黄河甘肃段底栖动物群落结构及水质评价

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00024

摘要/Abstract

摘要：

为探究人类活动对黄河上游水生态系统的影响程度，于2021年8月对黄河甘肃段10个采样点的底栖动物群落和水体理化性质进行了调查研究。本次采样共鉴定出底栖动物32种，其中节肢动物25种（78.13%），软体动物5种（15.63%），环节动物2种（6.25%）；对整个研究区域而言，优势种为横纹划蝽（Sigara substriata）、短脚溪泥甲（Ampumixis sp.）、秀丽白虾（Palaemon modestus）、钩虾（Gammarus sp.）、耳萝卜螺（Radix Auricularia）和卵萝卜螺（Radix ovata）等6种；底栖动物现存量空间差异性显著，表现为下游段（271只·m^-2、18.0105 g·m^-2）>上游段（95只·m^-2、4.1275 g·m^-2）；Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数均表现为下游段大于上游段，而Pielou均匀度指数沿程变化较小。BI指数和综合污染指数水质评价结果较为一致，黄河甘肃段上游段水质整体优于下游段水质，且Y6样点水质最佳；黄河甘肃段水质总体达到II类和III类地表水标准，河流经水库和湿地净化后，水质有显著提升。水温和高锰酸钾盐是影响黄河甘肃段底栖动物群落结构的关键环境因子。库区和湿地水环境最优，上游自然河段水质优于下游自然河段，但下游段生物多样性及丰度高于上游段。

关键词: 黄河甘肃段, 底栖动物, 环境因子, 水质评价

Abstract:

To explore the impact of human activities on the aquatic ecosystem in the upper reaches of the Yellow River， the species composition， inhabit density， biomass， dominant species and the aquatic physiochemical parameters were investigated in August 2021 of the Gansu section of the Yellow River. A total of 32 macrozoobenthos species including 25 species of arthropods （78.13%）， 5 species of mollusks （15.63%） and 2 species of annelids （6.25%） were identified. The dominant species were Sigara substriata， Ampumixis sp.， Palaemon modestus， Gammarus sp.， Radix Auricularia and Radix ovata in the whole study area. An obvious spatial heterogeneity in existing stock， with the values the density and biomass to be 271 ind.·m² and 18.0105 g·m² in the downstream section， and 95 ind.·m² and 4.1275 g·m² in the upstream section， respectively. The Shannon-Wiener diversity index and Margalef richness index were showed the downstream section greater than the upstream section， but the Pielou evenness index have little change along the way. The water quality was observed better in the upstream section sites than in the downstream section sites based on the evaluation results of integrated biological index and comprehensive pollution index， and the best water quality site is Y6. The water quality of Gansu section of the Yellow River generally reaches the limit of Class II surface water， the water quality of rivers is significantly improved after being purified by reservoirs and wetlands. According to the correlation matrix analysis between macrozoobenthos and environmental factors and RDA analysis， altitude and potassium permanganate are the key environmental factors affecting the benthos community structure in Gansu section of the Yellow River. Comprehensive macrozoobenthos community structure and water quality analysis， it shows that the water environment in the reservoir area and wetland is the best water. The water quality in the upstream natural reach is better than that in the downstream natural reach， but the biodiversity and abundance in the downstream reach are higher than that in the upstream reach.

Key words: Gansu section of the Yellow River, macrozoobenthos, environmental factors, water quality assessme

中图分类号:

X821

王昱, 王旭, 冯起, 刘蔚, 贺昱华, 朱家乐, 王昱鹏. 黄河甘肃段底栖动物群落结构及水质评价[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 146-156.

Yu Wang, Xu Wang, Qi Feng, Wei Liu, Yuhua He, Jiale Zhu, Yupeng Wang. Macrobenthos community structure and water quality evaluation in Gansu section of Yellow River Basin[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(4): 146-156.

图/表 12

图1 采样点分布

Fig.1 Distribution of sampling sites

表1 基于生物指数的水质等级评价标准［29］

Table 1 Biological index and graded standards of water quality［29］

Shannon-Wiener

多样性指数（H'）

Margalef

丰富度指数（d_M ）

d_M >3

2<d_M ≤3

1<d_M ≤2

d_M ≤1

表2 基于 BI 指数的水质等级评价标准［30］

Table 2 Evaluation standard of BI index［30］

BI指数
<2.97	2.98~4.72	4.73~6.48	6.49~8.24	>8.24
最清洁	清洁	轻污染	中污染	重污染

表3 基于综合污染指数的水质等级评价标准［32］

Table 3 Evaluation standard of comprehensive pollution index［32］

综合污染指数
≤0.20	0.21~0.40	0.41~0.70	0.71~1.00	1.0~2.0
清洁	尚清洁	轻度污染	中度污染	重污染

表4 各样点底栖动物组成

Table 4 Composition of benthos at each sampling point

类别	物种	上游河段采样点					下游河段采样点
类别	物种	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
节肢动物	龙虱科	+		+			+	+
	潜蝽科	+					+
	摇蚊科	+		+	+			+
	大蚊科					+			+
	划蝽科	+	+	+			+
	黾蝽科						+	+		+	+
	纹石蛾科							+			+
	齿蛉科					+
	水虻科					+	+	+
	细蜉科									+	+
	象甲科						+			+
	石蝇科						+				+
	步甲科		+	+	+	+	+	+	+		+
	秀丽白虾						+	+	+	+
	蜓科						+			+
	泥甲科			+
	箭蜓科							+
	钩虾科							+	+		+
	春蜓科									+	+
	四节蜉科						+				+
软体动物	耳萝卜螺	+					+			+	+
	狄萝卜螺						+
	卵萝卜螺
	中华圆田螺								+	+
	扁卷螺						+		+
	肺螺类(无壳螺)						+		+	+
	田螺科								+	+
环节动物	石蛭科		+	+
	颤蚓科				+

图2 底栖动物密度和生物量的空间变化

Fig.2 Spatial variations of density and biomass of macrozoobenthos

表5 优势种组成与分布

Table 5 Composition and distribution of dominant specie

类群	优势种	各采样点优势度值（Y）
类群	优势种	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
节肢动物	横纹划蝽	0.176	0.109	0.095
	短脚溪泥甲	0.020					0.024			0.273
	秀丽白虾							0.08		0.077
	钩虾								0.108		0.059
软体动物	耳萝卜螺	0.020					0.021
软体动物	卵萝卜螺							0.08		0.086	0.140

图3 各采样点底栖动物生物指数

Fig.3 Macrozoobenthic diversity index at each sample site

图4 基于BI指数的水质评价

Fig.4 BI index of water quality assessment

表6 基于生物指数的水质评价

Table 6 Biological index of water quality assessment

生物指数	采样点
生物指数	Y1	Y2	Y3	Y4	Y5	Y6	Y7	Y8	Y9	Y10
多样性指数（H'）	中污染	中污染	轻污染	中污染	轻污染	清洁	轻污染	中污染	轻污染	轻污染
丰富度指数（d_M ）	重污染	重污染	中污染	重污染	中污染	清洁	轻污染	中污染	中污染	中污染

表7 各采样点基于综合污染指数的水质评价

Table 7 Comprehensive pollution index of water quality evaluation

采样点	单项污染指数					综合污染指数P	等级划分
采样点	S_TP	S_TN	$S N H 3 - N$	S_{高锰酸钾盐}	S_CODcr	综合污染指数P	等级划分
Y1	0.276	0.631	0.369	0.921	0.347	0.509	轻污染
Y2	0.898	0.364	0.448	0.730	0.267	0.541	轻污染
Y3	0.562	0.652	0.317	0.874	0.233	0.528	轻污染
Y4	0.632	0.696	0.970	0.984	0.240	0.704	中污染
Y5	0.700	0.830	0.340	0.785	0.227	0.576	轻污染
Y6	0.155	0.645	0.593	0.667	0.293	0.470	轻污染
Y7	0.155	1.119	0.491	0.953	0.213	0.586	轻污染
Y8	0.264	0.982	0.804	0.849	0.373	0.654	轻污染
Y9	0.760	0.713	1.005	0.762	0.080	0.664	轻污染
Y10	0.349	1.319	0.984	0.866	0.160	0.736	中污染
均值	0.475	0.795	0.632	0.839	0.243	0.597	轻污染

表7 各采样点基于综合污染指数的水质评价

Table 7 Comprehensive pollution index of water quality evaluation

采样点	单项污染指数					综合污染指数P	等级划分
采样点	S_TP	S_TN	$S N H 3 - N$	S_{高锰酸钾盐}	S_CODcr	综合污染指数P	等级划分
Y1	0.276	0.631	0.369	0.921	0.347	0.509	轻污染
Y2	0.898	0.364	0.448	0.730	0.267	0.541	轻污染
Y3	0.562	0.652	0.317	0.874	0.233	0.528	轻污染
Y4	0.632	0.696	0.970	0.984	0.240	0.704	中污染
Y5	0.700	0.830	0.340	0.785	0.227	0.576	轻污染
Y6	0.155	0.645	0.593	0.667	0.293	0.470	轻污染
Y7	0.155	1.119	0.491	0.953	0.213	0.586	轻污染
Y8	0.264	0.982	0.804	0.849	0.373	0.654	轻污染
Y9	0.760	0.713	1.005	0.762	0.080	0.664	轻污染
Y10	0.349	1.319	0.984	0.866	0.160	0.736	中污染
均值	0.475	0.795	0.632	0.839	0.243	0.597	轻污染

表8 底栖动物群落结构与环境因子的相关矩阵分析

Table 8 Correlation matrix analysis of macrozoobenthic community structure and environmental factors

	pH	DO	WT	盐度	TP	TN	NH₃-N	高锰酸钾盐	COD
物种数	-0.006	0.495	0.366	0.625	-0.593	0.433	-0.147	-0.702^*	-0.109
密度	0.052	0.329	0.409	0.251	-0.676^*	0.439	0.189	-0.699^*	0.150
生物量	-0.116	-0.124	0.795^**	0.199	-0.597	0.836^**	0.718^*	-0.743^*	-0.282
H'	-0.026	0.548	0.429	0.715^*	-0.569	0.400	-0.158	-0.737^*	-0.192
d_M	-0.108	0.466	0.373	0.743^*	-0.528	0.453	-0.189	-0.676^*	-0.172
J	0.180	0.350	-0.316	0.199	0.336	-0.514	-0.473	-0.057	-0.122

参考文献 47

1	黄建平，张国龙，于海鹏，等.黄河流域近40年气候变化的时空特征［J］.水利学报，2020，51（9）：1048-1058.
2	周广胜，周莉，汲玉河，等.黄河水生态承载力的流域整体性和时空连通性［J］.科学通报，2021，66（22）：2785-2792.
3	殷万东，吴明可，田宝良，等.生物入侵对黄河流域生态系统的影响及对策［J］.生物多样性，2020，28（12）：1533-1545.
4	左倬，陈煜权，成必新，等.不同植物配置下人工湿地大型底栖动物群落特征及其与环境因子的关系［J］.生态学报，2016，36（4）：953-960.
5	王昱，刘娟娟，冯起，等.黑河流域底栖动物群落结构及水质评价［J］.中国环境科学，2020，40（3）：1305-1319.
6	丁一桐，潘保柱.黄河流域水生生物资源评估及问题诊断［J］.中国环境监测，2022，38（1）：1-13.
7	马宝珊，徐滨，魏开金，等.安宁河中游底栖动物群落结构及其与环境因子的关系［J］.水生生物学报，2019，43（3）：643-653.
8	张敏，蔡庆华，渠晓东，等.三峡成库后香溪河库湾底栖动物群落演变及库湾纵向分区格局动态［J］.生态学报，2017，37（13）：4483-4494.
9	胡小红，左德鹏，刘波，等.北京市北运河水系底栖动物群落与水环境驱动因子的关系及水生态健康评价［J］.环境科学，2022，43（1）：247-255.
10	李雪迎，杨曦，乔琦，等.黄河流域甘肃段工业行业水污染物空间排放特征［J］.环境科学，2022，43（5）：2459-2466.
11	张金良.黄河流域生态保护和高质量发展水战略思考［J］.人民黄河，2020，42（4）：1-6.
12	李永春.黄河上游流域梯级电站检修项目管理研究［D］.兰州：兰州交通大学，2016.
13	曲修杰.黄河玛曲段水产种质资源保护区的调查研究［D］.北京：中国农业科学院，2009.
14	谢元，蒋晓辉，王婷，等.黄河典型支流入干区底栖动物群落结构特征比较研究［J］.北京大学学报（自然科学版），2018，54（5）：1067-1076.
15	黄旭蕾，李天宏，蒋晓辉.基于大型底栖无脊椎动物指数的黄河水质评价研究［J］.北京大学学报（自然科学版），2015，51（3）：553-561.
16	龙诗颖，修玉娇，李瑶，等.黄河三角洲水质对底栖动物群落结构的影响［J］.环境科学学报，2022，42（1）：104-110.
17	李姗泽，崔保山，谢湉，等.黄河三角洲沼泽中大型底栖动物的分布特征［J］.湿地科学，2015，13（6）：759-764.
18	彭少明，尚文绣，王煜，等.黄河上游梯级水库运行的生态影响研究［J］.水利学报，2018，49（10）：1187-1198.
19	杨金虎，张强，杨博成，等.黄河上游暖湿化的多时间尺度特征及对生态植被的影响［J］.高原气象，2023，42（4）：1018-1030.
20	叶培龙，张强，王莺，等.1980-2018年黄河上游气候变化及其对生态植被和径流量的影响［J］.大气科学学报，2020，43（6）：967-979.
21	韦军.黄河流域甘肃段土地利用功能时空变化及其权衡/协同关系研究［D］.兰州：甘肃农业大学，2021.
22	王益民.黄河兰州段水环境污染对鱼类毒性效应研究［D］.兰州：兰州大学，2007.
23	张培栋，介小兵.黄河上游甘肃段草地退化的现状及机理研究［J］.草业科学，2007（9）：1-4.
24	赵映东.黄河甘肃段干支流输沙情况及治理保护建议［J］.中国水利，2019（23）：56-58.
25	苏贤保.黄河上游径流复杂性多尺度特征及其驱动机制研究［D］.兰州：兰州大学，2019.
26	国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.北京：中国环境科学出版社，2002.
27	王备新，杨莲芳.我国东部底栖无脊椎动物主要分类单元耐污值［J］.生态学报，2004，24（12）：2768-2775.
28	王昱，刘娟娟，冯起，等.黑河底栖动物群落结构及生物多样性［J］.中国沙漠，2020，40（1）：125-135.
29	环境保护部.生物多样性观测技术导则淡水底栖大型无脊椎动物：HJ710.8-2014［P］.2014.
30	王备新.大型底栖无脊椎动物水质生物评价研究［D］.南京：南京农业大学，2003.
31	王欢欢，白洁，刘世存，等.白洋淀近30年水质时空变化特征［J］.农业环境科学学报，2020，39（5）：1051-1059.
32	曹占琪.典农河上游段水生态系统健康诊断与评价［D］.银川：宁夏大学，2022.
33	徐梦珍，王兆印，潘保柱，等.雅鲁藏布江流域底栖动物多样性及生态评价［J］.生态学报，2012，32（8）：2351-2360.
34	许栋，张博曦，及春宁，等.梯级水库对南渡江干流底栖动物丰枯水期沿程变化的影响［J］.水资源保护，2019，35（2）：60-66.
35	宋玉珍，马正学，王珪.黄河兰州段大型底栖无脊椎动物调查［J］.甘肃科学学报，1995（2）：79-81.
36	殷旭旺，徐宗学，高欣，等.渭河流域大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系［J］.应用生态学报，2013，24（1）：218-226.
37	贾秋红，白海锋，袁永锋，等.黄河兰州市区段秋季大型底栖动物群落结构调查［J］.河北渔业，2015（8）：31-32.
38	褚可成，陈锷，许淑青.2018年黄河兰州段底栖动物监测及其评价［J］.甘肃科技，2019，35（11）：1-3.
39	王玥劼，张世敏，张宁，等.小浪底水库建库前后生物种群数量变化调查与分析［J］.安徽农业科学，2013，41（18）：7916.
40	简东，黄道明，常秀岭，等.拉萨河中下游底栖动物群落结构特征分析［J］.水生态学杂志，2015，36（1）：40-46.
41	赵伟华，刘学勤.西藏雅鲁藏布江雄村河段及其支流底栖动物初步研究［J］.长江流域资源与环境，2010，19（3）：281-286.
42	李正飞，王军，谢志才，等.南腊河底栖动物多样性与环境因子的关系［J］.生态学杂志，2016，35（12）：3364-3373.
43	池仕运，王瑞，魏秘，等.基于2010-2019年监测数据的金沙江上中段大型底栖无脊椎动物的群落结构特征和多样性分析［J］.生态学报，2022，42（21）：1-16.
44	张莉红.黄河上游兰州水源水污染风险调查与评估［D］.兰州：兰州交通大学，2016.
45	赵梦瑶，梁恩航，陈颖，等.黄河玛曲至临河段硅藻群落组成及水质评价［J］.北京大学学报（自然科学版），2022，58（1）：169-176.
46	魏晓燕，王浩，郜建军，等.基于聚类分析的黄河兰州段监测断面水质执行标准优化［J］.兰州交通大学学报，2021，40（5）：79-84.
47	杨海强，潘保柱，朱朋辉，等.渭河干流和秦岭北麓典型支流底栖动物群落结构及水质生物评价［J］.湖泊科学，2020，32（6）：1793-1805.

[1]	展洋, 汪双, 陈吉平, 王昱, 王昱鹏. 基于大型底栖动物完整性指数的黑河中上游水生生态系统健康评价[J]. 中国沙漠, 2023, 43(2): 271-280.
[2]	刘雅莉, 白建华, 熊伟, 韩雨晴, 廉泓林, 郭浩, 辛智鸣, 刘湘杰, 刘怀远. 乌兰布和沙漠梭梭（ *Haloxylon ammodendron* ）夜间液流特征及其环境驱动机制[J]. 中国沙漠, 2022, 42(5): 195-203.
[3]	齐丹卉, 杨洪晓, 卢琦, 褚建民, 袁祺, 甘红豪, 赵帅, 陈加伟, 徐晓庆. 浑善达克沙地植物群落物种多样性及环境解释[J]. 中国沙漠, 2021, 41(6): 65-77.
[4]	张亦然, 刘廷玺, 童新, 段利民, 王昕. 基于U型神经网络的沙丘-草甸相间地区无人机影像植被覆盖度提取及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 16-24.
[5]	王昱, 刘娟娟, 冯起, 刘贤德, 王之君, 郭亚敏, 孔德星. 黑河底栖动物群落结构及生物多样性[J]. 中国沙漠, 2020, 40(1): 125-135.
[6]	董雪, 辛智鸣, 李永华, 郝玉光, 纪署光, 段瑞兵, 张冉浩, 黄雅茹. 沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)叶性状对环境因子的响应[J]. 中国沙漠, 2019, 39(6): 126-134.
[7]	侍瑞, 苏培玺, 周紫鹃, 丁新景. 高寒植物群落优势种光合日变化及其与环境因子的关系[J]. 中国沙漠, 2019, 39(4): 46-53.
[8]	汪勇, 闻志彬, 张宏祥, 张明理. 中国假木贼属(Anabasis)的地理分布及潜在分布区预测[J]. 中国沙漠, 2018, 38(5): 1033-1040.
[9]	田桂泉, 韩淑美, 苏日古嘎. 大青沟国家自然保护区地面苔藓植物分布格局[J]. 中国沙漠, 2018, 38(3): 545-552.
[10]	吴敏, 温小虎, 冯起, 尹振良, 杨林山. 基于随机森林模型的干旱绿洲区张掖盆地地下水水质评价[J]. 中国沙漠, 2018, 38(3): 657-663.
[11]	吴永胜, 尹瑞平, 田秀民, 哈斯. 毛乌素沙地南缘人工植被区生物结皮发育特征[J]. 中国沙漠, 2018, 38(2): 339-344.
[12]	陶冶, 吴甘霖, 刘耀斌, 张元明. 古尔班通古特沙漠典型灌木群落土壤化学计量特征及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2017, 37(2): 305-314.
[13]	闫雪, 刘廷玺, 吕扬, 段利民, 韩春雪. 科尔沁沙丘-草甸过渡带人工杨树林蒸腾耗水特征[J]. 中国沙漠, 2016, 36(6): 1571-1579.
[14]	田全彦, 肖生春, 彭小梅, 肖洪浪. 胡杨(Populus euphratica)与柽柳(Tamarix ramosissima)径向生长特征对比[J]. 中国沙漠, 2015, 35(6): 1512-1519.
[15]	赵春彦, 司建华, 冯起, 鱼腾飞, 李炜. 胡杨（Populus euphratica）树干液流特征及其与环境因子的关系[J]. 中国沙漠, 2014, 34(3): 718-724.