黃河流域水生態環境變化特征分析

黃河是我國重要的生態屏障、西北和華北地區重要的水源地，在氣候變化和人類活動雙重影響下，精準掌握黃河流域水生態環境狀況可為流域生態保護和高質量發展提供技術支撐。選取黃河干流及主要支流無定河、汾河、渭河和伊洛河共１２１ 個監測點位的水質、浮游植物、浮游動物、底棲動物４ 類指標，對黃河流域水生態環境狀況進行評估。結論如下：黃河干流水質狀況較好，達到Ⅱ類標準，支流無定河、汾河、渭河和伊洛河水質總體達到Ⅲ類標準。綜合水質指標法分析結果顯示黃河流域不同河段水環境在四季均達到了良好級別，部分河段達到優秀級別。黃河干流及重要支流浮游植物共檢出７ 門６０ 屬１３６種，與２０世紀８年代和２００８ 年相比，種類數減少但生物量大幅度增加，近１５ ａ 黃河干流及重要支流浮游植物優勢群落較為穩定；浮游動物共檢出４ 類７５種，以輪蟲綱（占比為４４．００％）和橈足類（占比為２８．００％）為主；底棲動物共檢出４ 類７２ 種，與２０ 世紀８０ 年代和２００８ 年相比，生物量分別降低８４．８３％和３６．９７％。黃河干流及主要支流水質、浮游植物、浮游動物和底棲動物狀況具有明顯的時空異質性，整體上水生態環境狀況逐漸改善。

關鍵詞：水生態；水環境；變化特征；黃河流域

中圖分類號：Ｘ１９６；ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０９．０１６

引用格式：田世民，韓冰，趙高磊，等．黃河流域水生態環境變化特征分析［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（９）：１１２－１１９．

河流作為地球水循環的重要組成部分，連接海洋和陸地，為生命系統維持提供必要需求［１］ 。河流生態系統作為地球物質循環和能量流動的主要載體［２］ ，承載著人類社會和自然環境的生存發展，因此河流的健康非常重要［３］ 。黃河是我國西北和華北地區的重要水源地，是連接青藏高原、黃土高原和華北平原的重要生態廊道［４］ ，在我國經濟社會發展和生態文明建設中具有重要的戰略地位［５］ 。黃河流域橫跨九省（區），環境復雜多樣［６］ ，生態脆弱，易受氣候變化和人類活動的影響［７］ ，以僅占全國河川徑流量２％的水資源，灌溉了占全國１３％的耕地，貢獻了占全國１４％的ＧＤＰ［８］ 。

河流是人類生活、生產和生態用水的重要來源，也是污染物的重要受納水體［９］ 。《重點流域水生生物多樣性保護方案》提出，要削減黃河流域廢污水排放量、改善水質、提高水生生物生境質量。黨的十八大以來，黃河流域的生態環境治理和經濟社會發展取得了顯著成就，但水資源短缺與供需矛盾突出、部分支流水質污染較為嚴重、水生生物多樣性受損等問題仍十分突出，一定程度上阻礙了流域生態環境的可持續發展［１０－１３］ 。因此，有必要對全流域水生態環境問題進行深入研究，明確水環境質量現狀以及水生態質量，為科學制定生態保護和管理措施提供支撐。

學者們在黃河流域水生態環境領域開展了大量研究。李學軍等［１４］ 開展了２０２１ 年和２０２２ 年５—７ 月黃河干流的生境調査與質量評價，分析得出黃河干流各河段生境質量綜合得分為７９～１５３，超過６９％的河段生境質量綜合得分為９０ ～ １２０，為中等等級。朱志鵬等［１５］ 分析２０１５—２０１９ 年黃河干流８ 個省界站點７ 項基本水質指標逐月監測數據發現，黃河流域水質良好，多數水質指標達到Ⅲ類水標準，但其時空變化情況差異顯著。劉彥龍等［１６］ 基于流域８ 個監測斷面２００４—２０１８ 年水質數據，分析了黃河流域水污染狀況及時空變化規律，結果表明在時間上黃河流域水質逐年改善，２０１０年為關鍵時間節點，在空間上各斷面水質均呈顯著改善趨勢。張彥等［１７］ 在黃河干流及主要支流湟水、渭河和汾河選取１２個水質監測斷面和４ 項水質指標（ｐＨ 值、溶解氧、高錳酸鹽指數和氨氮），利用多元統計方法分析了水質時空差異性及其變化特征，發現黃河干流水質狀況最好，湟水和渭河水質狀況次之，汾河水質狀況最差，且水質指標在空間和時間上均表現出顯著的差異性。劉鴻志等［１８］ 指出黃河流域工業廢水處理率相對偏低，ＣＯＤ 和氨氮排放量較多。丁一桐［１９］ 對２０１９ 年春季及秋季黃河干流自源區至河口全河段浮游植物群落進行了系統調查。李學軍等［２０］ 發現黃河干流底棲動物平均生物量為２．４４ｇ／ ｍ^２。賀樹杰等［２１］ 通過調查２０１９ 年３ 月至２０２０年２ 月黃河寧夏段８ 個樣點的浮游動物，采集浮游動物１３ 種，指出浮游動物的密度、生物量都呈現夏季＞秋季＞冬季＞春季的特點，浮游動物的Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ 指數在夏季達到最大值，全年變化范圍為０～１．１４７。

總體來看，目前關于黃河流域水環境和水生態的研究系統性仍然不夠，大部分研究集中在局部河段，流域層面的研究存在斷面稀疏、水生生物類型不全、水環境和水生態耦合研究不足等問題，且缺乏最新數據支撐。受地形、降雨等自然因素及人類活動頻繁的影響，黃河流域各河段面臨的問題各不相同：黃河源區水源涵養能力差［２２］ 、上游甘寧蒙點面源污染［２３］ 、中下游水資源不足及水土流失［２４－２５］ 致使其干流自源區至河口水文、泥沙、環境變異較大，進而導致各河段面臨的水生態環境問題各不相同。因此，開展全流域水生態環境系統調查和評價，探討黃河流域水生態環境變化特征，對深入認識黃河流域水生態環境演變規律以及保護修復具有重要意義。

１數據來源和分析方法

１．１數據來源

黃科院在黃河流域不同河段進行水生態環境的監測與采樣持續近１０ ａ。２０２３年對全流域水生態環境進行了系統監測，范圍涵蓋黃河源頭（扎陵湖以上）至入海口整個干流以及無定河、汾河、渭河、伊洛河等４條重要支流，其中干流監測點位５５ 個，支流監測點位２４個（無定河８個、汾河６個、渭河５個、伊洛河５個），監測點位示意見圖１。對黃河流域整體水生態環境狀況的評估分析還采用了黃河干流４２個地表水國控斷面數據，共１２１個監測點位，監測指標涉及水環境因子、浮游植物、浮游動物和底棲動物４類。

２．１．２水環境時空變化特征

為更好地展示不同區域間的差異，將黃河流域劃分為黃河源區、上游甘寧蒙河段、中游和下游（見圖１），這４ 個區域干流中ｐＨ 值、ＤＯ、ＣＯＤ、ＣＯＤ、ＮＨ －Ｎ、ＴＰ 在一年四季的變化情況見圖２。ｐＨ 值在不同區域和四季保持了一定的穩定性，總體變化范圍為８．１～８．３。黃河流域ＤＯ 濃度在四季中的變幅為７．８ ～１１．５ｍｇ／ Ｌ，冬季值最大，在冬季呈現明顯的由上游到下游升高的趨勢。ＣＯＤ濃度在四季和不同區域的變化范圍分別為１．８～２．２ ｍｇ／ Ｌ 和１．６～２．３ ｍｇ／ Ｌ，夏季中游的值最大。ＣＯＤ 濃度在四季和不同河段的變化范圍分別為８．５～９．８ ｍｇ／ Ｌ和７．６～１０．３ ｍｇ／ Ｌ，夏季中游和秋季黃河源區的值較大。ＮＨ －Ｎ 濃度呈現明顯的由上游向下游遞增的趨勢，總體上四季中冬季值相對較大。ＴＰ 濃度秋季最大，春季和夏季呈現黃河源區＜中游＜上游甘寧蒙河段＜下游，秋季和冬季呈現黃河源區＜上游甘寧蒙河段＜中游＜下游。總體來看，水環境因子分布呈現出時空異質性。

２．１．３水環境綜合評價

通過對單個水環境因子時空變化特征分析發現，其存在顯著的時空異質性，進而采用綜合水質評價方法對黃河干流水環境狀況進行分析，結果見圖３。可見，干流水質在春季上游甘寧蒙河段、中游達到了優秀級別，在夏季處于良好級別，在秋季和冬季上游甘寧蒙河段達到了優秀級別。整體來看，黃河流域四季不同區域均達到了良好級別，部分區域達到優秀級別，與采用單因子評價方法得到的黃河流域干流水質總體達到Ⅱ類相吻合。

２．２黃河流域水生態特征

２．２．１浮游植物

黃河干流及重要支流共檢出浮游植物７ 門６０ 屬１３６ 種（見表３），其中：硅藻門２４ 屬６０ 種，占４４．１２％；綠藻門１６ 屬４２ 種，占３０．８８％；藍藻門１１ 屬１７ 種，占１２．５０％；裸藻門４ 屬８ 種，占５．８８％；隱藻門２屬４種，甲藻門２屬３ 種，金藻門１ 屬２ 種，共占６．６２％。從空間上看，黃河源區共檢出浮游植物４門３９ 種，其中硅藻門３１種，占絕對優勢；上游甘寧蒙河段、中游和支流檢出浮游植物種數分別為５０ 種、５３種和５７種，均超過下游的２９種，且均以硅藻門和綠藻門為優勢種群。前期研究表明，２０ 世紀８０年代調查得到浮游植物種類為７ 門９２ 屬１９７ 種，蔣曉輝等［３６］ ２００８ 年調查得到８門８４屬１６０種，丁一桐等［３７］ ２０１９年春秋兩季調查檢出８ 門１３０ 屬３５０種。本次調查得到的浮游植物種類數略少，可能與調查點位、時段以及水沙狀況等有關。本次調查發現，庫區附近點位浮游植物種類較多，丁一桐等調查點位以庫區為主，本文調查點位以河道為主，是檢出種類數和群落組成產生差異的主要原因。

黃河干流及重要支流浮游植物密度和生物量均值分別為２．９７×１０^６ ｃｅｌｌｓ／ Ｌ 和１．７６ ｍｇ／ Ｌ（見表４）。其中：干流中游和上游甘寧蒙河段浮游植物密度、生物量均較高，分別為６．４７×１０^６ ｃｅｌｌｓ／ Ｌ 和４．６７×１０^６ ｃｅｌｌｓ／ Ｌ、２．２４ ｍｇ／ Ｌ 和３．４９ ｍｇ／ Ｌ；黃河源區和下游浮游植物密度、生物量均較低，分別為１．７４×１０^５ ｃｅｌｌｓ／ Ｌ 和４．５０×１０^５ ｃｅｌｌｓ／ Ｌ、０．４２ ｍｇ／ Ｌ 和０．４７ ｍｇ／ Ｌ；汾河、渭河和伊洛河等支流浮游植物密度和生物量均值分別為１.８７×１０^６ｃｅｌｌｓ／ Ｌ 和１．９９ ｍｇ／ Ｌ。總體上，黃河干流及重要支流浮游植物生物量較２０ 世紀８０ 年代（０．６４ ｍｇ／ Ｌ） 和２００８年（１．１４ ｍｇ／ Ｌ）均大幅度增加。在空間上，蔣曉輝等２００８ 年調查結果顯示，中游泥沙含量高、浮游植物密度和生物量較小，而下游養分含量高，使得浮游植物密度和生物量均較大。本次調查表明，除黃河源區因低溫和貧營養而引起浮游植物密度和生物量較小，庫區因水動力條件變化而引起浮游植物密度和生物量較大外，干流河道浮游植物密度和生物量空間差異明顯減小，與丁一桐等２０１９ 年調查結果一致。

黃河干流及重要支流浮游植物優勢種主要來自硅藻門，不同區域浮游植物優勢種表現出顯著差異（見圖４）。例如：黃河源區大羽紋藻和羽紋藻生物量占比分別達到３５．１３％和２２．８６％，上游甘寧蒙河段尖針桿藻生物量占比達到４５．７０％，中游以小環藻（２７．１２％）、尖針桿藻（２０．５７％）和纖細新月藻（９．７９％）為主，下游則以偽魚腥藻（４９．４０％）和綠色顫藻（２４．３８％）為主；支流優勢種較多，以尖針桿藻（２０．４０％）和顆粒直鏈藻最窄變種（１６．５５％）為主，偽魚腥藻、針桿藻、梅尼小環藻和嚙蝕隱藻占比為８．１６％ ～９．１０％。筆者調查發現的優勢種與蔣曉輝等２００８年和丁一桐等２０１９年調查結果一致，表明近１５ａ黃河干流及重要支流浮游植物優勢群落較為穩定，且表現出明顯的空間差異。

２．２．２浮游動物

黃河干流及重要支流共檢出浮游動物４ 類７５ 種（見表５）：輪蟲綱３３ 種，占４４．００％；橈足類２１ 種，占２８．００％；枝角類１１ 種，占１４．６７％；原生動物１０ 種，占１３．３３％。黃河源區和下游分別檢出浮游動物１３種和１４種，均以橈足類為主（６ 種和８ 種）；上游甘寧蒙河段、中游和支流分別檢出浮游動物２５種、２３種和２８種，均以輪蟲綱為主（分別有１６ 種、１５ 種和１０ 種）。黃河流域浮游動物研究的有關報道以黃河特定河段和某些支流為主。２０２１年黃河若爾蓋河段調查檢出浮游動物１２種，輪蟲綱和原生動物各６ 種［３８］ ；渭河陜西段調查檢出浮游動物３ 類２２ 種，以輪蟲綱（１５ 種）為主［３９］ 。２０１９—２０２０年，黃河寧夏段調查檢出浮游動物１３種，其中輪蟲綱８ 種、橈足類２ 種、枝角類２ 種、原生動物１ 種［２１］ 。這些成果與本文調查結果在種類上略有差異，但在群落組成上總體一致。

黃河干流及重要支流浮游動物密度和生物量均值分別為３５２．１０ ｉｎｄ．／ Ｌ 和０．４９ ｍｇ／ Ｌ（見表６）。其中：黃河源區和下游浮游動物密度較小，均值分別為９６．６８、２４５．１１ ｉｎｄ．／ Ｌ；在生物量上，黃河源區最小（０．０８ ｍｇ／ Ｌ），而黃河下游最大（１．３３ ｍｇ／ Ｌ）。

黃河源區浮游動物優勢種為湯匙華哲水蚤（生物量占比５１．０５％）和針簇多肢輪蟲（３５．００％），而黃河下游優勢種為右突新鏢水蚤（４０．１３％）、萼花臂尾輪蟲（２１．４１％）和猛水蚤（１４．９８％）。右突新鏢水蚤和猛水蚤個體較大，是黃河下游浮游動物生物量較高的主要原因。上游甘寧蒙河段、中游和支流優勢種分別為長額象鼻溞（６７．７８％）、廣布中劍水蚤（３７．３２％）和卜氏晶囊輪蟲（４６．２２％），表現出顯著空間差異（見圖５）。

２．２．３底棲動物

黃河干流及重要支流底棲動物共檢出４ 類７２ 種（見表７），以搖蚊（３８ 種，占５２．７８％）為主，其次為其他昆蟲（１７ 種，占２３．６１％），寡毛類和軟體動物種類數分別為７ 種和１０種。本文調查的底棲動物群落組成與馮治遠等［４０］ ２０１９年的調查結果較為一致。２０世紀８０年代調查檢出寡毛類、軟體動物、搖蚊和其他昆蟲分別有３ 種、２ 種、１６ 種和３種，與２０世紀８０年代調查相比，本文調查中各類群檢出種類數均明顯增加；與２００８年調查相比，寡毛類減少１０種，軟體動物和搖蚊分別增加６ 種和１０ 種，其他昆蟲減少１種。寡毛類往往是具有重要指示作用的耐污種，其種類減少與近年來黃河干支流水環境明顯改善有關。

黃河干流及重要支流底棲動物密度和生物量均值分別為６８．３３ ｉｎｄ．／ ｍ^２和０．３７ ｇ／ ｍ^２（見表８），與２０ 世紀８０ 年代和２００８ 年相比，生物量分別降低８４．８３％和３６．９７％。支流底棲動物密度（１７９．５６ ｉｎｄ．／ ｍ^２）是干流各河段的３ ～ ５ 倍，而生物量則以下游最高（１．７３ ｇ／ｍ^２），黃河中游最低（０．０９ｇ／ ｍ^２ ）。與浮游動物類似，這種差異是下游檢出的底棲動物個體生物量較大造成的。

從生物量看，黃河源區底棲動物優勢種為鉤蝦（５４． ５９％）， 其次為Ｃａｌｉｎｅｕｒｉａ （ １３． ９７％） 和扁蜉（１３．１４％）；上游甘寧蒙河段優勢種為河蜆（６１．１３％），其次為橢圓蘿卜螺（１１．３１％）和膀胱螺（１０．９５％）；中游優勢種為鉤蝦（６１． ０１％），其次為Ａｅｓｃｈｎｏｐｈｌｅｂｌａ（２５．０７％）和直突搖蚊（７．９２％）；下游優勢種為銅銹環棱螺（６１．７５％），其次為梨形環棱螺（１５．８１％）和小劃蝽（１３．０７％）；支流優勢種有長腹春蜓（１９．２９％）、膀胱螺（１５． ７１％）、大臍圓扁螺（１３． ５７％）、蘇氏尾鰓蚓（１２．１４％）、蜉蝣（１１．４３％）和直突搖蚊（９．２９％），見圖６。與２０ 世紀８０ 年代和２００８ 年調查結果相比，軟體動物不僅種類數大幅度增加，而且生物量占比顯著增加。有關研究表明，軟體動物對棲息生境的健康程度要求較高［４１］ ，軟體動物種類和數量的增加是黃河流域水生態環境改善的重要表征。

３結論

選取黃河干流及主要支流無定河、汾河、渭河和伊洛河１２１ 個監測點位和水質、浮游植物、浮游動物、底棲動物４ 類指標對水生態環境狀況進行評估，結論如下。

１）黃河干流水質狀況較好，達到Ⅱ類標準，支流無定河、汾河水質總體達到Ⅲ類標準，伊洛河、渭河總體達到Ⅱ類標準。ｐＨ值在不同區域和四季中保持了一定的穩定性，總體變化范圍為８．１～８．３。ＤＯ 濃度在冬季最大， 呈現明顯的由上游到下游增大趨勢。ＣＯＤ濃度在夏季中游最大。ＣＯＤ濃度在夏季中游和秋季黃河源區明顯較大。ＮＨ－Ｎ 濃度明顯呈現由上游向下游遞增的趨勢。ＴＰ濃度在春季和夏季呈現黃河源區＜中游＜上游甘寧蒙河段＜下游，在秋季和冬季呈現黃河源區＜上游甘寧蒙河段＜中游＜下游。綜合水質指標法分析結果表明，干流水質在春季上游甘寧蒙河段和中游達到了優秀級別，在夏季各河段均處于良好級別，在秋季和冬季上游甘寧蒙河段達到了優秀級別。

２）黃河干流及重要支流浮游植物共檢出７ 門６０屬１３６種，與２０世紀８０年代和２００８ 年相比，種類數減少但生物量大幅度增加；近１５ａ黃河干流及重要支流浮游植物優勢群落較為穩定，浮游植物優勢種表現出明顯的空間差異。

３）黃河干流及重要支流浮游動物共檢出４ 類７５種，以輪蟲綱（４４．００％）和橈足類（２８．００％）為主，群落組成與以往研究成果總體一致；浮游動物密度、生物量和優勢種均表現出明顯的空間差異。

４）黃河干流及重要支流底棲動物共檢出４ 類７２種，與２０世紀８０年代和２００８年相比，生物量分別降低８４．８３％和３６．９７％。與２０世紀８０年代相比各類群種類數均明顯增加，與２００８ 年相比寡毛類種類數減少，軟體動物和搖蚊種類數增加，這是流域水生態環境改善的重要表征。

完善的水生態環境數據庫是流域河湖管理保護的重要基礎支撐。黃河干支流水生態環境系統性調查監測有助于明晰流域水生態環境問題及水生態系統變化規律，有助于科學評估現有工程體系下黃河干支流水沙調控對生態的影響，為古賢、黑山峽等在建、待建水利工程生態影響研究奠定基礎。采樣點位和時間的不同會造成水質、浮游植物、浮游動物、底棲動物檢出結果的異質性，在后期的調查中將在時間和空間兩個尺度上加強監測，持續助力黃河流域生態保護和高質量發展。