吳濤　李強　張凱　謝玲玲　廉鐵輝

摘要： 采用底棲動物完整性指數(shù)（BIBI）評價于橋水庫健康狀況，2014年8月根據(jù)于橋水庫10個樣點（4個參照點，6個受損點）采得的大型底棲動物數(shù)據(jù)，對20個生物指標進行分布范圍、Pearson相關(guān)性和判別能力分析，確定構(gòu)成于橋水庫底棲動物完整性的指數(shù)為選取總分類單元，水生昆蟲分類單元數(shù)，甲殼動物和軟體動物分類單元數(shù)，優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度，前三位優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度，搖蚊個體相對豐度。用比值法統(tǒng)一量綱，計算各個生物指標的值，并將所得的值相加即得到BIBI指數(shù)值。根據(jù)BIBI指數(shù)值的25%分位數(shù)確定健康等級標準，并對小于25%分位數(shù)的值進行四等分，即得到于橋水庫底棲動物完整性的評價標準。BIBI>4.70為健康，4.35～4.70為亞健康，3.54～4.35為一般，2.58～3.54為較差，<2.58為極差。結(jié)果表明，水庫總體BIBI值為3.71，賦分值78.9，屬于一般水平。結(jié)合對水庫的綜合生物污染指數(shù)評價比較發(fā)現(xiàn)，當參評水域缺少無干擾的參考點時，應用底棲動物完整性指標來評價該水域水質(zhì)健康程度時還是存在一定的缺陷，但是對于水庫總體健康水平的評估仍然具有一定的可參考性。

關(guān)鍵詞：底棲動物完整性指數(shù)；水質(zhì)評價；于橋水庫

中圖分類號：Q958 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）08-1979-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.017

Abstract：In order to assess the water quality of Yuqiao reservoir， Benthic macroinvertebrates were sampled and collected from 10 sites in August 2014，among them 4 were considered as unimpaired or minimally impaired sites and 6 were impaired sites. Analysis was done for the 20 candidate biological index about its value distribution， Pearson correlation and judgment ability. Meanwhile，the total number of taxa， taxa numbers of aquatic insects and Crustacean+Mollusca，percentage of dominate taxa， the first three taxa and chironomid index were screened out to form a BIBI index system for Yuqiao reservoir. 4-point system and ratioing technique were used separately to obtain uniform dimensions of various parameters and BIBI value was the sum of the values of various component indices in the system. By using the each 20 percentiles of BIBI as a criteria to evaluate the aquatic ecosystem health，the results showed that，health criteria when BIBI>4.70，sub-health when 4.35～4.70，average when 3.54～4.35，inferior when 2.58～3.54，and poor when BIBI<2.58. The results showed that the total BIBI value of Yuqiao reservoir is 3.71，and the assigned score was 78.9， which belonged to the average level. Furthermore， we found that this method was imperfect to use BIBI as health evaluation standard of the sites without unimpaired or minimally impaired sites as reference sites，but it also had some reference for the general health evaluation of the reservoir by this method.

Key words：Benthic Index of biotic Integrity； water quality；Yuqiao reservoir

生態(tài)系統(tǒng)健康可以通過化學、物理和生物完整性來體現(xiàn)[1]。生物完整性指數(shù)主要是從生物集合群的組成成分多樣性和結(jié)構(gòu)2個方面反映生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，是目前水生態(tài)系統(tǒng)健康研究中應用最廣泛的指標之一[1-4]。底棲動物是指其生活史的全部或大部分時間生活于水體底部的一類生物，其優(yōu)勢種類、種群結(jié)構(gòu)、生物量等參數(shù)可以反映環(huán)境因子的長期變化，是目前公認的最理想的水質(zhì)生物監(jiān)測指標[5]。底棲動物完整性指數(shù)（BIBI）最早是由Karr等[6，7]和Kerans等[8]提出，通過構(gòu)建底棲動物完整性指數(shù)（BIBI）可以對河湖的水生態(tài)現(xiàn)狀進行較為全面和科學的評估。

于橋水庫位于天津市北部薊縣城東4 km處，燕山山脈南麓，距離天津市區(qū)115 km，始建于1959年12月，1983年進行了水庫大壩加固工程后，正常蓄水位時水庫淹沒面積86.8 km2，最大庫容15.59億m3，正常蓄水位21.16 m，最大水深12.16 m，平均水深4.74 m，庫區(qū)周邊分布有17個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、237個村落，人口20.2萬[9]。作為天津市的供水水源地，于橋水庫的生態(tài)健康狀況是關(guān)系到市民生命安全的重要問題。本研究以于橋水庫為研究對象，對于橋水庫底棲動物完整性情況進行調(diào)查分析，完善于橋水庫相關(guān)底棲生物數(shù)據(jù)，為建立健全于橋水庫的水質(zhì)生物評價體系和全面開展于橋水庫生態(tài)健康評估提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 采樣點的設(shè)置

根據(jù)中國水利部編撰的《河湖健康評價技術(shù)導則1.0版》的相關(guān)內(nèi)容，將采樣監(jiān)測點分為參照點和受損點兩大類。參照點是指樣點水質(zhì)在Ⅱ類標準以上，樣點上游無點污染源，樣點周圍無村莊、上游兩側(cè)1 000 m內(nèi)無農(nóng)田的無干擾點，或者樣點水質(zhì)在Ⅲ類標準以上，上游周圍無點污染源、樣點附近無村莊、上游兩側(cè)500 m內(nèi)無農(nóng)田的干擾較小點。受損點是指已明顯受到各種人類活動干擾（點源和非點源污染、森林覆蓋率的降低、城鎮(zhèn)化、大壩建設(shè)等）的受干擾點。按照以上標準，在于橋水庫無干擾樣點不能選出，故根據(jù)本單位以往監(jiān)測水質(zhì)、溶解氧數(shù)據(jù)[10]及調(diào)查的實際情況，將受干擾較小的庫心西、庫心、老三岔口、六百戶4個樣點選定為參照點，將壩前、九百戶、馬申橋西、峰山南、淋河口和夏莊子共6個站點選定為受損點，并用GPS標記各采樣點位，詳細情況如圖1所示。

1.2 樣品采集及處理

本次調(diào)查選定在2014年8月進行，定量采樣時用開口面積為1/16 m2的彼得森采泥器進行底泥采集，每個采樣點采樣2～3次。采集到的樣品用40目（0.35 mm 孔徑）的網(wǎng)篩進行分選。每個定量采樣過程中同時在該取樣點處進行定性采樣，并記錄各采樣點的底質(zhì)、水深、水草分布和透明度等環(huán)境特征。樣品經(jīng)清水沖洗后在白瓷盤中進行分類挑選，對挑選出的活體底棲生物分別進行計數(shù)稱重，并換算成單位面積（m2）的個體數(shù)及生物量。水生昆蟲和軟體動物先用5%福爾馬林溶液固定，24 h后轉(zhuǎn)移到75%的乙醇保存，寡毛類用10%的福爾馬林溶液直接固定。標本鑒定方法參照國內(nèi)外相關(guān)工具書進行[11-14]，所有數(shù)據(jù)均采用Excel軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類及分布

本次調(diào)查選擇天津市薊縣于橋水庫自淋河、果河交匯處至壩前之間的10個監(jiān)測點進行底棲動物采集工作，基本可以代表于橋水庫主庫區(qū)的整體特征。結(jié)果表明，于橋水庫共有底棲動物23種，隸屬于3門5目22屬。節(jié)肢動物13種，均為雙翅目搖蚊科；軟體動物3種且均為腹足綱，其中基眼目椎實螺科1種，中腹足目田螺科2種；環(huán)節(jié)動物6種并全部為寡毛綱，其中顫蚓科5種，仙女蟲科1種，具體分類情況見表1。通過于橋水庫底棲動物調(diào)查結(jié)果，表明于橋水庫底棲動物種類較為豐富，生物多樣性較高，節(jié)肢動物門的水生昆蟲類為主要類群，環(huán)節(jié)動物次之，軟體動物最少。

2.2 底棲動物完整性的指標分布范圍分析

參照文獻[15-17]，選用了對干擾反應較敏感的20個候選生物進行檢測，結(jié)果見表2，反映了環(huán)境變化對底棲動物（個體、種群、群落結(jié)構(gòu)）的影響，從而能夠有效地監(jiān)測和評價水環(huán)境質(zhì)量。

20個候選生物指標通過即25%～75%分位數(shù)的數(shù)值分析，數(shù)值及分布范圍太小或太大的指標不適宜參與構(gòu)建BIBI指數(shù)。剔除隨著干擾的增強可變動范圍變窄的指標，13個指標可進行判別能力分析，詳見表3。

2.3 判斷能力分析

采用箱線圖法（選擇參照點和干擾樣點箱體盡量不重疊，中位數(shù)在對方箱體之外的生物指標）對余下的13個候選指標進行分析，篩選出其中位數(shù)不在其他指標箱體范圍內(nèi)的指標作為Pearson相關(guān)分析候選指標，箱線法分析結(jié)果詳見圖2。從13個指標中剔除不符合要求的指標，選擇總分類單元、水生昆蟲分類單元數(shù)、甲殼動物和軟體動物分類單元數(shù)、搖蚊分類單元、優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度、前三位優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度、搖蚊個體相對豐度、敏感類群分類單元數(shù)等8個指標作為Pearson相關(guān)分析的候選項。

2.4 相關(guān)性分析

通過箱線法分析篩選出的M1、M3、M4、M5、M6、M7、M12和M178個指標均符合正態(tài)分布，因此采用SPSS19.0分析軟件對以上8個指標進行Pearson相關(guān)分析，以檢驗各指標所反映信息的獨立性。篩選出彼此之間具有顯著獨立性（P<0.01）的指標構(gòu)建BIBI指數(shù)的最終評價體系，相關(guān)性分析結(jié)果見表4。

2.5 分值計算

通過Pearson相關(guān)分析篩選出彼此相對獨立的候選指標即總分類單元、水生昆蟲分類單元數(shù)、甲殼動物和軟體動物分類單元數(shù)、優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度、前三位優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度、搖蚊個體相對豐度6個指標。通過比值法對以上6個候選指標進行最佳期望值計算，對于外界壓力響應下降或減少的指標以所有樣點由高到低排序的5%的分位值作為最佳期望值；而對于外界壓力響應增加或上升的指標，則以95%的分位值為最佳期望值。其中總分類單元數(shù)、水生昆蟲分類單元數(shù)，甲殼動物和軟體動物分類單元數(shù)3個指標的最佳期望值即5%分位值分別為16、9和3；而優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度，前三位優(yōu)勢分類單元的個體相對豐度，搖蚊個體相對豐度3個指標的最佳期望值即95%分位值分別為0.24，0.55和0.24，因此，評價體系的計算公式見表5。

2.6 BIBI指標體系的評價

以參照點的BIBI值為25%分位數(shù)值作為健康評價的標準，對小于25%分位數(shù)值的分布范圍進行4等分，確定于橋水庫的BIBI指數(shù)值的評價標準。將各評估指標的分值進行加和，得到BIBI指數(shù)值。將各參照點BIBI值由高到低排序，選取25%分位值作為最佳期望值，其BIBI指數(shù)賦分值為100.00。對于橋水庫各采樣點評價結(jié)果見表6。

通過計算篩選得出其最佳期望值為4.70，即BIBI>4.70為健康，將小于4.70的分布范圍進行4等分，即4.35～4.70為亞健康，3.54～4.35為一般，2.58～3.54為較差，小于2.58為極差。根據(jù)BIBI賦分公式，計算所得于橋水庫主庫區(qū)各參照系樣點的賦分結(jié)果見表6。綜合評價于橋水庫主庫區(qū)總體生物情況，用相同方法計算所得的于橋水庫主庫區(qū)BIBI為3.71。因為最佳期望值為4.70，則計算可得底棲動物完整性指數(shù)BIBI賦分值為78.90，生態(tài)健康狀況屬一般水平。

2.7 綜合生物污染指數(shù)法與底棲動物完整性指標的比較

參照戴友芝等[18]和馬秀娟等[10]的方法，本研究進行了綜合生物污染指數(shù)分析，結(jié)果見表7。由表7可見，兩種方法評價的水庫總體水平差異不大，將于橋水庫10個監(jiān)測點位的綜合生物污染指數(shù)BI進行平均值計算，得出于橋水庫總體綜合生物污染指數(shù)值為0.40，水質(zhì)表現(xiàn)為輕-中污染水平。

3 小結(jié)與討論

3.1 于橋水庫底棲動物種類分布

底棲動物的生存受水質(zhì)、污染物類型、生境特征、沉積物類型和水文特征等因素的影響[19-21]，本次調(diào)查選在夏季進行，結(jié)果顯示，庫區(qū)上游采樣點底棲動物種類較為豐富，尤其是淋河、果河交匯處的底棲動物的種類豐富，這是由于水庫上游位于兩河交匯處，有機質(zhì)含量豐富，且草區(qū)分布廣泛，較高的有機質(zhì)適合寡毛類和搖蚊類的生長[22，23]，此外通過對底泥中有機碎屑和動物殘肢進行分析，發(fā)現(xiàn)上游草區(qū)一帶分布著一些對水質(zhì)敏感的蜉蝣目、毛翅目類群，但本次采樣中未發(fā)現(xiàn)完整活體樣本，因而不能進行蜉蝣目、毛翅目類群的定量分析。庫區(qū)中游底棲動物物種多樣性降低，寡毛類和搖蚊類分布較多，耐污種類出現(xiàn)頻度較多。綜合分析庫區(qū)中下游底棲生物活體和底泥有機碎屑樣本發(fā)現(xiàn)，庫區(qū)中下游只有耐受污染類的搖蚊和寡毛類分布，較少出現(xiàn)軟體動物類群。水庫下游至壩前段，水體清澈，底泥主要以沙土為主，較少出現(xiàn)底棲動物活體及殘肢，因而判斷水庫下游底棲生物多樣性較差。本次調(diào)查結(jié)果與馬秀娟等[10]對于橋水庫的底棲動物調(diào)查結(jié)果略有不同，生物多樣性水平、底棲動物種類數(shù)均略低于2012年夏季的調(diào)查結(jié)果，但均高于紀炳純等[24]的調(diào)查結(jié)果。分析原因發(fā)現(xiàn)，2013 — 2014年水庫進行過多次水位調(diào)節(jié)工程，水位的變化直接影響了庫區(qū)內(nèi)大型水生植物的生長，溶解氧情況因而發(fā)生一定的變化，另外，上游水流的沖刷使得底部淤泥淤積，泥層較之前幾年較厚，適宜軟體動物的生存。

3.2 于橋水庫底棲動物完整性指標評價

本次研究首次應用底棲動物完整性指標（BIBI）評價法來評價于橋水庫的生態(tài)現(xiàn)狀，進而評估出現(xiàn)階段于橋水庫的水生態(tài)健康情況，從而客觀的通過生物學的評價法了解水庫的水質(zhì)情況。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前水庫的健康情況較為良好，表現(xiàn)為一般水平。由于該方法首次應用于該水域的水質(zhì)評價，因此對于其結(jié)果的準確性和客觀性還需要進一步驗證，因此，研究組選用底棲生物綜合生物污染指數(shù)來驗證BIBI指數(shù)的可行性和準確性。結(jié)果表現(xiàn)為兩種方法評價的水庫總體水平差異不大，均體現(xiàn)出水庫水體生態(tài)環(huán)境目前正處于較為良好的狀態(tài)；但也從兩種分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)了一些明顯的差異，例如峰山南點位和壩前點位的爭議比較大，兩種評價方法評價出來的結(jié)果截然相反，這是由于大壩屬于人工干擾較為嚴重的區(qū)域，而峰山南周邊居住著大量的居民，居民的日常生活對該點位的干擾十分嚴重，因此在評價該兩點位的底棲動物完整性指標時受干擾的影響因子過于復雜，很難完全排除偶然性干擾所帶來的影響。從這一點也可以看出底棲動物完整性指標在評價受一定程度干擾的水域時存在一定的缺陷，但是對于該水域的總體健康水平的評估仍然具有一定的可參考性。因此建議在今后評價受干擾的湖泊性水域時，底棲動物完整性指標可以用作參考評價該水域的總體生態(tài)水平，若要系統(tǒng)反映水域的某一個點位的水體生態(tài)狀況還需要綜合考慮多種評價方法的聯(lián)合使用。

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