基于走航监测的宁波市“三江”干流水质水生态分析.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023收稿日期：2022-06-21作者简介：王颖（1982），女，吉林榆树人，高级工程师，主要从事水文水资源、水生态及水利水务发展研究工作E-mail：基于走航监测的宁波市“三江”干流水质水生态分析王颖，樊进娟，夏珊珊，虞静静，蒋鸿海（宁波市水利发展规划研究中心，浙江 宁波 315600）摘要：为了解宁波市“三江”干流水质水生态现状，在“三江”干流沿途布设16个水质水生态监测点，采用自动化仪器搭载测量船方式对水质水生态指标进行监测及分析。从水质指标监测结果来看，余姚江干流总体水质较好，奉化江、甬江干流为咸水，除部分断面溶解氧、浊度超标外，其他指标值均在标准范围内。从水生态指标监测结果来看，“三江”干流原核微生物丰富度较高，真核微生物整体丰富度偏低、多样性维持在较高水平。Beta多样性分析结果显示，余姚江、奉化江、甬江3组样品的微生物种群结构以及优势门有显著差异。从鱼类DNA测序结果来看，目水平上，“三江”干流最丰富的鱼类为鲤形目，其次为虾虎鱼目。alpha多样性结果表明，余姚江的物种多样性和丰富性最高，奉化江次之，甬江的最低。综合来看，宁波市“三江”干流具有丰富的生物多样性，建议对其持续监测并加强保护。关键词：水质水生态；DNA；Beta多样性分析；宁波市“三江”干流中图分类号：X83文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.0381引言当前国家大力推进生态文明建设，水生态水环境监测已成为保护河湖健康的重要抓手，是保障水安全、生态安全的基础性工作。甬江是宁波市最大的独立入海河道，南源奉化江和北源余姚江在宁波三江口汇合入甬江，余姚江、奉化江和甬江简称“三江”，甬江（含余姚江、奉化江）流域面积为5 903 km2。“三江”干流水生态监测站布设较晚，监测频率小、监测指标少。目前仍缺乏流域和区域尺度上水质水生态监测的整体布局，监测工作在时间和空间上缺乏连续性，难以对流域和区域水生态状况进行整体评价，因此对流域和区域水质水生态进行走航监测分析十分必要。本文选取水温、溶解氧、电导率、盐度、含氯度、pH值、浊度、叶绿素作为水质指标，于2021年5月对“三江”干流进行走航监测，利用多参数水质测试仪等仪器搭载测量船对“三江”干流进行采样分析，以期为宁波市“三江”干流水生态保护和修复以及水利综合管理提供技术支撑。2监测范围及研究方法2.1监测范围本次走航范围为余姚江（永思桥姚江大闸三江口）、奉化江（澄浪堰三江口）、甬江（三江口出海口），航测总距离长达110 km。沿途布设16个采样点，其中有13个标准采样点（C1C13），2个国控断面补测点（PC1、PC2），1个水文站补测点（PC3）。具体线路及点位见图1。2.2监测方式依据测量船上可安装支架的位置及方式，固定安装多参数水质测试仪，然后沿余姚江、奉化江、甬江河道进行走航式巡测，在巡测期间依据布设点位进行环境DNA采样。2.3环境DNA采样方法（1）采集水样。监测船航行至每个采样点时使用GPS记录该处坐标，使用采水器采集水体表层、中层、底层各4 L水样。为避免样品间交叉污染，在每次使用采水器前用10%的漂白剂溶液清洗，再用采样点处的水样清洗3次。（2）过滤水样。对水样每次取1 L进行过滤，过滤装置包含真空泵、六联过滤器和混合纤维素酯膜（直径为47 mm、孔径为0.45 m）。过滤器的清洗方法与上述采水器的相同，当水中杂质较多时，预先在过滤器进水口包裹一层纱布，更换采样点的同时更换纱布。针对各水样的浊度不同，使用一张或多张滤膜过滤水样，然后使用95%乙醇和火焰消毒后的镊子将每张滤膜对折2次后放入2 mL样品管中（对折滤膜时含DNA的一侧滤膜朝内），做好标记后放入冰盒。为防止操作过程中水样被污染，在每个采样点处同时设置一个过滤阴性对照样品（1 L蒸馏水）。所有样品被带回实验室，保存于4 的冷藏箱中。2.4分析方法（1）水质分析。首先利用EXO2多参数水质测试仪对整个航测过程进行实时数据采集，全面了解“三江”干流水质随监测位置、流速等变化规律。再在断面点以1 m/s的速度把EXO2多参数水质测试仪从水面投放至水底，进行断面剖面水质测量，数据记录间隔1 s。（2）DNA测序。通过DNeasy PowerSoil Kit提取水样中总微生物基因组DNA，通过琼脂糖凝胶电泳和NanoDrop ND-1 000分光光度计评估提取DNA的质量和数量。（3）alpha多样性分析。alpha多样性是指一个特定区域或生态系统内的多样性，是反映丰富度和均匀度的综合指标。为能全面评估鱼类群落的alpha多样性，以Chao1指数和Observedspecies指数表征丰富度，以Shannon指数和Simpson指数表征多样性，以 Faith s PD 指数表征基于进化的多样性，以 Pielou sevenness指数表征均匀度，以Goods coverage指数表征覆盖度。（4）beta多样性分析。beta多样性是指沿环境梯度不同生境群落之间物种组成的相异性或物种沿环境梯度的更替速率。采用 Bray-curtis 距离算法对物种进行非度量多维尺度（NMDS）分析。采用层次聚类分析方法，以等级树的形式展示样本间的相似度，通过聚类树的分枝长度衡量聚类效果，采用UPGMA算法（即聚类方法为average）对Bray-curtis距离矩阵在门水平上进行聚类分析。3监测结果分析3.1水质监测结果分析利用在线监测仪对水温、溶解氧、电导率、盐度、含氯度、pH值、浊度及叶绿素8项指标进行不间断监测。根据 地表水环境图1航测线路及点位 74人 民 黄 河2023年S1指标平均水温/平均溶解氧饱和度/%平均溶解氧浓度/（mg L-1）平均电导率/（S cm-1）平均盐度/平均含氯度/（g kg-1）平均pH值平均浊度/NTU平均叶绿素浓度/（mg m-3）余姚江（永思桥凤凰山桥）26.0378.506.36243.500.110.067.2141.087.93余姚江（凤凰山桥河姆渡遗址）26.07858.594.74328.700.150.097.1320.3912.19余姚江（河姆渡遗址姚江水文站）25.1467.065.52385.300.180.107.309.102.79奉化江（澄浪堰三江口）25.2739.603.258340.410.237.402908.85甬江（三江口梅墟）25.1917.691.45973.200.480.267.36254.205.88甬江（红联断面出海口）23.2377.306.0524 12015.258.447.64461.802.91表1“三江”干流水质监测结果质量标准（GB 38382002）和宁波市2014年水功能区及水环境功能区划修编结果，航测范围内姚江目标水质为类水，奉化江和甬江目标水质均为类水。“三江”干流水质监测结果见表1，余姚江干流总体水质较好，除部分断面浊度、叶绿素、溶解氧稍有超标外，其他指标均在标准范围内；奉化江（姚江大闸澄浪堰）、甬江干流为咸水，除部分断面溶解氧、浊度稍有超标外，其他指标均在标准范围内。3.2微生物监测结果分析3.2.1微生物分类单元统计根据序列物种分类学注释结果，统计样本的物种注释结果中界、门、纲、目、科、属、种分类水平上含有的微生物分类单元的数量，可知C3、C8、C12采样点微生物多样性较高，差异不大。3.2.2微生物群落组成分析通过测序发现“三江”干流优势菌门主要有变形菌门、放线菌门、异常球菌-栖热菌门、拟杆菌门和绿弯菌门，真核微生物优势菌门包括子囊菌门、甲藻门、绿藻门、硅藻门等，这些均为典型淡水微生物门类，与其他水域微生物群落组成结构相似1。同时beta多样性分析结果表明，不同流域微生物群落组成表现出明显的区分性，如异常球菌-栖热菌门、子囊菌门在“三江”干流的中下游水域丰度更高，而在上游的采样点C1C5丰度较低。入海口处水域的微生物组成也与其他采样点处明显不同，相邻采样点间的微生物组成相似性较高。此外，余姚江、奉化江、甬江的微生物种群结构以及优势菌门有显著差异。alpha多样性分析结果表明，“三江”干流的原核微生物丰富度和多样性均较高，其中余姚江原核微生物多样性最高，但丰富度与其他干流的差异不大；真核微生物整体丰富度偏低，多样性维持在较高水平，其中奉化江的真核微生物丰富度和多样性相对更高。3.3鱼类监测结果分析3.3.1鱼类分类单元统计根据序列物种分类学注释结果，统计样本的物种注释结果中界、门、纲、目、科、属、种分类水平上含有的鱼类分类单元的数量。C12采样点是最接近入海口的监测点位，出现了不同于内陆水体的纲，呈现出咸淡水混合区特征；C2、C3采样点鱼类多样性较高，其中C2采样点有12个目、19个科、68个属、56个种；C3采样点有15个目、20个科、62个属、48个种。3.3.2鱼类种群分析从目水平相对丰度信息来看，“三江”流域最丰富的鱼类为鲤形目，其次为虾虎鱼目，还包括鲱形目、鳗鲡目、鲈形目石首鱼科、鲶形目、合鳃目、颌针鱼目等，其中Q12采样点监测结果显示出典型的海洋鱼类信息，即出现海鲈鱼。从科水平相对丰度信息来看，“三江”流域最丰富的鱼类为鲤形科，其次为鰕虎鱼科。分析鱼类alpha多样性指数结果可知，余姚江（YYJ）的物种多样性和丰富度最高，奉化江（FHJ）次之，甬江（YJ）最低。各采样点的CHAO1物种丰富度指数从大到小依次为，C2C7C3C1C4C6C10PC2PC1C5C8C11C9PC3C12；各 采 样 点 的OBSERVED-SPECIES物种丰富度指数从大到小依次为，C2C1C7C3PC2C4C6C10PC1C5C8C11C9PC3C12；各采样点的SHANNON物种多样性指数从大到小依次为，C1C2PC2C7C3C10C4C6C5PC1C8C11C12C9PC3；各采样点的SIMPSON物种多样性指数从大到小依次为，C1PC2C2C7C10C3C4C6C8C5C11PC1C12C9PC3。4结论宁波市“三江”干流除部分断面溶解氧、浊度、叶绿素稍有超标外，其他水质指标基本均在标准范围内，余姚江水质相对较好。余姚江、奉化江及甬江有着各自典型的微生物群落分布特征及生物多样性特征，“三江”汇流区域微生物多样性最为丰富，包括淡水水系及海水水系的典型微生物。姚江大闸的存在部分阻断了余姚江与甬江干流、奉化江的联系，余姚江生物多样性有较好的区分度，奉化江和甬江断面生物多样性信息有所交叉。鱼类DNA测序和alpha多样性指数结果表明，余姚江、奉化江及甬江有着各自典型的鱼类分布特征，其中余姚江水系多样性最高，奉化江次之，甬江最低。参考文献：1 彭柯，董志，邸琰茗，等.基于16S rRNA高通量测序的北运河水体及沉积物微生物群落组成对比分析 J.环境科学，2021，42（11）：5424-5432.【责任编辑栗铭】75