鄧明星，黃亮亮，莫苑敏，黃健，王倩，宋曉紅,，高明慧，鄒琦，吳志強,4

1. 桂林理工大學環(huán)境科學與工程學院，桂林 541004 2. 桂林理工大學巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心，桂林 541004 3. 廣西環(huán)境污染控制理論與技術重點實驗室，桂林541004 4. 廣西壯族自治區(qū)海洋和漁業(yè)廳，南寧530022

生物完整性是指在一個地區(qū)的天然棲息地中的群落所具有的種類組成、多樣性和功能結構特征，以及該群落所具有的維持自身平衡、保持結構完整和適應環(huán)境變化的能力[1]。1981年，Karr[2]和Barbour等[3]依據(jù)“一個良好的水域生態(tài)環(huán)境，必然存在一個完善的生物群落結構”的構想，提出用生物完整性指數(shù)(index of biotic integrity，IBI)評價水環(huán)境質量。生物完整性指數(shù)因其操作簡單易行，且能很好地評價河流長期的累積效應，目前被世界各地的科學家和河流管理者應用，而且評價生物也由最開始的魚類發(fā)展為底棲無脊椎動物、周叢生物、底棲藻類、浮游生物、高等維管束植物和鳥類等[4-9]。我國自21世紀初開始應用魚類生物完整性指數(shù)來評價河流健康，截止目前在我國的長江、黃河、珠江、遼河、伊犁河、鑒江等水系均有利用[10-21]。

2004年，珠江水利委員會提出了“當好河流代言人，維護河流健康，建設綠色珠江”的治水工作思路，并初步構建了從河流的自然屬性和社會屬性綜合評價河流健康的評價指標體系[22]。近年，利用魚類生物完整性指數(shù)評價河流健康也陸續(xù)在珠江水系展開，如東江、紅水河、漓江等[12, 23-28]，然而廣西境內其他河流健康評價研究相對匱乏。因此，本文以廣西桂林市荔浦河為研究區(qū)域，構建魚類生物完整性指標體系評價荔浦河河流健康狀況，為荔浦河的河流管理和保護提供理論依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 研究區(qū)域

荔浦河位于廣西壯族自治區(qū)東北部，桂林市南緣荔浦縣，屬珠江流域西江水系。荔浦河為縣境內主要河流，發(fā)源于金秀瑤族自治縣大瑤山的老山北麓，從西南流向東北貫穿全境，途經(jīng)修仁鎮(zhèn)、青山鎮(zhèn)、荔浦縣、新坪鎮(zhèn)、東昌鎮(zhèn)等地，后于思貢村梅子洲流入平樂注入桂江(圖1)。縣境內河長94.7 km，其流域面積1 602.65 km2，占全縣總面積的91%。年均徑流量15.56億m3。荔浦河位于北回歸線北側，屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，四季分明，夏長冬短，春秋為過渡性季節(jié)。境內熱量豐度，年平均日照時間為1 306.9 h，平均氣溫19.8 ℃，年平均降水量為1 458.4 mm。

1.2 采樣方法

2017年的1月(冬)、4月(春)、7月(夏)、10月(秋)對荔浦河進行4次魚類樣本采集，共設置了11個采樣點，分別為修仁鎮(zhèn)(S1)、青山鎮(zhèn)(S2)、荔浦縣(S3)、東昌鎮(zhèn)(S4)、龍懷鄉(xiāng)(S5)、茶城鄉(xiāng)(S6)、蒲蘆鄉(xiāng)(S7)、杜莫鎮(zhèn)(S8)、新坪鎮(zhèn)(S9)、馬嶺鎮(zhèn)(S10)、雙江鎮(zhèn)(S11)(如圖1)。以背負式捕魚器(功率2 kW，6場管)電魚、刺網(wǎng)(網(wǎng)目10 mm)網(wǎng)捕、竹筒陷阱對采樣點進行采樣，每個采樣點的采樣距離約500 m。采樣點選取急流區(qū)、緩流區(qū)、水草覆蓋區(qū)、深潭等能滿足大部分魚類生存的棲息生境。魚類樣本現(xiàn)場用10%的福爾馬林固定，帶回實驗室進行鑒定和測量，對采集到的魚類鑒定到種[29-31]，最后用5%的福爾馬林保存。

1.3 參考位點的選取

目前，國內外還沒有明確的參考點的選取標準，相關研究對于參考點的選取大致分為2類[32-35]：① 研究區(qū)域內受人為干擾小的河段；② 使用歷史數(shù)據(jù)作為期望值。因荔浦河缺乏魚類歷史數(shù)據(jù)，本研究選取上游河段受人為干擾小的S1(修仁鎮(zhèn))、S10(馬嶺鎮(zhèn))和S11(雙江鎮(zhèn))作為參考點。

1.4 指標設置及篩選原則

綜合目前國內外的相關研究，結合荔浦河的魚類組成的實際情況，共設置了25個初選指標(表1)，主要包含物種組成和豐度、營養(yǎng)結構、耐受性、繁殖共位群、魚類數(shù)量與健康狀況這五大類參數(shù)。

圖1 荔浦河采樣點分布圖Fig. 1 Map of sampling sites in Lipu River

屬性Attributes指標(縮寫)Metrics (Abbreviation)屬性Attributes指標(縮寫)Metrics (Abbreviation)種類組成與豐度Species richness and composition魚類總物種數(shù)(M1)Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(M2)鯉科魚類占總物種數(shù)的百分比(M3)鰍科魚類占總物種數(shù)的百分比(M4)蝦虎魚科魚類占總物種數(shù)的百分比(M5)鲇形目占總物種數(shù)的百分比(M6)鲌亞科魚類種類數(shù)(M7)野鯪亞科魚類種類數(shù)(M8)鲃亞科魚類種類數(shù)(M9)鮈亞科魚類種類數(shù)(M10)鱊亞科魚類種類數(shù)(M11)中上層魚類百分比(M12)底層魚類百分比(M13)中下層魚類百分比(M14)上層魚類百分比(M15)營養(yǎng)結構Trophic guilds耐受性Intolerance and tolerance繁殖共位群Reproductive guilds魚類數(shù)量與健康狀況Species abundance and condition肉食性魚類數(shù)量百分比(M16)植食性魚類數(shù)量百分比(M17)雜食性魚類數(shù)量百分比(M18)無脊椎動物食性魚類數(shù)量百分比(M19)耐受性魚類數(shù)量百分比(M20)敏感性魚類數(shù)量百分比(M21)產(chǎn)漂浮型卵魚類數(shù)量百分比(M22)產(chǎn)粘性卵魚類數(shù)量百分比(M23)魚類總個體數(shù)(M24)外來魚類物種個體數(shù)百分比(M25)

表2 荔浦河魚類名錄Table 2 List of fish in Lipu River

荔浦河魚類生物完整性指標篩選原則[4-15, 32, 36]：①分布范圍篩選：種類數(shù)指標，若各采樣點的指標結果均小于5，則移除該指標；百分比指標，若各采樣點的指標結果差異均小于10%，則移除該指標；任何一個指標，若90%以上采樣點指標結果均為0，則移除該指標。②判別能力篩選：根據(jù)Barbour方法[32]，比較參照位點和觀測位點在25%～75%分位數(shù)范圍即箱體IQ(interquartile ranges)內的重疊情況，分別賦予不同的值：沒有重疊，IQ=3；部分重疊，但各自中位數(shù)都在對方箱體之外，IQ=2；僅一個中位數(shù)值在對方箱體范圍之內，IQ=1；各自中位數(shù)值都在對方箱體范圍之內，IQ=0。保留IQ≥2的參數(shù)進一步分析。③相關性分析篩選：對余下的指標進行相關性分析，移除高度相關的指標(|R|>0.9)，只保留信息量大的指標。

1.5 指標賦值及評價標準

將各指標按1、3、5分3個層次賦值，最理想的等級記5分，最差的等級記1分，中間的記3分[37]。以參考點IBI總分值的25%分位數(shù)為健康標準進行劃分，對小于25%分位數(shù)進行3等分，對未采集到魚的采樣點記為“無魚”，最終將河流健康狀況分為“健康”、“一般”、“較好”、“極差”和“無魚”5個等級。為消除指標數(shù)量造成IBI總分的差異，采用公式IBI總分值=(各指標總分/指標個數(shù))×12[38]。

2 結果(Results)

2.1 魚類物種組成

共采集到魚類21 192尾，經(jīng)鑒定共計魚類94種，隸屬于6目17科62屬(表2)。其中，鯉形目3科61種(17 177尾)，占總物種數(shù)的64.89%；鲇形目3科10種(1 055尾)，占總物種數(shù)的10.65%；鱸形目7科18種(1 348尾)，占總物種數(shù)的19.15%；合鰓魚目2科3種(98尾)，占總物種數(shù)的3.19%；鮭形目(1 500尾)和鳉形目(14尾)均1科1種，分別占總物種數(shù)的1.06%。

2.2 指標篩選

本研究將適應緩流或者靜水的鲌亞科、鯉亞科、黃鱔、斗魚、食蚊魚、鲇形目、鱧科、沙塘鱧科魚類定為耐受性魚類；將野鯪亞科、鲃亞科、鮈亞科、平鰭鰍科等急流性魚類定為敏感性魚類[14,26]。通過分布范圍的篩選，指標M5、M6、M7、M8、M25從初選指標中刪除。其余指標進行判別能力篩選，僅M1、M2、M10、M14、M16、M21、M22滿足篩選要求(圖2)，進入下一步篩選；然后對M1、M2、M10、M14、M16、M21、M22進行Pearson相關性分析(表3)，篩選出|R|<0.9，最終確定M1、M2、M16、M21、M22等5個指標為荔浦河河流健康評級體系的評價指標。

圖2 荔浦河7個魚類生物完整性指數(shù)候選指標箱體圖Fig. 2 Box-plots of seven candidate metrics for index of biotic integrity based on fish in Lipu River

2.3 評分與評價

據(jù)初選指標的篩選結果，最終確定了5個IBI指標(表4)。荔浦河參照點IBI總分的25%分位數(shù)為48，荔浦河魚類完整性評價標準見表5。根據(jù)2017年的魚類數(shù)據(jù)，用表4的評分計算方法，荔浦河8個樣點的河流健康狀況評價結果如表6所示。

魚類生物完整性指數(shù)評價荔浦河的健康狀況結果表明，青山鎮(zhèn)、荔浦縣和蒲蘆鄉(xiāng)3個河段為“一般”水平，東昌鎮(zhèn)、龍懷鄉(xiāng)、杜莫鎮(zhèn)和新坪鎮(zhèn)4個河段為“較差”水平，而茶城鄉(xiāng)河段為“極差”水平?？v觀荔浦河河流健康狀況，荔浦河干流河段(青山鎮(zhèn)、荔浦縣及東昌鎮(zhèn))的健康狀況大多處于“一般”水平，而支流河段的健康狀況相對較差，僅蒲蘆鄉(xiāng)河段為“一般”水平，其余支流河段均為“較差”或“極差”水平。

表3 荔浦河7個魚類生物完整性指數(shù)候選指標相關性分析Table 3 Correlation analysis among seven metric candidates for index of biotic integrity based on fish in Lipu River

表4 荔浦河魚類生物完整指標及賦值標準Table 4 IBI metrics and scoring criteria in Lipu River

表5 荔浦河魚類生物完整性評價標準Table 5 Assessment criteria for index of biotic integrity based on fishes in Lipu River

表6 荔浦河各采樣點IBI評價結果Table 6 IBI results for sampling sites in Lipu River

3 討論(Discussion)

荔浦河與漓江、恭城河在平樂匯聚后始稱桂江。鄰近的漓江河流健康狀況顯示漓江上游支流多數(shù)處于“健康”水平，中下游河段也處于“一般”或“一般”以上水平[26-27]。相比之下，荔浦河上游支流河段的健康狀況相對較差，僅蒲蘆鄉(xiāng)河段為“一般”水平，其余支流河段均為“較差”或“極差”水平。荔浦河的河流健康狀況令人堪憂，地方政府應馬上采取相關措施對荔浦河進行生態(tài)保護與恢復。

荔浦河支流上人類活動劇烈，如筑壩工程、架橋工程、修路工程等引起的水文變化或水體理化性質變化是導致這些河段魚類多樣性下降的主要原因。如茶城鄉(xiāng)(S6)和龍懷鄉(xiāng)(S5)位于水庫下游，其魚類物種組成分別只有20種和23種，其魚類物種組成主要以鯉亞科、鲇形目、鱧科、沙塘鱧科魚類等耐受性魚類為主，且研究期間茶城鄉(xiāng)(S6)有架橋工程，采樣期間水體濁度較高，這也是導致茶城鄉(xiāng)(S6)河段河流健康水平下降的原因之一。另外，杜莫鎮(zhèn)(S8)沿河的修路工程引起河流水體濁度急劇增加，導致該河段的魚類物種下降至18種，且其魚類物種組成也以耐污型魚類為主。眾多研究結果表明，水體濁度增加會導致魚類的生理功能急劇下降，且懸浮物可直接堵塞或損壞魚類鰓組織，進而抑制魚類或軟體動物的生長，甚至導致其死亡，尤其對幼魚和小型魚類危害更大[39-41]。

致謝：感謝捷克布拉格生命科學大學(Czech University of Life Sciences Prague)陳中兵博士在文章修改中給予的幫助。