張 杰, 蘇 航, 盛楚涵, 崇祥玉, 殷旭旺*, 徐宗學(xué), 張 遠

1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院， 遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室， 遼寧 大連 116023 2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院， 北京 100875 3.中國環(huán)境科學(xué)研究院， 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室， 北京 100012

河流為人類的生產(chǎn)生活提供了基本的保障，具有維持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及改善自然生態(tài)環(huán)境等功能，人類生存和經(jīng)濟發(fā)展都離不開河流生態(tài)系統(tǒng). 目前，由于生活污水的過度排放、河岸帶植被的濫砍濫伐、水資源的濫用，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)成為最脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]，對河流健康評價的研究愈發(fā)受到各界人士的重視[2-5]. 河流健康評價已成為監(jiān)測和診斷水體健康狀況、指導(dǎo)受損水生態(tài)修復(fù)和保護的重要手段[6]，因此，如何合理地評價河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況已成為研究的重點內(nèi)容.

在我國，最初使用的河流健康評價方法是基于河流水質(zhì). SFA (single factor assessment,單因子評價)要根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]，將實際測量值與標(biāo)準(zhǔn)值做對比，得出水環(huán)境質(zhì)量的評價結(jié)果. 董桂華[8]利用單因子評價方法對阜新境內(nèi)6條河流進行水質(zhì)監(jiān)測，將高于GB 3838—2002 Ⅲ類水質(zhì)定為達標(biāo)，低于GB 3838—2002 Ⅲ類水質(zhì)定為不達標(biāo). SFA方法簡單，標(biāo)準(zhǔn)一致，但僅能反映水生態(tài)系統(tǒng)的水環(huán)境特征，而忽略了系統(tǒng)內(nèi)的生物群落特征及河岸帶土地利用類型特征. 20世紀(jì)中期開始有關(guān)于生物完整性的研究[9]，Karr等[10]基于物種豐富度、數(shù)量、營養(yǎng)方式等12項魚類指標(biāo)，構(gòu)建F-IBI評價方法，通過生物群落對不同環(huán)境變化所作出的響應(yīng)進行河流健康評價. 近年來，利用生物完整性評價方法的研究較多，并在魚類、底棲生物、著生藻類等不同生物類別進行應(yīng)用[11-13]，用以評價河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況. 雖然生物完整性評價方法應(yīng)用較廣，但其評價方法僅反映生物群落的受損狀況[14-16]，而在水質(zhì)條件極佳但生物類群較少的區(qū)域，用生物完整性評價方法得到的結(jié)果不夠全面. 此外，英國的無脊椎分類計劃[17](River Invertebrate Prediction and Classification System, RIVPACS)以底棲無脊椎動物作為監(jiān)測對象，建立分類和預(yù)測模型，比較OE(觀測值期望值)的數(shù)值對河流進行評價. 唐濤等[18]指出，RIVPACS所選指標(biāo)較為單一，當(dāng)物種狀況沒有較大變化的情況下，這一評價方法的作用就會減小. 澳大利亞的溪流狀態(tài)指數(shù)[19](Australian river assessment scheme, ISC)通過水文學(xué)、物理特征、河岸帶狀況、水質(zhì)及水生生物5個方面共22個指標(biāo)，運用多指標(biāo)評價體系對河流進行健康評價，評價指標(biāo)雖較為全面，但其利用固定的評價指標(biāo)對澳大利亞全國的河流進行健康評價，容易忽略不同河流的特殊性.

河流生態(tài)系統(tǒng)涵蓋了生物和非生物因素，從生態(tài)系統(tǒng)健康的角度而言，河流生態(tài)系統(tǒng)的健康不僅包括生物群落的完整性，還應(yīng)該包括其物理完整性及化學(xué)完整性[20]. 因此，該研究基于河流生態(tài)系統(tǒng)健康層面，構(gòu)建一個具有生物完整性、物理完整性以及化學(xué)完整性三部分在內(nèi)的河流IEI (index of ecological integrity,生態(tài)系統(tǒng)完整性)評價體系，并將3個體系賦予不同的權(quán)重，劃分評價標(biāo)準(zhǔn)，得出評價結(jié)果. 生態(tài)系統(tǒng)功能主要包括群落生產(chǎn)力、群落穩(wěn)定性、系統(tǒng)分解力和營養(yǎng)物循環(huán)等，一個健康的河流生態(tài)系統(tǒng)通常具有較高的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力[21]，由于生態(tài)系統(tǒng)功能難以在一次調(diào)查研究中進行量化，因此該研究未將此類指標(biāo)納入河流生態(tài)系統(tǒng)完整性評價體系. 渾太河空間異質(zhì)性大，生境類型多樣且復(fù)雜性高，土地利用方式多樣[22]，因而該研究以渾太河為研究區(qū)域構(gòu)建IEI評價體系并進行河流健康評價. 魚類是最早作為評價河流健康狀況的指示生物，其生物等級高，在食物鏈中的地位及對水質(zhì)的靈敏程度高，能夠綜合表征河流水生態(tài)健康狀況[3]，故而在該研究中作為構(gòu)建生物完整性的類群. 此外，為了比較IEI評價體系構(gòu)建的合理性及結(jié)果的可靠性，該研究同時對渾太河進行了SFA和F-IBI (fish index of biological intergrity,魚類生物完整性)評價，并與IEI評價結(jié)果作對比分析. 該研究構(gòu)建的IEI評價體系旨在為水環(huán)境監(jiān)測及水污染治理提供參考，為河流的綜合治理及可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

渾太河(40.45°N～42.30°N、122.00°E～125.30°E)處于遼寧省中部地區(qū)，屬于溫帶季風(fēng)氣候，流域面積2.73×104km2，年均氣溫5～10 ℃，多年平均降水量500～800 mm，跨越3個水生態(tài)二級區(qū)[23]；地勢大體上東南高西北低，山地面積占69%，丘陵占6.1%，平原占24.9%[24]，由渾河和太子河兩條水系組成，合流后至營口入海，其中，太子河全長413 km，流經(jīng)本溪、遼陽等縣市，渾河全長415 km，流經(jīng)清原、新賓等縣市；隨著人類干擾程度的不斷增加，渾太河呈現(xiàn)不同的受損情況，河流水質(zhì)污染、生態(tài)退化加重，制約了流域內(nèi)人們正常的生產(chǎn)生活.

1.2 采樣點設(shè)置

2012年5月，在遼寧省渾太河河流的平水期進行野外調(diào)查研究，選取65個采樣點，調(diào)查魚類群落特征、水環(huán)境物理特征及水環(huán)境化學(xué)特征，采樣點基本覆蓋渾太河河流(見圖1). 其中，太子河41個采樣點(T1～T41)，渾河24個采樣點(H1～H24). 利用Magellan全球定位系統(tǒng)(eXplorist-200)記錄采樣點經(jīng)緯度.

圖1 渾太河采樣點示意Fig.1 Location sketch of sample sites in the Hun-Tai River

1.3 數(shù)據(jù)獲取方法

1.3.1魚類數(shù)據(jù)獲取

在采樣點用電魚法和掛網(wǎng)法配合完成魚類樣品的采集，對水深小于1.5 m的采樣點，沿采樣點上下游400 m范圍內(nèi)，采用電魚法進行樣品采集，時間在30 min左右；對水深大于1.5 m的采樣點，將電魚法和掛網(wǎng)法相結(jié)合進行，電魚法采用低壓電魚器在河岸邊淺水區(qū)進行；在深水區(qū)采用掛網(wǎng)法進行樣品采集，掛網(wǎng)時間維持在1 h左右[25]，網(wǎng)徑大小分別為6 cm× 6 cm、12 cm×12 cm、20 cm×20 cm. 對于現(xiàn)場能夠鑒定到種的樣品于現(xiàn)場直接鑒定，鑒定后立刻放生；對于不能直接鑒定到種的樣品，選取鑒定標(biāo)志不受損害的魚類保存在甲醛溶液中帶回實驗室鑒定. 分類與鑒定參考《遼寧動物志-魚類》[26]和《大伙房水庫水生動植物圖鑒》[27].

1.3.2物理指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取

水生態(tài)系統(tǒng)物理完整性包括可量化的物理生境和河岸帶土地利用類型兩部分指標(biāo)，即水溫、流速、流量、水深、河寬、底質(zhì)含沙量比例、森林面積及草地面積8項. 其中，水溫采用水質(zhì)分析儀(YSI Pro2000，美國YSI公司)現(xiàn)場獲取數(shù)據(jù); 流速、流量、水深采用流速儀(FP111，美國Global Water Instrumentation公司)獲取數(shù)據(jù); 河寬使用測距儀(Leupold RX-IV，美國LEUPOLD公司)獲取數(shù)據(jù); 底質(zhì)含沙量比例用底質(zhì)分樣篩網(wǎng)(孔徑分別為16、8、4、2和1 mm)獲取數(shù)據(jù); 土地利用方式的獲取根據(jù)研究區(qū)的實際情況，參考2007年《土地利用現(xiàn)狀分類》[28]，結(jié)合上游區(qū)域的土地利用特征，以左右岸800 m為界與土地利用數(shù)據(jù)疊加分析獲得.

1.3.3化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取

水生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)完整性包括可量化的水質(zhì)指標(biāo)，即ρ(Cl-)、ρ(NH4+-N)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(PO43-)、硬度、ρ(CODMn)、ρ(NO2--N)、ρ(NO3--N)、總有機碳、總無機碳、總?cè)芙馓?、pH、電導(dǎo)率、ρ(DO)、ρ(TDS)及ρ(SS)等17項. 其中，pH、電導(dǎo)率、ρ(DO)及ρ(TDS)采用水質(zhì)分析儀現(xiàn)場獲取數(shù)據(jù)；其余指標(biāo)在每個采樣點采集兩個平行水樣(各2 L)，于48 h內(nèi)帶回實驗室，根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]于實驗室內(nèi)測定.

1.4 研究方法

1.4.1IEI評價體系

a) 指標(biāo)初步篩選. 剔除超過90%采樣點數(shù)據(jù)均為零的指標(biāo)，剔除采樣點之間差異小于10%的指標(biāo)[29].

b) 進行參考樣點和受損樣點的篩選.根據(jù)GB 3838—2002[7]并結(jié)合棲息地綜合質(zhì)量評估[30](qualitative habitat assessment index)，將水質(zhì)等級高于GB 3838—2002 Ⅱ類水、棲息地綜合質(zhì)量評分大于120分的采樣點作為參考樣點；將水質(zhì)等級低于GB 3838—2002 Ⅳ類水、棲息地綜合質(zhì)量評分小于90分的采樣點作為受損樣點. 該研究選出T6、T7、T9、T10、T41、H2、H5共7個采樣點作為參考樣點，T32、H10、H11、H12、H19、H22共6個采樣點作為受損樣點.

c) 分析候選指標(biāo)對干擾的反應(yīng). 根據(jù)參考樣點和受損樣點之間的差異比較，剔除隨人類干擾不變的指標(biāo)，僅保留隨人類干擾程度單調(diào)遞增或者是單調(diào)遞減的指標(biāo)(見表1～3).

表1 F-IBI評價指標(biāo)體系

表2 物理完整性評價指標(biāo)體系

d) 判別能力篩選. 根據(jù)Barbour等[31]的評價法，比較參考樣點和受損樣點25%～75%分位數(shù)范圍(箱體IQ)的重疊情況，保留IQ≥2的指標(biāo)，即保留雙方中位數(shù)均超出對方25%～75%分位數(shù)的箱體范圍和雙方箱體均在對方箱體之外兩種情況.

e) 相關(guān)性分析. 對通過判別能力篩選的指標(biāo)依照相關(guān)性顯著性水平判斷指標(biāo)間的信息重疊程度，若顯著相關(guān)，說明信息重疊程度高，則保留其中一個指標(biāo)即可.

f) 標(biāo)準(zhǔn)化處理[32]. 為了統(tǒng)一量綱，對核心指標(biāo)數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

隨干擾增強而值減小的指標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)化公式為

表3 化學(xué)完整性評價指標(biāo)體系

Pij=OijSi95×100

(1)

隨干擾增強而值增加的指標(biāo)，其標(biāo)準(zhǔn)化公式為

Pij=(maxOij-Oij)(maxOij-Si5)×100

(2)

式中，Pij為j個采樣點的第i個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，Oij為原始觀測值，Si95為全部采樣點中第i個指標(biāo)95th分位數(shù)的原始觀測值，maxOij為第i個指標(biāo)在全部采樣點中的最大值，Si5為全部采樣點中第i個指標(biāo)5th分位數(shù)的原始觀測值.

g) 評價標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果. 運用層次分析法[33]，對F-IBI 賦予50%的權(quán)重，物理完整性及化學(xué)完整性分別賦予25%的權(quán)重，進行加和，得出各樣點IEI得分. 運用分位數(shù)法將參考樣點IEI得分>75th分位數(shù)作為“健康”的標(biāo)準(zhǔn)，得分在50th～75th分位數(shù)范圍內(nèi)為“較好”的標(biāo)準(zhǔn)，得分在25th～50th分位數(shù)范圍內(nèi)為“一般”的標(biāo)準(zhǔn)，得分<25th分位數(shù)作為“較差”的標(biāo)準(zhǔn)，運用比值法將各采樣點的分值與評價標(biāo)準(zhǔn)相比較，最終得出各采樣點IEI的健康評價結(jié)果.

層次分析法權(quán)重公式：

(3)

式中，aij表示標(biāo)度，Wi表示評價指標(biāo)的權(quán)重.

生態(tài)系統(tǒng)完整性得分公式：

(4)

式中，xi為核心指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化分值.

1.4.2F-IBI評價體系

對F-IBI 20個候選指標(biāo)(見表1)的篩選方法同1.4.1節(jié)中(a)～(g)，將篩選出的核心指標(biāo)取標(biāo)準(zhǔn)化后的平均值按照>75th分位數(shù)作為“健康”的標(biāo)準(zhǔn)，得分在50th～75th分位數(shù)范圍內(nèi)為“較好”的標(biāo)準(zhǔn)，得分在25th～50th分位數(shù)范圍內(nèi)為“一般”的標(biāo)準(zhǔn)，得分<25th分位數(shù)作為“較差”的標(biāo)準(zhǔn).

1.4.3SFA評價方法

根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]及渾太河采樣數(shù)據(jù)調(diào)查,選取電導(dǎo)率、ρ(NH4+-N)、ρ(TN)、ρ(TP)及ρ(CODMn)等5個指標(biāo)進行PCA (principle component analysis，主成分分析)分析，篩選出特征值最高的指標(biāo)作為SFA的特征指標(biāo)并按照高于GB 3838—2002 Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)劃為“健康”，將Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分別劃為“較好”“一般”“較差”.

1.4.4數(shù)據(jù)分析軟件

箱體圖在軟件Origin 8.5中進行，相關(guān)性分析在軟件SPSS 20.0中進行；采樣點圖在軟件ArcMap 10.5中進行，PCA分析在軟件Canoco 4.5中進行.

2 結(jié)果與討論

2.1 魚類群落結(jié)構(gòu)特征

本次調(diào)查共采集魚類 11 920 尾，隸屬2綱10目14科32屬40種(見表4)，其中，鯉科最多，占物種數(shù)的47.5%，其次是鰍科和鰕虎魚科，分別占物種數(shù)的12.5%和7.5%. 渾太河的常見種是北方條鰍(Nemachilusnudus)、洛氏鱥(Phoxinuslagowskii)和棒花魚(Gobiogobiorivuloides)；耐污種是北方條鰍(Nemachilusnudus)、北方花鰍(Cobitisgranoei)和泥鰍(Misgurnusanguillicaudatus)等；敏感種是花杜父魚(Cottuspoecilopus)、彩鰟鮍(Rhoaeuslighti)、興凱鱊(Acheilognathuschankaensis)和馬口魚(Opsariichthysbidens)等.

2.2 IEI評價結(jié)果

2.2.1F-IBI指標(biāo)篩選

表4 魚類物種組成

圖2 F-IBI候選指標(biāo)參考樣點和受損樣點的箱體圖Fig.2 Box diagram of F-IBI candidate indicator reference points and interfered points

表5 F-IBI 4個指標(biāo)間的Pearson相關(guān)性分析

注：*在0.05上顯著性相關(guān)； ** 在0.01上顯著性相關(guān). 下同.

2.2.2物理完整性指標(biāo)篩選

對物理完整性的候選指標(biāo)進行判別能力的篩選(見圖3)和Pearson相關(guān)性分析(|R|<0.9)(見表6)，結(jié)果顯示，P3、P5及P8等3個指標(biāo)通過檢驗，將以上3個指標(biāo)作為物理完整性的核心指標(biāo)構(gòu)建IEI評價體系.

2.2.3化學(xué)完整性指標(biāo)篩選

對候選指標(biāo)進行判別能力分析，認(rèn)為C2、C3、C5、C7、C8、C9、C14及C17等8個指標(biāo)通過檢驗(見圖4)，將以上指標(biāo)進行相關(guān)性分析(|R|<0.9)(見表7)，由于C3與C2、C8、C9之間相關(guān)性較強且反映的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和生境狀況類似，因而僅保留C3一個指標(biāo). 最終選取C3、C5、C7、C14及C17 5個指標(biāo)作為核心指標(biāo).

圖3 物理完整性候選指標(biāo)參考樣點和受損樣點的箱體圖Fig.3 Physical integrity candidate indicator reference point and box diagram of interfered points

圖4 化學(xué)完整性候選指標(biāo)參考樣點和受損樣點的箱體圖Fig.4 Chemical integrity candidate indicator reference point and box diagram of interfered points

表6 物理完整性3個指標(biāo)間的Pearson相關(guān)性分析

表7 化學(xué)完整性8個指標(biāo)間的Pearson相關(guān)性分析

2.2.4確定核心指標(biāo)

經(jīng)過嚴(yán)格篩選，最終確定魚類完整性核心指標(biāo)4個，物理完整性核心指標(biāo)3個，化學(xué)完整性核心指標(biāo)5個作為構(gòu)建IEI評價體系的最終核心指標(biāo)(見圖5)，12個核心指標(biāo)在河流生態(tài)系統(tǒng)中有重要作用. 其中，M3、M6是反映魚類物種個體數(shù)量比例的指標(biāo)；M13是反映魚類群落營養(yǎng)方式的指標(biāo)；M20是反映小生境質(zhì)量的指標(biāo)；流速的快慢反映水體的曝氧程度；底質(zhì)含沙量比例的不同反映不同的底質(zhì)類型；草地面積反映不同的土地利用類型；電導(dǎo)率的高低代表水體中金屬離子的數(shù)量；ρ(SS)影響水質(zhì)的透明度；ρ(TN)、ρ(TP)影響水體富營養(yǎng)化的程度，是水體污染的主要影響因子；ρ(CODMn)是反映有機污染的指標(biāo). 因此，12個核心指標(biāo)是合理的并適用于IEI評價體系的構(gòu)建.

2.2.5確定標(biāo)準(zhǔn)及結(jié)果

圖5 IEI評價核心指標(biāo)體系Fig.5 IEI assessment core index system

根據(jù)評價方法得出IEI評價體系的健康標(biāo)準(zhǔn)：將點位得分>77.27的劃為“健康”；得分在72.83～77.27之間的劃為“較好”；得分在71.99～72.83之間的劃為“一般”；得分<71.99的劃為“較差”. IEI結(jié)果(見表8)顯示：“健康”樣點占24.62%，“較好”樣點占9.20%，“一般”樣點占6.15%，“較差”樣點占60.03%；在太子河北支(T20～T23)、南支(T15～T16)，紅河(H7)等樣點河流健康狀況在較好以上，渾河干流下游(H14～H24)等采樣點河流健康狀況較差，水生態(tài)健康屬總體較差的狀態(tài)；太子河“較差”樣點有20個，占太子河的48.78%，渾河“較差”樣點有19個，占渾河的79.17%. 太子河水生態(tài)健康狀況優(yōu)于渾河.

美軍網(wǎng)絡(luò)空間司令部升級并非一朝一夕之功，自2009年成立之時起，就漸有升級之意。2016年3月，美國防部長卡特高調(diào)宣稱“在新的形勢下，網(wǎng)絡(luò)空間司令部的地位應(yīng)當(dāng)提升”，以此為標(biāo)志，加快了升格步伐。2016年12月，奧巴馬政府批準(zhǔn)的2017財年“國防授權(quán)法案”，以正式法規(guī)的形式確定將網(wǎng)絡(luò)空間司令部提升為最高級別的聯(lián)合作戰(zhàn)司令部。2017年8月，特朗普總統(tǒng)再次發(fā)表聲明，升級網(wǎng)絡(luò)空間司令部。2018年5月，終于塵埃落定。其中，透露出美軍網(wǎng)絡(luò)空間力量發(fā)展的重要信息。

2.3 F-IBI評價結(jié)果

F-IBI篩選出M3、M6、M13、M20 4個指標(biāo)作為構(gòu)建F-IBI評價的核心指標(biāo)，并得出F-IBI評價體系的健康標(biāo)準(zhǔn)：將點位得分>81.80的劃為“健康”；得分在70.04～81.80之間的劃為“較好”；得分在63.06～70.04之間的劃為“一般”；得分<63.06的劃為“較差”. F-IBI結(jié)果(見表8)顯示：“健康”樣點占24.60%；“較好”樣點占7.70%；“一般”樣點占13.85%；“較差”樣點占53.85%. 其中，下達河、二道河、細河、蘭河、小湯河西支、太子河南支、太子河北支等采樣點，河流健康狀況在較好以上；楊柳河、海城河、海城五道河、小細河、渾河干流等采樣點河流健康狀況較差. 從評價結(jié)果的整體看，F(xiàn)-IBI評價結(jié)果與IEI評價結(jié)果大體一致，但在岔溝河(T4)、蘭河(T9)、紅河(H7)等10個采樣點出現(xiàn)評價結(jié)果不一致的情況.

2.4 SFA評價結(jié)果

PCA篩選出特征值最高的指標(biāo)為ρ(TN)，其軸1的特征貢獻率為 0.742 7，軸2的特征貢獻率為 0.943 6. TN的劃分標(biāo)準(zhǔn)：將ρ(TN)≤0.5 mgL的劃為“健康”；ρ(TN)≤1.0 mgL的劃為“較好”；ρ(TN)≤

表8 SFA、F-IBI及IEI 3種評價方法結(jié)果

2.5 評價結(jié)果對比

該研究選取3種評價結(jié)果各不相同或者兩兩結(jié)果不同的采樣點進行樣點描述，若與以上兩種情況相同，則只選擇一個采樣點進行對比描述；對于3種評價結(jié)果都一樣的情況，則不再做對比分析. 因此，選取以下3個采樣點進行對比并描述樣站特征(見表9).

2.6 IEI評價結(jié)果及特征

渾太河有60.03%的采樣點屬于“較差”的狀態(tài)，6.15%的采樣點屬于“一般”的狀態(tài)，“一般”以下采樣點占66.18%，水環(huán)境質(zhì)量整體較差. 中上游地區(qū)的水生態(tài)健康狀況優(yōu)于下游地區(qū)，空間尺度具有較大差異性，出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是：河流中上游地區(qū)森林覆蓋率高，人類活動強度較小，水環(huán)境質(zhì)量較好；下游地區(qū)人類活動強度較大，污染嚴(yán)重，農(nóng)田面積及建筑面積較多，并且由于地勢低，上游地區(qū)的污染物流向下游地區(qū)，導(dǎo)致下游污染物堆積，造成水健康狀況較差. 太子河水環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于渾河，這是由于渾河下游地區(qū)屬城鎮(zhèn)區(qū)，人口密集，污水排放量大，造成河流的健康水平不佳. 這與劉猛等[22]在渾太河的研究結(jié)果有高度的一致性，體現(xiàn)了該研究所構(gòu)建的IEI評價體系的合理性，由此可見，IEI評價體系適用于河流的健康評價. 河流生態(tài)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，其涵蓋了生物和非生物因素. 殷旭旺等[34]在太子河水生態(tài)健康評價中指出，構(gòu)建一個綜合水生物群落特征、水環(huán)境化學(xué)特征、水環(huán)境物理特征和人類活動強度特征的“綜合性評價體系”是至關(guān)重要的，而該研究構(gòu)建的IEI評價體系由此延伸而來. 水生生物可以反映多種生態(tài)脅迫對水環(huán)境造成的累積效應(yīng)[35]，提供最多的有效信息，該研究賦予魚類生物完整性50%的權(quán)重，對IEI結(jié)果影響最大. 物理完整性、化學(xué)完整性與生物完整性均是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[36-37]，分別賦予25%的權(quán)重，三者共同構(gòu)建了該研究的IEI評價體系.

表9 3種評價結(jié)果對比分析

2.7 渾太河河流評價方法及結(jié)果對比

近年來，國內(nèi)不少學(xué)者在渾太河進行一系列的研究：劉猛等[22]在32個采樣點采用9個指標(biāo)，通過棲息地質(zhì)量綜合評分及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化選取參考樣點和受損樣點，依據(jù)候選指標(biāo)的分布范圍檢驗、敏感性分析及相關(guān)性分析篩選核心指標(biāo)，構(gòu)建F-IBI評價方法，得出渾太河整體較差的健康評價結(jié)果；徐宗學(xué)等[24]運用綜合指數(shù)(ILWHQ)選取參照樣點，選擇對人類干擾反應(yīng)敏感的核心指標(biāo)并對其進行積分，構(gòu)建F-IBI 指數(shù)完成對渾太河的健康評價，得出渾太河健康狀況屬于總體較差的結(jié)果. 以上兩種方法均構(gòu)建F-IBI評價方法，通過生物群落對不同環(huán)境作出的響應(yīng)進行健康評價. 而該研究構(gòu)建IEI評價方法，通過篩選核心指標(biāo)，并賦予生物完整性、物理完整性及化學(xué)完整性三部分核心指標(biāo)不同的權(quán)重，得出渾太河健康狀況整體較差的結(jié)果. 該研究的評價結(jié)果與徐宗學(xué)等[24]研究對比發(fā)現(xiàn)：盡管二者的評價結(jié)果大體一致，但在岔溝河(T4)、二道河(T5)及細河(T10)3個樣點有所差異：T4、T5、T10采樣點在后者的結(jié)果分別為“較差”“一般”“較差”，而前者則分別為“較好”“健康”“較好”. 出現(xiàn)差異的原因在于：后者是F-IBI的評價結(jié)果，僅通過魚類群落對不同環(huán)境作出的響應(yīng)進行評價前者是IEI評價結(jié)果，是在F-IBI評價基礎(chǔ)之上，綜合物理完整性、化學(xué)完整性的評價結(jié)果.

IEI、F-IBI及SFA評價結(jié)果中“一般”以下樣點的占比分別為66.18%、67.70%、63.08%. 3種評價結(jié)果均顯示，渾太河水生態(tài)健康評價結(jié)果整體較差. 研究表明，盡管3種評價結(jié)果在全河流范圍內(nèi)總體趨勢一致，且IEI評價結(jié)果更貼近受點源污染樣點的實際情況，評價更為客觀. 結(jié)果顯示：H7樣點由于ρ(TN)較低，SFA評價將其劃為“較好”的樣點；而此樣點水質(zhì)中含營養(yǎng)物質(zhì)少，可以供給魚類生存的餌料不足，造成H7樣點魚類數(shù)量只有212條(樣點中，魚類數(shù)量最高為482條)，因此F-IBI評價將其劃為“一般”的樣點；H7樣點河流生境狀況好且復(fù)雜性高，流量小，流速快，森林覆蓋率高，人類活動強度較弱，電導(dǎo)率低，ρ(DO)高，因此IEI評價最終將其劃為“健康”樣點. T36樣點ρ(TN)高，低于GB 3838—2002 Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，SFA評價將其劃為“較差”的樣點；而此樣點屬城鎮(zhèn)區(qū)，人口密集，生活污水排放量大，水體內(nèi)魚類耐污種(泥鰍，Misgurnusanguillicaudatus)一般，F(xiàn)-IBI評價結(jié)果為“一般”；但由于ρ(NH4+-N)、ρ(TN)高，電導(dǎo)率高，水體ρ(DO)低，建設(shè)用地面積較大，人類活動干擾能力強，IEI評價將其劃為“較差”的樣點，而F-IBI 出現(xiàn)比IEI結(jié)果略好的原因則是受干擾強度的影響：即中等程度的干擾頻率能維持較高的物種多樣性[38]，在適度干擾情況下，魚類物種多樣性反而越高，F(xiàn)-IBI的評價方法就會偏向較好的結(jié)果，因此與樣點實際情況相差較大. 由此可見：生物完整性評價方法未考慮到這一方面內(nèi)容，會存在誤判現(xiàn)象. 如T1樣點ρ(TN)<0.5 mgL，SFA評價將其劃為“健康”樣點，但此樣點魚類物種數(shù)量及豐富度較少，電導(dǎo)率高，ρ(DO)較低，水質(zhì)較差，旱田面積大，人類活動強度大，基于以上因素分析，F(xiàn)-IBI評價和IEI評價都將其劃為“較差”樣點，這也體現(xiàn)了SFA評價的單項否決權(quán)[39]. 綜上，IEI評價體系涵蓋了生物完整性、物理完整性及化學(xué)完整性，是一種綜合的評價體系. IEI評價體系能夠為水污染治理及河流綜合治理提供依據(jù)，為水環(huán)境監(jiān)測提供參考.

3 結(jié)論

a) 渾太河“一般”以下樣點占比高，水生態(tài)健康狀況整體較差. 在太子河南支、北支，紅河等樣點，水生態(tài)健康狀況在“較好”以上，在渾河干流下游(H14～H24)等屬“較差”樣點. 中上游地區(qū)的水生態(tài)健康狀況優(yōu)于下游地區(qū)，太子河的水生態(tài)健康狀況優(yōu)于渾河.

b) 與以往在渾太河的研究相比，IEI評價體系能夠在F-IBI評價的基礎(chǔ)之上，綜合河流生態(tài)系統(tǒng)的物理完整性、化學(xué)完整性對河流進行健康評價，評價結(jié)果更為合理準(zhǔn)確.

c) IEI、F-IBI及SFA 3種評價方法結(jié)果在全流域范圍內(nèi)大體一致，均能夠得出渾太河水生態(tài)健康狀況總體較差的結(jié)果，但在點源污染的樣點，IEI評價結(jié)果更貼近樣點的實際情況，評價結(jié)果更為客觀.