馮治遠(yuǎn),侯易明,陰 琨,金小偉,韓 谞,潘保柱**

(1:西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710048)(2:中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,北京 100012)

黃河是我國(guó)第二大河流、世界第五大河流,是中華民族的母親河,也是舉世聞名的多沙河流[1]。其發(fā)源于巴顏喀拉山北麓,橫跨中國(guó)九個(gè)省區(qū),為我國(guó)的西北、華北地區(qū)提供了重要的水資源[2]。然而,受上游電站開發(fā)、中游水土流失、下游河道淤積等因素的影響[3],黃河的水生態(tài)狀況面臨著不同程度的威脅[4]。因此,有必要針對(duì)黃河干流開展水生態(tài)健康狀況的評(píng)估工作。

生物完整性指數(shù)(index of biotic integrity)是水生態(tài)健康評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),其通過篩選群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性、功能性狀等多類型生物參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)水生態(tài)健康狀況[5],評(píng)價(jià)結(jié)果相較于傳統(tǒng)的水環(huán)境參數(shù)評(píng)價(jià)、水質(zhì)生物評(píng)價(jià)更加可靠[6]。Karr[7]最早使用魚類作為指示生物構(gòu)建生物完整性指數(shù),并應(yīng)用于評(píng)價(jià)河流的健康狀況。后經(jīng)推廣,逐步在國(guó)內(nèi)外各種類型水體的水生態(tài)健康評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用[8-15],所采用的指示生物也擴(kuò)展到其他的水生生物類群[16-21]。眾多水生生物類群中,大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物(以下簡(jiǎn)稱底棲動(dòng)物)全部或大部分時(shí)間生活于水體底部和沉積物中[22],處于水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的中間環(huán)節(jié)。其通過攝食、掘穴和建管等活動(dòng)直接或間接地影響河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),具有種類多、生活周期長(zhǎng)、遷移能力弱、便于采集的特點(diǎn),且對(duì)環(huán)境變化極為敏感,是一種良好的河流健康狀況指示生物[23-24]。

目前,應(yīng)用底棲動(dòng)物所構(gòu)建的生物完整性指數(shù)體系主要針對(duì)山區(qū)溪流、城市河流等部分中小型河流[8-10,25]或湖泊、水庫(kù)等蓄水水體[12,25-27],但此類水體的環(huán)境變化差異相對(duì)較小,而將其應(yīng)用于黃河這樣的大型多沙河流來(lái)評(píng)價(jià)其健康狀況的研究尚未見報(bào)道。因此,有必要基于底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)構(gòu)建適應(yīng)于以黃河為典型的多沙河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系,以期為以此類河流生態(tài)保護(hù)與管理提供科學(xué)支撐。

本研究于2019年春、秋兩季對(duì)黃河干流全河段44個(gè)斷面(包括自然河段23個(gè)、受水庫(kù)影響斷面21個(gè))的底棲動(dòng)物開展了系統(tǒng)調(diào)查,旨在構(gòu)建黃河底棲動(dòng)物生物完整性評(píng)價(jià)體系,進(jìn)而對(duì)黃河干流全河段生態(tài)健康水平進(jìn)行評(píng)價(jià),并分析影響生態(tài)健康的因素。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

黃河發(fā)源于青藏高原的巴顏喀拉山脈,自西向東流經(jīng)我國(guó)的青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原和黃淮海平原4個(gè)地貌單元,并于東營(yíng)市黃河口注入渤海,位于32°～42°N,96°～119°E,其干流全長(zhǎng)5464 km,流域面積75.24萬(wàn) km2[4]。黃河流域氣候受北半球的副熱帶高壓和歐亞極地大陸氣團(tuán)控制,除甘肅南部與四川交界的南部秦嶺山區(qū)屬于濕潤(rùn)氣候區(qū)外,流域東部屬半濕潤(rùn)氣候區(qū),中部屬半干旱氣候區(qū),西北部為干旱氣候區(qū)[28-29]。

于2019年4-5月及9-10月對(duì)黃河干流自源區(qū)至河口進(jìn)行了春秋兩個(gè)季度的采樣。根據(jù)《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則 淡水底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物》(HJ 710.8-2014)中對(duì)底棲動(dòng)物采樣斷面設(shè)置的規(guī)定,同時(shí)綜合河道地形、水文環(huán)境、人口聚集等因素,于黃河干流共設(shè)置44個(gè)斷面(圖1),對(duì)其中的龍羊峽、劉家峽、青銅峽、萬(wàn)家寨、三門峽及小浪底6個(gè)水庫(kù)的庫(kù)區(qū)分別取庫(kù)首、庫(kù)中、庫(kù)尾3個(gè)斷面進(jìn)行調(diào)查,具體斷面信息如附表Ⅰ所示。

圖1 黃河干流采樣斷面分布Fig.1 Distribution of sampling sections in the Yellow River mainstem

1.2 樣品采集與處理

自然河段處使用手持D型網(wǎng)在河流淺灘處采集底棲動(dòng)物,采集時(shí)擾動(dòng)網(wǎng)口前1 m內(nèi)底質(zhì),樣方面積0.3 m2,每個(gè)斷面采集10份平行樣。水庫(kù)處使用1/16 m2的彼得森采泥器采集底泥,并于現(xiàn)場(chǎng)使用40目篩網(wǎng)進(jìn)行篩洗。采集的樣品裝入自封袋,帶回室內(nèi)置于白色解剖盤中挑揀底棲動(dòng)物樣本,并于75%的酒精中固定,通過顯微鏡、解剖鏡等儀器鑒定至盡可能低的分類單元[30-33]。

沉積物樣品在與底棲動(dòng)物相同的樣點(diǎn)采集。沉積物樣品TP、TN、有機(jī)碳(TOC)的理化特性檢測(cè)參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行,土壤粒徑使用馬爾文Mastersizer 2000激光粒度儀測(cè)量。

1.3 B-IBI評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1.3.1 參照點(diǎn)的選擇 完成生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià),第一步就是確定參照斷面和受損斷面[34]。本研究綜合使用經(jīng)驗(yàn)法與參照點(diǎn)指數(shù)法[24],經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地考察,發(fā)現(xiàn)黃河源區(qū)整體海拔較高,人煙稀少,人類活動(dòng)對(duì)黃河干流只有輕微的干擾,再結(jié)合黃河水質(zhì)指數(shù)(WQI)[35]與浮游植物水質(zhì)生物評(píng)價(jià)結(jié)果[36],將參照斷面確定為黃河源區(qū)內(nèi)的5個(gè)采樣斷面。

1.3.2 候選參數(shù)的確定 在參考其他河流評(píng)價(jià)體系對(duì)候選參數(shù)選定的基礎(chǔ)上[37-39],結(jié)合本次調(diào)查黃河干流的底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征,本研究選取包括群落豐富度、各類群相對(duì)豐度、耐污能力、功能攝食類群結(jié)構(gòu)、生物多樣性6種類型的30個(gè)候選指標(biāo)(附表Ⅱ)。

1.3.3 候選參數(shù)的篩選 參照相關(guān)文獻(xiàn)[5,8,13,37-39],篩選分為以下3個(gè)步驟:

(1)分布范圍檢驗(yàn)。若候選參數(shù)中有超過95%點(diǎn)位為0的參數(shù)或參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差過小,則說(shuō)明該參數(shù)對(duì)人類活動(dòng)干擾的反應(yīng)不敏感,予以篩除。

(2)判別能力分析。對(duì)經(jīng)過分布范圍檢驗(yàn)的剩余候選參數(shù)按照參照點(diǎn)和受損點(diǎn)繪制箱線圖進(jìn)行分析,并檢查參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的箱線圖重疊度。若候選參數(shù)的參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的箱線圖完全無(wú)重疊(IQ=3)或部分重疊但兩者的第二四分位數(shù)均不在對(duì)方箱體之內(nèi)(IQ=2),則保留該參數(shù),若候選參數(shù)的參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的第二四分位數(shù)有一個(gè)位于對(duì)方箱體之內(nèi)(IQ≤1)則篩除該參數(shù)。

(3)冗余度分析。對(duì)經(jīng)過分布范圍檢驗(yàn)的剩余候選參數(shù)檢查其正態(tài)性,對(duì)符合正態(tài)分布的兩兩一組檢查其Pearson相關(guān)性,不符合正態(tài)分布的檢查其Spearman相關(guān)性,若有兩參數(shù)間|r|>0.75的,則篩除其中之一,另一參數(shù)予以保留。經(jīng)過冗余度分析后的剩余候選參數(shù)可作為構(gòu)建生物完整性評(píng)價(jià)體系的核心參數(shù)。

1.3.4 計(jì)算及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 采用比值法統(tǒng)一核心參數(shù)的量綱,對(duì)于隨干擾強(qiáng)度升高而降低的參數(shù),使用其95%分位數(shù)為最佳期望值,該類參數(shù)的分值為參數(shù)實(shí)際值除以最佳期望值,如公式(1)所示;對(duì)于隨干擾強(qiáng)度升高而升高的參數(shù),使用其5%分位數(shù)為最佳期望值,該類參數(shù)的分值為最大值減去實(shí)際值除以最大值減去最佳期望值,如公式(2)所示。

Bi′=Bi/B95%

(1)

Bi′=(Bmax-Bi)/(Bmax-B5%)

(2)

式中,Bi′為參數(shù)分值,Bi為參數(shù)實(shí)際值,B95%為參數(shù)的95%分位數(shù),B5%為參數(shù)的5%分位數(shù),Bmax為參數(shù)最大值。

將各參數(shù)的計(jì)算分值求算術(shù)平均值得到B-IBI監(jiān)測(cè)值,根據(jù)參照點(diǎn)B-IBI得分的25%分位數(shù)作為最佳期望值,按照公式(3)計(jì)算B-IBI最終得分,并以參照點(diǎn)B-IBI得分的25%分位數(shù)定義為健康標(biāo)準(zhǔn),對(duì)該點(diǎn)的值到零點(diǎn)進(jìn)行四等分,按順序從高到低定為亞健康、一般、較差、極差[40]。

(3)

式中,BIBIS為該點(diǎn)的最終B-IBI得分,BIBIO為該點(diǎn)的B-IBI監(jiān)測(cè)值,BIBIE為B-IBI的最佳期望值。

1.4 數(shù)據(jù)與分析方法

通過ArcGIS 10.0對(duì)黃河流域水系圖進(jìn)行繪制,并使用30 m精度遙感數(shù)據(jù),提取以點(diǎn)位為圓心,半徑5 km內(nèi)的土地利用數(shù)據(jù)。運(yùn)用Excel 2020和Origin 2018軟件對(duì)底棲動(dòng)物數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并繪制相關(guān)圖表。使用SPSS 24.0完成Wilcoxon秩和檢驗(yàn)及相關(guān)性分析,并使用Origin 2018軟件繪制圖表。

2 結(jié)果

2.1 黃河干流底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征

兩次調(diào)查共鑒定底棲動(dòng)物140種,隸屬于4門7綱14目32科82屬,其中昆蟲綱7目21科101種,寡毛綱1目3科28種,腹足綱1目3科5種,甲殼綱2目2科3種,蛛形綱、蛭綱及尾感器綱均1目1科1種(圖2)。

圖2 黃河干流春秋兩季底棲動(dòng)物物種構(gòu)成Fig.2 Composition of benthic species in the Yellow River mainstem in spring and autumn

2019年春季共鑒定底棲動(dòng)物4門5綱10目23科67屬96種,其中昆蟲綱5目14科67種,占春季底棲動(dòng)物物種數(shù)的69.79%,其中搖蚊科51種,占昆蟲綱的76.12%;寡毛綱1目3科23種,占比23.97%;腹足綱1目3科3種,占比3.12%;甲殼綱2目2科2種,占比2.08%,尾感器綱1目1科1種,占比1.04%。秋季共鑒定底棲動(dòng)物4門7綱14目27科71屬98種,其中昆蟲綱7目17科72種,占秋季底棲動(dòng)物物種數(shù)的73.47%,其中搖蚊科51種,占昆蟲綱的70.83%;寡毛綱1目3科16種,占比16.33%;腹足綱1目3科4種,占比4.08%;甲殼綱2目2科3種,占比3.06%;蛛形綱、蛭綱及尾感器綱均1目1科1種,各占比1.02%。

黃河干流全河段2次采樣底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種如表1所示。調(diào)查斷面春季底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種24種,秋季優(yōu)勢(shì)種23種,其中節(jié)肢動(dòng)物門雙翅目中的搖蚊在兩季度占比具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

表1 黃河干流全河段底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種類名錄Tab.1 List of dominant benthic species in the whole reaches of the Yellow River mainstem

2.2 底棲動(dòng)物完整性指數(shù)體系構(gòu)建

2.2.1 分布范圍分析 通過對(duì)30個(gè)備選參數(shù)在參照點(diǎn)間分布情況的統(tǒng)計(jì),M2、M3、M4、M7、M10、M11、M12、M15、M20、M23、M27共11個(gè)參數(shù)隨著外界干擾的增強(qiáng),變化幅度非常的小,故不予考慮;M21參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差過大,故也被排除在外(附表Ⅲ～Ⅳ)。

2.2.2 判別能力分析 對(duì)剩余的18個(gè)備選參數(shù)進(jìn)行判別能力分析,各參數(shù)值在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)之間的分布結(jié)果顯示,春季M1、M19、M22、M28、M29共5個(gè)參數(shù)滿足IQ≥2,秋季M1、M16、M19、M22、M28、M29共6個(gè)參數(shù)滿足IQ≥2,進(jìn)入相關(guān)性分析篩選階段(附圖Ⅰ～Ⅱ)。

2.2.3 相關(guān)性分析 對(duì)春季剩余的5個(gè)參數(shù)(附表Ⅴ),秋季剩余的6個(gè)參數(shù)進(jìn)行Spearman秩相關(guān)分析(附表Ⅵ),可以得出春季中M1與M28、M29的相關(guān)性絕對(duì)值及M28、M29間的相關(guān)性絕對(duì)值均大于0.75,故于春季將M28、M29參數(shù)篩除,剩余M1、M19、M22成為構(gòu)建完整性體系的核心參數(shù);秋季中M1與M29相關(guān)性絕對(duì)值大于0.75,故將M29篩除,剩余M1、M16、M19、M22、M28成為構(gòu)建完整性體系的核心參數(shù)。

2.2.4 黃河干流底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)計(jì)算結(jié)果及校核 經(jīng)過三輪分析篩選及最終的計(jì)算,黃河干流春秋兩季B-IBI分值介于25.13～165.41分之間(圖3)。其中,黃河干流全河段春秋兩季河流B-IBI最高值位于春季的唐乃亥斷面(165.41),最低值位于春季濼口斷面(25.13),平均值為88.59。根據(jù)參照點(diǎn)的25%分位數(shù)為健康標(biāo)準(zhǔn),確定黃河干流生物完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2),評(píng)價(jià)結(jié)果如圖所示。其中,春季黃河干流健康斷面有14個(gè),占比31.82%;亞健康斷面有16個(gè),占比36.36%;一般斷面有10個(gè),占比22.73%;較差斷面有4個(gè),占比9.09%;秋季黃河干流健康斷面有16個(gè),占比36.36%;亞健康斷面有13個(gè),占比29.55%;一般斷面有15個(gè),占比34.09%,整體呈現(xiàn)出自源區(qū)至下游健康狀況逐漸下降的趨勢(shì)。調(diào)查斷面完整性狀態(tài)呈現(xiàn):源區(qū)為“健康”,上游甘寧蒙段為“健康～一般”,中游段為“亞健康～一般”,下游段為“亞健康～較差”。

表2 黃河干流底棲動(dòng)物生物完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Evaluation criteria of benthic integrity in the Yellow River mainstem

圖3 黃河干流全河段底棲動(dòng)物生物完整性評(píng)價(jià)Fig.3 Evaluation of benthic index of biological integrity in the Yellow River mainstem

通過Wilcoxon秩和檢驗(yàn)對(duì)黃河干流全河段兩季度參照點(diǎn)與受損點(diǎn)之間B-IBI的分值進(jìn)行校核(圖4),兩季參照點(diǎn)與受損點(diǎn)之間的B-IBI分值均存在顯著差異(P<0.01),且參照點(diǎn)的B-IBI分值顯著高于受損點(diǎn)分值。

圖4 黃河干流春秋兩季B-IBI得分Wilcoxon秩和檢驗(yàn)Fig.4 Wilcoxon rank sum test of B-IBI scores in the Yellow River mainstem in spring and autumn

2.3 B-IBI與理化指標(biāo)的相關(guān)性分析

B-IBI體系核心參數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析表明(表3),春季核心參數(shù)總分類單元數(shù)(M1)與水溫、溶解氧呈顯著相關(guān)關(guān)系;EPT分類單元相對(duì)豐度(M16)與水溫、沉積物中值粒徑、黏土占比、淤泥占比、沙粒占比呈顯著相關(guān)關(guān)系;BI值(M19)與濁度、流速、沉積物中值粒徑、黏土占比、淤泥占比、沙粒占比及泥溫呈顯著相關(guān)關(guān)系;ASPT指數(shù)(M22)與溶解氧、pH、流速、積物中值粒徑、黏土占比、淤泥占比、沙粒占比、泥溫及沉積物總有機(jī)碳呈顯著相關(guān)關(guān)系;Shannon-Wiener指數(shù)(M28)與水溫呈顯著相關(guān)關(guān)系。

表3 核心參數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients between core parameters and environmental factors

通過對(duì)B-IBI得分與環(huán)境因子及土地利用方式的線性回歸分析(圖5),B-IBI得分與鹽度、總氮等環(huán)境因子呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.001),與城鎮(zhèn)及農(nóng)田用地占比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01),與林地及草地占比呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。城鎮(zhèn)用地與鹽度及總氮均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001)。

圖5 黃河干流春秋兩季B-IBI得分與環(huán)境因子及土地利用占比的線性回歸Fig.5 Linear regression of B-IBI scores, environmental factors and land use proportion inthe Yellow River mainstem in spring and autumn

3 討論

從空間上看,黃河干流底棲動(dòng)物B-IBI指數(shù)自源區(qū)至河口整體呈下降趨勢(shì)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,黃河源區(qū)及龍羊峽庫(kù)區(qū)的整體評(píng)價(jià)結(jié)果為“健康”。黃河源區(qū)地廣人稀,城鎮(zhèn)及農(nóng)田用地占比均處于較低水平,人類對(duì)河流的干擾程度弱[41],河流本身的自然條件是決定生物完整性水平的關(guān)鍵因素。源區(qū)內(nèi),黃河河床主要以卵石加沙為主,且河水含沙量較少,生境適宜清潔種(如EPT)生存[42]。自貴德斷面開始,B-IBI指數(shù)就呈明顯的下降趨勢(shì),整體處于“健康～一般”水平。上游甘寧蒙段,農(nóng)田及城市用地的占比相較于源區(qū)有較大幅度的增加[43],而生活污水及農(nóng)業(yè)退水所帶來(lái)的點(diǎn)面源污染會(huì)導(dǎo)致河流中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度上升,底棲動(dòng)物中的敏感種密度下降,耐污種密度上升,ASPT指數(shù)及BI值的變化趨勢(shì)均表明水質(zhì)在惡化。另外,水流帶動(dòng)泥沙磨損有機(jī)物顆粒使其粒徑變小,以粗顆粒有機(jī)物為主要食物來(lái)源的撕食者種類和密度減少,這也是導(dǎo)致底棲動(dòng)物生物完整性降低的另一個(gè)原因。劉家峽及青銅峽庫(kù)區(qū)中,雖然水質(zhì)情況良好[35],但是由于建壩蓄水導(dǎo)致泥沙沉積使得底棲動(dòng)物的生境單一化,除寡毛類和部分搖蚊等喜好在底泥中生存的掘穴者物種外少有其余物種生存,從而導(dǎo)致底棲動(dòng)物物種數(shù)減少[44-45],故生物完整性低于臨近自然河段。春季上游甘寧蒙段的三湖河口斷面生物完整性最小,這可能是因?yàn)樵摱蝺?nèi)底質(zhì)大多為細(xì)砂和淤泥,生境較為單一,故斷面生物多樣性較低,進(jìn)而影響了生物完整性的評(píng)價(jià)結(jié)果。下河沿?cái)嗝嫔钞愘|(zhì)性較高,故該斷面底棲動(dòng)物種類豐富,生物完整性也是上游的最高值。黃河中下游底棲動(dòng)物生物完整性整體為“亞健康～較差”水平,部分?jǐn)嗝鏋椤拜^差”或“極差”,除了城市及農(nóng)田土地占比面積沿河流流向逐漸增加這一原因外,自頭道拐斷面開始,黃河兩岸水土流失加劇[46],水體中泥沙含量及河床不穩(wěn)定性較上游有所上升[47],使得底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)單一化,黃河干流生態(tài)健康狀況進(jìn)一步下降,其中濼口斷面由于其河床均為較細(xì)的沙質(zhì)河床,生境較為單一,故生物完整性為春季的最低值。從時(shí)間上看,秋季健康斷面為16個(gè),遠(yuǎn)高于春季9個(gè),整體完整性水平高于春季,可能是由于秋季的平均流量高出春季平均流量40%,較大的來(lái)水量提高了水體的自凈能力。

為提高大型底棲動(dòng)物生物完整性評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性,應(yīng)當(dāng)建立評(píng)價(jià)結(jié)果與環(huán)境影響因子的聯(lián)系[48]。本研究發(fā)現(xiàn),黃河干流兩季度B-IBI得分與部分環(huán)境理化因子及采樣斷面附近土地利用占比顯著相關(guān)。分析結(jié)果表明,鹽度與底棲動(dòng)物的生物完整性呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。溶解于水體中的鹽類物質(zhì)的量決定鹽度數(shù)值[49],而底棲動(dòng)物又通過離子代謝、滲透平衡、細(xì)胞內(nèi)膜間隔作用和能量代謝系統(tǒng)對(duì)鹽類物質(zhì)濃度產(chǎn)生響應(yīng)[50]。有研究發(fā)現(xiàn),鹽度的上升能夠顯著地影響低鹽類底棲動(dòng)物(如EPT等清潔種)物種生存[51],進(jìn)而導(dǎo)致B-IBI得分下降。總氮在本研究中與B-IBI得分呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,這與B-IBI得分和水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)果相吻合[13,52]。適宜的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度會(huì)促使浮游生物生長(zhǎng),為收集者提供充足的食物來(lái)源[53],但富營(yíng)養(yǎng)化后過量的浮游生物則會(huì)與底棲動(dòng)物競(jìng)爭(zhēng)溶解氧等資源甚至產(chǎn)生有毒代謝物質(zhì),造成后者豐度降低[54]。而黃河干流中的點(diǎn)面源污染對(duì)氮的輸入具有關(guān)鍵的影響[35]。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,城鎮(zhèn)及農(nóng)田用地占比與總氮及鹽度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001),且與B-IBI得分呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01),證明隨著城市及農(nóng)田用地占比的增加,造成水體中鹽度及總氮濃度的上升,從而導(dǎo)致了B-IBI得分的下降。這也與和克儉等[55]及李寧等[56]在把邊江流域和湟水河流域的研究結(jié)果一致。林地及草地占比與城鎮(zhèn)及農(nóng)田用地占比所反映的問題相反,一般來(lái)說(shuō),林地及草地占比越高,底棲動(dòng)物受外界干擾就越少,底棲動(dòng)物的物種數(shù)及多樣性就會(huì)增加[57],底棲動(dòng)物的生物完整性指數(shù)也就會(huì)隨之增長(zhǎng),這一點(diǎn)也與本研究所得出的結(jié)果相符合。另外,本研究對(duì)4個(gè)區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果與環(huán)境因子進(jìn)行了進(jìn)一步的相關(guān)分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):源區(qū)沒有篩選出與評(píng)價(jià)結(jié)果顯著相關(guān)的環(huán)境因子,上游甘寧蒙段的顯著相關(guān)因子為TN(r=-0.6371,P<0.001),中游的顯著相關(guān)因子為鹽度(r=-0.6933,P<0.001)、TSS(r=-0.7582,P<0.001)和TN(r=-0.5653,P<0.001),下游的顯著相關(guān)因子為鹽度(r=-0.6074,P<0.001),究其原因,可能是因?yàn)椴煌０蜗蔓}度的變化導(dǎo)致底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了改變,進(jìn)而使其對(duì)于環(huán)境因子的響應(yīng)產(chǎn)生差異。

為了進(jìn)一步探究影響B(tài)-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果的具體原因,本研究通過核心參數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析得出如下結(jié)果:流速及沉積物粒徑是影響核心參數(shù)變化的主要環(huán)境變量。一定的流速也可以保證水體更新,有利于清潔種的生存[58]。本研究中,表征群落耐污程度的BI值隨著流速的增加而降低,兩者呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。沉積物中值粒徑及3種不同底質(zhì)占比均代表了底質(zhì)的粒徑分布狀態(tài),一般來(lái)說(shuō),密實(shí)的底質(zhì)會(huì)限制底棲動(dòng)物的生存空間,減少氧氣的獲取途徑[59],故隨著河流中沉積物顆粒粒徑的沿程細(xì)化,沉積物孔隙率降低,密實(shí)度增加,底棲動(dòng)物中好氧類群的相對(duì)密度減少,寡毛類及搖蚊等適應(yīng)低氧環(huán)境的物種相對(duì)密度增加[60-61]。本研究中,黃河干流的沉積物粒徑受建壩蓄水、支流泥沙匯入以及不同物源區(qū)的風(fēng)沙入黃等特殊地理環(huán)境的影響,并未表現(xiàn)出如密西西比河[62]及萊茵河[63]一般的沿程細(xì)化特征,故根據(jù)底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征所計(jì)算得到的ASPT指數(shù)及BI值的沿程變化規(guī)律也與其它河流相異,指示敏感類群相對(duì)豐度的ASPT指數(shù)與沉積物的粒徑特征呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01),指示耐污類群相對(duì)豐度的BI值與沉積物中值粒徑呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。EPT分類單元作為代表性的敏感清潔類群,其相對(duì)豐度與沉積物參數(shù)的相關(guān)性分析也印證了這一結(jié)果。

綜上所述,本研究所選取的核心參數(shù)能夠?qū)S河這一多沙河流中的水沙變化過程產(chǎn)生較為良好的指示作用。結(jié)合Wilcoxon秩和檢驗(yàn)對(duì)黃河干流兩季度參照點(diǎn)與受損點(diǎn)之間B-IBI得分的校核結(jié)果可以得出:本研究構(gòu)建的底棲動(dòng)物生物完整性體系適用于以黃河為代表的多沙河流的河流健康評(píng)價(jià),且能較為全面地反映黃河干流的河流健康狀況。本研究使用B-IBI評(píng)價(jià)黃河干流全河段水生態(tài)健康狀況的結(jié)果也與使用其余方法[35-36]對(duì)黃河干流水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)的結(jié)果基本相符,與WQI指數(shù)的擬合結(jié)果(r=0.3178,P<0.01)也證實(shí)了這一點(diǎn)。

4 結(jié)論

1)秋季黃河干流亞健康及以上狀態(tài)的斷面占比(75.0%)高于春季(54.5%);自源區(qū)沿河而下,底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)值呈下降趨勢(shì),其中源區(qū)為健康水平,上游甘寧蒙段為健康～一般水平,中游為亞健康～較差水平,下游為一般～較差水平。

2)庫(kù)區(qū)斷面底棲動(dòng)物生物完整性受建壩蓄水影響,低于臨近自然河段。

3)黃河干流底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)值與鹽度、總氮、城鎮(zhèn)及農(nóng)田用地占比呈顯著負(fù)相關(guān),與林地及草地占比呈顯著正相關(guān)。城鎮(zhèn)及農(nóng)田用地占比主要通過影響水體中的鹽度及總氮濃度進(jìn)一步影響底棲動(dòng)物生物完整性。

5 附錄

附表Ⅰ～Ⅵ和附圖Ⅰ～Ⅱ見電子版(DOI: 10.18307/2024.0231)。