熊春暉，張瑞雷，徐玉萍，張 瑋，陳萍萍，王麗卿

(上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306)

應(yīng)用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)上海市河流健康*

熊春暉，張瑞雷，徐玉萍，張 瑋，陳萍萍，王麗卿*

(上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海 201306)

據(jù)2011-2013年對(duì)上海市31條河流底棲動(dòng)物的調(diào)查結(jié)果，對(duì)31個(gè)生物參數(shù)進(jìn)行分布范圍、判別能力以及相關(guān)性等進(jìn)行分析，確定構(gòu)建上海市河流底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI)的4個(gè)參數(shù)：(寡毛類動(dòng)物+蛭綱)數(shù)量百分比、耐污類群分類單元數(shù)、雙翅目數(shù)量百分比和集食者分類單元數(shù)百分比.采用比值法統(tǒng)一量綱，將各個(gè)生物參數(shù)分值加和得到上海市河流B-IBI值.利用構(gòu)建的B-IBI對(duì)上海市31條河流健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：31條河流中，有4條河流處于健康狀態(tài)，8條河流處于亞健康狀態(tài)，9條河流處于一般狀態(tài)，8條河流處于較差狀態(tài)，2條河流處于極差狀態(tài)；遠(yuǎn)郊河流健康狀態(tài)最好，近郊次之，市區(qū)最差.

底棲動(dòng)物完整性指數(shù)；大型底棲動(dòng)物；城市河流；健康評(píng)價(jià)；上海市

河流系統(tǒng)是自然界最重要的生態(tài)系統(tǒng)之一；河流作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的載體，既是陸地生態(tài)系統(tǒng)生命的動(dòng)脈，也是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[1].河流系統(tǒng)具有多種功能，如泄洪、供水、輸沙、景觀、航運(yùn)、發(fā)電等[2].近年來，隨著人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響的加劇，河流生態(tài)破壞日益加重[3-5].因此，對(duì)河流系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)健康評(píng)價(jià)成為國(guó)內(nèi)外水域生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)[3-8].

生物完整性指數(shù)(index of biotic integrity， IBI)，常用來描述生物與非生物之間的關(guān)系[9-11]，并依據(jù)多個(gè)生物參數(shù)綜合反映水體的生物學(xué)狀況，進(jìn)而評(píng)價(jià)河流乃至整個(gè)流域的健康狀態(tài).最早，Karr以魚類為研究對(duì)象建立生物完整性指數(shù)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)[10]，后來逐步發(fā)展到以底棲動(dòng)物[12-14]、周叢生物[10，15]、浮游生物[16]和高等維管束植物[11]為研究對(duì)象.美國(guó)俄亥俄州環(huán)境保護(hù)局提出的無脊椎動(dòng)物指數(shù)(ICI)，是用一種相似的方法來評(píng)價(jià)無脊椎動(dòng)物的生物完整性，之后，形成了在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(Benthic-IBI，簡(jiǎn)稱B-IBI)[14]，隨后這種方法被美國(guó)、英國(guó)、加拿大、澳大利亞和南非等國(guó)家的環(huán)境保護(hù)部門廣泛應(yīng)用[17-18].

我國(guó)在B-IBI的研究和應(yīng)用起步較晚，最早由楊蓮芳等將水質(zhì)生物評(píng)價(jià)方法系統(tǒng)地介紹到我國(guó)[19].王備新等[20]以安徽黃山地區(qū)的溪流為對(duì)象，首次對(duì)B-IBI體系構(gòu)建進(jìn)行研究.之后國(guó)內(nèi)其他學(xué)者分別以大型流域、湖泊水庫和沿海水域?yàn)閷?duì)象建立了B-IBI體系[21-27].張遠(yuǎn)等[24]和李艷利等[25]分別以遼河流域和渾太河流域?yàn)檠芯繉?duì)象構(gòu)建B-IBI評(píng)價(jià)體系，對(duì)B-IBI指標(biāo)體系的構(gòu)建方法、指標(biāo)選擇和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，為我國(guó)北方河流的IBI評(píng)價(jià)提供依據(jù).在國(guó)外，Morley等[28]以普吉特灣郊區(qū)河流為研究對(duì)象，對(duì)B-IBI和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)B-IBI與城市化程度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系.Weigel等[29]以莫斯科中西部河流為研究對(duì)象構(gòu)建B-IBI體系，結(jié)果表明B-IBI值的大小受人類活動(dòng)的影響非常明顯.但眾多研究中完全以城市河流為研究對(duì)象構(gòu)建B-IBI評(píng)價(jià)體系的報(bào)道比較少見.

城市河流作為一個(gè)完整的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，為城市生活提供就近水源、減弱城市熱島效應(yīng)和洪澇災(zāi)害、景觀多樣性的組成、物種多樣性保護(hù)和人類休閑娛樂都具有重要意義.因此，本文以上海市具有代表性的31條河流為研究對(duì)象，依據(jù)B-IBI的構(gòu)建方法，建立上海市河流B-IBI體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)上海市河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為上海市河流的生態(tài)修復(fù)和管理提供依據(jù).

圖1 上海市調(diào)查河流分布Fig.1 Distribution of the sampling rivers in Shanghai City

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

上海是中國(guó)平原河網(wǎng)地區(qū)的典型城市之一，截至2006年，全市自然或人工河流已超過33127條(段)，全長(zhǎng)約有21646.6km[30]，是我國(guó)水面積比重較大、河網(wǎng)密度較高的地區(qū)之一.

本研究分別于2011-2013年5、8、11月，選取上海市31條河流(圖1)采集底棲動(dòng)物.根據(jù)河流的長(zhǎng)度、寬度和水深等特點(diǎn)在每條河流設(shè)3～4個(gè)采樣點(diǎn)，31條河流共設(shè)105個(gè)采樣點(diǎn).考慮到上海市河流的多樣性和土地利用類型的不同，將31條河流分為3種類型：一是市內(nèi)(外環(huán)路以內(nèi))河流，主要包括東上澳塘、徐家宅和黃浦江下游；二是近郊(介于外環(huán)路與環(huán)城高速之間)河流，主要包括大治河、錢中河、大泖港、黃浦江中上游等14條河流；三是遠(yuǎn)郊(環(huán)城高速以外)河流，主要包括斜塘、中橫港、萬平河等14條河流.

1.2 樣品采集與分析方法

選用面積為1/16m2改良型彼得森采泥器，每個(gè)樣點(diǎn)采集2次，將底泥倒入60目的篩絹網(wǎng)兜內(nèi)，篩洗后將剩余物倒入1L聚乙烯塑料瓶中，用4%～10%的福爾馬林溶液固定后帶回實(shí)驗(yàn)室，再用80目樣篩洗去污泥，放入白瓷盤中挑出標(biāo)本，然后在顯微鏡下鑒定，標(biāo)本盡量鑒定到種[31-32].

水質(zhì)理化指標(biāo)測(cè)定，分現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)兩部分進(jìn)行：水溫(WT)、酸堿度(pH)、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、鹽度等指標(biāo)采用YSI(Pro-plus)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定；透明度(SD)利用塞氏盤現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，水深用BW17-SFCC-手持式超聲波水深儀測(cè)定.另采集1L混合水樣帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定總磷(TP)、總氮(TN)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)和葉綠素a(Chl.a)濃度等指標(biāo)[33].

將每條河流各點(diǎn)調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)求平均值，然后將2011-2013年(5、8、11月)各河流的數(shù)據(jù)求平均值，即將每條河流作為獨(dú)立的樣本進(jìn)行候選生物指標(biāo)的計(jì)算，所有數(shù)據(jù)均在Excel 2007軟件中進(jìn)行預(yù)處理，用SPSS 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，箱型圖用Origin Pro 8.5軟件進(jìn)行分析.

1.3 參照點(diǎn)的確定

參照點(diǎn)和干擾點(diǎn)的確定是建立底棲動(dòng)物完整性指數(shù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的首要條件.Morley和Blocksom等按干擾程度大小可分為無干擾樣點(diǎn)、干擾極小樣點(diǎn)和干擾樣點(diǎn)[34-35].由于上海市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密集，找到無干擾樣點(diǎn)或者干擾極小樣點(diǎn)作為參照點(diǎn)很困難.因此，結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有的研究成果，結(jié)合河道的實(shí)際情況確定了參照點(diǎn)選擇的兩個(gè)原則：一是百分比模式相似性指數(shù)(PMA)≥50[36-37]；二是水質(zhì)綜合標(biāo)準(zhǔn)在Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)以上.按照上述原則，從31條河流中最終確定5條河流作為參照點(diǎn)，分別是崇明島的中心河、萬平河、琵鷺河及金山區(qū)的勇敢河和斜涇港，其余的作為干擾點(diǎn).

1.4 候選指標(biāo)的篩選以及分布范圍分析

根據(jù)本研究調(diào)查數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[38]，選取能夠代表環(huán)境變化對(duì)目標(biāo)生物(個(gè)體、種群、群落)數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響的生物指標(biāo)作為候選指標(biāo)，包括個(gè)體數(shù)量、分類單元數(shù)、腹足綱數(shù)量百分比、耐污類群分類單元數(shù)、BI值和集食者數(shù)量百分比等31個(gè)生物指標(biāo)(表1).然后將這些候選指標(biāo)進(jìn)行篩除，對(duì)隨著干擾增強(qiáng)而值變小的一類指數(shù)，如果指數(shù)值過小，說明受干擾后的可變范圍比較窄，不宜構(gòu)建B-IBI指數(shù)體系，將其刪除；同理，隨著干擾增強(qiáng)而值變大的指數(shù)，如果指數(shù)值過大，也不宜構(gòu)建.另外如果指數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差大，說明也不適宜.

1.5 判別能力

根據(jù)Barbour等[39]的篩選原則和評(píng)價(jià)方法，對(duì)所有樣點(diǎn)的25%～75%分位數(shù)的范圍進(jìn)行比較，即箱體IQ的重疊情況，并分別賦予不同的值.箱體沒有重疊的IQ為3；部分重疊的，但各自中位值都在對(duì)方箱體范圍之外的IQ為2；僅一個(gè)中位值在對(duì)方箱體范圍之內(nèi)的IQ為1；各自中位值都在對(duì)方箱體之內(nèi)的IQ為0.選擇IQ≥2的參數(shù)進(jìn)一步分析.

1.6 相關(guān)性分析

對(duì)于剩余的參數(shù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，對(duì)于符合正態(tài)分布的生物參數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，而不符合的則進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，根據(jù)相關(guān)性顯著水平確定生物指標(biāo)間的信息重疊程度，采用Maxted標(biāo)準(zhǔn)，如果2個(gè)指數(shù)間顯著相關(guān)，即|r|>0.75，則表明2個(gè)指數(shù)間所反映的信息大部分是重疊的，選擇一個(gè)即可[39].

1.7 評(píng)價(jià)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化

目前常用的分值計(jì)算方法有3種：3分法、4分法和比值法[39]，其中比值法是國(guó)內(nèi)外最常用的方法.王備新等[20]對(duì)這3種方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)比值法明顯優(yōu)于其它2種方法.因此，本研究采用比值法計(jì)算生物指數(shù)值.具體方法是對(duì)于受到干擾越強(qiáng)則指數(shù)值越小的指數(shù)，以95%分位數(shù)值為最佳期望值，各點(diǎn)指數(shù)分值等于樣點(diǎn)的指數(shù)值除以95%分位數(shù)值；對(duì)于受干擾越強(qiáng)則指數(shù)值越大的指數(shù)，則以5%分為數(shù)值為最佳期望值.計(jì)算公式分別為：

BIm=Xm/X0.95

(1)

BIm=(Xmax-Xm)/(Xmax-X0.05)

(2)

式中，BIm為第m個(gè)樣點(diǎn)生物指數(shù)的計(jì)算分值，Xmax為第m個(gè)樣點(diǎn)中的最大生物指數(shù)值，Xm為第m個(gè)樣點(diǎn)的生物指數(shù)值，X0.95為第m個(gè)樣點(diǎn)中的95%分位生物指數(shù)值，X0.05為第m個(gè)樣點(diǎn)中的5%分位生物指數(shù)值.

表1 構(gòu)建B-IBI指標(biāo)體系的生物參數(shù)對(duì)干擾的反應(yīng)

1.8 健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

將計(jì)算后的指數(shù)分值求和，即獲得B-IBI指數(shù)值.界定河流健康與非健康的標(biāo)準(zhǔn)是參照點(diǎn)底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)值的25%分位值，如果樣點(diǎn)B-IBI大于參照點(diǎn)B-IBI的25%分位值，則說明該樣點(diǎn)相對(duì)健康，其所受到的人類干擾相對(duì)較小；而對(duì)B-IBI值小于參照點(diǎn)B-IBI值的25%分位數(shù)值的樣點(diǎn)，則利用四等分法將0到參照點(diǎn)25%分位值之間的范圍分為4等分，即健康、亞健康、一般、較差、極差5個(gè)等級(jí).

2 結(jié)果與分析

本研究9次調(diào)查共采集底棲動(dòng)物71種，隸屬于3門7綱27科，其中軟體動(dòng)物門2綱8科22種，占總種數(shù)的31%；環(huán)節(jié)動(dòng)物門3綱9科19種，占總種數(shù)的26.8%；節(jié)肢動(dòng)物門2綱10科30種，昆蟲綱21種，占總種數(shù)的29.5%，甲殼綱9種，占總種數(shù)的12.7%.

2.1 分布范圍分析

計(jì)算31個(gè)生物參數(shù)在4個(gè)參照點(diǎn)的分布情況，即25%～75%分位數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差太大以及分布范圍太大或者太小的參數(shù)都不適宜構(gòu)建B-IBI指數(shù).通過分析表明：M2、M3、M4、M7、M12、M13、M14、M15、M27和M31這10個(gè)生物參數(shù)隨著干擾強(qiáng)度的增強(qiáng)，其值的可變動(dòng)范圍非常窄，因此，不合適參與構(gòu)建B-IBI指標(biāo)體系.而M1標(biāo)準(zhǔn)差過大，同樣不考慮(表2).對(duì)剩余的20個(gè)生物參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步分析.

表2 31個(gè)生物參數(shù)值在5個(gè)參照點(diǎn)中的分布情況

2.2 判別能力分析

根據(jù)IQ值的評(píng)定方法，對(duì)剩余的20個(gè)生物參數(shù)進(jìn)行箱型圖(圖2)分析，結(jié)果表明：M20、M21、M22、M23、M24、M25和M26的IQ值為1或0，所以將其刪除，剩余的13個(gè)生物參數(shù)進(jìn)入下一步分析.

圖2 候選生物參數(shù)在參照點(diǎn)和干擾點(diǎn)的箱線圖Fig.2 Box-plots of candidate metrics between reference and impaired sites

2.3 相關(guān)性分析

對(duì)剩余的13個(gè)生物參數(shù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果表明均符合正態(tài)分布，計(jì)算其Pearson相關(guān)系數(shù)(表3).在反映群落種類組成中的M5、M6、M10、M16、M17和M18之間呈顯著相關(guān)，其中包含的信息重疊，而M6中包含的信息更豐富，故保留；同理，M8、M9和M11之間呈顯著相關(guān)，保留M9.在反映營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的M29和M30之間呈顯著相關(guān)，應(yīng)保留M30，然而雖然M30與M28無顯著相關(guān)性，但是M30所含的信息包含M28，故保留M30.在反映生物耐受性中僅剩下M19，雖然與M6、M9和M30之間有一定的相關(guān)性，但M19是唯一保留有關(guān)生物耐受性信息的參數(shù)，包含生物耐受性的部分信息，故保留.根據(jù)以上生物指數(shù)的篩選方法，最終確定M6、M9、M19和M30共4個(gè)生物參數(shù)作為計(jì)算B-IBI的指標(biāo)體系.

表3 13個(gè)生物參數(shù)間的Pearson相關(guān)分析結(jié)果

**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

2.4 分值計(jì)算

表4 比值法計(jì)算4個(gè)生物參數(shù)分值的公式

Tab.4 Formulas for calculating four biological metrics by ratio scoring method

生物參數(shù)分值計(jì)算公式M6(1-M6)/0.79M9M9/0.5M19(7-M19)/6M30(1-M30)/0.46

根據(jù)各生物參數(shù)值在所有樣點(diǎn)的分布，使用比值法計(jì)算公式(表4)計(jì)算各樣點(diǎn)的B-IBI值.

圖3 利用B-IBI評(píng)價(jià)上海市河流健康狀況Fig.3 Health status of rivers in Shanghai City assessed by B-IBI

2.5 確定健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

將計(jì)算后的指數(shù)分值加和，即得到B-IBI指數(shù)值.用參照點(diǎn)25%分位數(shù)值作為健康標(biāo)準(zhǔn)，大于該值的樣點(diǎn)均為健康狀態(tài)，小于該值的分布范圍進(jìn)行4等分，確定上海市河流的B-IBI指數(shù)值的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，B-IBI>2.69為健康，2.02～2.69為亞健康，1.35～2.02為一般，0.67～1.35為較差，B-IBI<0.67為極差.根據(jù)此評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上海市31條河流底棲動(dòng)物完整性的狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)(圖3).結(jié)果表明：31條河流中，有4條河流處于健康狀態(tài)，占12.9%；8條河流處于亞健康狀態(tài)，占25.8%；9條河流處于一般狀態(tài)，占29%；8條河流處于較差狀態(tài)，占25.8%；2條河流處于極差狀態(tài)，占6.5%.

上海市內(nèi)的3條河流中有2條處于極差狀態(tài)，1條處于一般狀態(tài)，可能與該地區(qū)人口密集，受到城市污水等點(diǎn)源的污染比較嚴(yán)重有關(guān)；近郊的14條河流中有5條處于亞健康狀態(tài)，3條處于一般狀態(tài)，6條處于較差狀態(tài)，該區(qū)域健康狀況有所改善，可能與該區(qū)域河流人口密度相對(duì)于市內(nèi)較小，污染較小有關(guān).遠(yuǎn)郊的14條河流中有4條處于健康狀態(tài)，3條處于亞健康狀態(tài)，5條處于一般狀態(tài)，2條處于較差狀態(tài)，相對(duì)于以上2個(gè)區(qū)域健康狀況有所提升.整體呈現(xiàn)出遠(yuǎn)郊區(qū)域河流健康好于近郊，市內(nèi)最差.

2.6 B-IBI與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

K-S檢驗(yàn)結(jié)果表明，11項(xiàng)理化指標(biāo)均符合正態(tài)分布，采用Pearson相關(guān)分析的結(jié)果(表5)表明，B-IBI與SD和DO濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與TN、TP和Chl.a濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，而與CODMn、溫度、pH值、水深等相關(guān)性不顯著(P>0.05).SD、Chl.a、TN和TP濃度均是表征水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)[40]，初步認(rèn)定上海市河流B-IBI與水體富營(yíng)養(yǎng)化程度呈顯著相關(guān).

表5 B-IBI值與理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

2.7 各季度B-IBI體系的生物參數(shù)和健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

通過對(duì)各季度B-IBI體系的構(gòu)建，結(jié)果表明構(gòu)建春、夏和秋季B-IBI體系的生物參數(shù)均為2個(gè)，春季為物種豐富度中的M2和生物耐受性中的M22，夏季為種類組成中的M8和生物耐受性中的M24，秋季為種類組成中的M8和生物耐受性中的M23；全年生物參數(shù)為4個(gè)，分別為種類組成中的M6和M9、生物耐受性中的M19和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)中的M30.各季節(jié)B-IBI健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值基本相同(表6)，春季健康標(biāo)準(zhǔn)為>1.08，夏季為>1.20，秋季為>1.25，而全年的B-IBI健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)則為>2.69.

從構(gòu)建B-IBI體系的生物參數(shù)看，利用全年的數(shù)據(jù)構(gòu)建B-IBI體系的生物參數(shù)所包含的信息要多于單個(gè)季節(jié)生物參數(shù)；從B-IBI健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)看，利用全年的數(shù)據(jù)構(gòu)建的B-IBI體系中，健康標(biāo)準(zhǔn)要高于單個(gè)季節(jié).

3 討論

3.1 季節(jié)變化對(duì)B-IBI體系的影響

在國(guó)內(nèi)眾多研究中，大多數(shù)學(xué)者都依據(jù)一個(gè)季度的底棲生物對(duì)整個(gè)水域進(jìn)行健康評(píng)價(jià)[20-27]，越來越多的研究者意識(shí)到采用多個(gè)季節(jié)或年際間的數(shù)據(jù)，將有助于提高所構(gòu)建的完整性指數(shù)的可靠性[41-44].國(guó)外Astin在建立河流底棲動(dòng)物完整性指數(shù)時(shí)認(rèn)為，將同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同季節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理是有必要的[45].但Burton等[46]和Gerritsen等[47]研究發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)單獨(dú)建立一個(gè)底棲動(dòng)物完整性指數(shù)沒有必要，因?yàn)榇杭竞颓锛镜讞珓?dòng)物樣本的相似度很高.

表6 各季節(jié)B-IBI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究中分別利用全年與各個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)構(gòu)建B-IBI體系，比較發(fā)現(xiàn)，利用全年數(shù)據(jù)構(gòu)建的B-IBI體系中生物指標(biāo)所包含的信息要多于單個(gè)季節(jié)，其健康狀態(tài)的指數(shù)值大于單個(gè)季節(jié)的.各季節(jié)的健康標(biāo)準(zhǔn)基本相同，健康狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)值都在1.20左右，各季度的健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要明顯高于全年的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果為上海市河流基本處在較差和極差狀態(tài).本研究的結(jié)果表明，季節(jié)變動(dòng)對(duì)同一水域B-IBI體系的生物參數(shù)構(gòu)成和健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有影響，但本研究沒有分析各個(gè)季節(jié)的底棲動(dòng)物群落自然演替的差異性，并且缺少冬季期間對(duì)構(gòu)建B-IBI體系的影響，所以季節(jié)變動(dòng)對(duì)構(gòu)建B-IBI體系影響的程度，有待進(jìn)一步的研究.

3.2 B-IBI的適用性

大型底棲動(dòng)物的群落特征及空間分布與諸多環(huán)境因子具有密切關(guān)系，所以在應(yīng)用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)河流健康狀態(tài)時(shí)，要注意與其他評(píng)價(jià)因子如水文、河道形態(tài)、水質(zhì)理化指標(biāo)相結(jié)合.Llansó等[48]指出健康評(píng)價(jià)的最終結(jié)果應(yīng)將底棲生物群落狀況與主要脅迫因子聯(lián)系起來，以提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和適用性.同時(shí)，B-IBI指數(shù)受到自然地貌的影響也比較大，在美國(guó)馬里蘭州的B-IBI應(yīng)用體系中，就將溪流分為海岸平原、內(nèi)地平原、東部高原、山地丘陵等4種不同的類型[49].在不同的地理區(qū)或生態(tài)區(qū)，底棲動(dòng)物的組成不同，構(gòu)建的B-IBI生物參數(shù)也不同，例如王備新等[20]以安徽黃山地區(qū)的溪流為對(duì)象，構(gòu)建的B-IBI指標(biāo)體系僅適用于長(zhǎng)江中下游地區(qū)的溪流.根據(jù)傅伯杰等的《中國(guó)生態(tài)區(qū)劃方案》[50]，本研究所有樣點(diǎn)均屬于長(zhǎng)江三角洲城鎮(zhèn)及城郊農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)，避免因樣點(diǎn)來自不同生態(tài)區(qū)對(duì)B-IBI及其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的影響.

環(huán)境狀況不同的水域，參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)不同，造成健康的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有很大差異(表7).如西苕溪溪流屬于山區(qū)溪流，河流異質(zhì)性和生物多樣性較高，水質(zhì)較好，參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)比較高，標(biāo)準(zhǔn)為田地土地利用率小于6%，居民土地利用率小于0.2%，森林覆蓋率大于90%，棲境指數(shù)大于75；然而，遼河流域有一部分河流位于城市，河流受到一定程度的污染，參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)較低，標(biāo)準(zhǔn)為水質(zhì)在Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)以上，樣點(diǎn)上游無點(diǎn)污染源，樣點(diǎn)周圍無村莊、上游兩側(cè)1000m內(nèi)無農(nóng)田.參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)不同所建立的B-IBI健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，西苕溪溪流的參照點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)較高，得出健康狀態(tài)的B-IBI值大于0.69，健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格；而遼河流域的參照點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，得出健康狀態(tài)的B-IBI值>3.66就可以，健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較低.本研究河流完全屬于城市內(nèi)河，受污染相對(duì)較嚴(yán)重，水質(zhì)大多處于Ⅳ～Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，甚至有的達(dá)到劣Ⅴ類，生物多樣性較低，底棲動(dòng)物大多數(shù)都是耐污能力較強(qiáng)的種類[54]，參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)較低，得出的健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較低，與實(shí)際情況有一些差異，但是在一定程度上還是能夠反映上海市不同河流的健康狀況.不同的健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所構(gòu)建的B-IBI體系的生物參數(shù)也會(huì)有所不同，西苕溪溪流B-IBI體系的生物指標(biāo)分別是分類單元數(shù)、EPT分類單元數(shù)、鞘翅目%、前3位優(yōu)勢(shì)種分類單元數(shù)%、(紋石硪科/毛翅目)%、濾食者%和BI指數(shù)；安徽黃山地區(qū)溪流B-IBI體系的生物指標(biāo)分別是總分類單元數(shù)、EPT分類單元數(shù)、前3位優(yōu)勢(shì)種分類單元數(shù)%、粘附者%、敏感類群%和BI指數(shù)；渾太河流域B-IBI體系的生物指標(biāo)分別是EPT分類單元數(shù)、優(yōu)勢(shì)分類單元個(gè)體相對(duì)豐度、耐污類群分類單元數(shù)、敏感類群相對(duì)豐度和Shannon-Wiener多樣性指數(shù).西苕溪溪流和安徽黃山地區(qū)溪流均位于山區(qū)，生物參數(shù)基本上都是由敏感類群所構(gòu)成，而渾太河流域有一部分流經(jīng)城市，部分生物指標(biāo)由耐污類群所構(gòu)成.本研究對(duì)象完全位于城市，河流的健康受人類活動(dòng)的影響比較大，生物指標(biāo)基本上與耐污類群有關(guān)，由于大部分河流污染較嚴(yán)重，有些耐污的種類已達(dá)到了環(huán)境污染的最大限度，導(dǎo)致耐污類群分類單元數(shù)降低，干擾點(diǎn)的耐污類群分類單元數(shù)低于參照點(diǎn)，造成耐污類群分類單元數(shù)隨干擾的增加而降低.如，在2011年調(diào)查的參照點(diǎn)中，斜涇港的耐污類群共4種，分別為霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)、銅銹環(huán)棱螺(Bellamyaaeruginosa)、中國(guó)長(zhǎng)足搖蚊(Tanypuschinensis)和黃色羽搖蚊(Chironomusflaviplumus)，而干擾點(diǎn)李腰涇只有霍甫水絲蚓和銅銹環(huán)棱螺2種，基本上所有干擾點(diǎn)的耐污類群分類單元數(shù)都要少于參照點(diǎn)，這與候選生物指標(biāo)中給出的隨干擾增加而增加的標(biāo)準(zhǔn)不一致，從而影響B(tài)-IBI體系的建立.

表7 B-IBI與參照點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)比較

綜上所述，不同研究對(duì)象的棲息環(huán)境不同，構(gòu)建B-IBI體系時(shí)參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)也不同，造成健康評(píng)價(jià)體系的生物參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)有所不同.這種差異性使B-IBI的應(yīng)用受到一定的限制，某一研究水體所構(gòu)建的B-IBI體系只能應(yīng)用于與該研究對(duì)象環(huán)境狀況類似的地區(qū)，不同環(huán)境狀況的水域需要構(gòu)建符合該地區(qū)的B-IBI體系，從而更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)河流的健康狀況.所以在應(yīng)用B-IBI指數(shù)評(píng)價(jià)城市內(nèi)河健康時(shí)，不但要選擇更加合適的參照點(diǎn)，而且要考慮到隨著干擾強(qiáng)度的加強(qiáng)對(duì)生物指標(biāo)的影響趨勢(shì)，從而建立更加符合本地區(qū)的B-IBI體系.另外，本研究對(duì)上海市河流B-IBI和水環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行初步分析，得出評(píng)價(jià)結(jié)果與水質(zhì)具有顯著的相關(guān)性，初步推斷該地區(qū)河流B-IBI與水體富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān).水體較高程度的富營(yíng)養(yǎng)化使得水質(zhì)變差，底棲動(dòng)物敏感種類減少，生物完整性下降，可能對(duì)構(gòu)建B-IBI體系有一定的影響.

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所蔡永久助理研究員在論文修改方面給予極大的指導(dǎo)和幫助.

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Health assessment on rivers in Shanghai City using benthic index of biotic integrity

XIONG Chunhui， ZHANG Ruilei， XU Yuping， ZHANG Wei， CHEN Pingping & WANG Liqing

(CollegeofFisheriesandLifeScience，ShanghaiOceanUniversity，Shanghai201306，P.R.China)

Form 2011 to 2013， benthic macro-invertebrate assemblages were sampled from 31 rivers in Shanghai City. The analyses of the range of index value distribution， judgment ability and Pearson correlation were analyzed on 31 candidate metrics. Four biological metrics including relative percentage of Oligochaeta and Hirudinea， number of tolerant taxa， percentage of Diptera number and percentage of collector taxa richness were selected for establishing Benthic Integrated Biotic Index (B-IBI).The values of metric were calculated by ratio scoring method， and B-IBI was obtained by combining all those 4 indices.According to these established criteria， results showed that among 31 rivers of Shanghai City， 4 rivers were healthy， 4 rivers were sub-healthy， 9 rivers were good-fair， 8 rivers were fair， 2 rivers were poor. The health status was best in rural rivers， followed by suburban rivers， and worst in downtown rivers.

Benthic Integrated Biotic Index； macrozoobenthos； urban river； health assessment; Shanghai City

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(6)： 1067-1078

DOI 10.18307/2015.0611

?2015 byJournalofLakeSciences

*上海市水務(wù)局“十二五”河道生態(tài)治理技術(shù)指南研究及編制項(xiàng)目(滬水科2011-07)和上海市水務(wù)局重要河湖健康評(píng)估項(xiàng)目聯(lián)合資助.

2014-10-11收稿；2015-03-13收修改稿.

熊春暉(1987～)，男，碩士研究生；E-mail：xchshou@hotmail.com.

**通信作者；E-mail：lqwang@shou.edu.cn.