王 軍，黃真理，李海英，蔣小明，李正飛，孟星亮，謝志才

1.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物多樣性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430072 2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院國(guó)家水電可持續(xù)發(fā)展研究中心，北京 100038 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

近年來(lái)，河流生態(tài)系統(tǒng)健康一直是河流生態(tài)學(xué)與環(huán)境科學(xué)的研究熱點(diǎn)[1-3]，如何運(yùn)用有效的方法與手段評(píng)價(jià)河流生態(tài)健康正成為河流生態(tài)學(xué)家與環(huán)境科學(xué)家亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。無(wú)脊椎動(dòng)物具有多樣性高、生命周期長(zhǎng)、生活場(chǎng)所固定、不同種類(lèi)對(duì)環(huán)境壓力敏感程度不同等特點(diǎn)[4]，能很好地指示人類(lèi)活動(dòng)的干擾，因此基于大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物的河流健康評(píng)價(jià)研究較為普遍[5]。

生物完整性指在某一區(qū)域生命系統(tǒng)的總和，即在該區(qū)域內(nèi)支撐和維持所有生物體生命活動(dòng)和過(guò)程的能力[6-8]?；谏锿暾岳砟疃鴺?gòu)建的生物完整性指數(shù)(Index of Biotic Integrity，IBI)是目前河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中應(yīng)用最為廣泛的方法[9-10]。底棲生物完整性指數(shù)(Macroinvertebrate Index of Biological Integrity，M-IBI)就是以大型無(wú)脊椎動(dòng)物群落的結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)為對(duì)象來(lái)定量評(píng)價(jià)河流的退化等問(wèn)題[11]。它綜合了諸多生物指標(biāo)(如分類(lèi)學(xué)、生態(tài)學(xué)和生理學(xué)等)，能定量刻畫(huà)人類(lèi)干擾與生物特性之間的關(guān)系(如生物對(duì)土地利用變化、水電開(kāi)發(fā)的反應(yīng))[6-7,9]。

河流的理化環(huán)境和生物類(lèi)群從上游到下游會(huì)呈現(xiàn)一定的縱向格局的變化[12]，因而河流中生物類(lèi)群的變化并非完全是由干擾造成的，采用上游的采樣點(diǎn)來(lái)作為下游的參照并不完全合適。目前的研究主要集中在對(duì)生境相似或相同的采樣點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)于一個(gè)連續(xù)的河流系統(tǒng)所提出的評(píng)價(jià)體系并不多見(jiàn)。因而研究在摸清赤水河干流及部分支流無(wú)脊椎動(dòng)物現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，應(yīng)用生物完整性理論的原理和技術(shù)體系，嘗試構(gòu)建大型無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來(lái)評(píng)價(jià)赤水河干流和部分支流入河口的健康狀況，為開(kāi)展全領(lǐng)域的健康評(píng)價(jià)體系構(gòu)建打下基礎(chǔ)，為赤水河流域的保護(hù)和管理提供科學(xué)技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究區(qū)域

赤水河地理坐標(biāo)為104°45′～106°51′E，27°20′～28°50′N(xiāo)，發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣，流經(jīng)云南、貴州、四川3個(gè)省，于四川省合江縣注入長(zhǎng)江，是長(zhǎng)江上游較為重要的一級(jí)支流。赤水河是長(zhǎng)江上游區(qū)域唯一沒(méi)有筑壩并且污染較輕的一級(jí)支流，其生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義[13]。干流總長(zhǎng)為436.5 km，流域面積為20 440 km2，河流落差為1 588 m，平均比降為3.57%，河口多年平均流量為309 m3/s。其中河源至茅臺(tái)為上游，河長(zhǎng)為224.7 km，天然落差為1 274.8 m。茅臺(tái)至赤水市為中游，河長(zhǎng)為157.8 km，天然落差為182.9 m。赤水至河口為下游，河長(zhǎng)為54 km，天然落差為16.28 m。全水系流域面積大于1 000 km2的支流,在東南岸有習(xí)水河、二道河、大同河，而北岸和西岸只有古藺河。赤水河是典型的山區(qū)雨源型河流，徑流主要由降水形成，徑流時(shí)空變化規(guī)律與降水時(shí)空變化規(guī)律基本一致。

1.2 采樣點(diǎn)選擇

根據(jù)赤水河的氣候、生態(tài)、地理特征及交通可到達(dá)條件，從源頭至河口共設(shè)置44個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，包括干流和部分支流。分別于2016年4、9月采集無(wú)脊椎動(dòng)物樣品。

采樣點(diǎn)：1.赤水源頭；2.赤水源頭2；3.板橋；4.魚(yú)洞1；5.魚(yú)洞2；6.羅甸；7.巖腳；8.倒流河支流；9.斑鳩井；10.雞鳴三省大峽谷；11.水潦鋪；12.斜口村；13.孫家陀；14.赤水鎮(zhèn)；15.清水鋪；16.灣潭大橋；17.清池鎮(zhèn)；18.龍井渡口；19.五馬河口；20.烏龜石；21.茅臺(tái)鎮(zhèn)；22.無(wú)憂(yōu)酒業(yè)；23.田灣子；24.合馬鎮(zhèn)；25.沙灘鄉(xiāng)；26.桐梓河；27.二郎灘；28.順江場(chǎng)；29.千江寺；30.古藺河；31.淋灘村；32.堡寨；33.土城；34.元厚鎮(zhèn)；35.胡市鎮(zhèn)；36.丙安鎮(zhèn)；37.復(fù)興鎮(zhèn)；38.大同河；39.赤水市上游；40.赤水市下游；41.密溪鄉(xiāng)；42.先市鎮(zhèn)；43.習(xí)水河口；44.赤水河口。圖1 赤水河環(huán)境指標(biāo)和無(wú)脊椎動(dòng)物采樣點(diǎn)分布(實(shí)心圓代表采樣點(diǎn))Fig.1 Location of sampling sites in the Chishui River (dots represent the sampling sites)

1.3 樣品采集與處理

在每個(gè)采集斷面，選取流速、水深、底質(zhì)組成及生境均有代表性的采樣點(diǎn)進(jìn)行樣本采集。每個(gè)采樣點(diǎn)采集3個(gè)重復(fù)樣。依據(jù)各采樣點(diǎn)生境情況，在鵝卵石-礫石底質(zhì)為主的上中游采用索伯網(wǎng)(篩網(wǎng)孔徑為420 μm，采樣面積為0.09 m2)進(jìn)行采集；在淤泥-細(xì)沙底質(zhì)為主的下游河段用1/16 m2彼得遜采泥器采集。定性和定量的采集樣品經(jīng)450 μm銅篩洗凈后，在白色解剖盤(pán)中用肉眼將動(dòng)物標(biāo)本揀出，標(biāo)本用70%的酒精固定后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物種鑒定。物種鑒定工作參考文獻(xiàn)[14-21]。

在采集無(wú)脊椎動(dòng)物樣本的同時(shí)，進(jìn)行環(huán)境指標(biāo)的測(cè)定。海拔和地理坐標(biāo)用麥哲倫GPS(探險(xiǎn)家210型)測(cè)定，河寬用測(cè)距儀測(cè)定。與河流橫斷面上等距離測(cè)定水深，并用LJD-10流速儀測(cè)定0.6倍水深流速。溶解氧、電導(dǎo)率、pH使用水質(zhì)多參數(shù)分析儀(YSI6600，美國(guó))測(cè)定。依照BARBOUR等[22]的標(biāo)準(zhǔn)，將底質(zhì)分為四大類(lèi)：①泥沙(粒徑小于2 mm)；②礫石(粒徑為2～32 mm)；③卵石(粒徑為32～64 mm)；④大石(粒徑大于64 mm)。在每一采樣點(diǎn)目測(cè)估算每一類(lèi)型的百分比。采集樣本的同時(shí)，在每個(gè)采樣點(diǎn)使用經(jīng)pH<2的硫酸處理過(guò)的聚乙烯瓶在水下30 cm采集2瓶水樣，低溫保存并在24 h內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定水化指標(biāo)，主要測(cè)定5項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)：氨氮(NH4+-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、5日生化需氧量(BOD5)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)。水體化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》[23]。

1.4 參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的選擇

依據(jù)各采樣點(diǎn)的物理、化學(xué)、環(huán)境條件和棲境

地評(píng)估，將采樣點(diǎn)分為參照點(diǎn)與受損點(diǎn)[24-25]。選定參照點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)：①河道基本維持自然的狀態(tài)；②河道內(nèi)無(wú)采砂或水利水電工程；③具有較為完整的河岸帶植被；④河岸無(wú)城鎮(zhèn)或居民居住點(diǎn)；⑤上游無(wú)點(diǎn)源污染。此外，還參考了各采樣點(diǎn)的水體理化指標(biāo)。最后，將未能達(dá)到上述條件的采樣點(diǎn)歸為受損點(diǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 群落結(jié)構(gòu)分析

采用非度量多維尺度分析(NMDS)來(lái)解析赤水河上中下游大型無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的差異。采用相似性分析檢驗(yàn)(ANOSIM)來(lái)檢驗(yàn)不同河段無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的相似性[26]。

1.5.2 候選IBI參數(shù)

依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[22,27-30]和赤水河無(wú)脊椎動(dòng)物群落特征，候選的無(wú)脊椎動(dòng)物參數(shù)包括六大類(lèi)共36個(gè)，具體見(jiàn)表1。

表1 構(gòu)建B-IBI體系的無(wú)脊椎動(dòng)物候選參數(shù)及其對(duì)干擾的響應(yīng)Table 1 Macroinvertebrate metrics considered for inclusion in the B-IBI and their response to disturbance

1.5.3 核心參數(shù)的篩選

IBI的核心參數(shù)選定通過(guò)5個(gè)步驟來(lái)完成：①對(duì)所有參數(shù)進(jìn)行初選，如果參數(shù)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的中值均為零，則此參數(shù)不進(jìn)入下一步分析[22];②利用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較各個(gè)參數(shù)在參照點(diǎn)與受損點(diǎn)之間的差異，當(dāng)P<0.05時(shí)，認(rèn)為該參數(shù)能較好地區(qū)分參照點(diǎn)與受損點(diǎn)之間的差異，可用于下一步的篩選;③利用箱線(xiàn)圖法，比較參照點(diǎn)和受損點(diǎn)25%分位數(shù)～75%分位數(shù)范圍及中位數(shù)的分布，進(jìn)行參數(shù)篩選[22]。在此分析中，如果參數(shù)的箱體沒(méi)有重疊或者部分重疊但各自中位數(shù)均落于對(duì)方箱體范圍之外，則該參數(shù)被認(rèn)為能很好地判別參照點(diǎn)和受損點(diǎn)之間的差異，予以保留進(jìn)入下一步分析；④計(jì)算參數(shù)在參照點(diǎn)中的變異系數(shù)，當(dāng)參數(shù)的變異系數(shù)大于1時(shí)，則認(rèn)為該參數(shù)的自身離差過(guò)大而予以排除(P值);⑤對(duì)符合上述條件的參數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。如果|r|>0.75，表明2個(gè)參數(shù)所反映的信息大部分重疊，選擇其中之一即可，保留的標(biāo)準(zhǔn)是t檢驗(yàn)中P值較低者，當(dāng)P值相等時(shí)，選擇變異系數(shù)較低者[28,31]。

1.5.4 IBI分值計(jì)算

研究采用0～10分值法[1]確定B-IBI核心參數(shù)的分值。在進(jìn)行賦值之前需對(duì)各參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。隨干擾增強(qiáng)而減小的參數(shù)，利用公式(1)計(jì)算；隨干擾增強(qiáng)而增加的參數(shù)，利用公式(2)計(jì)算。

為了消除極值的影響，所有核心參數(shù)進(jìn)行95%分位數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，隨干擾增強(qiáng)而減小的參數(shù)，利用公式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；隨干擾增強(qiáng)而增加的參數(shù)，利用公式(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化[10]。

(1)

(2)

1.5.5 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析探討赤水河上中下游環(huán)境因子的差異。為進(jìn)一步檢驗(yàn)M-IBI分值如何響應(yīng)河流的生境質(zhì)量和水質(zhì)狀況，對(duì)M-IBI參數(shù)與環(huán)境因子進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析。以上分析在R軟件中完成。

2 結(jié)果

2.1 群落結(jié)構(gòu)

共鑒定無(wú)脊椎動(dòng)物224個(gè)分類(lèi)單元，隸屬于5門(mén)9綱77科。其中，昆蟲(chóng)綱185種(占比為83.1%)，軟體動(dòng)物門(mén)16種(7.1%)，寡毛綱10種(4.5%)，甲殼綱7種(3.1%)，蛭綱2種，蛛形綱、扁形動(dòng)物門(mén)和線(xiàn)蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)各1種。水生昆蟲(chóng)中，雙翅目73種(占昆蟲(chóng)物種數(shù)的39.8%)，蜉蝣目32種(17.2%)，毛翅目32種(17.2%)，鞘翅目17種(9.1%)，蜻蜓目13種(7.0%)，襀翅目9種(4.8%)，半翅目6種(3.2%)，廣翅目2種和鱗翅目1種。

NMDS分析(圖2)結(jié)果顯示，赤水河上中下游的大型無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異。ANOSIM分析顯示，3組間的無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)差異顯著(春季：r=0.69，P<0.05；秋季：r=0.57，P<0.05)。兩兩比較結(jié)果顯示：春季和秋季不同河段間群落結(jié)構(gòu)差異顯著(春季：上游和中游之間：r=0.41，P<0.001 ；上游和下游之間：r=0.74，P<0.001 ；中游和下游之間：r=0.19，P=0.029 ；秋季：上游和中游之間：r=0.29，P<0.001 ；上游和下游之間：r=0.86，P<0.001 ；中游和下游之間：r=0.46，P<0.001)。

圖2 基于赤水河無(wú)脊椎動(dòng)物群落的NMDS采樣點(diǎn)分組(U， M和D分別表示上游、中游和下游采樣點(diǎn))Fig.2 Sampling-site grouping of nonmetric multidimensional scaling (NMDS) based on macroinvertebrate community structure (U, M and D represents upstream, midstream and downstream, respectively)

2.2 環(huán)境因子

表2 春秋季赤水河各河段環(huán)境因子的比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Table 2 Environmental factors of across reaches in the Chishui River between spring and autumn (mean±SD)

注：“*”表示中下游具有顯著差異，P<0.05。

2.3 參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的選擇

從分析結(jié)果來(lái)看，赤水河上中下游的無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)存在一定差異，為了避免自然的差異對(duì)健康評(píng)價(jià)體系所造成的潛在影響，把赤水河分成3個(gè)河段(上、中、下游)分別構(gòu)建生物完整性體系。按照赤水河的地理特征，將源頭到茅臺(tái)鎮(zhèn)的采樣點(diǎn)劃分為上游，茅臺(tái)至復(fù)興鎮(zhèn)的采樣點(diǎn)為中游，復(fù)興鎮(zhèn)至河口的采樣點(diǎn)為下游。按照參照點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)，共選取上游巖腳、倒流河支流、雞鳴三省大峽谷、斜口村、清池鎮(zhèn)、龍井渡口、五馬河7個(gè)參照點(diǎn)，中游茅臺(tái)鎮(zhèn)、二郎灘、寶寨村、土城、胡市鎮(zhèn)5個(gè)參照點(diǎn)，下游區(qū)域?yàn)椴豢缮嫠退w，這種水體可以采用歷史狀態(tài)(2007)以及最小干擾狀態(tài)作為參照[33]，因此在下游選擇赤水市上游、密溪鄉(xiāng)、先市鎮(zhèn)3個(gè)采樣點(diǎn)以及其歷史狀態(tài)作為參照點(diǎn)。

2.4 候選參數(shù)的選擇

以春季為例來(lái)闡明指標(biāo)篩選的過(guò)程。

2.4.1 參數(shù)的中值分布

從各指標(biāo)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的中值分布(表3)來(lái)看，M4和M12在上中下游的中值分布均為0，因此將其剔除。同理，在中游剔除M6、M14、M31，在下游剔除M5、M6、M13、M14、M31。

2.4.2t檢驗(yàn)

在SPSS 19.0中對(duì)剩余參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(表3)，保留在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)中差異顯著(P<0.05)的指標(biāo)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，上游保留了M1、M2、M3、M23、M25、M27、M29、M31、M32等9個(gè)指標(biāo)，中游保留了M2、M3、M21、M30、M32、M35、M36等7個(gè)指標(biāo)，下游保留了M1、M15、M16、M35等4個(gè)指標(biāo)。

2.4.3 指標(biāo)在參照點(diǎn)中的變異情況

分析第二步獲得指標(biāo)的變異性(表3)，發(fā)現(xiàn)M29在上游的變異系數(shù)大于1，因此將其剔除。中游和下游的各指標(biāo)變異系數(shù)均未出現(xiàn)大于1的情況，因此全部保留。

表3 春季候選參數(shù)在上中下游參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的中值分布、t值及其變異系數(shù)Table 3 Summary of candidate metrics used for selection in spring (the distribution of middle values in reference and disturbance sites, showing pairwise t-test values and variable coefficient)

注：“—”表示無(wú)數(shù)值。

2.4.4 指標(biāo)的相關(guān)性分析

對(duì)上一步所獲得的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，在上游的指標(biāo)中，M1與M2、M3、M23具有相關(guān)性，考慮到M1和M2是非常重要的群落指標(biāo)，而M23代表了群落中物種的耐污能力，因此保留這3個(gè)指標(biāo)：M3與M2具有高相關(guān)性，因此刪除M3；M25和M27具有相關(guān)性(r=0.757)，刪除M25。在中游的指標(biāo)中，M3、M35與M2的相關(guān)性較高，因此剔除這2個(gè)指標(biāo)。而在下游，M15與M16具有高相關(guān)性，考慮到M15指標(biāo)包含較多的類(lèi)群，容易引起歧義，因此保留M16。

2.4.5 篩選指標(biāo)的箱線(xiàn)圖

對(duì)以上步驟所得到的結(jié)果做箱線(xiàn)圖(圖3)，發(fā)現(xiàn)所有指標(biāo)在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)都具有較高的區(qū)分度，因此全部保留。至此，獲得了構(gòu)建上中下游3個(gè)河段的M-IBI指標(biāo)體系的參數(shù)(表4)。

圖3 春季上中下游獲得指標(biāo)的箱線(xiàn)圖(R表示參照點(diǎn)，I表示受損點(diǎn))Fig.3 Boxplot of each index in the upper, middle and down stream of spring (R represent reference sites and I represent impact sites)

季節(jié)上游中游下游春季總分類(lèi)單元數(shù)EPT分類(lèi)單元數(shù)總分類(lèi)單元數(shù)EPT分類(lèi)單元數(shù)第一優(yōu)勢(shì)種百分比搖蚊科百分比敏感種分類(lèi)單元數(shù)刮食者百分比Shannon-Wiener指數(shù)過(guò)濾收集者百分比粘附者分類(lèi)單元數(shù)捕食者百分比均勻度指數(shù)粘附者分類(lèi)單元數(shù)秋季鞘翅目分類(lèi)單元數(shù)蜉蝣目百分比Shannon-Wiener指數(shù)前三位優(yōu)勢(shì)種百分比其他雙翅目和非昆蟲(chóng)百分比搖蚊科百分比無(wú)分節(jié)附肢動(dòng)物百分比BI指數(shù)

2.5 核心參數(shù)的賦分以及B-IBI指數(shù)的計(jì)算

研究最終獲得春季上游6個(gè)指標(biāo)、中游5個(gè)指標(biāo)和下游3個(gè)指標(biāo)分別構(gòu)建各自河段的M-IBI體系；秋季上游2個(gè)指標(biāo)、中游4個(gè)指標(biāo)和下游2個(gè)指標(biāo)分別構(gòu)建各自河段的M-IBI體系。根據(jù)所得到的B-IBI 值獲得各河段不同季節(jié)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表5)。

2.6 M-IBI的評(píng)價(jià)結(jié)果

從M-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果可知，各河段的春秋季健康狀況略有不同，部分采樣點(diǎn)的健康狀況在春秋季有所轉(zhuǎn)變，春季健康狀況好于秋季(圖4)。春季上游有4個(gè)采樣點(diǎn)處于健康狀態(tài)，6個(gè)采樣點(diǎn)處于亞健康狀態(tài)，8個(gè)采樣點(diǎn)為一般，其余2個(gè)采樣點(diǎn)為不健康；中游10個(gè)采樣點(diǎn)處于亞健康狀態(tài)，6個(gè)采樣點(diǎn)為一般，其余1個(gè)采樣點(diǎn)為不健康；下游有1個(gè)采樣點(diǎn)處于健康狀態(tài)，2個(gè)采樣點(diǎn)處于亞健康狀態(tài)，4個(gè)采樣點(diǎn)為一般。而在秋季，上游2個(gè)采樣點(diǎn)處于健康狀態(tài)，12個(gè)采樣點(diǎn)處于亞健康狀態(tài)，2個(gè)采樣點(diǎn)一般，其余4個(gè)采樣點(diǎn)為不健康；中游有5個(gè)采樣點(diǎn)處于健康狀態(tài)，5個(gè)采樣點(diǎn)處于亞健康狀態(tài)，4個(gè)采樣點(diǎn)為一般，其余3個(gè)采樣點(diǎn)為不健康；下游有1個(gè)采樣點(diǎn)處于健康狀態(tài)，5個(gè)采樣點(diǎn)處于亞健康狀態(tài)，1個(gè)采樣點(diǎn)

為一般。

表5 赤水河的健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 5 The health evaluation standard of the Chishui River

圖4 赤水河各采樣點(diǎn)的M-IBI得分(黑色原點(diǎn)代表各采樣點(diǎn)得分，a～c代表春季上游、中游和下游，d～f代表秋季上游、中游和下游)Fig.4 M-IBI scores of sample sites in the Chishui River in spring and autumn (black circle represents the M-IBI score of sample sites. Letter a-c represents upper, middle and downstream of spring and d-f represents autumn)

2.7 M-IBI 與環(huán)境因子的關(guān)系

線(xiàn)性回歸結(jié)果顯示，春季的M-IBI指標(biāo)體系

圖5 M-IBI值與關(guān)鍵環(huán)境因子的關(guān)系Fig.5 Relationship between M-IBI scores and core environmental variables

3 討論

3.1 參照點(diǎn)與受損點(diǎn)的選擇

準(zhǔn)確劃分參照點(diǎn)與受損點(diǎn)是構(gòu)建M-IBI的關(guān)鍵[27,34]。常用的界定參照點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)有2種，一種是以流域內(nèi)受人類(lèi)干擾最(較)小的河段采樣點(diǎn)作為參照點(diǎn)[22]，另一種是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)來(lái)劃分[35]。由于上中下游本身存在較大差異(環(huán)境差異造成的生物差異)，這種差異是由河流縱向格局造成的[12]，因此分不同河段進(jìn)行評(píng)價(jià)有助于提高評(píng)價(jià)的可靠性。研究中，赤水河上游和中游采樣點(diǎn)較多，因此采用經(jīng)驗(yàn)法和生境打分法確定相對(duì)較好的采樣點(diǎn)作為參照點(diǎn)；而下游區(qū)域?yàn)椴豢缮嫠退w，這種水體的集水區(qū)絕大部分都受到一定程度的干擾，因而可以采用歷史狀態(tài)以及最小干擾狀態(tài)作為參照[33]，以保證統(tǒng)計(jì)分析的可靠性。在下游區(qū)域采用歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)采樣點(diǎn)相結(jié)合的方法選取參照點(diǎn)。在這里，筆者只尋找下游河段采樣點(diǎn)中相對(duì)較好的狀態(tài)作為參照，不考慮無(wú)脊椎動(dòng)物的時(shí)間變化。研究中，采用歷史參照同樣是基于最小干擾的假設(shè)，這種處理方式總體上有助于提升評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2 候選指標(biāo)的選擇

不同的候選參數(shù)都可以反映一定的環(huán)境脅迫[22]。研究綜合選取了六大類(lèi)反映群落信息的指標(biāo)(物種豐富度、群落組成、耐污能力、功能攝食類(lèi)群、生境傾向和生物多樣性)作為構(gòu)建M-IBI的候選參數(shù)。河流是一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)，從上游到下游具有明顯的自然梯度變化。從之前的分析結(jié)果可知，赤水河上中下游無(wú)脊椎動(dòng)物的群落組成差異顯著，這些差異由自然因素和人類(lèi)干擾因素的變化共同主導(dǎo)。因此，為了剔除自然因素的影響，將整條河流分為上中下3個(gè)自然變化相對(duì)恒定的河段來(lái)分別構(gòu)建M-IBI的指標(biāo)體系。

總分類(lèi)單元數(shù)是IBI體系構(gòu)建中較為常用的指標(biāo)，在研究中也易獲得；中游河段由于各采樣點(diǎn)的總物種數(shù)差異不是很大，所以該指標(biāo)并未進(jìn)入最終的M-IBI指標(biāo)體系中。另外，EPT物種幾乎主要分布在上游和部分中游采樣點(diǎn)，在下游較少，因此EPT分類(lèi)單元數(shù)并未進(jìn)入下游的M-IBI指標(biāo)體系。在篩選指標(biāo)體系時(shí)，亦根據(jù)各自指標(biāo)代表的生態(tài)學(xué)意義進(jìn)行篩選(如敏感種分類(lèi)單元數(shù)雖然與總分類(lèi)單元數(shù)具有相關(guān)性，但其代表了群落的耐污能力，因此將其保留下來(lái))。剔除一些涵義較為模糊的指標(biāo)，如下游中雙翅目百分比和搖蚊科百分比具有相關(guān)性，但在雙翅目中包含一些較為敏感的類(lèi)群(如大蚊科的種類(lèi))，而這些種類(lèi)在下游幾乎很少分布，因此保留了搖蚊科百分比而剔除了雙翅目百分比。因此，建議在今后的M-IBI體系構(gòu)建中，應(yīng)依據(jù)流域內(nèi)無(wú)脊椎動(dòng)物群落分布的實(shí)際狀況選取合適的候選參數(shù)，并可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)某些廣泛使用的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

3.3 M-IBI體系的適用性

研究對(duì)赤水河各個(gè)采樣點(diǎn)的健康狀況作出了科學(xué)的評(píng)價(jià)。赤水河大多數(shù)斷面是亞健康和一般的狀態(tài)，表明赤水河不同河段均受到了一定的人為干擾。不同斷面在不同月份的M-IBI值有一定的差異，這種差異一方面是由季節(jié)變化引起的，更多的則是由于人類(lèi)干擾所致。如在中游的二合段田灣子渡口采樣點(diǎn)，春季處于基本健康的狀態(tài)，而到了秋季則變?yōu)椴唤】怠Ｔ诓蓸拥倪^(guò)程中發(fā)現(xiàn)，秋季田灣子渡口采樣點(diǎn)河水幾乎不流動(dòng)，而且水面漂浮大量死亡的藻類(lèi)，生境質(zhì)量非常差，無(wú)脊椎動(dòng)物主要為耐污的搖蚊和蘇氏尾鰓蚓。而在一些斷面(如赤水鎮(zhèn))，從現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察來(lái)看，城鎮(zhèn)依河而建，但M-IBI的得分卻較高。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些樣點(diǎn)的無(wú)脊椎動(dòng)物種類(lèi)豐富，多樣性高，可能是因?yàn)闊o(wú)脊椎動(dòng)物已經(jīng)適應(yīng)了這種生境，群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。因此，在進(jìn)行健康評(píng)價(jià)的過(guò)程中，基于無(wú)脊椎動(dòng)物的評(píng)價(jià)結(jié)果可能與其他類(lèi)群略有差異，這是因?yàn)椴煌念?lèi)群對(duì)環(huán)境的要求不同。生物的群落結(jié)構(gòu)可以指示其生存的環(huán)境，在評(píng)價(jià)過(guò)程中，基于各類(lèi)群的評(píng)價(jià)結(jié)果是對(duì)河流現(xiàn)狀的反映，應(yīng)把所有類(lèi)群的指標(biāo)綜合起來(lái)進(jìn)行河段或者采樣點(diǎn)的健康狀況評(píng)判。

4 結(jié)論

致謝：項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，得到中國(guó)水利水電科學(xué)研究院林俊強(qiáng)博士、任家贏(yíng)博士的大力支持；采樣過(guò)程中，貴州省科學(xué)研究院陳會(huì)明教授、蔣玄空等研究人員和貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院陳永祥教授、趙海濤博士以及中科院水生所唐濤、張君倩、盧雅靜、郭姝含、汪卓等給予了很大幫助，在此一并表示衷心感謝。