利用水质指数（WQI）和浮游动物指标进行水生生态系统水质评估：基于相关性研究的见解

《Cleaner Water》：Water Quality Assessment Using WQI and Zooplankton Indicators in Aquatic Ecosystems: Insights from a Correlation-Based Study

河流水质与浮游生物群落关系研究——以Kangsabati河为例，采集5个河段水样分析12项水质参数（pH、DO、BOD等）与浮游生物多样性（57种，以桡足类49.12%和轮虫33.33%为主）的关联性，发现WQI值87.68-125.88表明水质普遍较差（非常差至不宜饮用），Pearson相关和PCA分析显示PD与BOD（r=0.906）、DO（r=-0.913）显著相关，聚类分析将参数分为营养负荷型（高BOD/TDS）和低氧透明型（高DO/SD）。研究证实浮游生物指数需专业解读，并建议整合生物与化学指标优化流域管理。

　　### 河流水质与浮游动物群落关系研究：以Kangsabati河为例

河流是人类社会的重要资源，为农村和城市社区提供淡水资源。然而，由于自然环境和人类活动的影响，河流水质监测是一项既必要又具有挑战性的任务。本研究旨在探讨河流水质参数与浮游动物群落之间的关系，从而为水体生态健康评估提供新的视角。Kangsabati河位于印度西孟加拉邦的Midnapore（西）地区，因其生态系统的复杂性而成为研究重点。研究选取了该河流五个不同的采样点，对十二项常见的水质指标进行分析，包括pH值、温度、溶解氧、塞奇深度、盐度、生化需氧量（BOD）、电导率、总溶解固体（TDS）、硬度、碱度、总氮（TN）和总磷（TP），以及浮游动物密度（PD），以评估水体质量指数（WQI）。通过WQI模型，研究确定了水体质量状况，同时采用双尾皮尔逊相关系数和主成分分析（PCA）等多变量统计方法，分析了PD与WQI之间的关系。

#### 研究背景与意义

河流生态系统高度依赖于水质和水生生物的多样性。水质参数如pH值、温度、溶解氧、盐度、电导率、总溶解固体、硬度、碱度、总氮、总磷和浮游动物密度等，对河流生态系统的健康状况起着关键作用。这些参数不仅影响水生生物的生存和繁衍，还反映了水体的污染程度和生态功能。由于气候变化和环境压力的加剧，水体质量评估变得尤为重要，特别是在湖泊和河流等淡水生态系统中。随着人类活动的增加，河流污染问题日益严重，威胁到水生生态系统的稳定性和可持续性。

浮游动物因其对环境变化的敏感性，被视为重要的“生物指示器”。它们在水体中的种类组成和数量变化可以反映水质的波动情况。例如，浮游动物群落的多样性减少通常与水体污染和生态退化有关。此外，浮游动物在水体生态系统中扮演着关键角色，不仅是食物链的重要组成部分，还在水质监测和生态恢复中具有应用价值。然而，目前尚未有研究将多变量统计方法应用于Kangsabati河的排水系统（如运河、生活污水、工业废水和地表径流）中，以综合评估该河流的生态系统状况。因此，本研究尝试通过整合水质和浮游动物数据，提供一个更全面的水体质量评估方法。

#### 研究区域与方法

研究选取了Kangsabati河五个具有不同生态特征的子站点，这些站点位于Midnapore（西）地区，受到地形、径流负荷、土地利用模式和人类活动等多重因素的影响。研究区域周边多为自然植被和农田，使得水体质量评估更具代表性。研究时间跨度为两年（2018年1月至2019年12月），旨在了解不同采样点在不同季节的水质变化情况，以及浮游动物群落的动态特征。

在采样和处理过程中，研究人员使用52微米的网具收集水样，并将其保存在5%的福尔马林溶液中，以便后续实验室分析。实验室中，每份样品在48小时内静置，确保浮游动物充分沉降，随后使用标准显微镜（Nikon E200）对样品进行观察和计数。浮游动物的种类识别依据已有的文献资料，包括Edmondson（1959）、Battish（1992）、Todd（1991）和Reddy（1994）等学者的研究成果。

#### 水质指标分析

研究对多个水质参数进行了详细分析，包括pH值、温度、溶解氧、电导率、总溶解固体、碱度、硬度和生化需氧量等。这些参数的数值变化反映了水体的物理化学特性及其受污染程度。例如，pH值在7.21至7.80之间波动，表明水体具有一定的缓冲能力，但仍可能受到工业废水和生活污水的影响。溶解氧（DO）的平均值为6.13毫克/升，范围在5.34至7.23毫克/升之间，显示出水体的自净能力，但某些区域可能因有机物污染而出现溶解氧不足的问题。

总溶解固体（TDS）和电导率（EC）的变化表明水体中盐分含量较低，主要由地下水和地表径流贡献。然而，TDS的浓度在研究期间波动较大，可能与季节变化和人类活动有关。碱度（Alk）和硬度（Hard）的变化则进一步揭示了水体中矿物质的含量及其对水质的影响。高碱度和硬度通常与地下水的输入有关，而低值则可能反映水体受到污染。

生化需氧量（BOD）是评估水体有机污染的重要指标。研究发现，BOD的平均值为5.30毫克/升，表明水体中的有机物含量较低，但某些采样点的BOD值接近临界水平，可能对水生生物的生存产生不利影响。此外，总氮（TN）和总磷（TP）的浓度也显示出一定的空间差异，其中TN的最高值出现在研究区域的第三采样点（SIII），而TP的最高值则出现在第四采样点（SIV）。这些参数的浓度变化可能与农业活动、工业排放和生活污水的输入有关。

#### 浮游动物群落特征

研究共鉴定出57种浮游动物，其中 copepods（桡足类）占比最高（49.12%），其次是 cladocera（枝角类）（17.54%）和 rotifers（轮虫类）（33.33%）。浮游动物的种类和数量在不同采样点之间存在显著差异，其中第二采样点（SII）的浮游动物多样性最高，而第一采样点（SI）的多样性较低。这一结果表明，水体的污染程度可能影响浮游动物的种类组成和数量。

通过香农-韦弗多样性指数（Shannon–Weaver diversity index）评估浮游动物群落的多样性，结果显示该区域的水体质量处于“无污染”或“轻度污染”水平。这一结果与水质参数的变化趋势相吻合，表明浮游动物的分布和密度可以作为水体质量变化的指示器。然而，浮游动物密度与某些水质参数之间也存在复杂的相互作用。例如，浮游动物密度与溶解氧呈负相关，而与生化需氧量呈正相关，说明水体的富营养化程度可能对浮游动物的生存产生重要影响。

#### 水质指数（WQI）分析

WQI是一种综合评估水体质量的工具，能够将多个水质参数整合为一个单一的评分系统。本研究中，WQI的计算基于pH值、温度、溶解氧、电导率、总溶解固体、碱度、硬度和生化需氧量等参数。根据WQI的分类标准，研究区域的水体质量普遍较差，大部分采样点的WQI值介于87.68至125.88之间，表明水体质量处于“非常差”或“不适合饮用”的水平。

这一结果与浮游动物的分布和密度变化密切相关。高WQI值通常对应于较高的水质标准，而低值则可能反映水体受到污染。研究发现，第一采样点（SI）和第四采样点（SIV）的WQI值较高，可能由于这些区域的污染程度较低，而第二采样点（SII）、第三采样点（SIII）和第五采样点（SV）的WQI值较低，显示出较强的污染影响。这可能与这些区域的工业排放、农业径流和生活污水输入有关。

#### 多变量分析

为了进一步理解水质参数与浮游动物群落之间的关系，研究采用了双尾皮尔逊相关系数和主成分分析（PCA）等多变量统计方法。结果显示，浮游动物密度（PD）与生化需氧量（BOD）呈显著正相关，而与溶解氧（DO）和塞奇深度（SD）呈显著负相关。这一发现表明，浮游动物的生存可能受到水体中有机物含量和溶解氧水平的双重影响。高BOD值可能意味着水体中有机污染物较多，而低DO值则可能限制浮游动物的活动和繁殖。

PCA分析进一步揭示了水体参数之间的潜在联系。第一主成分（PCA_1）涵盖了53.03%的方差，主要与溶解氧、生化需氧量、总溶解固体和硬度等参数相关，而第二主成分（PCA_2）则涵盖了38.537%的方差，与电导率、总溶解固体、碱度和温度等参数相关。这些结果表明，水体质量受到多种因素的共同影响，且浮游动物群落的变化与这些参数密切相关。

#### 研究结论与展望

本研究揭示了Kangsabati河水质参数与浮游动物群落之间的复杂关系，表明浮游动物可以作为水体质量变化的敏感生物指示器。然而，由于浮游动物对环境变化的敏感性，其作为水质指示器的应用需要谨慎。在某些情况下，浮游动物密度的变化可能受到多种因素的影响，包括水体的富营养化程度、溶解氧水平和污染源的输入等。因此，在实际应用中，浮游动物指数应与其他水质参数结合使用，以获得更准确的水体质量评估。

此外，研究还发现，通过多变量分析可以更有效地识别影响水体质量的关键参数。例如，BOD、TDS和硬度等参数可能在一定程度上代表整体水体质量，从而减少监测成本并提高效率。这些发现对于水体管理具有重要意义，尤其是在应对人为污染和保护淡水生态系统方面。未来的研究可以进一步探讨不同污染物对浮游动物群落的影响，以及如何通过生态恢复措施改善水体质量。

综上所述，本研究为Kangsabati河的水体质量评估提供了新的视角，并强调了浮游动物作为生物指示器的潜力。然而，浮游动物指数的使用仍需专业知识和综合分析，以确保评估结果的准确性和可靠性。通过结合水质参数和浮游动物数据，研究为可持续水资源管理和生态恢复提供了科学依据，有助于改善河流生态环境，促进人类社会与自然环境的协调发展。