辽河中下游流域水文格局的响应

第 1 8卷 第 6期 啥尔 滨师范大学 自然科 学学报 V o 1 1 8 ， No 6 2 0 0 2 NATURAL S CI ENCES J OURNAL OF HARBI N NORMAL UNI VERSI TY 地 表水体 中藻 类 、 底栖 动物 和微 生物分布 的 空 间演化及 其 对流域 生态水 文格 局 的 响应 以辽 河 中下 游 流 域 为 例 齐 红 王红 宇 ( 吉林省长春 市教育学 院) 【 摘 要】通 过 1 9 9 6 2 0 0 0年 对辽 河 中下 游流 域 地表 水体 2 5个 断 面 的连 续 监 测 ， 采 用“ 分布 重心 ” 模 型 ， 研 究 了地 表 水 体 中藻 类 、 底 栖 动 物 和 微 生物 分 布 的 空 间 演化 特 征 结 果表 明 ， 辽 河 中下游 地表 水 体 尤 其是 浑 河 河 水 的生 物 污 染较 为 严 重 ； 藻 类和 细菌 分布 中心 的位 置 均有 向西 北 方 向发 生 迁移 的 趋 势 ， 大肠 杆 菌 分 布 中心 的位 置 有 向 西 南 方 向 迁移 的 趋 势 ， 底 栖 动 物 的 分 布 中心 的 位 置 有 向 东北 发生迁移的趋势， 同时， 总体平均分布 中心的位置有向西北方向迁移的趋 势以 1 9 9 9年 为 例 ， 通 过 与林 地 、 耕 地 、 化 肥 、日照 、 气 温 、 降 雨 、 径 流 等 生 态水 文 因子 的 相 关 分析 ， 结 果表 明 ， 辽 河 中下 游 流域 地 表 水体 中藻类 、 底 栖 动物 和微 生 物 的 空 间分 布特 征 与 流 域 生 态水 文 格局 有较 好 的 响 应 关 系 关 键 词 ：藻 类 ； 底 栖 动 物 ； 微 生 物 ； 生 态 水文 格局 ； 辽 河 中下游 流域 是一个以太 阳能为驱动力，以水为核心和活跃 介质的超有机体 ，相对于物质 的迁移 和转化来 说，具有抽吸和过滤功能 、 生态过程和水文过程是流域发生演化 的核心机制所在， 这两种过程相互作用 ，形成生态水文过程这一耦合过程 ，通过对这一过程的研究，促成 了一 门新学科生态水文学 ( E c o h y d r o l o g y )问世 、受到 自然和人类非理性活动的影响， 当今世界上大多数流域的和谐生态水文过程遭到破坏 ，水的生态空间遭到破坏 ，流域水环 境问题十分严重 地表水体中藻类、底栖动物和微生物的分布与演化不仅是水质演化的重要 表征 ，同时也是流域生态水文过程 的终端见证 收藕 日期 t z O O z 1 0 -1 4 维普资讯 1 00 哈 尔滨师范 大学 自然科学学报 辽河是我 国七大河流之一 ，位 于东北地区南部，全流域面积 2 1 9 6 X 1 0 。 l c I n 该流域是 我国重要的重工业 、能源和商品粮生产基地，特别是中下游流域 ( 辽宁省境 内)是我国四大 工业 区之一的辽中南工业区所在地 然而 ，近年来 ，受到 自然和人类非理性活动 的作用，流 域生态水文过程遭到破坏，水质污染严重，水资源问题十分突出” 研究辽河中下游流域地表水体中藻类 、 底栖动物和微生物分布的空间演化及其对流域生 态水文格局的响应 ，一方面为辽河流域水环境综合争执提供理论依据 ；另一方面 ，对生态水 文学在流域水环境演化研究的应用进行探索 1 地表水 系 与流域 自然环境概 况 辽河中下游水系由浑河、太子河 、大辽河和辽河四条主要河流及其支流组成 ，浑河发源 于清原县滚 马岭北坡 ，河长 4 1 5 k m ，流经抚顺 、沈阳两市，在抚顺上游有著名的大伙房水库 太子河发源 于新宾县红石砬子 ，河长 4 1 3 k m ，流经本溪、辽阳和鞍 山市 在本溪上游建有观 音阁水库 在辽阳市上游建有参窝水库 浑河，太子河两河流均 由东北 向西南流过 ，在三岔 河处汇成大辽河 大辽河全长约 9 7 k m ，为感潮河流，大辽河主要流经营口市在流出营口 市后进入渤海辽东湾 东辽河和西辽河在铁岭的福德店 附近汇合而成辽河干流 ，辽河干流在 辽河中下游约 4 8 0 k m ，流经铁岭 、沈阳、盘锦地区后进入渤海辽东湾 本区为东北平原的三级区，隶属东部低地一级区，发育在中朝地 台上 ，中新生代沉降， 现代局部隆起 ，以冲积平原为主的低地 本区属于大陆性季风气候区，1 9 9 9年年平均降水 量为 5 1 9 9 1 m ，年平均气温为 8 、 9 5 地带性植被为暖温带落 叶阔叶林和温带森林草原， 地带性土壤为草甸棕壤一草甸土，下游滨海地区有盐渍土的分布 2材 料 与 方 法 2 1采样及检测方法 在大辽河的黑英台、 三岔河和永远角处设 3个断面 ： 在浑河的阿及堡 、东陵桥 、和平桥 、 七 间房 、七 台子 桥 和 于 家房 处设 6个 断 面 ：在 辽 河 的福 德店 、红庙 子 、马虎 山 、盘 山闸 、曙 光桥 、通江 口、赵圈河和朱尔 山处布设 8个断面 ；在太 子河的参窝水库坝下 、大峪 、刘家台 、 唐马寨、下 口子、下王家 、小姐庙和 兴安处布设 8个采样断面 地表水体的采样时间为 4月、7月、9月，每月 3天，隔 日采取 一次瞬时样 藻类 、底栖动物和微生物采样常规的检测方法，检测指标为藻类 ( 生物 多样性指数 ) 、 底栖动物 ( 生物 多样性指数 ) 、大肠杆菌 、细菌总数 2 2相关数据的获取 文 中所用到的土地利用数据通过 1 9 9 9年 7月的 T M影像解译获得 ： 化肥 的使用量通过抽 样调查获得 ： 日照、降雨 、 气温取 自相关 的气象部 门： 径流数据取 自辽宁省水利 电力厅编著的 辽河流域片水资源 ( 1 9 8 8年 6月) 和相关是水文监测部 门 2 3数据处理方法 将数据输入 l 作数据库， 在 E x c e l 1 2 0 0 0 、M i n i t a b l 3 0 、S u r f e r 6 0 、C o r l D r a w l O 0 、 A r c I n f o 8 O 1 、A r c v i e w 3 5平 台下 完成 相 关 的 数据 处 理和 图形 处 理 2 3 1水体中藻类和微 生物的表征 参数水体 中的藻类和底栖动物 的分布采用辛普森一 香 维普资讯 第 6期 地表水体 中藻类、 底栖 动物和微 生物分 布的空 问演化及 其对流域生 态水文格局 的响应 1 01 农生物 多样性指数加以表征；表征参数 的加权平均值求 算见文献 7 、1 0 2 3 2数学模型辽河中下流域地表水体 中藻类和微 生物 的变化大，而且区域差异明显 采 用 “ 污 染重心模型 ”定量地分析辽河 中下游流域地表水水体中藻类 、 底栖动物和微生物分布 的空 间变 化特征 ，其求算 见文献 7 】 径 流的空间分布特征也采用 “ 污染重心模型”获得 日照、气温 、降水、林地、耕地 以及化肥施用量的分布 中心采用 “ 耕地分布重心”模型求 算【 3 结果 讨论 3 1 辽河中下游地表水体中藻类、底栖动物和微生物分布概况 辽河中下游地表水体中藻类 、底栖动物和微 生物分布概况如表 1 从藻类 、底栖动物 和微生物 的分布 来看，辽河 中下游的水质较差 大肠杆菌 均超过 地表水环境质量标准 ( G H Z B 1 1 9 9 9 )的三级标准 从藻类和底栖动 物 的分布来看，浑河的分布较 多，其生 物 多样性指数较大，辽河则相反 ：细菌 总数的分布是：大辽河太子河 辽河 浑河；大肠杆菌总数的分布是：辽河 大辽河 太子河 浑河 总之 ，辽河 中下游流域地表水体生物污 染严重 ，浑 河尤 为 突 出 水文过 程的 表 1辽 河 中下 游流域 地表水体 中藻类、底栖动物和微生 物分 布的加权 平均值 T a b l e l Th e we i g h e d a v e r a g e v a l u e s o f t h e b i o - i n d e x i n the s u r f a c e wa t e r o f the mi d a n d l o we r r e a c h e s o f L i a o h e Ri v e r 展与扩 张对浑河水体中的生 物有着 直接 制约作用 3 2 地表水体中藻类、底栖动物和微生物分布的空间演化 41 60 天 _杆 齑 一 一 一 t 。 ， 4 1 4o 图 l藻类、底栖动物和微生物分布中心的地域变化 F i g 1 T h e s p a t i a l e v o l u t i o n o f d i s t r i b u t i o n c e n t e r s o f a l g a ， c r e a t u r e i n t h e b o t t o m a n d t h e mi c r t o b e ( 图中 g e o是流域几何 中心 ，p o l是 四类生物 的总体平均 分布 中心 ， a v g是该类生物 的平 均分布 中心 ，箭 头为分 布中心的迁移 方向) 舌 ； 蚰 引 引 ， 维普资讯 1 O 2 哈 尔滨师 范大学 自然科 学学报 2 0 0 2拄 3 2 1藻类、底栖动物和微生物分布 空间变化 总体上来说， 藻类和细菌 的分布中心 均有 向西北方 向发生迁移的趋势 ，大肠杆菌的分布 中心有向西南方 向迁 移的趋势 ， 底栖动物 的分布 中心有 向东北发生迁移的趋势 ( 图 1 ) 从藻类、底栖动物 、细菌和大肠杆菌 的平均分布 中心 ( a v g )与流域的几何 中心 ( g e o ) 和 四类生物的多年总体平均分布 中心 ( p o 1 ) 的位置相互关系来看 ： 藻类的 a v g位于 g e o和 p o l 皇 ： 曼 表 2 平 均 分 布 中 心 (avg1)与 几 何 中 心 (g c。 )及 总 体 分 布 中 心 (p o1)的 偏 移 别 位 于 g e o 和 p o l 的 西 南 边 和 表 平 均 分 布 中 心 ( 与 几 何 中 心 (g co )及 总 体 分 布 中 心 (p o1)的 倔 移 东南边：细菌的 a v g位 于 g e o T a b I 。 2 T h 。 d 。 。 “ 。 f t ll 。 。 r a g 。 d i b i 。 “ c e “ 和 p o l的西北边 ：大肠杆菌 的 t 0 t h 。 g e 0 m e 奸 。 c n 钯 a n d t h 。 。 叫d 。 双 “ 。 。 “c e “ 把 的 a v g 位于 g e o和 p o l的东南 边 从纬向上看 ，底栖动物 的 a v g对 g e o的偏离程度最大 ， 达到 0 2 5个纬度单位 ，最 小 为藻类对 p o l的偏 离，只有 0 0 3个纬度 单位 ；从经 向上 看，藻类的 a v g对 g e o的偏离 注：经度 和纬度为负值时分别表示位于该中心的西边和南边 为正则相反 程度最大，达到 1 O 8个经度 单位，最 小为大肠杆菌的 a v g对 g e o的偏离，只有 O 1 6个经度 单位 3 2 2总体平均分布中心 的年际变化 藻类、 底栖动物 、 细菌和大肠杆菌的总体平均分布 中心具有 明显的年际变化 总体来说， 其 总体平均分布中心有 向西北迁移 的趋势 从纬向上 的 迁移过程来看 ，1 9 9 6 1 9 9 7年间有向 南迁移的趋势，1 9 9 7年折回就迅速 向北 发生迁移 ：从 经向上的迁移来看 ，1 9 9 6年与 1 9 9 7 年基本持平，1 9 9 7 1 9 9 8年 间略有上升 ，1 9 9 8年之后 迅速西移 篓霉50厂 篓 ， 1 ，。 4 s 。 V g 1 9 。 扎 一 、 、= = ：蔓 s 5 5 1 2 2 6 5 1 2 2 7 5 1 2 2 8 5 1 2 2 9 5 经度 图 2 总体平 均分布重心 的年际变化 F i g 2 Th e y e m ly e v ol u t i on o f t h e t o t a l a v e r a g e d i s t r i b u t i o n c e n t e r ( 左 图为地域变 化图 图 中箭 头为迁 移方 向：右图为经 纬度变化 图) 3 3 地表水体中藻类 、底栖动物和微生物分布的空间演化对流域生态水文格局的响应 以 1 9 9 9年为例 ，分析 了地表水体 中藻类 、 底栖动物和微生物的空间演化对流域 生态 水文格局的响应 生态水文过程是指流域 内生态过程和水文过程相互作用下形成 的耦合过 维普资讯 第 6期 地表水 体 中藻 类、 底栖动物和微生 物分布的空间演化及其对 流域生态水 文格局的响应 程本文生态水文过程选取的指标有林地 、耕地的分布、气温 、日照、降水和径流 ：由于流 域内的生态水文过程直接受到农业活动 的影响， 农业面源污染对流域的水环境的影响最为剧 烈，本文另外选取化肥的施用情况来表征这一事实 分别计算林地、气温 、日照 、径流和化 肥施用的 中心 以及 1 9 9 9年地表水体 中藻类 、底栖动物 、细菌和大肠杆菌的分布 中心进行 分析结果如 图 3所示 从图中可以看 出， 辽河 中下游流域形成 了 nO 0广一 、 明显的生态过程( 图中的I 圈) 和水文过程( 图 细 菌 n 、 中 I I 圈 ) ， 同 时 在 太 阳 能 的 作 用 下 ( 表 征 指 标冀 “ 誊 ， 为日 照和气温) ，两种过程相互作用，形成了 “ o I ， ， 一 、 、 0 具有 区域特 色 的生 态水文过程 ( 图中的 I I I 。 杆 菌 藻 类 底 栖 动 物 圈 ) 1 2 2 4 一 ； i 一 j 1 2 ， 总体上来说 1 9 9 9年四类水体生物 的分 经 度 布 中心都位 于生态水文 作用中心的南部和西 图3 l 9 9 9 年水体中藻类、席l 西 动物和微生物 南部， 亦即 偏向于 流域的 下游 方向 ， 这与 污染 以 及 生 态 水 文 过 程 参 数 分 布 中 心 及 等 态 水 文 在河流 ( 流域)下游方 向的累计是完全 一致 过程作用模式 生态水文过 程分布 中心与 四类水体生物 的分 F i g 3 T h e d i s t r i b u t i o n o f t h e c e n t e r s o f t h e a l g a , 布中心在地域上呈现出 N E _ - S w走向，这与整 盯 e a 【 u r c i n t h e b o t t o m ,m mb c a n d t h e 个流域 的走 向是完全一致 这说明，辽河中下 e c 0 。 h y d r o l o g i c a Il n d e x a l l d t h e 游流域四类水体 生物 的分 布对流域 生态水文 e c o - h y d r o l o g i e a l f u “ c t i o 船 格 局有较好 的响应关系 从其 分布 中心 的距 离来看 ，大肠杆菌分布中心偏离生态水文过程 的中心较远 ，这主要 是因为地表水体中大肠杆菌主要是因为城市生活污水的排放造成 藻类、细菌和底栖动物的 分布中心偏离生态水文分布中心较近，亦说明生态水文过程对其影响较大 因而，流域的综 合整治应着眼在流域生态水文过程的修复上，也印证 了 U N E S O I H P 5 - 2 3 ， 2 4项 目在全球开 展生态水文过程修复 的理论价值” 4 结论 (1 ) ( 2) ( 3) ( 4) ( 5) 辽河中下游地表水体尤其是浑河河水的生物污染较为严重： 藻类和细菌分布 中心的位置均有 向匿北方向发生迁移的趋势，大肠杆 菌分布中 心 的位置有向西南方向迁移的趋势 ，底栖动物的分布中心 的位 置有 向东北发生 迁移的趋 势： 总体平均 分布 中心的位置有 向西北方向迁移的趋势 ； 。 通过与林地 、耕地 、化肥 、日照 、气温 、降雨 、径流等生态水文 因子的相 关分 析 ，结果表明 ，辽河中下游流域地表水体中藻类 、底栖动物和微生物的空间分 布特征与流域生态水文格局有较好 的响应关系 辽河 中下游流域水环境 的综合整治应着手于流域生态水文过程的修 复 维普资讯 1 0 4 哈尔滨师范大学 自然科学学报 2 0 0 2薤 3 参考文献 An d r e w，J B a 洲 a n d R o b e r t ，LWi l b y ， Ec o h y d r o l o g y P l a n t s a n d Wa t e r i n t e r r e s t r i a l a n d a q u a t i c e n v i r o n me n t M T a y lo r & Fr a n c i s Gr o u p，1 9 9 8 ： 1 0 2 0 W a gn e rI Z a l e ws ki ，M Ef f e c t s of h y dr o l og i c a l p at t e r ns o f t r i b u t a r i e s o n b i o t i c p r o c e s s e s i n a l o wl a n d r e s e r vo i r c o n s e q t mn c e f o r r e s t o r a t io n D E c o 1 E n g ，2 0 0 0 ， 1 6 l 7 0 9 0 Z a l e ws k i ， M ， J a n a u e r ， GA ， J o l a n k a i ， GE c o h y d r o l o g y A n e w p a r a d i g m f 0 r t h e s u s t a i n a b l e u s e o f a q u a t i c r e s o u r c e L AJ I n： Co n c e p t u a l B a c k g r o un d，W o r k i ng Hy p ot h e s i s Ra t ion a l a n d S c i e nt i fi c Gu i d e l i n e s f 0 r t h e I mpl e me nt a t i o n o f I HP-V Pr oje c t 2 3 2 4 ，T e c h n i c a l D o c u m e n t i n Hy d r o l o g y c P a ri s l UNE S C O，1 9 9 7 ， N 7 ， 5 5 8 0 严登华， 何岩 ， 邓伟等生态水文研究进 展 J 地理科学 ( 待发) 王根绪， 钱鞠 ， 程国栋生态水文科学 研究现状 与展望 J 地球科学进展 ， 2 0 0 1 1 6 ( 3 ) ： 3 1 4 3 2 2 严登华， 何岩 ， 邓伟等水资源地域耦合 空间结 构初探 J 东北师大学报 ( 自然科学 版) ， 2 0 0 0 3 2 ( 4 ) ： 8 2 8 7 严登华， 何岩 ， 邓伟等东辽河流域地表 水水质空 间格局演化 J 中国环境科学 ( 待发) 罔百兴 ， 宋新山 ， 囝敏华等辽河流域水 资源演化趋 势分析 J 水土保持通报 2 0 0 0 ， 2 0 ( 6 ) ： 1 5 辽 宁省计 划经 济委员会辽宁国土资 源 M 沈 阳 t 辽宁人 民出版杜 ， 1 9 8 5 。 1 4 9 2 1 4 严登华 ， 何岩 ， 邓 伟等吉林 省典型湖库 中无机 氮吉 量变化规律初探 J 环境科学学报 ， 2 0 0 1 ， 2 1 ( I ) ： 8 9 9 4 王秀兰 基于遥感的砰伦贝 TH E SPAT 可持续发展影响的蹴D 地理科学进展， 1 9 9 9 ， 1 8 ( 4 ) ： 3 2 2 3 2 9 I AL EVOLUTI ON OF TH E DI STRI BUTI ON OF THE ALGA ，CREATURES DW ELLI NG I N THE BOTTOM AND TH E M I CROBES I N TH E S URFACE W ATER AND THE RES PONS E TO TH E ECO H YDROLOGI CAL PATTERNS OF THE BAS I N A c a s e o n t h e m i d a nd I owe r r e a c h e s o f t h e L ， i a o h e Ri v e r Ba s i n Qi Ho n g W a n g Ho n g y u ( Ch a n g c h u n Col l e g e o f F , d u c a t i o n) ABSTRACT Th e s pa t i al e v o l u t i o n c ha r a c t e r i s t i c s of t h e di s t r i b ut i o n of t he a l ga，c r e a t ur e dwe l l i n g i n t he bo t t o m an d t he m i c r ob e s i n t he s u r f a c e wa t e r we r e d e r i v e d ba s e d on t h e c on t i nuo us l y moni t or i n g o n t h e 25 s e c t i o ns b et we e n 1 99 6 an d 2 00 0 i n t he m i d a n d l owe r r e a c h e s of t he Li a oh e Ri v e r Ba s i n a n d t h e us a g e of t h e Di s t r i but i o n Ce nt e r M o de 1 The bi o p ol l u t i on of t he s ur f a c e wa t e r i n t h e m i d a n d l o we r r e a c h e s of t he Li a o he Ri v e r Ba s i n e s p e c i a l l y i n t h e H u nhe Ri v e r i s s e r i ous The mi g r at i o ns o f di s t r i bu t i o n c e nt e r s of t he a l ga a nd t h e b ac t e r i u m ha v e t he t r e nd t O t he Nor t he a s t， t h at