河口下游处，编号为S1～S11，见图1。分别于4月、7月、9月（即春夏秋三季）开展监测。

2.2 水生生物调查方法

2.2.1 浮游植物

浮游植物采样依据《内陆水域浮游植物监测技术规程》（SL 733—2016）进行，调查蓝藻门、隐藻门、甲藻门、金藻门等各门生物量和种群数量。

2.2.2 浮游动物

浮游动物采样依据《内陆水域浮游植物监测技术规程》（SL 733—2016）进行，调查轮虫、枝角类等类型生物量和种群数量。

2.2.3 水生植物

按水生植物生活型对挺水植物、浮叶植物和沉水植物进行调查，测量、记录水体的水面面积、各类大型水生植物的分布面积，计算水生植物覆盖率。将采集的植物洗净，装入标本袋内带回实验室鉴定种类。

2.2.4 底栖动物

底栖动物采样依据《流域水生态环境质量监测与评价技术指南（试行）》（2017年）进行，调查底栖动物的种类与数量。

2.2.5 鱼类

采用撒地笼网的方法捕捞鱼类标本，调查鱼类的种类组成、种群数量。将地笼网置于水中过夜，约14h，将鱼捕获后按种类进行分类，并拍照留存，调查结束后将鱼放回水体。

2.3 生物指标分析方法

2.3.1 浮游生物

针对浮游生物多采用生物多样性指数评价。生物的多样性指数是用于表示由多种生物组成的混合生物群落的种类和数量之间关系的一种指数，常应用于指示生物群落结构变化，反映生态状况。常采用Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数进行评价。

a. Shannon-Wiener多样性指数H′：

式中：ni为第i种浮游生物的个体数[1]；N为采集样品中所有种类的总个体数。

Shannon-Wiener多样性指数反映群落结构的复杂程度[2]。数值越大，群落结构越复杂，对环境的反馈功能越强，群落越稳定；数值越小，群落结构越简单[3]。Shannon-Wiener多样性指数可用于评价河流上下游点位之间的群落结构差异。常用评价标准为：当0＜H′≤1时，表明浮游植物群落结构简单；当1＜H′≤2时，表明浮游植物群落结构复杂度居中；当2＜H′≤3时，表明浮游植物群落结构较为复杂；当H′＞3时，表明浮游植物群落结构复杂。

b. Margalef丰富度指数R:

式中：S为采集样品中的种类总数[4]。

Margalef指数用于评价物种丰富度[5]，常用评价标准为：当0＜R≤1时，表明物种丰富度较低；当1＜R≤3时，表明物种丰富度居中；当R＞3时，表明物种丰富度较高。

c. Pielou均匀度指数J：

Pielou指数用于评价物种均匀程度。指数范围为0＜J＜1，其中J值大，表明个体分布较均匀；J值小，表明个体分布欠均匀。常用评价标准为：当0＜J≤0.3时，表明浮游植物物种均匀度较小；当0.3＜J≤0.5时，表明浮游植物物种均匀度居中；当0.5＜J≤0.8时，表明浮游植物物种均匀度较高；当0.8＜J＜1时，表明浮游植物物种均匀度最高。

2.3.2 水生植物

针对大型水生植物指标可采用大型水生植物覆盖率来表征。

2.3.3 底栖动物

底栖动物对栖息环境很敏感，是水体食物链的重要一环[6]。针对底栖动物评价采用相对重要指数值来评价优势种，采用BI指数来评价耐污能力和物种多样性。

a. Shannon-Wiener多样性指数。Shannon-Wiener多样性指数计算方法同浮游生物。

b.BI指数。BI指数是指根据水体中指示生物的种类、数量及对水污染的敏感性建立的可表示水环境质量的一个数值，既考虑了底栖动物的耐污能力，又考虑了底栖动物的物种多样性。

式中：BI为生物指数；ni为第i个分类单元的个体数[7]；ti为第i个分类单元的耐污值[8]；N为样品中所有物种的总个体数。

一般将耐污值不大于3的物种称为敏感类群；耐污值为3～7的物种称为中等耐污种群；耐污值不低于7的物种称为耐污类群。根据常用评价标准，河流、湖泊水体中，BI≤5.5，为最清洁；5.5＜BI≤6.6时，清洁；6.6＜BI≤7.7，为轻污染；7.7＜BI≤8.8，为中污染；BI＞8.8，为重污染。

3 水生生物结果与分析

3.1 浮游植物结果与分析

3.1.1 Shannon-Wiener多样性指数

2022年，按照《内陆水域浮游植物监测技术规程》（SL 733—2016）进行浮游植物样品采集后，在实验室进行样品浓缩并计数。按公式计算生物多样性指数，对清河生物多样性指数进行评价，结果见图2。从图2中可以看出，浮游植物Shannon-Wiener多样性指数基本处于1～2范围内，最小值为0.55（S3，夏季），最大值为2.79（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分别为1.26、1.02、1.37，表明浮游植物群落结构的复杂程度居中。S11（清河与温榆河交汇处）浮游植物Shannon-Wiener多样性指数在秋季最高，表明浮游植物群落结构的复杂程度最高，其他各点位间变化不显著。

图2 浮游植物Shannon-Wiener多样性指数变化情况

3.1.2 Margalef丰富度指数

浮游植物Margalef丰富度指数基本处于1～3范围内，最小值为0.93（S10，秋季），最大值为4.01（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分别为1.80、2.08、1.93，表明浮游植物物种丰富度居中。秋季S10（清河沙子营闸）浮游植物Margalef丰富度指数最低，S11（清河与温榆河交汇处）最高，表明S11浮游植物群落结构的复杂程度高于S10，与水体流速降低以及温榆河水体汇入增加物种复杂程度等因素有关，其他各点位间变化不显著，指数变化情况见图3。

3.1.3 Pielou均匀度指数

如图4所示，浮游植物Pielou均匀度指数基本处于0.3～0.7范围内，最小值为0.22（S3，夏季），最大值为0.84（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分别为0.54、0.40、0.56，表明浮游植物个体分布均匀度居中。河道中上游（S1～S7）浮游植物Pielou均匀度指数季节间变化起伏较大，河道下游（S8～S10）浮游植物Pielou均匀度指数季节间变化较小，表明下游浮游植物个体分布较为稳定，与河道流速等生境条件有关。

图4 浮游植物Pielou均匀度指数变化情况

浮游植物物种共6门7纲12目24科41属80种，其中硅藻门和绿藻门属种数量最多，分别为17属33种和14属32种。密度全年平均值为288.43万个/L，生物多样性指数属于居中水平。

3.2 浮游动物结果与分析

3.2.1 Shannon-Wiener多样性指数

如图5所示，浮游动物Shannon-Wiener多样性指数基本处于0～2范围内，最小值为0（S1，夏季；S3、S4、S7、S9，秋季），最大值为2.45（S11，夏季）。春季、夏季、秋季平均值分别为0.89、1.11、0.64，表明浮游动物群落结构的复杂程度较低。S11（清河与温榆河交汇处）点位的浮游动物Shannon-Wiener多样性指数在夏季和秋季均为最高，表明该处夏季和秋季浮游动物群落结构的复杂程度最高。

图5 浮游动物Shannon-Wiener多样性指数变化情况

3.2.2 Margalef丰富度指数

从图6中可以看出，浮游动物Margalef丰富度指数基本处于1～2范围内，最大值为2.57（S11，秋季）。春季、夏季、秋季平均值分别为0.51、0.77、0.64，表明浮游动物物种丰富度较低。S10（清河沙子营闸）和S11（清河与温榆河交汇处）点位的浮游动物Margalef丰富度指数较高，表明这两个点位浮游动物群落结构的复杂程度高于其他点位，与河流交汇引起物种复杂程度增加有关。

图6 浮游动物Margalef丰富度指数变化情况

3.2.3 Pielou均匀度指数

浮游动物Pielou均匀度指数大部分处于0.4～0.9范围内，最大值为1.00（S1、S6，春季）。春季、夏季、秋季平均值分别为0.69、0.59、0.33，表明浮游动物个体分布均匀度居中。各点位浮游动物Pielou均匀度指数季节间变化较大，见图7。

图7 浮游动物Pielou均匀度指数变化情况

浮游动物物种共3门7纲22目67属80种，其中原生动物门属种数量最多，为5纲16目47属39种。密度全年平均值为961.95个/L，生物多样性指数较低。

3.3 水生植物结果与分析

清河共调查得到水生植物11种，其中沉水植物8种、挺水植物3种，见表1。

根据调查结果，挺水植物季节性较强，主要生长期为6—9月。沉水植物优势种随季节演替，春季以菹草为主要优势种，伴有穗花狐尾藻、竹叶眼子菜；夏季以苦草、竹叶眼子菜为主要优势种，伴有金鱼藻；随着气温逐渐降低，秋季以竹叶眼子菜、篦齿眼子菜为主，伴有穗花狐尾藻、轮叶黑藻。

从图8中可以看出，清河沉水植物覆盖度由上游至下游逐渐增加，安河闸—清河闸段沉水植物覆盖度平均值为20%，与河道底部硬质护砌有关。清河闸以下沉水植物覆盖度逐步提升至90%左右，为河道水生态系统提供了重要的初级生产力。

图8 清河沉水植物分布情况

3.4 底栖动物结果与分析

3.4.1 多样性指数

由图9可知，底栖动物Shannon-Wiener多样性指数基本处于1～2范围内，春季较低（平均值为1.22），夏季和秋季较高（平均值均为1.69），表明各季节底栖动物群落结构复杂程度均处于居中水平。其中最大值为2.14（S6，秋季），最小值为0.67（S3，春季）。各点位间底栖动物Shannon-Wiener多样性指数变化幅度不大。

图9 底栖动物Shannon-Weiner多样性指数变化情况

3.4.2 BI指数

如图10所示，底栖动物BI指数基本处于5.5～6.6范围内，最小值为3.98（S10，秋季），最大值为8.66（S11，春季）。春季、夏季、秋季平均值分别为6.38、5.69、5.62，表明水体处于清洁水平。各点位底栖动物BI指数变化幅度较小，说明底栖动物在不同季节的分布均较为稳定。

图10 底栖动物BI指数变化情况

底栖动物物种共4门7纲11目25科，生物多样性指数居中，以BI指数评价，水体处于清洁水平。

3.5 鱼类结果与分析

3.5.1 鱼类结果

共调查得到鱼类3目7科18种，见表2。

表2 鱼类物种

不同季节调查得到鱼类种类数量基本保持稳定。渔获物数量共1381个，季节变化较显著，夏季最多，占渔获物总量的一半，见图11。

图11 鱼类物种数与渔获物数量季节变化情况

3.5.2 鱼类结果分析

鱼类按摄食食性可分为动物食性、碎屑食性和杂食性，最多的为动物食性鱼类，共9种，分别为子陵吻虾虎鱼、宽鳍、黑鳍鳈、河川沙塘鳢、乌鳢、小黄黝鱼、马口鱼、鲇、黄颡鱼；杂食性鱼类共7种，分别为麦穗鱼、鲫、鲤、泥鳅、、圆尾斗鱼和棒花鱼；碎屑食性鱼类2种，为高体鳑鲏、大鳍鱊。

渔获物中全年数量优势种主要为麦穗鱼、鲫、高体鳑鲏，均属于鲤形目鲤科，见图12。其中麦穗鱼和鲫对水域生态环境适应性较强，根据《北京市水生态健康等级指示物种》（2021版），高体鳑鲏是健康水体指示物种。

图12 渔获物种类数量变化情况

从图13可以看出，在清河各点位中，S8（沈家坟闸下游）点位的渔获物数量最多，S1（安河闸下游）点位的渔获物数量最少，其他点位数量基本相近。

图13 各点位渔获物数量变化情况

在珍稀物种方面，调查得到现行《北京市地方二级保护水生野生动物名录》（2012版）收录物种3种，分别为宽鳍、黑鳍鳈、马口鱼，反映了清河水生态环境持续向好的发展趋势。

4 结语

本文通过分析清河2022年水生生物监测数据，对清河全河段的浮游植物、浮游动物、水生植物、底栖动物、鱼类的种类、密度及生物多样性指数进行了研究。结果表明，清河河道现状水质较好，水质达到地表水Ⅲ类水标准，水生生物物种较为丰富，现状生态系统结构、状态良好。

针对清河现状，应加强河流廊道建设，采取“挺水植物+沉水植物”相结合的措施，种植植物和营建群落，对维持水体生物的多样性、生态系统结构和功能的稳定性，发挥重要作用。通过实施增殖放流[8]，科学选择北京本土指示水生动物品种、放流时间及位置，提升水生态系统的自我调节能力[9]。