摘要：在金沙江下游梯級電站投產(chǎn)前開展生物完整性評價，為梯級水庫水生態(tài)健康評價、預警管理和生態(tài)修復評估提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐。2017—2018年對金沙江下游干流30個采樣點（參照點5個，觀測點25個）進行4次野外調(diào)查，共鑒定出86種（屬）浮游植物，具備較高的物種多樣性。以硅藻-綠藻-藍藻型為主，主要優(yōu)勢類群隸屬硅藻門，保持著天然河流浮游植物組成特征。基于浮游生物完整性指數(shù)（P-IBI），對4類27個初選指標進行分布范圍檢驗、判別能力檢測和相關(guān)性分析，構(gòu)建了總分類單元數(shù)、藍藻門分類單元數(shù)、硅藻門分類單元占比、硅藻門細胞密度和綠藻門細胞密度占比等5個核心參數(shù)組成的金沙江下游浮游植物生物完整性評估體系。以參照點參數(shù)25%分位數(shù)法確定評價標準：P-IBIgt;3.81，健康；3.04～3.81，亞健康；2.67～3.03，一般；2.28～2.66，較差；P-IBIlt;2.28，極差。評估結(jié)果顯示金沙江下游河流生態(tài)整體處于較差水平，豐水季各樣點健康狀態(tài)優(yōu)于枯水期，可較好地反映梯級電站投產(chǎn)前關(guān)鍵時期河流健康狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：浮游植物；生物完整性指數(shù)；生態(tài)健康評價；梯級水庫；金沙江下游

中圖分類號：Q948.8" " " " 文獻標志碼：A" " " " 文章編號：1674-3075（2025）01-0011-09

生物完整性指數(shù)（index of biological integrity，IBI）主要以生物類群指標表征其依存的生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)（Karr，1981），是目前應用較廣的水域健康評價指數(shù)（Kerans amp; Karr，1994；Christophera et al，2003）。浮游植物IBI（P-IBI）在湖泊（Kane et al，2009）、水庫（Li et al，2013a）、飲用水源地（沈強等，2012）和河流（譚巧等，2017）等水體評價中有大量實踐案例，由于P-IBI評價可迅速靈敏地反映水生態(tài)系統(tǒng)變化和初級生產(chǎn)者狀況等優(yōu)勢，在指示水污染程度、預測水質(zhì)狀況和衡量短期內(nèi)人為干擾等方面具備巨大應用價值。

攀枝花至宜賓768 km的金沙江下游河段，地處四川盆地與云貴高原的過渡地帶，流域面積21.4萬km2（Yang et al，2021）。金沙江下游是我國規(guī)劃最大的水電基地和“西電東送”重要電源基地，兼顧長江上游水源涵養(yǎng)、防風固沙和生物多樣性保護等重要生態(tài)屏障功能，其生態(tài)質(zhì)量直接影響長江流域及全國廣大區(qū)域，逐漸成為國內(nèi)外學者研究的熱點地區(qū)之一。金沙江下游及長江上游開展了浮游生物群落結(jié)構(gòu)、多樣性評價等研究（高琦等，2019；魏志兵等，2020），但未見浮游植物完整性指數(shù)相關(guān)報道。由于各地區(qū)浮游植物群落存在差異，面臨的環(huán)境壓力也有所不同，因此完整性指數(shù)在新區(qū)域應用時需因地制宜設(shè)定體系和標準。在金沙江下游梯級電站投產(chǎn)前的關(guān)鍵時期，采用生物完整性指數(shù)評價河流生態(tài)健康，具有重要的現(xiàn)實意義與科學價值，可為梯級水庫水生態(tài)健康維護、預警管理和生態(tài)修復提供技術(shù)支撐。

1" "材料與方法

1.1" "評價河段的選定與設(shè)計

依據(jù)歐盟水框架指令的采樣設(shè)計規(guī)范（馬丁·格里菲斯，2008），依次在各水庫上游、庫中和壩前設(shè)點，共計30個點位（圖1和表1），其中觀測點25個，參照點5個。研究區(qū)域6—11月為豐水季，12月—翌年5月為枯水季，為保證樣品的代表性和均一性，分別于2017年春夏季（4月28日—5月3日）、秋冬季（10月24日—11月13日）和2018年夏季（5月4日—5月30日）、秋冬季（9月24日—10月13日）開展多次調(diào)查，樣品統(tǒng)計：30個樣點×2年×2季×3個重復（左、中、右），共360個。

1.2" "采樣方法

浮游植物定性樣品：以25號浮游生物網(wǎng)水面下0.5 m處勻速“∞”形拖動5～10 min，收集物經(jīng)魯哥氏液固定后在光學顯微鏡下鑒定。浮游植物定量樣品：采集1.5 L水樣，按1.5%體積比加入魯哥氏液固定（Christophera et al，2003），室內(nèi)靜置沉降16～24 h，虹吸去除上清定容至30 mL，搖勻后取0.1 mL樣品于計數(shù)框內(nèi)視野法計數(shù)并鑒定種類。

1.3" "生物完整性評價流程

1.3.1" "參照點的選擇" "依據(jù)干擾程度最小系統(tǒng)法（高琦等，2019），并結(jié)合本底調(diào)查結(jié)果，設(shè)定以下條件篩選參照點：（1）個體Shannon多樣性指數(shù)≥2；（2）藻細胞密度低于200萬個/L，且優(yōu)勢種為非水華藻；（3）樣點水域無航道、養(yǎng)殖和娛樂功能。

1.3.2" "指標的確定" "對比國內(nèi)外浮游植物生物完整性指數(shù)評價實踐（沈強等，2012；Ruaro amp; Gubiani，2013），初選應用廣泛且采用頻率高的參數(shù)。考慮流域特點和現(xiàn)場采樣限制條件，對難以獲取數(shù)據(jù)、內(nèi)涵不明確和標準不統(tǒng)一的參數(shù)進行剔除。

1.3.3" "核心參數(shù)的篩選" "P-IBI核心參數(shù)篩選主要包括3個步驟：分布范圍檢驗、判別能力檢測和參數(shù)間相關(guān)性分析。其中分布范圍檢驗主要是統(tǒng)計參數(shù)在采樣點中分布頻率，若分布范圍過窄或者存在零值過多（≥95%），則剔除候選參數(shù)；判別能力的篩選是比較各候選指標在參照點位和受損點位的數(shù)值在25%～75%分位數(shù)內(nèi)重疊的情況，利用箱體圖進行判別（殷旭旺等，2012）；相關(guān)性分析主要檢驗候選參數(shù)間的獨立性，利用Pearson相關(guān)性分析（參數(shù)符合正態(tài)分布），剔除相關(guān)性較高的參數(shù)（|r|gt;0.75）。

1.3.4" "指標的計分及評價標準" "按比值法對指標進行量綱統(tǒng)一：對干擾越強、值越低的指標，以采樣點95%分位數(shù)為最佳期望值，分值計算方式見式①；對于干擾越強、值越高的指標，則以采樣點5%分位數(shù)為最佳期望值，計算方式見式②。P-IBI的分布范圍為0～1，若大于1，則都記為1。核心參數(shù)分值累加得到采樣點的P-IBI總得分。

Vij = Vij，a/Vj，exp" " " " " " " " " " " " " " " " " "①

Vij = （Vj，max－Vij，a）/（Vj，max－Vj，exp）" " " " "②

式中：Vij為第i采樣點第j指標的分值，Vij，a為第i采樣點第j指標的實際值，Vj，exp為第j指標的最佳期望值，Vj，max為第j指標在所有采樣點中的最大值。

以參考點P-IBI值25%分位數(shù)作為健康評價的標準，對小于25%分位值的分布范圍進行等分，確定出健康、亞健康、一般、較差、極差等5個健康等級。

1.4" "數(shù)據(jù)分析與處理

參數(shù)分布范圍檢驗和相關(guān)性分析等統(tǒng)計在SPSS 19.0中進行（Arbuckle，2010），判別能力檢驗的統(tǒng)計分析與可視化在R 4.0.3軟件上實現(xiàn)，采樣點分布圖在ArcMap 10.7上完成（Kneissl et al，2011）。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征

共鑒定浮游植物86種，種群結(jié)構(gòu)基本為硅藻-綠藻-藍藻型，其中硅藻門43種，綠藻門18種，藍藻門7種，甲藻門3種，隱藻門6種，金藻門2種（圖2）。硅藻種類最多，占總種類數(shù)的50%；其次是綠藻，占總種類數(shù)的21%；再次是藍藻，占總種類數(shù)的8%。多次監(jiān)測到的種類數(shù)較接近，各采樣點平均種類數(shù)為32種。2017—2018年秋冬季種類均為49種，秋冬季種類相對春夏季略低。

2.2" "金沙江下游浮游植物完整性評價

2.2.1" "候選參數(shù)分布范圍檢驗" "根據(jù)IBI理論和框架，初選物種多樣性、物種豐度、均勻性和耐污能力4類27個候選指標（表2）。M6和M16在超過95%的樣點得分均為零，M18、M19、M26等參數(shù)在各評價河段間的差異小于10%，均未通過分布范圍檢驗。

2.2.2" "鑒別能力檢驗" "依據(jù)參照點篩選標準，有S3、S5、S7、S12和S19等5個樣點符合標準，故設(shè)為參照點，其余25個樣點為受損點。M4、M7、M8、M10、M14、M15、M22～M25箱體IQlt;2未通過判別能力檢驗，其余參數(shù)在參照點與受損點間有顯著差異，可進入下一步分析（圖3）。

2.2.3" "參數(shù)間Pearson相關(guān)性分析" "表3顯示，M1與M2、M2與M9、M1與M11、M20與M21等之間相關(guān)性較高，M11、M12、M13、M20和M27等參數(shù)至少與其他2個以上參數(shù)存在高度相關(guān)性。M1較M2更易操作，故剔除M2。以往IBI評價體系研究中，M12較M9、M21較M20采用頻度較高。為保證系統(tǒng)的代表性和適用性，取消M2、M9、M11～13、M20和M27。

2.3" "P-IBI指標的計算及評價標準

最終篩選出5個核心參數(shù)：總分類單元數(shù)（M1）、藍藻門分類單元數(shù)（M3）、硅藻門分類單元數(shù)占比（M5）、硅藻門細胞密度（M17）和綠藻門細胞密度占比（M21）。利用比值法統(tǒng)一參數(shù)量綱，對于干擾越強參數(shù)值越低的，以該參數(shù)在所有樣本95%分位數(shù)值作為最佳值，該參數(shù)分值等于參數(shù)值除以最佳值；干擾越強值越高的，以5%分位數(shù)值作為最佳值，參數(shù)計算方法為：（最大值-參數(shù)值）/（最大值-最佳值）。將各參數(shù)分值累加得到P-IBI，以參考點P-IBI值25%分位數(shù)作為健康評價的標準。若位點的指數(shù)值大于25%分位數(shù)，則表示該位點受到的干擾很小。P-IBI評價指標分布范圍和賦分標準見表4，評估等級見表5。

2.4" "金沙江下游P-IBI健康狀況

豐水季金沙江下游健康樣點1個（占總樣點數(shù)的3%），亞健康樣點4個（13%），一般樣點9個（30%），較差樣點8個（27%），極差樣點8個（27%）?？菟緛喗】禈狱c5個（16%），一般樣點8個（27%），較差樣點8個（27%），極差樣點9個（30%）。綜合各參數(shù)指標，金沙江下游整體處于較差等級，宜賓段處于一般等級，豐水季各樣點健康狀態(tài)優(yōu)于枯水期（表6）。

3" "討論

3.1" "浮游植物群落特征影響因素

金沙江下游干流共鑒定出86種（屬）浮游植物，相比高琦等（2019）和魏志兵等（2020）調(diào)查的52種和100種，推測差異源于采樣數(shù)量、次數(shù)、位置及時間等因素的影響。金沙江下游干流浮游植物多樣性較高，以硅藻-綠藻-藍藻型為主，硅藻門種類仍是主要優(yōu)勢類群，與天然河流中以硅藻門為主的理論相符（Devercelli amp; O’Farrell，2013）。本研究調(diào)查期間，烏東德、白鶴灘水電站正處于施工階段，銀江水電站在建中，緊鄰上游金沙水電站已完成首臺機組發(fā)電，烏東德、白鶴灘和銀江水電站均尚未投入運行（彭才喜等，2020），部分河段處于河流和過渡狀態(tài)，流域整體呈“河流型—過渡型—水庫型”高度混合水體（Zerlin amp; Henry，2014）。高度復雜的自然環(huán)境，為硅藻門種類提供了足夠的生態(tài)空間，此外水生態(tài)系統(tǒng)具備維持其自身狀態(tài)的潛力，浮游生物群落仍保持著天然河流特性。與歷史資料相比，硅藻門種類占比有所增加，但增幅不及綠藻門、藍藻門（Yin et al，2012），推測可能與水利工程開發(fā)前期帶來的水文情勢變化有關(guān)（Zhang et al，2018），已建的烏江和瀾滄江梯級電站（龍勝興和陳椽，2009；Li et al，2013b）評價的結(jié)果也佐證了這一現(xiàn)象。此外豐水季和枯水季浮游生物組成也存在較大的差別，浮游植物群落季節(jié)演替明顯（Sommer et al，2012）。魏志兵等（2020）對比了本研究區(qū)春秋季浮游植物，也發(fā)現(xiàn)密度、生物量和種類數(shù)春季均大于同年秋季。相關(guān)研究（高琦等，2019；魏志兵等，2020）表明，浮游植物種群狀態(tài)與河流透明度、含沙量等因素季度變化有關(guān)。

3.2" "參照狀態(tài)的選擇依據(jù)

國際上對健康河流的內(nèi)涵尚未明確，常強調(diào)在沒有人類干預情況下的歷史狀態(tài)，因此生物基準狀態(tài)選定水域曾達到的水平（Karr，1981）。目前本研究區(qū)浮游生物調(diào)查數(shù)據(jù)年限差異較大且多為片段化的籠統(tǒng)記錄，歷史數(shù)據(jù)無法滿足IBI評價基準制定需求。河流除了保持生態(tài)學的完整性，還應兼顧社會服務功能。水電開發(fā)主要生產(chǎn)清潔可再生能源，可在優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能減排等方面發(fā)揮重要的作用，同時兼顧防洪、供水及航運等綜合利用效益（Li et al，2013a）。此類水體參照態(tài)設(shè)定存在諸多爭議，參照點的選取對于完整性評估起到導向性和決定性作用，直接關(guān)系到保護規(guī)劃和流域管理策略。歐美針對此類符合公眾利益的水體，常選擇降低人造水體（如渠道、水庫）和發(fā)生重大改變水體（如航運河流、水壩和防洪設(shè)施）的標準，并提出了降低標準的補償規(guī)定（馬丁·格里菲斯，2008）。本研究選取現(xiàn)有最佳狀態(tài)為參照點，遴選本底調(diào)查中多樣性指數(shù)較高，且航道、養(yǎng)殖和娛樂等人為干擾較小的點位，綜合考慮河段周邊土地利用、漁業(yè)養(yǎng)殖、水利工程等因素。陳橋等（2013）認為此類參照點選擇方式，對于制定區(qū)域分階段生態(tài)治理或者生態(tài)恢復目標有一定的參考價值?？赏ㄟ^設(shè)定不同程度的參考狀態(tài)，來定義不同恢復目標前提下的健康狀況（馬丁·格里菲斯，2008）。目前，金沙江下游以生態(tài)系統(tǒng)健康理論制定了可恢復的目標和彈性指標，開展了梯級聯(lián)合生態(tài)調(diào)度（Wang et al，2015）、棲息地生境修復（Zhu et al，2020）、人工魚巢和連通性恢復（Tan et al，2016）等系列生態(tài)修復實踐，對河流生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的改善作用。

3.3" "金沙江下游生物完整性狀況整體較差

由于浮游植物具有繁殖速度快、生命周期短等特點，在群落組成、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和功能狀態(tài)等方面可對環(huán)境變化短時間內(nèi)做出響應。目前向家壩、溪洛渡已投入運行，烏東德、白鶴灘水電站處于施工階段，金沙江下游梯級水環(huán)境和水生態(tài)等均處于快速變化過程，這也為在電站全面運行前以浮游植物完整性指數(shù)評估河流健康狀況提供了寶貴的窗口期。評估結(jié)果顯示豐水季各樣點健康狀態(tài)優(yōu)于枯水期，國內(nèi)外湖泊（王霞等，2021）、梯級水庫（張小林等，2018）及河流（Pomari et al，2018）等P-IBI研究結(jié)果均與本研究結(jié)論一致。推測主要原因為豐水季降雨增多且流量加大，水體交換速率加快，加速了污染物分解（殷旭旺等，2012）。金沙江下游整體處于較差等級，受人類干擾相對較大。推測受水流平緩、透明度較高等運行階段水環(huán)境變化有關(guān)，同時流域內(nèi)畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖、梯田等農(nóng)業(yè)面源、采石挖沙活動及城鎮(zhèn)生活也是影響流域浮游植物完整性狀況的主要威脅源。干支流營養(yǎng)物質(zhì)累積和淹沒區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，可導致部分水域營養(yǎng)物質(zhì)含量升高，因此存在浮游植物過度繁殖、水華暴發(fā)的水環(huán)境風險（Pomari et al，2018）。宜賓向家壩段處于一般等級，推測向家壩壩下緊鄰長江上游珍稀特有魚類自然保護區(qū)，又有岷江匯入（譚巧等，2017），自然生境相對其余河段較為完整，在流域管理中需予以特別注意和重點保護。

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Ecosystem Health Assessment of Lower Jinsha River Based

on the Phytoplanktonic Index of Biotic Integrity （P-IBI）

Abstract：In this study， we evaluated the aquatic ecosystem health of the cascaded reservoirs in the lower Jinsha River before the cascaded hydropower stations began operating. The evaluation was based on the phytoplanktonic index of biotic integrity （P-IBI） developed as part of this research. The aim of the study was to provide technical and data support for early warning and ecological restoration evaluation of the cascaded reservoirs. The P-IBI evaluation system was based on a phytoplankton investigation carried out at 30 sampling sites in the dry and wet seasons in 2017-2018 （5 reference sites and 25 conservation sites） in the lower Jinsha River. A total of 86 phytoplankton species （genera） were identified， reflecting high species diversity. The phytoplankton community structure belonged to the Bacillariophyta-Chlorophyta-Cyanophyta type， dominated by Bacillariophyta （43 species， 50%）， and retaining the composition characteristics of phytoplankton in natural rivers. Using the distribution range， discriminant analysis， and Pearson correlation， five core indices （total taxonomic units， cyanobacteria taxonomic units， percentage of Bacillariophyta to total taxonomic units， cell density of Bacillariophyta， Chlorophyta cell density as a percentage of total cell density） were selected from 27 candidate metrics to establish the P-IBI evaluation system. Based on the 25% percentile value of reference sites， the evaluation standard for ecosystem health in the lower Jinsha River was established and five P-IBI grades were set： P-IBIgt;3.81， healthy; 3.03-3.81， sub-healthy; 2.67-3.03， fair; 2.28-2.66， poor; P-IBIlt;2.28， very poor. River health was then assessed at each of the 30 sampling sites. During the wet season 1 site was healthy， 4 sites were sub-healthy， 9 sites were fair， 8 sites were poor， and 8 sites were very poor. During the dry season， no sites ranked as healthy， 5 sites were sub-healthy， 8 sites were fair， 8 sites were poor， and 9 sites were very poor. In general， the health status of the lower Jinsha River was poor， and the ecological condition in the wet season was better than that in dry season. River health evaluation using the P-IBI well reflected conditions before the cascaded hydropower stations began operations and will support efforts to manage and improve the ecology of the lower Jinsha River.

Key words：phytoplankton; index of biotic integrity; ecosystem health assessment; cascaded reservoirs;the lower Jinsha River