摘要：基于紅水河流域開發(fā)特點和魚類群聚組成特征，構(gòu)建紅水河魚類生物完整性評價指標體系，評價梯級開發(fā)對紅水河不同生境類型的魚類生物完整性的影響。河流參照狀態(tài)和基準值由1982-1994年魚類歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)分析得到；監(jiān)測值是2013年調(diào)查的魚類數(shù)據(jù)；現(xiàn)狀值為2018年魚類數(shù)據(jù)。針對紅水河魚類區(qū)系特點和高強度水電開發(fā)特征，選取總種類數(shù)占期望值比例、鯉科魚類所占比例、鲿科魚類所占比例、鲇科魚類所占比例、耐受性魚類個體所占比例、漁獲物中出現(xiàn)的科數(shù)所占比例、雜食性魚類個體所占比例、底棲動物食性魚類個體所占比例、頂級肉食性魚類所占比例和外來種個體所占比例等10個指標構(gòu)建紅水河IBI指標體系。結(jié)果表明：2013年25個采樣江段的IBI值為38 ～ 80分，均值62分。其中，24%的江段生物完整性等級為“好”；32%的江段生物完整性等級為“一般”；44%的江段生物完整性等級為“差”。從生境類型來看，支流生物完整性明顯優(yōu)于水庫、庫尾回水區(qū)。此外，現(xiàn)狀數(shù)據(jù)評價的結(jié)果為：2018年紅水河IBI值為64分，高于2013年均值62分，生物完整性均處于“一般”等級。

關(guān)鍵詞：筑壩河流；生物完整性；魚類群聚；紅水河

中圖分類號：Q178.1 " " " "文獻標志碼：A " " " "文章編號：1674-3075（2023）04-0092-07

河流系統(tǒng)是一種開放的生命系統(tǒng)，流域間具有豐富的物質(zhì)生產(chǎn)及交換能力（Marzin et al，2014），具有穩(wěn)定的生物完整性是生態(tài)良好河流的基本表征（Karr，1981）。當河流生態(tài)系統(tǒng)遭受人為活動破壞而引起物質(zhì)循環(huán)改變或生境破壞后，其生物完整性狀況也隨之發(fā)生變化，可以通過生物完整性的變化程度反映河流生態(tài)環(huán)境遭受的壓力狀況（Karr amp; Chu，2000；Growns et al，2013）。

河流水生生物環(huán)境面臨的脅迫多樣，其生態(tài)效應具有累積、復雜繁多等特征（dos Santos et al，2018；Yang et al，2020）。國內(nèi)外廣泛使用的指標生物有藻類、大型底棲動物和魚類等（沈強等，2012；dos Santos et al，2018；Yang et al，2020），但大多數(shù)采用的是單項指標（韋日鋒等，2009），且評價尺度較小、覆蓋區(qū)域較窄，難以反映流域脅迫繁復、多樣的風險源特性?，F(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標則多為復合指標系統(tǒng)（崔文彥等，2020），包括生態(tài)指標、理化指標、社會經(jīng)濟指標和人類健康指標，所選取的指標存在較大學科差異，指標分級繁多、混亂。美國于1972年推行《清潔水法》（Clean Water Act，CWA），2018年開始國家河流和溪流評價（USEPA，2018）；歐盟水生態(tài)評價可追溯到1975年的水法，再到2000年新《水框架法令》、英國（RIVPACS RP）和澳大利亞（AUSRIVAS AR）的河流溪流分類等（Karr amp; Chu，2000），而國內(nèi)流域水生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)管理近年才逐步實施，現(xiàn)有的水生態(tài)系統(tǒng)測繪、分類和評估的技術(shù)指標尚不成熟和全面，缺乏成熟、可靠的技術(shù)體系支撐。

生物完整性指數(shù)（Index of Biological Integrity，IBI）評價的原理主要從偏離原始未受人類干擾的或者少受人類干擾的理想型生態(tài)系統(tǒng)的程度來考慮，通過與參照系的比較，反映出水生態(tài)系統(tǒng)抗干擾、維持其自身結(jié)構(gòu)完整的能力（Karr，1981）。通過對河流建壩后生態(tài)衰退過程的評價，為避免人類活動干擾造成河流負面影響進一步擴大提供關(guān)鍵的管理信息（Karr amp; Chu，2000）。本研究針對筑壩河流生境特點構(gòu)建適應性的IBI評價指標體系，研究結(jié)果可用于分類和評估筑壩河流水生生態(tài)系統(tǒng)狀況，有效提升河流管理效率。

1 " 研究區(qū)域

珠江是我國七大江河之一，由西江、北江、東江及珠江三角洲諸河組成。其中西江最長，通常被稱為珠江主流，發(fā)源于云南省曲靖市烏蒙山余脈的馬雄山東麓，由南盤江、紅水河、黔江、潯江及西江等河段組成，全長2 075 km。紅水河包括西江上游南盤江至北盤江匯口河段、紅水河、黔江，全長1 143 km，流域面積138 340 km2，多年平均流量2 290 m3/s，總落差756.6 m，可開發(fā)利用水能約13 030 MW，是我國十三大水電基地之一，是水力資源富集區(qū)域。紅水河10個梯級電站分別為：天生橋一級和天生橋二級、平班、龍灘、巖灘、大化、百龍灘、樂灘、橋鞏、大藤峽和長洲，總裝機容量為12 000 MW，年發(fā)電量約600億kW·h。目前，所有梯級均已投入正常運行（表1），最后一個投入運行的梯級是大藤峽水電站，于2020年3月10日蓄水運行。

紅水河共設(shè)置25個采樣江段，見圖1。其中，9個干流流水生境：龍灘庫尾南盤江（S1）、龍灘庫尾北盤江（S2）、巖灘庫尾（S4）、大化庫尾（S6）、百龍灘水庫（S8）、樂灘庫尾（S9）、長洲庫尾（S14）、大藤峽庫尾（S12）、橋鞏水庫（S11）江段；6個庫區(qū)緩流水生境：龍灘水庫（S3）、巖灘水庫（S5）、大化水庫（S7）、樂灘水庫（S10）、大藤峽水庫（S13）、長洲水庫（S15）；10個支流河口流水生境：蒙江（S16）、漕渡河（S17）、布柳河（S18）、盤陽河（S19）、靈岐河（S20）、刁江（S21）、柳江（S22）、郁江（S23）、濛江（S24）、桂江（S25）。

2 " 材料與方法

2.1 " 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)主要來源于文獻資料和現(xiàn)場調(diào)查。監(jiān)測值為2013年調(diào)查的魚類數(shù)據(jù)；現(xiàn)狀值為2018年調(diào)查的魚類數(shù)據(jù)。其中，2013年數(shù)據(jù)來源于2013年6-7月、11月開展的2次魚類調(diào)查，調(diào)查范圍為平班壩下至桂江河口江段15個干流江段和10條支流江段；2018年復核數(shù)據(jù)來源于報道的紅水河22個采樣江段的調(diào)查數(shù)據(jù)（王崇等，2019），調(diào)查范圍為天生橋、平班、龍灘、巖灘、大化、樂灘、大藤峽和橋鞏等8個梯級，基本覆蓋2013年采樣江段。

采樣方法為定量采集和定性采集。每個采樣點進行連續(xù)多天的采樣，直至采樣連續(xù)3天未出現(xiàn)新種類，即認為已采集到該處的全部種類的魚類，可結(jié)束采樣。每個采樣點采用不同種類和規(guī)格的網(wǎng)具，主要為刺網(wǎng)、餌鉤、蝦籠等，盡量捕獲到該江段不同水層的所有種類。具體方法為：在每個采樣江段聯(lián)系1～3個當?shù)貪O民，要求他們在指定區(qū)域進行捕撈，并收集每個漁民每天全部漁獲物，對不同漁民、不同網(wǎng)具、不同區(qū)域的漁獲物進行分開統(tǒng)計，記錄采集地點、網(wǎng)具、采樣點生境狀況等信息。同時走訪當?shù)貪O民和漁政部門，了解該區(qū)域內(nèi)的漁業(yè)資源、種類與分布、捕撈等情況。

2.2 " 參照系構(gòu)建

參照系應是水域曾經(jīng)達到或者可能達到的最優(yōu)水平。因此，在國內(nèi)外生物完整性評價中，一般按以下3種方式確定評價指標的基準值：（1）歷史狀態(tài)；（2）現(xiàn)存最佳狀態(tài)；（3）可達到的最佳狀態(tài)。本研究基于20世紀末期紅水河歷史調(diào)查數(shù)據(jù)（藍家湖等，1996）構(gòu)建參照系統(tǒng)（即期望值，設(shè)為E），以現(xiàn)場實際采集到的魚類組成結(jié)構(gòu)作為監(jiān)測值（即受損點，設(shè)為M）。藍家湖等（1996）在1982-1994年開展了紅水河流域魚類調(diào)查，共調(diào)查到魚類141種，分屬6目18科94屬。其中，鯉科86種、鰍科16種、鲿科6種，分別占總數(shù)的60.1%、11.35%和4.26%。

2.3 " 指標體系構(gòu)建方法

本研究IBI指標體系構(gòu)建主要參照Karr等（1986）和Zhu amp; Chang（2008）中的IBI指標體系和構(gòu)建方法。首先分析研究區(qū)域的魚類區(qū)系特征和主要脅迫因子，然后提出初選指標，最后通過試評價篩選出對人類干擾均具有可預測的不同程度的下降或上升的趨勢的指標類群構(gòu)建紅水河IBI指標體系。

根據(jù)紅水河流域魚類種類多樣性高、鯉科魚類比例高、外來種增多和水電梯級開發(fā)強度高等特點，確定總種類數(shù)、特有魚類種類、魚食性種類、雜食性種類、底棲動物食性種類、鯉科魚類、鰍科魚類、鲿科魚類、外來種、耐受種類個體比例、重量/尾數(shù)比和特有魚類比例等12個初選指標，然后通過試評價最終選取10個單項指標（Metrics），指標表達為：Mi（i=10）。

2.4 " IBI計算與等級

將10個單項屬性指標Mi的監(jiān)測值和期望值進行對比，將每個單項指標轉(zhuǎn)化為標準值，表達為：

Si=（Mi / Ei）×100% " " " " " " ①

式中：Si代表群落屬性單項指標Mi占期望值Ei的百分比。

根據(jù)Si偏離期望值的程度，可對應賦值為1、3或5等3檔分值。累計10個群落屬性標準值Si，轉(zhuǎn)化為百分制得到綜合評分值Pi。

Pi=2×（S1+S2+……+S10） " " " " " ②

Pi總分值在20 ～100分，對應不同水生態(tài)等級，見表2。

3 " 結(jié)果與分析

3.1 " 魚類群落組成

2013年共調(diào)查到魚類122種，隸屬于10目23科82屬（表3）。其中，外來魚類9種，分別為太湖新銀魚（Neosalanx taihuensis）（Chen，1956）、短蓋巨脂鯉（Piaractus brachypomus）、斑點叉尾鮰（Ictalurus Punetaus）、食蚊魚（Gambusia affinis）、鱖（Siniperca chuatsi）、莫桑比克羅非魚（Oreochromis mossambicus）、尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）、奧里亞羅非魚（Oreochromis aureus）、丁鱥（Tinca tinca），特別是尼羅羅非魚在20個采樣江段有分布，在總的漁獲物中尾數(shù)和重量分別占7.25%和7.49%，在漁獲物中排名第2。

2018年共調(diào)查到魚類62種，隸屬于6目14科49屬，見表3。其中，外來魚類4種，分別為革胡子鲇（Clarias gariepinus）、斑點叉尾鮰、莫桑比克羅非魚、尼羅羅非魚。

3.2 " IBI指標體系

本研究最終采用包含10個參數(shù)的IBI指標體系，分屬種類豐度與組成、耐受性、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和個體狀況等4個魚類群落屬性（見表4），其中，M1代表總種類數(shù)占期望值的比例，M2～M4分別代表魚類群聚中前3科魚類的種類數(shù)所占比例，M5代表耐受性個體總數(shù)，M6代表漁獲物中出現(xiàn)的科數(shù)所占比例，M7～M9代表魚類群聚營養(yǎng)結(jié)構(gòu)中前3種食性魚類的種類數(shù)，M10為外來種所占比例。

3.3 " IBI值計算

IBI計算結(jié)果如圖2，2013年紅水河25個采樣江段的IBI值為38～80分，均值為62分。其中橋鞏水庫、支流郁江和柳江最好，IBI值均為80分，龍灘庫尾北盤江江段、大藤峽庫尾、長洲水庫以及布柳河等6個江段，IBI值均為76分，生物完整性等級為“好”，占總采樣江段的24%；百龍灘水庫、樂灘水庫、大藤峽水庫以及蒙江、曹渡河和濛江等6個江段，IBI值介于60～70分，生物完整性等級為“一般”，占總采樣江段的32%；其余11個江段IBI值為40～58分，生物完整性等級為“差”，占總采樣江段的44%。

IBI計算結(jié)果見表5，2018年紅水河總體IBI值為64，生物完整性等級為“一般”。

從生境類型來看，支流生物完整性情況好于干流庫尾江段和庫區(qū)緩流水江段，水庫、庫尾回水區(qū)的IBI并無明顯差異，見圖3。

4 " 討論

4.1 " 魚類群落組成特征

紅水河流域魚類資源豐富，多樣性高。據(jù)《廣西淡水魚類志》（廣西壯族自治區(qū)水產(chǎn)研究所和中國科學院動物研究所，2006）記載，廣西境內(nèi)紅水河及潯江共分布魚類192種，屬14目31科109屬。其中，國家及省級保護種有：中華鱘（Acipenser sinensis）（國家一級）、花鰻鱺（Anguilla marmorata）（國家二級）、唐魚（Tanichthys albonubes）（國家二級）、鰣（Tenualosa reevesii）（廣西壯族自治區(qū)重點保護魚類）；列入紅皮書的種類11種；珠江水系特有種類27種。

受梯級開發(fā)阻隔和水庫調(diào)度影響，紅水河的水文情勢發(fā)生了較大改變，魚類種類組成與結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生改變，表現(xiàn)為本地種類珍稀、保護、特有魚類資源下降，水庫外來種增多，并逐漸成為優(yōu)勢種類。2013年，漁獲物中IRI值大于500的魚類有6種，依次為鯉（Cyprinus carpio）、尼羅羅非魚、斑鱯（Mystus guttatus）、子陵吻鰕虎魚（Rhinogobius giurinus）（Rutter，1897）、卷口魚（Ptychidio jordani）、?（Hemiculter leucisculus）。2013年和2018年分別調(diào)查到外來種9種、4種，之前有報道紅水河共有外來種12種魚類（王丹等，2007），王崇等（2019）、帥方敏等（2017）指出，盡管紅水河已經(jīng)拆除了養(yǎng)殖網(wǎng)箱，但是一些逃逸的外來養(yǎng)殖品種已經(jīng)在本地魚類群落中占據(jù)優(yōu)勢生態(tài)位。

4.2 " 生物完整性指標體系構(gòu)建依據(jù)

河流魚類群落狀況通常能很好地反映河流生境主要的脅迫影響（Karr amp; Chu，2000），然而，許多研究者將環(huán)境指標作為生物完整性指標體系構(gòu)建是否科學的重要依據(jù)，這在科學性上仍存在爭議。劉凱等（2005）、Yang等（2020）認為為了使生物完整性評估更加科學、更客觀，需要進行更多的研究工作來關(guān)注生物完整性與環(huán)境因素之間的關(guān)系。婁方瑞等（2015）對紅水河梯級水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了評價，并將IBI值與水質(zhì)因子做了相關(guān)性分析。由于在紅水河魚類資源調(diào)查中發(fā)現(xiàn)外來種問題（王崇等，2019），外來種指標可以反映筑壩河流各個層面的人類活動強度對生態(tài)系統(tǒng)的脅迫壓力（Karr et al，1986；Yang et al，2020）。另外，根據(jù)Yang等（2021）對金沙江下游梯級開發(fā)對魚類群落的影響研究結(jié)果，河流水電梯級開發(fā)導致河流水文過程發(fā)生了巨大改變，養(yǎng)殖品種逃逸或者航運帶入水庫的外來種迅速適應了庫區(qū)緩流環(huán)境，逐漸取代部分本地種成為新的優(yōu)勢種。因此，本研究提出將外來種作為水庫生境生物完整性評價的核心指標，并圍繞外來種指標構(gòu)建水庫IBI指標體系。由于大多采樣點特有魚類監(jiān)測值均為零，不能反映采樣點生境差異，而不同種類個體差異較大，重量/數(shù)量比變化太大，刪除特有魚類和重量/數(shù)量比2個指標，最終篩選對人類干擾均具有可預測的不同程度的下降或上升的趨勢的指標類群的10個單項指標（表4）。此外，本指標體系的構(gòu)建亦參考了長江水生生物完整性指數(shù)評價體系。

4.3 " 魚類保護策略

維持河流從上游到下游以及沖積平原橫向梯度的水文連通性是許多水生生物完成生命史周期的關(guān)鍵，例如長途遷徙的大型魚類（Ru amp; Liu，2013；Zhang et al，2020）。水利工程強度和水文響應并不是線性關(guān)系，而是具有明顯階段性，而是分為滯后期、過渡期、敏感期和適應期，并在不同的階段具有不同的水文響應特征（Luo，2021）。在水電開發(fā)影響下，紅水河本地魚類種類數(shù)量下降，結(jié)構(gòu)趨向簡單化，主要表現(xiàn)為雜食性、耐受性強、適應多種棲息地的廣布性種類和外來種等增加，極少頂級肉食者；年齡級缺失，魚類數(shù)量、生長和體質(zhì)等指標下降；天然雜交和感染疾病個體出現(xiàn)較多（表3）（Karr et al，1986；Zhu amp; Chang，2008； Yang et al，2021）。同時，支流生物完整性情況好于干流庫尾和庫區(qū)江段，這可能由于干流高強度開發(fā)后支流仍保留了部分流水生境，部分河流性魚類受水流吸引進入支流流水區(qū)域（Yang et al，2020）從而成為更多生態(tài)類型魚類棲息的生境。此外，2018年數(shù)據(jù)進行驗證評價，IBI值64分略高于2013年均值62分，生物完整性分級也屬于“一般”等級。因此，應針對以上特點進行水生態(tài)修復并改善以魚類為代表的具有生命活力的紅水河水生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)先保護現(xiàn)存庫尾和支流流水生境，優(yōu)化庫區(qū)魚類群落結(jié)構(gòu)，控制捕撈改善魚類小型化和低齡化，從而提升紅水河魚類資源管理水平，是落實“共抓大保護，不搞大開發(fā)”，優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系重要舉措，對建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國具有重要意義。

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（責任編輯 " 鄭金秀）

Biological Integrity of Dammed Rivers - A Case Study of

Hongshui River in the Pearl River Basin

ZHU Di1，2，WANG Chong1，2，YANG Zhi1，2，CHEN Xiao‐juan1，2

（1. Key Laboratory of Ministry of Water Resources for Ecological Impacts of Hydraulic-projects

and Restoration of Aquatic Ecosystem， Institute of Hydroecology， Ministry of

Water Resources amp; Chinese Academy of Sciences， Wuhan " 430079， P.R. China;

2. Hubei Provincial Collaborative Innovation Centre for Water Resources Security，

Wuhan " 430072， P.R. China）

Abstract：In this study， an adaptive fish index of biotic integrity （IBI） was developed to assess the influence of cascaded hydropower development on fish assemblages in Hongshui River， based on regional development characteristics and fish assemblages. The reference status and expected values were obtained from historical data on fish monitoring for the period 1982-1994. The monitoring data was taken from a fish community survey carried out in 2013 at 25 river sections， including three habitat types： 9 reservoir backwater sections， 6 reservoir sections and 10 tributary sections. The status value was obtained from the fish community survey of 2018. Based on the characteristics of fish assemblages in Hongshui River and the high-intensity hydropower development， ten metrics belonging to four attributes of fish assemblages （species richness and composition， tolerance， trophic structure and individual condition） were used to develop the biotic integrity index after preliminary evaluation. The ten metrics are expressed as ratios： （1） Total fish species collected to expected number of species， （2） Cyprinidae species to total fish species， （3） Bagridae species to total fish species， （4） Siluridae species to total fish species， （5） tolerant fish to total fish， （6） fish families collected to expected number of families， （7） omnivorous species to total species， （8） benthic insectivorous species to total species， （9） top carnivorous species to total species， （10） exotic fish species to total species. After weighting the metrics， IBI values were calculated and the range was 38-80 over the 25 sections in 2013， with a mean value of 62. The IBI score was classified as good at 24% of the sections， fair at 32% of the sections， and poor at 44% of the sections. From the perspective of habitat type， the IBI score for the tributaries was significantly higher than those in the reservoir and backwater areas， but the difference between the reservoir sections and backwater sections was not significant. The average IBI value for the 25 sections in 2018 was 64， slightly but not significantly higher than in 2013， and the biological integrity of all investigated sections was generally fair.

Key words：dammed river; biological integrity; fish assemblage; Hongshui River