2016, Vol. 37
2. 西华师范大学生命科学学院, 南充 637009;
3. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室, 成都 610059;
4. 西华师范大学国土资源学院, 南充 637009
2. College of Life Sciences, China West Normal University, Nanchong 637009, China;
3. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China;
4. Land and Resources College, China West Normal University, Nanchong 637009, China
大渡河是长江流域岷江水系最大支流，干流水能资源丰富，是国家规划的十二大水电基地之一[1, 2]. 其中，大渡河老鹰岩河段为大渡河干流规划的22个梯级中的第16个梯级电站，上衔龙头石梯级，下接瀑布沟梯级电站，河段长约23 km，天然落差55 m[3]，工程的开发主要任务为发电，促进地方经济社会发展. 但大量以经济利益为优先考虑的水电开发，不但给当地社会带来巨大影响，同时也导致了原有的河流生态环境发生复杂变化，造成藻类植物、 浮游动物、 底栖动物和鱼类等生物群落的组成、 结构和功能发生改变. 根据国家“十一五”规划中明确提出的“在保护生态基础上有序发展水电”的要求，迫切需要对该河段水生生物群落结构进行及时监测与评估，提出切实可行的水生生态保护方案，使水生生态系统、 生物多样性得到有效保护.
然而，学者们关于大渡河老鹰岩河段的研究主要集中在地质灾害危险性评价及治理工程设计[4]、 老鹰岩滑坡成因机制与运动特征研究[5]、 水电开发特点及其空间格局分析[6]、 水电开发背景下的旅游资源开发[7]等，针对梯级电站工程背景下环境保护与实践的研究也仅限于理论综述[6]，量化的水环境生物监测、 水生生物群落结构组成、 水质评价等方面尚属空白. 此外，鉴于河流生态系统中水生生物特征对水环境变化的密切响应，利用生物学方法评价水质对河流监测具有重要作用[8, 9, 10, 11]，但目前大多研究均采用单一生物类群进行水质评价[12, 13, 14, 15, 16, 17, 18]，综合多种生物类群共同评价水质的方法研究较少. 本研究在实地调查的基础上，以大渡河老鹰岩河段的水生态系统为对象，结合流域藻类植物、 浮游动物、 底栖无脊椎动物、 鱼类的实际情况，对该河段水质进行综合不同生物类群的定量评价，以期为大渡河老鹰岩河段的生物多样性保护及生态监测等提供理论基础，为水电工程背景下的水生态系统健康评价及流域生态恢复提供科学依据.
1 材料与方法 1.1 研究区域概况大渡河(99°42′~103°48′E，28°15′~33°33′N)发源于青海省果洛山东南麓，流经四川省阿坝、 甘孜、 雅安等地区. 大渡河老鹰岩河段上起龙头石水电站厂房尾水，下至瀑布沟电站的回水末端，属大渡河中游，河段长约23 km. 其中龙头石坝址至安顺场(松林河口)长约8 km，天然落差21 m，河道平均坡降2.63‰； 安顺场(松林河口)至石棉长约15 km，天然落差34 m，河道平均坡降2.27‰. 老鹰岩河段穿行于高山峡谷区，水面较窄，水深5~10 m，上、 下端流域面积63110~66006 km2，区间流域面积2896 km2，多年平均流量1020~1140 m3 ·s-1，区间流量120 m3 ·s-1，平均比降3.2‰~4.5‰，是典型的山区河流. 大渡河老鹰岩河段地处中高山区，属四川盆地亚热带湿润气候区，多年平均气温16.9℃，多年平均年蒸发量1637.5 mm，多年平均相对湿度69%，多年平均风速2.3 m ·s-1，多年平均年降水量801.3 mm； 河谷地区植被主要为农田和干旱河谷灌丛，乔木呈零星或小片集中分布，高海拔地区植被则以针叶林和阔叶林为主[19].
1.2 采样断面的设置根据四川省大渡河老鹰岩河段兼顾干流与主要支流的地形特点、 水文条件、 鱼类分布、 生态习性及工程建设情况等，充分考虑采样断面的代表性、 可比性和易达性，以便尽可能地代表该开发河段水生生物及环境的实际状况，于2012年9 月从龙头石坝址下游处的断面开始，至老鹰岩三级坝址处的大渡河断面为止，自上而下共设立了9个水生生物采样断面：龙头石(LTS)、 老鹰岩一级(LYY1)、 松林河口下游1.5 km(SLHK)、 老鹰岩二级(LYY2)、 老鹰岩三级(LYY3)、 礼约河(LYH)、 松林河(SLH)、 小水河(XSH)、 南桠河(NYH)，对河段浮游生物、 底栖生物，鱼类进行了采样分析. 采样点布设详见图 1.
 | 图 1 采样点位置示意 Fig. 1 Distribution of sampling sites |
在采样点的范围内进行断面采集，浮游藻类的样品采集使用采样器分别采集水面下0.10、 0.5和 1.0 m的水样各1 L，混匀后立即加入15 mL鲁哥氏液固定，静置沉淀24 h，吸去上清液，将剩余水样浓缩至10 mL，作定量计数[15, 20]，根据浓缩倍数计算藻细胞密度. 浮游动物采用2500 mL有机玻璃采水器采集，每个断面采水均为2次，每次随机采样10 L，共20 L混合水样，用25号(网孔直径为0.064 mm)浮游生物网过滤、 浓缩成1 L水样，装入编号瓶内，用30 mL鲁哥氏液现场固定，静置48 h后定容30 mL[21]. 底栖动物的调查用采样面积为1/16 m2的彼得逊采泥器采集，采得的泥样用60目分样筛小心淘洗和筛选. 各类标本用5%的福尔马林液固定后带回实验室镜检[22]. 鱼类野外调查用网目3 cm的撒网，在大渡河龙头石电站尾水区至瀑布沟电站库尾河段的湾、 沱、 漕及各支流的河口处等进行捕捞，鉴定和统计所有捕捞鱼类的种类和数量.
1.4 水质指标的采样及测定方法于2012年9 月，分别对老鹰岩河段设立的9个水生生物采样断面(图 1)进行采样，每个断面选取 2个点(岸边大于0.5 m处和河中位置)，每个采样点采集约10 L的样品，采样点尽量选择水流畅通和靠近主流地段，避开河流中回流区，死水区或污染源区，以保证取水断面水流混合相对均匀. 此次的水样调查主要是进行现场的采样与检测，水样采集完后及时进行标记，并同时测定水温，pH值及采样点的经纬度等信息. 其余采样细节参考河流采样技术指导HJ/T 52-1999[23].
1.5 水质生物综合评价指数的建立河流水环境与水生生物群落之间保持着相对平衡关系，若水环境发生污染和破坏，必将作用于生物个体、 种群和群落，影响河流生态系统中固有生物种群的数量、 物种组成及其多样性、 稳定性等[24, 25]. 因此利用河流水质生物监测不仅能较好地反映出环境污染对生物产生的综合效应而且灵敏性高. 同时，不同生物类群对水体的敏感性和反应不同，藻类的种群结构和污染指示种是水质生物学评价中的首要参数，在一定程度上可迅速反映水环境条件的改变和水质污染的程度； 浮游动物中不少种类对环境变化也比较敏感，其自身能积累和代谢一定量的污染物，发挥“水质净化器”的作用； 大型底栖动物则因其行动能力差、 寿命长、 体型相对较大、 易于辨认和分布广泛，已成为水体长期污染指示生物的主要选择对象[8, 26]. 因此，本研究试图利用不同生物类群建立河段水质生物综合评价指数CEWI(comprehensive evaluation of water quality index)，对河段水质状况进行定量分析，以期能对水环境质量做出全面的综合判断. 公式为：
多样性指数法能以藻类、 浮游动物等种群结构和细胞密度的变化为基本依据，判定河流的营养状况、 富营养化程度和发展趋势，其中Margalef丰富度指数(d)、 Shannon多样性指数(H′)值越大，水质越清洁[15]. 而Beck生物指数(B1)则是利用底栖动物评价水质好坏的一个重要指标，B1值越大，水质越清洁，目前已在多种水体(如溪流、 河流、 湖泊和水库)的水质生物学评价中广泛应用[12~14,27]. 本研究根据老鹰岩河段水生生物群落结构实际情况，综合考虑不同生物种类数量及生物量比例，利用专家打分法[28]，邀请水生生物方面的专家进行打分，确定该河段分别选用藻类植物的Margalef丰富度指数(d)、 浮游动物的Shannon 多样性指数(H′)和底栖无脊椎动物的Beck生物指数(B1) 共3种生物类群的3个指标(表 1)进行水质综合评价，经标准化处理后的3种生物类群权重分别为：0.71、 0.17、 0.12； 并结合公式(1)生成该河段水质生物综合评价指数，公式为：
 | 表 1 生物多样性评价指数与河流水质对应关系 [12, 13, 27, 29] Table 1 Biodiversity index and the corresponding relationship with water quality index |
由表 2可知，整个调查河段的海拔在855~920 m之间； 水体透明度的均值为36.78 cm，整体较为清洁； 其中XSH样点处透明度最高达73 cm，而LYY2与LYY3样点处透明度最低达25 cm. 整个河段水体偏酸性，均值为5.78； 干流与支流的pH值相当、 变化不明显，均呈弱酸性. 平均水温约 17.11℃，河水的平均流速约2.86 m ·s-1，平均溶氧量为11.17 mg ·L-1，一般不会影响到水生生物的存活.
| 表 2 各样点的环境指标 1) Table 2 Environmental indices in different sampling sites |
根据调查结果可知(图 2，表 3、4 )，规划河段浮游植物共有6门31科56属105种，硅藻门的物种最为丰富，有10科20属49种，占总物种数量的46.67%； 其次为绿藻门，14科23属34种，占32.38%； 而红藻门与裸藻门数量最少，分别有2科2属2种、 1科1属2种，仅占1.90%. 从采样点物种分布情况看，礼约河、 龙头石、 小水河的物种最多，分别有55、 54、 52种； 其次为老鹰岩一级电站坝址样点，有32种； 而其它5个样点物种数量均少于30种. 从优势类群的组成来看，干流以硅藻门和绿藻门两大类别为优势类群，其中以硅藻门植物为主； 龙头石样点因位于电站坝址下游，河边建筑石料及工程弃渣较多，为多种藻类在渣石缝隙中的生存提供了条件，类群较为丰富； 支流的藻类不管在物种数量还是在构成种群的个体数量方面，明显较干流丰富，尤其在礼约河和小水河两个断面较突出，其中礼约河样点以绿藻门的优美胶毛藻(Chaetophora elegans)和硅藻门的微细异极藻(Gomphonema parvulum)、 弧形短缝藻(Eunotia arcus)占绝对优势； 而小水河样点则以绿藻门的莱哈衣藻(Chlamydomonas reinhardi)和小球藻(Chlorella vulgaris)为优势类群. 从物种群密度和生物量来看(因黄藻门、 红藻门、 裸藻门的物种数量太少，故未作定量统计)，以种群密度和生物量的大小，将9个样点分为3个阶层. 龙头石、 礼约河、 小水河的藻类种群生物量(湿重)相近，均超过了0.35 mg ·L-1，种群密度也是最大，均在14.0×104 ind ·L-1以上，居第一阶层，其藻类植物类群之所 以比较丰富，与采样点的位置有关； 老鹰岩一级和
 | 图 2 水生藻类植物区系组成 Fig. 2 Flora composition of hydrobiontic algae |
| 表 3 各采样点水生藻类植物的种类数 Table 3 Species number of hydrobiontic algae in each sampling site |
| 表 4 各采样点水生藻类植物种群密度及生物量 Table 4 Population density and biomass of hydrobiontic algae in each sampling site |
南桠河样点的生物量均大于0.25 mg ·L-1，种群密度在7.41~9.54×104 ind ·L-1，居第二阶层； 其余4个点为第三阶层，其中松林河样点则因电站的阻隔和沿河居民的污染采集到的藻类植物不管是物种数量还是种群密度均为最低，仅发现了18种浮游藻类. 就类群的密度和生物量而言，硅藻门植物占有绝对优势.
2.3 浮游动物的区系组成与分布、 密度与生物量根据调查结果可知，规划河段浮游动物有3门4纲5目11科12属26种，其中原生动物门最为丰富，有2纲3目6科7属21种，占80.77%； 假体腔动物门有1纲1目4科4属4种，占15.38%； 而节肢动物门最少，有1纲1目1科1属1种，仅占3.85%(图 3)； 经分析比较，河段的浮游动物主要由根足纲的种类组成，占河段浮游动物种数的73.08%. 从采样点物种分布情况看(表 5)：干流断面为松林河口下游1.5km＞老鹰岩一级电站坝址＞老鹰岩二级电站坝址＞老鹰岩三级电站坝址=龙头石； 支流断面为南桠河＞松林河＞小水河＞礼约河，浮游动物的组成单一，分布较少. 从物种密度与生物量来看(表 6)，该河段浮游动物的平均密度为40.89 ind ·L-1，平均生物量为13.26×10-3 mg ·L-1，其中，原生动物根足纲的平均密度与生物量最大，分别为24.2 ind ·L-1、 7.04×10-4 mg ·L-1，占总密度的62.79%和总重量的53.26%； 其次是轮虫纲，平均密度与生物量分别为9.89 ind ·L-1、 2.97×10-4 mg ·L-1，占总密度的22.22%和总重量的19.89%，整体河段浮游动物较 为稀少，种类较多的仅为原生动物. 总体上来看，大渡河老鹰岩河段浮游动物群落组成较为简单，种类和数量都偏少，生物量偏低，属于比较贫乏的水体.
 | 图 3 浮游动物的区系组成 Fig. 3 Flora composition of zooplankton |
| 表 5 各采样点浮游动物的种类数 Table 5 Species number of zooplankton in each sampling site |
| 表 6 各采样点浮游动物密度及生物量 Table 6 Population density and biomass of zooplankton in each sampling site |
根据调查结果可知，规划河段的底栖无脊椎动物有6门7纲11目14科14属14种，其中昆虫纲最为丰富，有5目8科8属8种，占57.16%，最常见的是蜉蝣目的扁蜉(Eedyrus sp.)、 二翼蜉(Cloron sp.)，毛翅目的纹石蛾(Hydropsyche sp.)以及襀翅目的石蝇(Perlodas sp.)，其他种类均少. 从物种的分布上来看，礼约河和小水河两条支流中的底栖动物相对分布较多，干流中的分布相对较少，而支流松林河中的底栖动物较为贫瘠. 从物种密度与生物量来看(表 7)，底栖无脊椎动物的平均密度是20.33 ind ·m-2，平均生物量为19.11 g ·m-2，其中，昆虫纲的种类平均密度最大(12.6 ind ·m-2)，其余的甲壳纲、 腹足纲、 寡毛纲、 无尾感器纲、 涡虫纲和纤毛纲的平均密度均较小，且差异不大. 从生物量的角度看，无尾感器纲的平均生物量最大(6.60 g ·m-2)，其次是甲壳纲(4.74 g ·m-2)，平均生物量最小的是腹足纲(0.38 g ·m-2).
| 表 7 各采样点底栖动物密度及生物量 1) Table 7 Population density and biomass of zoobenthos in each sampling site |
通过对各个采样点水质生物综合评价指数CEWI的分析结果显示(表 8)，大渡河老鹰岩河段及其支流的水质在LYY1、 LYH两个断面最为清洁(CEWI＞3)； 而在SLH、 NYH两个断面则为中度污染，其中SLH样点水质最差，CEWI值最小，达1.6207； 其余5个断面均受到不同程度的轻度污染. 综合藻类植物的Margalef丰富度指数(d)、 浮游动物的Shannon 多样性指数(H′)和底栖无脊椎动物的Beck生物指数(B1)这3个指标可知，LYH受干扰最轻，d值和H′值最高，分别为：3.24、 6.13； 而SLH受干扰最重，d、 H′、 B1值最低，分别为：1.68、 1.67、 4，需加强保护. 同时，利用R软件进行相关性分析可知(表 9)，CEWI和各单项水质评价指数间均呈极显著的正相关，相关系数均在0.85以上，与各单项水质评价指数结果表现出高度的一致性.
| 表 8 各样点水质评价结果 Table 8 Result of water quality in different sampling sites |
| 表 9 水质评价综合指数与单项指数的相关性分析 1) Table 9 Correlation between CEWI and single indexes |
大渡河老鹰岩河段水生生物物种数量较为丰富，干流以硅藻门和绿藻门两大类别为优势类群，代表物种有弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、 窗格平板藻(Tabellaria fenestriata)、 钝脆杆藻中狭变种(Fragilaria capucina var. mesolepta)和线形菱形藻(Nitzscahia sublinearis)； 支流的藻类明显较干流丰富，绿藻门和硅藻门植物仍占绝对优势，其中绿藻门植物代表种为优美胶毛藻(Chaetophora elegans)、 莱哈衣藻(Chlamydomonas reinhardi)和小球藻(Chlorella vulgaris)； 硅藻门的代表种为微细异极藻(Gomphonema parvulum)、 弧形短缝藻(Eunotia arcus). 另外，水样观察结果显示有4个藻类类群为9个断面所共有，分别为双头针杆藻(Synedra amphicephala)、 简单舟形藻(Navicula simplex)、 微细异极藻和小球藻(Chlorella vulgaris)，其中有3个类群为硅藻类. 因硅藻富含蛋白质，成为鱼类直接或间接的最主要饵料. 浮游动物主要由根足纲的种类组成，占整个河段浮游动物种数的73.08%. 总体而言，浮游动物的组成单一，生物量偏低，数量较少. 底栖无脊椎动物昆虫纲最多，其他种类均少，最常见的是蜉蝣目的扁蜉(Eedyrus sp.)、 二翼蜉(Cloron sp.)，毛翅目的纹石蛾(Hydropsyche sp.)以及襀翅目的石蝇(Perlodas sp.)，在礼约河和小水河这两条支流中相对分布较多，干流中的分布相对较少. 河段调查共采集到鱼类标本2目3科11种155尾，鲤科鱼类最多，占64.15%； 从渔获物组成看，麦穗鱼(Pseudorasbora parva)的重量及尾数最多，与齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)、 宽鳍鱲(Zacco platypus)构成该河段的优势类群.
大渡河老鹰岩河段水生生物种群数量、 种群密度及生物量总体上较低. 从藻类植物和浮游动物的分布来看，大渡河的支流礼约河及小水河两个断面的物种数量、 种群密度和生物量较高，水质较清洁. 浮游藻类和浮游动物作为鱼类直接或间接的饵料，从食物链角度来看，还不足以满足大量鱼群生存的需要，所以鱼类种群较小. 大坝的修建在一定程度上促使饵料生物的演替，对不同类型鱼类产生差异性的影响. 如对鲤(Cyprinus carpio)、 宽鳍鱲(Z. platypus)、 麦穗鱼(P. parva)等部分适应性强、 不洄游或洄游距离短的鱼类影响不大，甚至是有利的； 但对齐口裂腹鱼(S. prenanti)、 墨头鱼(Garra pingi)、 重口裂腹鱼(S. davidi)、 短须裂腹鱼(S. wangchiachii)、 黄石爬鮡(Euchiloglanis kishinouyei)等部分长距离巡游习性的鱼类，或典型的急流、 流水环境的适应者和特化者，则会产生较大不利影响. 同时电站大坝的建设也会使鱼类上行通道被阻断，对鱼类的遗传交流产生一定的阻隔影响. 同历史资料相比[30, 31]，本次采集到的鱼类种类和数量较少，且经济鱼类和特有鱼类的个体都比较小，有小型化趋势，说明老鹰岩河段鱼类资源已经较为贫乏，跟近年来过度捕捞、 生态环境变化等因素有关.
3.2 水质的生物评价及合理性分析综合水质生物综合评价指数(CEWI)与单一生物类群的水质评价指数值可知，大渡河老鹰岩河段水质整体上属于轻度污染水体，但在SLH、 NYH样点呈现出中度污染的特征； LYY1、 LYH样点的水质均优于其他样点，为清洁水质. 引起水质时空差异的主要影响因素：①人畜的活动、 垃圾的倒入和生活污水的排入等污染源导致位于居民生活区附近的采样点水质情况较差，而远离居民区的采样点的水质状况相对稍好. ②LYH的多样性指数较高原因在于它属于大渡河的支流，其水流缓慢，泥沙沉淀程度高，水体透明度高，有利于浮游动物和底栖动物的生存和繁衍，其余采样点水流湍急，水中泥沙含量大，透明度低，故浮游生物相对较少.
本研究以大渡河老鹰岩河段水生生物结构为基础，分别利用藻类植物的Margalef丰富度指数(d)、 浮游动物的Shannon 多样性指数(H′)和底栖无脊椎动物的Beck生物指数(B1)评价方法，共同构建水质生物综合评价指数(CEWI)； 经相关性分析验证水质生物综合评价指数与各单项水质评价指数结果表现出高度的一致性，降低了以某个类群或某些特征进行评价所带来的误差，更准确地反映了大渡河老鹰岩河段的水质现状. 从结果上看与夏杰[32]对该河段上游水环境的研究认为该河段水质基本良好，除个别断面的个别时期含TN外，其余监测指标均达到Ⅲ类水质标准的结果完全吻合； 同时对照各样点水体的pH值、 透明度、 溶氧量指标及生物物种数量、 种群密度和生物量，与该河段水质整体上属于轻度污染水体的结论保持一致； 进一步说明该评价指数可靠合理.
4 结论(1)大渡河老鹰岩河段的水生生物群落结构较为简单，水生生物种群数量、 种群密度及生物量总体上较低. 其中，浮游植物主要是浮游藻类共6门31科56属105种； 浮游动物共3门4纲5目11科12属26种； 底栖无脊椎动物共6门7纲11目14科14属14种； 鱼类共10科45属53种.
(2)大渡河老鹰岩河段水质整体属轻度污染. 其中，SLH、 NYH样点呈现出中度污染的特征； LYY1、 LYH样点的水质在两个采样点为清洁水质； 其余5个断面均受到不同程度的轻度污染.
(3)随着梯级电站的建设和运营，大渡河老鹰岩河段的水环境已存在一定的污染，但只要措施得当、 管理到位，水电项目的建设会促进当地经济发展，也是响应绿色经济发展潮流的举措.
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