劉春池，牛建功，蔡林鋼，張人銘

(新疆維吾爾自治區(qū)水產(chǎn)科學研究所，農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，烏魯木齊，830000)

伊犁河流域魚類生物完整性指數(shù)構建初探

劉春池，牛建功，蔡林鋼，張人銘

(新疆維吾爾自治區(qū)水產(chǎn)科學研究所，農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，烏魯木齊，830000)

為了評價伊犁河流域的健康狀況，應用魚類生物完整性指數(shù)(F-IBI)建立了伊犁河流域河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系。2012年-2014年在伊犁河流域設置了6個采樣斷面，進行魚類資源調(diào)查。從36個候選指標中篩選了8個核心指標用于構建伊犁河流域F-IBI評價體系。通過分析評價，結(jié)果顯示有1個采樣斷面處于極好的健康狀態(tài)，3個處于好的健康狀態(tài)，2個處于一般狀態(tài)。伊犁河流域生態(tài)系統(tǒng)健康整體上處于好的水平。基于F-IBI體系的健康評價結(jié)果與其他方法評價結(jié)果基本一致，這表明構建的F-IBI體系對伊犁河流域的健康狀況評估具有良好的適用性，可作為伊犁河流域水環(huán)境監(jiān)測的一種有效手段。

生物完整性；魚類；伊犁河

以水生生物為主體的水生生態(tài)系統(tǒng)，在維系自然界物質(zhì)循環(huán)、凈化環(huán)境、緩解溫室效應等方面發(fā)揮著重要作用。目前，生態(tài)完整性已經(jīng)被普遍應用于河流、湖泊、自然保護區(qū)、濕地等生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量現(xiàn)狀及人類干擾程度的評價[1-3]。在眾多的水生生態(tài)系統(tǒng)完整性評價中，生物完整性指數(shù)(IBI Index of Biological Integrity)是一種重要且被廣泛應用的指標之一。IBI評價體系是通過對生態(tài)系統(tǒng)中某種生物的物種組成、多樣性及功能結(jié)構進行分析，將這些指標與相應的標準體系進行比較，最后根據(jù)指標評估生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[4]。

魚類作為水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的頂級群落，鑒定分類信息完善，對水質(zhì)反應敏感，魚類群落組成在不同的水域具有特異性，因此魚類在水生生態(tài)系統(tǒng)完整性評價中占有重要的地位[5-7]。目前我國基于IBI的水生生態(tài)系統(tǒng)完整性評價大多集中在長江流域及其附屬水體。由于魚類區(qū)系在不同水域的特異性，根據(jù)各地條件構建的(F-IBI)評價體系也僅適用于當?shù)亍?/p>

伊犁河是新疆境內(nèi)最大的河流，伊犁河中國境內(nèi)全長442 km，是一條國際河流。伊犁河流域地處亞歐大陸腹地，屬于大陸性中溫帶氣候。獨特的地勢使得整個伊犁河流域降水充沛，氣候溫和，成為較濕潤的半干旱地區(qū)。本研究以伊犁河流域中國境內(nèi)河段為研究對象，初步構建伊犁河流域中上游基于魚類的IBI評價指標體系。

1 研究方法

1.1 采樣區(qū)域

在伊犁河中國境內(nèi)設置6個采樣斷面，分別為：特克斯河昭蘇河段(a)、特克斯河河口(b)、鞏乃斯河團結(jié)鄉(xiāng)(c)、喀什河尼勒克縣(d)、雅瑪渡(e)和三道河河段(f)，這些采樣斷面覆蓋了伊犁河的主要支流以及干流河段(圖1)。特克斯河是伊犁河主源，昭蘇河段屬于特克斯河上游，水量充沛，河道曲折復雜，底質(zhì)沙礫或淤泥相間，該區(qū)域內(nèi)是伊犁河流域上游河段生態(tài)環(huán)境較為原始的河段，也是伊犁裂腹魚(S.pseudaksaiensis)、新疆裸重唇魚(G.dybowskii)和斑重唇魚(D.maculatus)等土著魚類主要的棲息地；特克斯河流經(jīng)昭蘇盆地和特克斯河谷后，與鞏乃斯河匯合，特克斯河河口河道寬闊，河岸多淺灘和洄水區(qū)，河中心水深約1.5 m左右，水溫較低而流速高，是新疆裸重唇魚的重要產(chǎn)卵場；鞏乃斯河河道上游多高山急流，中、下游河道平緩，分布有眾多的小支流、小溪以及地下涌泉等，水位較低，河流沿岸人煙稀少，沒有明顯污染源，生態(tài)環(huán)境比較原始；喀什河是伊犁河的第二大主源，河流自東向西穿行，發(fā)源地至尼勒克縣稱喀什河谷地，地勢險峻，河水落差大，流速高，洪水期較長；喀什河出喀什河谷地，于雅瑪渡附近匯入伊犁河，該河段河道寬闊，水流平穩(wěn)，兩岸人口密集；伊犁河流經(jīng)三道河河段，流出國境進入哈薩克斯坦共和國，最終匯入巴爾喀什湖，三道河河段地勢平坦，河水水溫較高，水流平緩，沿岸多水生植物及河漫灘，人類活動頻繁。

圖1 伊犁河采樣點分布圖Fig.1 Location of the sampling sites in Ili River

1.2 魚類樣本采集及水環(huán)境因子測定

于2012-2014年每年6-7月和9-10月，分別在各個采樣河段采集魚類標本，最后將每個河段的魚類資源數(shù)據(jù)分別匯總，對各個河段的生物完整性進行評估。調(diào)查的網(wǎng)具主要有單層刺網(wǎng)、三層刺網(wǎng)和地籠，采樣期間每個采樣河段所用網(wǎng)具類型、數(shù)量相同。對所采集的漁獲物分別進行種類鑒別，體長和體重測量，數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場記錄。標本鑒定及分類依據(jù)《中國動物志：硬骨魚綱鯉形目(中卷)》[8]和《新疆魚類志》[9]。

對環(huán)境因子進行測量，流速(V)采用LS-R10流速儀進行測定；水溫(T)采用水銀溫度計進行測量；透明度(Trans)采用塞氏盤進行測量；溶解氧(DO)、 pH、電導率(Cond)、鹽度(Sal)以及總?cè)芙夤腆w(TDS)采用Alalis MP3500便攜式pH/電導率/溶氧儀現(xiàn)場測定。

1.3 數(shù)據(jù)分析:

1.3.1 F-IBI體系構建

表1 伊犁河流域魚類生物完整性評價候選指標Tab.1 Candidate metrics of F-IBI in Ili River

根據(jù)本研究的調(diào)查內(nèi)容與實際情況，結(jié)合國內(nèi)外河流評價中比較成熟的F-IBI體系指標[1,10-12]，最終選取36個指標作為伊犁河流域F-IBI的候選指標(表1)。這些指標涵蓋了魚類種類組成與多樣性、營養(yǎng)結(jié)構、耐受性、棲息地特征和繁殖類群等方面。對魚類耐受性、棲息地特征和繁殖類群等方面的劃分參考陳宜瑜[8]，郭焱等[9]。

對候選指標按照以下方法進行篩選:①對95%以上采樣點位的指標值均為0的，應刪除該指標；②因研究水平不足或資料收集不全而沒有得出調(diào)查結(jié)果的指標應刪除；③對候選指標進行正態(tài)檢驗，符合正態(tài)分布的指標用pearson相關分析進行篩選，如果兩個或多個指標相關系數(shù)>0.9的，在F-IBI評價體系中只選擇其中一個指標來代表該信息；不符合正態(tài)分布的指標使用spearman相關性分析，如果兩個或多個指標相關系數(shù)>0.75，在F-IBI評價體系中只選擇其中一個指標來代表該信息[13-15]。

1.3.2 參照點的選擇和分值計算

本研究根據(jù) Bozzetti和Schulz[16]提出的方法，選取假設的參照數(shù)值，將實際采樣點中某一指標的最大值作為最佳參照。根據(jù)以下方法對體系指標得分進行計算：

a.隨著環(huán)境質(zhì)量狀況變好而增加的指標:

Smetric=(O/R)×10

b.對于隨著環(huán)境質(zhì)量狀況變好而減少的指標:

Smetric=(1-O/R)×10

在上述公式中，O為采樣點的實際觀測值，R為采樣點的理論參考值。每個指標的得分范圍為0～10。

1.3.3 評價標準

將所選各個指標的分值求和，得出各采樣點F-IBI的最終得分。將所有采樣點F-IBI分值分布的95%分位數(shù)作為健康閾值，使用四分法確定河流健康分級標準[17-18]，將伊犁河流域健康狀況分為極好，好，一般，差，極差5個等級[4]。

2 結(jié)果

2.1 伊犁河流域(中國境內(nèi))魚類概述

調(diào)查結(jié)果顯示，在伊犁河流域(中國境內(nèi))棲息著27種魚類，隸屬于6目9科23屬，其中鯉科魚類13種，鰍科魚類4種。在這些魚類中，土著魚類9種，外來魚類13種(表2)。由于上游支流地勢險峻，河水落差大，流速高，水溫低，河底底質(zhì)多為卵石沙礫，為伊犁河流域土著魚類提供了良好的棲息環(huán)境和產(chǎn)卵場，因此在伊犁河上游支流河段，大中型魚類資源稀少，優(yōu)勢種多以體型較小的冷水性土著魚類為主。雅瑪渡河段和三道河河段地勢平坦，水流緩慢，人類活動頻繁，河流受到人為干擾程度較大，優(yōu)勢種以廣適性的外來魚類居多。

表2 伊犁河流域(中國境內(nèi))魚類名錄Tab.2 Fishes of Ili River,China

續(xù)表3

2.2 F-IBI參數(shù)指標篩選

根據(jù)指標篩選方法，最終確定了8個指標(表3),用于評價伊犁河生態(tài)完整性。根據(jù)數(shù)據(jù)分析方法，對所選取的8個指標進行計算，得到每個指標的分值，將所有分值相加求均值，則得到該點位的F-IBI的得分。F-IBI得分越高，則表示該樣點健康水平越高。

表3 篩選后用于F-IBI評價體系的指標及其 對環(huán)境的響應Tab.3 Selected metrics and their predicted response to disturbance

2.3 伊犁河流域生態(tài)完整性評估

以伊犁河流域各采樣點計算所得F-IBI分值各自分布范圍的95%分位數(shù)為各自健康評價標準，以此均分為5個等級(表4)。

表4 基于F-IBI分值的伊犁河流域健康評價等級Tab.4 Grades for Ili River health assessment of F-IBI

按照F-IBI分值計算方法，計算個點位的F-IBI分值，并根據(jù)表3列出的結(jié)果，對伊犁河6個采樣河段的生物完整性進行評價，結(jié)果見表5.

表5 伊犁河流域F-IBI評價結(jié)果Tab.5 F-IBI results of river health assessment in Ili River

結(jié)果顯示，伊犁河流域F-IBI的分值從上游到下游總體上呈遞減趨勢?？κ埠幽崂湛丝h(d)的F-IBI分值為58.56；特克斯河昭蘇河段(a)、特克斯河河口(b)、鞏乃斯河團結(jié)鄉(xiāng)(c)的F-IBI分值分別為55.35、55.85和57.91；雅瑪渡(e)和三道河河段(f)的F-IBI分值分別為47.00和23.99。下游雅瑪渡和三道河兩個河段的河流健康狀況一般。伊犁河流域健康水平總體上處于一般以上水平。伊犁河上游三大支流的魚類生物完整性指數(shù)較高，其中喀什河尼勒克縣的健康指數(shù)為極好。

2.4 F-IBI分值與環(huán)境因子的相關性

采用 Pearson 相關性分析，分析F-IBI分值與9個環(huán)境因子之間的相關性，結(jié)果顯示F-IBI分值與電導率(Cond)和總?cè)芙夤腆w(TDS)顯著負相關，而與溶解氧(DO)呈顯著正相關關系(表6)。

表6 伊犁河流域F-IBI指數(shù)與環(huán)境因子相關性Tab.6 Correlation analysis between F-IBI score and environmental variables

注：*.在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關；**.在0 .01 水平(雙側(cè))上顯著相關。

3 討論

3.1 F-IBI評價體系的建立及其對伊犁河流域健康評價的適用性

F-IBI體系的構建是在參照點與受損點篩選的基礎上進行的，通過與參照點的河流狀況進行比對，評估其余樣點河流健康狀況，因此參照點的選擇是F-IBI評估體系建立的關鍵。參照點是指沒有人為活動干擾或人類活動干擾極小，是評估河流健康受損程度的基準[19]，但在實際研究中，很難找到合適的參照條件以及完全沒有人為活動的干擾樣點，因此在實際研究中，往往根據(jù)研究區(qū)域各自的情況來選擇合適的參照條件。根據(jù)國內(nèi)外研究結(jié)果，參照點的選擇并沒相應的規(guī)范。目前應用較多的有以下兩種方式：①如果歷史數(shù)據(jù)比較充分，直接以歷史數(shù)據(jù)為標準；②當歷史數(shù)據(jù)資料不全時，可根據(jù)評價目的選取某一區(qū)域或某區(qū)域內(nèi)的一個采樣點作為對照點[11-12]。盡管伊犁河流域魚類資源調(diào)查早在上個世紀90年代就已經(jīng)開展過，但是依然缺少完整的定量數(shù)據(jù)，因此只能在實際采樣中，將各個采樣點某一指標的最大值作為最佳參照。

本研究首先選擇了36個候選指標，通過指標篩選，最終確定的8個指標，分屬于種類組成、豐度、繁殖類群、營養(yǎng)結(jié)構和棲息地五個方面。有研究表明，天然水體中，土著魚類的組成與分布對水利工程修建、農(nóng)業(yè)引水灌溉以及水體污染等十分敏感[20]。在本研究中，篩選出的指標包含土著魚類物種數(shù)、裂腹魚亞科魚類物種數(shù)以及外來魚類物種數(shù)等指標，能夠反映伊犁河流域水體健康的指標。表明本研究建立的F-IBI體系能夠比較準確地反映伊犁河流域水生生態(tài)健康狀況。

3.2 評價結(jié)果與實際情況的符合度

利用F-IBI評價河流的健康狀況，反映了不同類型人為活動對河流的綜合干擾狀況，F(xiàn)-IBI對不同情況的人為干擾可能會表現(xiàn)出不同響應，人為干擾越強，F(xiàn)-IBI指數(shù)越低[10,21]。根據(jù)本研究結(jié)果，喀什河尼勒克河段的生態(tài)完整性指數(shù)最高，處于極好的狀態(tài)；鞏乃斯河團結(jié)鄉(xiāng)、特克斯河昭蘇河段以及特克斯河河口的指數(shù)較高，這三個地方的生態(tài)完整性狀態(tài)為好。伊犁河上游支流的四個采樣斷面，河水落差大，流速高，底質(zhì)多為石塊和砂礫，河水補給以冰川融雪為主，水溫較低，溶氧較高，是土著高原鰍和裂腹魚類的的主要棲息場所。伊犁河上游支流地勢險峻，河流依山而行，受到污染等人為干擾較少，因此保持著較為原始的狀態(tài)，其生態(tài)完整性較高。下游干流的雅瑪渡河和三道河河段生態(tài)完整性狀態(tài)為一般，從雅瑪渡河段至三道河河段，屬于伊犁河河谷平原區(qū)[22]，地勢平坦，人類活動頻繁，礦物開發(fā)、農(nóng)業(yè)灌溉引水、水利水電設施的修建以及生活污水排放，使得該區(qū)域內(nèi)水質(zhì)狀況受到影響，優(yōu)勢種多為外來的廣適性魚類，一些敏感的土著魚類在與廣布種的競爭中處于劣勢，因此該河段的魚類生物完整性指數(shù)較小。整個伊犁河流域水流量大，河流徑流量年際變化小，水質(zhì)變化穩(wěn)定，盡管伊犁河中下游干流河段受到人為干擾，但是整個伊犁河流域(中國境內(nèi))的生態(tài)完整性狀況較好。這與韋麗麗等[23]利用周叢藻類群落結(jié)構對伊犁河水質(zhì)進行評價的結(jié)果是一致的。

由于過度捕撈等非自然因子變化而引起的魚類群落改變導致的河流健康狀況變差，F(xiàn)-IBI 評價方法是無法分辨的[10]。F-IBI的主觀性較強，生物指標與環(huán)境因子之間的關系沒有一個能夠量化的尺度，因此，在利用F-IBI指數(shù)對河流健康進行評價的時候，還需要進一步研究生物指標與環(huán)境因子之間的關系，才能夠做出更加準確的判斷。

3.3 伊犁河魚類資源現(xiàn)狀及保護建議

伊犁河原有魚類區(qū)系較為簡單，整個伊犁河——巴爾喀什湖水系的土著魚類只有13種，多為冷水性魚類。伊犁河土著魚類區(qū)系主體成份與青藏高原魚類區(qū)系組成極為相似[24]，土著魚類主要以裂腹魚亞科魚類和高原鰍為主。二十世紀初，原蘇聯(lián)漁業(yè)工作者為了提高漁產(chǎn)量，向伊犁河下游巴爾喀什湖及卡甫恰蓋水庫引入了大量歐洲水系的經(jīng)濟魚類，其中大多已經(jīng)擴散到我國境內(nèi)河段。二十世紀60年代，伊犁地區(qū)引進了長江野生家魚魚苗，同時，其它的野雜魚苗也隨之進入伊犁河流域。在20世紀90年代進行的伊犁河流域魚類資源調(diào)查中，伊犁河流域魚類物種總數(shù)有32種[21]，由于人為活動的影響，伊犁河魚類群落結(jié)構發(fā)生了改變。除了過度捕撈、水利水電樞紐工程建設和水體污染，外來魚類移植也是引起伊犁河魚類群落結(jié)構改變的一個重要原因。

基于伊犁河魚類資源現(xiàn)狀，需從以下幾個方面著手，對伊犁河流域的土著魚類資源進行保護。首先要加強環(huán)境保護，減少污水排放，定期對水域環(huán)境進行監(jiān)測，確保土著魚類能有一個良好的棲息地；第二，嚴厲打擊酷漁濫捕，加強水生生物違法案件的查處力度；第三，嚴格按照增殖放流技術規(guī)范，加強土著魚類增殖放流，以達到資源養(yǎng)護的目的；第四，建立瀕危珍稀魚類自然保護區(qū)；第五，發(fā)揮水利水電設施的生態(tài)補償作用，在土著魚類的繁殖季節(jié)，利用水庫調(diào)節(jié)下泄水量，保護魚類產(chǎn)卵場所和洄游通道。

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(責任編輯：張瀟峮)

Preliminary study on fish index of biotic integrity (F- IBI) assessment for Ili River,Xinjiang

LIU Chun-chi,NIU Jian-gong,CAI Lin-gang,ZHAN Ren-ming

(XinjiangFisheryResearchInstitute/ScientificObservingandExperimentalStationofFisheryResourcesandEnvironmentinNorthwestChina,MinistryofAgriculture,Urumqi830000，China)

In order to build an assessment criteria and standard of ecosystem health for Ili River,Xinjiang.The Fish-Index of Biotic Integrity (F-IBI) was applied to evaluate the health state of Ili River.Fishery resources of 6 sites in Ili River were investigated from 2012 to 2014.Eight key metrics were selected from thirty-six candidate metrics to develop the final F-IBI system.According to the assessment criteria，it was determined that one site was excellent，three were good and two were fair.Overall,the water quality of Ili River belonged to a better state.Moreover，the assessment results based on the F-IBI were consistent with those from other biotic indexes.Thus，the proposed F-IBI system is suitable to the Ili River，and could serve as one effective measure of environmental monitoring in the river system．

biotic integrity;fish;Ili River

2017-01-20；

2017-04-13

國家科技基礎性工作專項(2012FY112700)

劉春池(1987-)，女，工程師，從事魚類生態(tài)學與資源保護。E-mail: ccliu517@163.com

牛建功。E-mail: 66463228@qq.com

S932.92

A

1000-6907-(2017)04-0015-08