譚紅武，杜 強，侯和勝，王志坤

(1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.遼寧師范大學(xué)，遼寧 大連 116029；3.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003)

0 引言

太子河流域是我國北方典型的人工高度調(diào)控流域。流域內(nèi)山地占69%，丘陵占6.1%，平原占24.9%；土地利用以林地和耕地為主，分別占56.76%、32.62%，空間分布與流域地貌格局基本一致。流域內(nèi)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化程度均較高，分別為55.76%、58.48%，且以重工業(yè)為主。自上而下，分布有本溪、遼陽、鞍山三個工業(yè)和人口中心。太子河流域多年平均水資源量34.9億m3，流域總庫容40.33億m3，其中參窩、湯河、觀音閣3座大型水庫總庫容達36.65億m3，干流另建有14座攔河閘壩，總蓄水量達2147萬m3，干流呈以觀音閣水庫、參窩水庫為主節(jié)點的“兩庫、三段、多閘壩”的調(diào)控格局。受流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及點、面源結(jié)構(gòu)及空間分布特征制約，太子河流域中下游存在嚴重的結(jié)構(gòu)性水污染問題。

基于2010年9月太子河流域水生生物及水質(zhì)的同步監(jiān)測調(diào)查結(jié)果，采用去趨勢對應(yīng)分析（DCA）與聚類分析揭示了各生物類群空間格局，利用去趨勢典型對應(yīng)分析（DCCA）分析了空間格局與理化影響因子的關(guān)系，以期為水質(zhì)水量優(yōu)化調(diào)配的生態(tài)響應(yīng)評估及水生態(tài)功能分區(qū)提供基礎(chǔ)。

1 方法與材料

1）斷面布設(shè)。2010年9月由中國水利水電科學(xué)研究院委托遼寧師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院完成了太子河流域水生態(tài)調(diào)查工作。共設(shè)置17個斷面，其中干流自上而下包括南口前（南甸）、觀音閣水庫庫中、富家、老官砬子、本溪水文站、二焦斷面、白石砬子、參窩水庫庫中、遼陽水文站、小林子水文站、唐馬寨水文站、小姐廟水文站共12個斷面；支流共有細河的紅廟及橋頭，湯河的二道河、下達河、湯河水庫（庫中）共5個斷面。調(diào)查項目主要包括浮游生物、底棲生物及魚類等。其中，2010年9月10—13日進行浮游生物及底棲生物采集，2010年10月10—16日進行河流斷面魚類樣品采集和水庫魚類資料收集。同時，收集了太子河流域干流老官砬子、本溪、二焦、遼陽、小林子、唐馬寨、小姐廟7個常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測斷面的2010年9月份水質(zhì)監(jiān)測資料。

2）樣品采集及處理。 按照SL167-96《水庫漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》、SC/T9102.3-2007《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范 第三部分：淡水》及有關(guān)規(guī)范的要求，對浮游藻類、浮游動物、底棲生物、魚類進行樣品采集及處理。底棲生物中軟體動物鑒定到種，水生昆蟲（除搖蚊科幼蟲）至少鑒定到科，水生寡毛類和搖蚊科幼蟲至少鑒定到屬，其他生物類群均鑒定到種。

3）數(shù)據(jù)分析方法。 去趨勢對應(yīng)分析（DCA）和典型對應(yīng)分析均是在CA（對應(yīng)分析）基礎(chǔ)上發(fā)展出的梯度分析方法，DCA通過趨勢算法消除了CA中常出現(xiàn)的“弓形效應(yīng)”，是揭示生物群落空間格局的有效工具[1,2]；CCA將CA和多元回歸結(jié)合，實現(xiàn)與環(huán)境因子的關(guān)系分析[1,2]。去趨勢典型對應(yīng)分析（DCCA）在CCA基礎(chǔ)上加入去勢算法，更好地揭示生物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系，已成為90年代以來生物群落梯度分析與環(huán)境解釋的趨勢性方法[3]。本文中使用Canoco for windows 4.5軟件對物種數(shù)據(jù)進行DCA分析，揭示空間格局；使用DCCA揭示物種數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)間關(guān)系。物種矩陣經(jīng)過 lg（x+1）轉(zhuǎn)換，環(huán)境數(shù)據(jù)除 pH 外，都進行 lg（x+1）轉(zhuǎn)換[4]。聚類分析采用SPSS軟件進行。

2 結(jié)果

2.1 群落結(jié)構(gòu)特征及空間格局

1）群落結(jié)構(gòu)特征。該次調(diào)查共鑒定出藻類126種，其中綠藻門52種、硅藻門33種、藍藻門19種、甲藻門3種、裸藻門9種、金藻門5種、隱藻門3種、黃藻門1種；浮游動物4類、57屬、76種，其中原生動物26種，輪蟲29種，枝角類14種，橈足類7種；底棲動物4門19屬20種，其中環(huán)節(jié)動物4種、軟體動物2種、節(jié)肢動物13種、線形動物們1種。魚類10科34種，其中，七鰓鰻科1種，胡瓜魚科1種，鯉科17種，鰍科4種，青科1種，鯰科1種，鱧科3種虎魚科1種，科1種，刺魚科1種，未知2種，以寬鰭、洛氏鱥、麥穗魚、泥鰍（的數(shù)量最多。各斷面生物類群的物種數(shù)見圖1。

2）各生物類群總體空間格局特征。

a）太子河流域內(nèi)水生生物類群分布呈現(xiàn)較強的空間分異特征

圖1 太子河流域各斷面各生物類群物種數(shù)

表現(xiàn)為：河道水體與水庫水體差異顯著，尤其是在浮游動物的種數(shù)、屬數(shù)、生物量及密度水庫均顯著高于河道；太子河干流可劃分為本溪河段及參窩以下河段兩大類，其中，本溪河段內(nèi)硅藻占優(yōu)勢，自上而下逐步降低，綠藻逐漸上升；浮游動物、魚類種數(shù)自上而下逐漸降低，生物量及密度則自上而下成偏U型；參窩以下河段綠藻占優(yōu)勢，硅藻則沿程下降；浮游動物種數(shù)、屬數(shù)變化特征不顯著，總密度、總生物量沿程降低；魚類種數(shù)沿程逐漸降低，至小姐廟最低。

各斷面的DCA排序和聚類分析結(jié)果見圖2。排序圖上各點位的距離代表了其生物群落結(jié)構(gòu)的相似性。由圖，DCA排序及聚類分析結(jié)果均顯示各斷面可劃分為三大類，其中，本溪河段白石砬子以上的各斷面與湯河水庫的二道河、下達河斷面為1類，遼陽、小林子、唐馬寨為1類，白石砬子和小姐廟、細河的橋頭為1類。其結(jié)果從多元統(tǒng)計的角度印證了本溪河段及遼陽河段兩大河段總體分區(qū)判斷。

b）整體上，沿脅迫強度梯度，各生物類群均呈現(xiàn)由敏感種向耐污種和廣布種的變化趨勢。

對太子河干流2007—2009年及本期常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果的評價表明：太子河干流水質(zhì)上游基本達標(biāo)，下游嚴重超標(biāo)，脅迫強度呈沿程逐漸加重的趨勢，超標(biāo)污染物為有機污染物。沿脅迫梯度，各生物類群呈現(xiàn)由敏感種向耐污種和廣布種變化的趨勢。

c）各生物類群的空間分異的指示作用的強度呈現(xiàn)浮游植物、浮游動物、魚類依次降低的順序。

圖2 太子河流域各河流斷面藻類、浮游動物、魚類綜合數(shù)據(jù)集DCA及聚類分析圖

對14個河流斷面，就各生物類群各自和整體的物種有無、數(shù)量的組合，構(gòu)建生物群落結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，采用DCA分析其生物群落數(shù)據(jù)的特征及可解釋能力（見表1）。由表1，藻類、浮游動物、魚類生物群落結(jié)構(gòu)的總特征值依次降低，而前兩軸的可解釋能力依次升高，而藻類、浮游動物、魚類三者的組合生物群落結(jié)構(gòu)的總特征值高于浮游動物，前兩軸的可解釋能力則低于浮游動物。物種有無數(shù)據(jù)和物種數(shù)量的數(shù)據(jù)的總特征值及前兩軸可解釋能力無顯著差異?？傮w上各生物類群的空間分異的指示作用強度呈現(xiàn)藻類＞浮游動物＞魚類的順序。

2.2 水質(zhì)及水生生物分布格局的關(guān)系分析利用

CCA對太子河水生生物群落結(jié)構(gòu)分布格局與水質(zhì)格局的關(guān)系進行了分析，其中，選擇了太子河干流有長期觀測數(shù)據(jù)的7個水文站斷面作為樣方（斷面），水生生物類群選用了藻類、浮游動物、魚類以及三者聯(lián)合的物種有無數(shù)據(jù)，水質(zhì)數(shù)據(jù)選用同期9月份水質(zhì)，進行DCCA分析，結(jié)果見圖3。

由圖3（a），太子河干流7斷面的藻類群落結(jié)構(gòu)可劃分為兩大類，即老官砬子、本溪、遼陽、小姐廟為1類，二焦、遼陽、小林子為另一類。主要的水質(zhì) 影 響 因 子 依 次 為 CODCr，Ta，DO，CODMn，NO3-，NO2-，pH 等。由圖 3（b），太子河干流 7 斷面的浮游動物群落結(jié)構(gòu)中，本溪、二焦、小林子、唐馬寨、小姐廟較為相似，本溪、遼陽與其差異較大。主要的水質(zhì)影響因子依次為水溫（Tw）、流量（Q）、氨氮等。由圖3（c），太子河干流7斷面的魚類群落結(jié)構(gòu)中，老官砬子、本溪、二焦、遼陽斷面較為相似，小林子、唐馬寨、小姐廟則較為相似。主要的水質(zhì)影響因子依次為氨氮、DO、電導(dǎo)率（EC）、CODMn等。

表1 太子河流域14個河流斷面的不同類型物種數(shù)據(jù)集的DCA結(jié)果

圖3 太子河干流7斷面藻類樣方-物種-水質(zhì)三序圖

由圖3（d），藻類-浮游動物-魚類的綜合分布呈現(xiàn)與各單項生物類群分布尤為明顯的從上游到下游的梯度分布特征，除遼陽和小姐廟兩個斷面外，老官砬子、本溪、二焦、小林子、唐馬寨斷面在排序圖上基本呈一直線分布。主要的水質(zhì)影響因子依次為水溫、DO、氨氮等。

3 結(jié)語

1）洪水期末太子河流域水生生物類群呈現(xiàn)顯著的空間分異特征，總體可劃分為本溪河段及蓡窩以下河段，與太子河干流“兩庫、三段、多閘壩”的水工程調(diào)配格局相匹配。各生物類群的空間分異的指示強度呈浮游植物＞浮游動物＞魚類順序，總體空間格局呈清晰的由上游指向下游的梯度分布特征。其水質(zhì)影響因子隨不同生物類群各有差異，但綜合各生物類群的水質(zhì)主導(dǎo)因子有水溫、DO、氨氮及TSP。水生生物群落結(jié)構(gòu)的空間格局可為太子河流域的水生態(tài)功能分區(qū)提供堅實的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。

2）鑒于生物類群的群落結(jié)構(gòu)的物種有否和物種數(shù)量所蘊含的生物格局信息基本相似，暗示著水生生物群落的定性調(diào)查較之來繁重的定量調(diào)查，同樣可滿足快速生物評價的基本需要，但應(yīng)盡量采用藻類、浮游動物、魚類、底棲生物等各生物類群的綜合調(diào)查。

采用水生生物群落及水流水質(zhì)理化性質(zhì)同步監(jiān)測調(diào)查，結(jié)合DCCA方法可以揭示二者間關(guān)系，但目前選用的水質(zhì)因子仍顯不足，未來理化因子可添加TN，TP以及必要的物理棲息地指標(biāo)。

基于多生物類群聯(lián)合評價有助于揭示影響流域水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的潛在梯度，在識別出流域內(nèi)生態(tài)良好的參照點的情況下，通過分析不同斷面在不同水質(zhì)水量調(diào)配方案下在排序圖上相互位置的變化情況，可望實現(xiàn)對綜合生態(tài)響應(yīng)效果的客觀評價。

［1］Terbraak C J.F.,Canonical Correspondence analysis-a new eigenvector technique for multivariate direct gradient analysis［J］.Ecology,1986，65（5）：1167-1179.

［2］Dodkins,I.,B.RippeyandP.Hale,Anapplicationofcanonical correspondence analysis for developing quality assessment metrics for river macrophytes［J］.Freshw.Biol.,2005,50∶891-904.

［3］張金屯.數(shù)量生態(tài)學(xué)（第二版）［M］.北京：科學(xué)出版社，2011.

［4］Muylaert K,Sabbe K,Vyverman W.Spatial and temporal dynamics of phytoplankton communities in a freshwater tidal estuary(Schelde,Belgium)［J］.Estuarine,Coastal and Shelf Science,2000,50∶673-687.