松花江流域大型底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)構(gòu)建及其適用性

王 瑜，李 黎，林巋璇，朱延忠，夏 陽，劉錄三

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)聯(lián)合研究中心，北京 100012

生物完整性是指“支撐并維持平衡的、完整的、適應(yīng)的、具有與區(qū)域內(nèi)天然水生生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)?shù)亩鄻有?、組成及功能組織的生物群落的能力”[1]。作為最早廣泛用于監(jiān)測(cè)/評(píng)價(jià)河流生態(tài)完整性的多參數(shù)指數(shù)，生物完整性指數(shù)(Index of Biotic Integrity, IBI)整合了一組能夠反映生態(tài)系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)及功能屬性的參數(shù)，包括物種豐富度、群落組成、污染耐受性、習(xí)性/食性、生物多樣性等，為生物對(duì)(自然或人為)環(huán)境壓力的響應(yīng)提供了敏感有力的視角[2-6]。KARR[7]首次構(gòu)建了基于魚類的生物完整性指數(shù)(F-IBI)，并對(duì)美國(guó)中西部河流進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)。隨后，IBI的概念和方法被拓展到大型底棲動(dòng)物、藻類等類群。尤其是大型底棲動(dòng)物，作為河流生態(tài)系統(tǒng)中分布最為廣泛的物種之一，是河流食物網(wǎng)的重要組成部分，具有活動(dòng)場(chǎng)所相對(duì)固定、生活周期較長(zhǎng)、易于采集等特點(diǎn)，且涵蓋種類豐富，對(duì)不同類型的化學(xué)污染和人為干擾響應(yīng)敏感，其群落結(jié)構(gòu)在很大程度上反映了整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)[8-10]?；诖笮偷讞珓?dòng)物的生物完整性指數(shù)(B-IBI)，是目前整個(gè)北美地區(qū)廣泛應(yīng)用的河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法。

利用B-IBI進(jìn)行河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，探討人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，不但對(duì)維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要意義，對(duì)于診斷河流退化的主要原因、制定合理的管理和修復(fù)措施也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。中國(guó)在B-IBI的構(gòu)建及適用性研究方面起步較晚，自20世紀(jì)90年代起，陸續(xù)有學(xué)者在部分河流(如九華河、豐溪河、香溪河、遼河、太子河、永定河)進(jìn)行了一些研究和嘗試[11-17]。然而，大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)組成具有很強(qiáng)的地域性，中國(guó)幅員遼闊，不同流域之間生物區(qū)系差異較大，如KARR等所說[5]：任何一個(gè)參數(shù)都無法適用于所有地區(qū)和流域。對(duì)于不同的研究區(qū)域，研究者需要根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，有針對(duì)性地構(gòu)建適合當(dāng)?shù)氐腎BI。筆者擬以松花江流域?yàn)閷?duì)象，構(gòu)建B-IBI，并對(duì)松花江流域的生物狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為制定中國(guó)北方寒冷地區(qū)河流的生態(tài)恢復(fù)和保護(hù)策略提供參考。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

松花江流域(地理坐標(biāo)為119°52′～129°30′E、41°42′～51°38′N)，跨黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古等省(自治區(qū))，是中國(guó)重工業(yè)集中地和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)基地。流域面積為5.568×105km2，河長(zhǎng)和水資源量居全國(guó)第三，以嫩江為源頭算，長(zhǎng)為2 309 km，以第二松花江為源頭算，長(zhǎng)為1 897 km，干流長(zhǎng)為939 km，屬中國(guó)重點(diǎn)流域，也是黑吉兩省的母親河。

松花江地處溫帶、寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，夏季溫?zé)岫嘤辏竞渎L(zhǎng)。多年平均氣溫為3～5 ℃，年內(nèi)溫差較大，年內(nèi)7月溫度最高，月平均氣溫可達(dá)20～25 ℃；1月溫度最低，月平均氣溫為-20 ℃以下。流域內(nèi)多年平均降水量為300～950 mm，時(shí)空分布不均勻，降水期主要集中在6—9月，水面封凍期為11 月初至次年4 月初。

1.2 大型底棲動(dòng)物樣品采集與分析

在松花江流域選取37個(gè)點(diǎn)位(點(diǎn)位信息見表1，點(diǎn)位示意圖見圖1)，分別于2016年6、9月進(jìn)行野外生態(tài)調(diào)查，并采集大型底棲動(dòng)物樣品。

表1 松花江流域采樣點(diǎn)位信息Table 1 Information of Sampling sites in the Songhua River basin

圖1 松花江流域采樣點(diǎn)位示意圖Fig.1 Sampling sites in the Songhua River basin

每個(gè)點(diǎn)位選取100 m范圍作為采樣河段，使用開口直徑為30 cm的D型網(wǎng)(孔徑為0.22 mm尼龍紗)采集20個(gè)重復(fù)樣方，根據(jù)不同小生境類型(包括靜水區(qū)、急流區(qū)、碎石底、泥沙底、水草、倒木等)出現(xiàn)的比例分配樣方數(shù)[18]，將各個(gè)重復(fù)樣方混合成一個(gè)樣品，用0.22 mm孔徑分樣篩現(xiàn)場(chǎng)篩選，將肉眼可見的底棲動(dòng)物與石塊、碎屑等雜質(zhì)分離，洗凈后放入樣品瓶，加入95%乙醇溶液固定。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，在體視鏡下挑揀、鑒定和計(jì)數(shù)，依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料[19-25]，將各樣品鑒定至最低分類單元，盡量到屬或種。

1.3 生境與理化水質(zhì)數(shù)據(jù)采集

樣品采集現(xiàn)場(chǎng)同期進(jìn)行水體理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)，使用便攜式水質(zhì)分析儀(YSI Proplus)在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定水溫、電導(dǎo)率(Cond)、溶解氧(DO)、pH等，同時(shí)采集2 L水樣，于48 h內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)、化學(xué)需氧量(CODCr)。根據(jù)各項(xiàng)理化指標(biāo)，采用單因子評(píng)價(jià)法依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)進(jìn)行水質(zhì)等級(jí)劃分。

同時(shí)，參照鄭丙輝等[26]提出的河流生境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，根據(jù)底質(zhì)組成、小生境復(fù)雜性、流速-水深特征、河岸穩(wěn)定性、河道變化(渠道化情況)、河水水量狀況、河岸帶植被情況、水質(zhì)狀況(感官性狀)、人類活動(dòng)強(qiáng)度、河岸土地利用類型等10 項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各個(gè)點(diǎn)位評(píng)分，每個(gè)指標(biāo)20分，并計(jì)算生境質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)總分。

1.4 參照點(diǎn)位篩選

參照點(diǎn)指未受到人為活動(dòng)干擾或輕度人類活動(dòng)干擾的采樣點(diǎn)，是構(gòu)建IBI并進(jìn)行生物狀態(tài)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)[27]。因缺乏真正意義上的自然狀態(tài)(或受干擾程度最小)點(diǎn)位，筆者參考周瑩等[28]提出的方法思路，基于各個(gè)點(diǎn)位的水質(zhì)類別和生境質(zhì)量評(píng)分篩選參照點(diǎn)位。

1.5 IBI評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選

1.5.1 候選參數(shù)初選

用于構(gòu)建IBI的參數(shù)必須滿足以下3個(gè)條件：①對(duì)環(huán)境因子(化學(xué)、物理、水動(dòng)力、生物等)變化反應(yīng)敏感；②計(jì)算方法簡(jiǎn)便；③所含生物學(xué)意義清楚。筆者根據(jù)松花江流域大型底棲動(dòng)物群落特征、各項(xiàng)指標(biāo)與環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系，選用28個(gè)候選參數(shù)，包括豐富度參數(shù)、群落組成參數(shù)、耐受性參數(shù)、食性/習(xí)性參數(shù)、多樣性參數(shù)等五大類，各個(gè)參數(shù)的具體描述及環(huán)境壓力響應(yīng)關(guān)系詳見表2[29-33]。

1.5.2 數(shù)值分布范圍分析

利用各個(gè)參照點(diǎn)位的數(shù)據(jù)資料計(jì)算各項(xiàng)候選參數(shù)值，分析其數(shù)值分布范圍。篩除以下兩大類參數(shù)：①受干擾后數(shù)值可變化范圍較窄的參數(shù)，不易準(zhǔn)確區(qū)分不同干擾梯度，不宜用于評(píng)價(jià)；②標(biāo)準(zhǔn)差較大的參數(shù)，數(shù)值分布比較散，說明參數(shù)不穩(wěn)定，同樣不予考慮。

1.5.3 判別能力分析與相關(guān)性分析

經(jīng)過上述篩選后，采用箱線圖法分析剩余參數(shù)在參照點(diǎn)位和受損點(diǎn)位的分布情況。根據(jù)BARBOUR等[34]的研究成果(圖2)，只有IQ≥2的指標(biāo)才能進(jìn)行下一步分析。

對(duì)通過判別能力篩選的參數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，檢驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)反映信息的獨(dú)立性。采用MAXTED等[35]的標(biāo)準(zhǔn)，以|r|>0.80的標(biāo)準(zhǔn)篩除高度相關(guān)的參數(shù)。

經(jīng)過以上3個(gè)步驟，確定構(gòu)成IBI指標(biāo)體系的核心參數(shù)。

1.6 IBI構(gòu)建及評(píng)價(jià)

1.6.1 指數(shù)構(gòu)建

對(duì)參數(shù)進(jìn)行記分的目的是統(tǒng)一評(píng)價(jià)量綱，研究采用0～10賦分法[36]，對(duì)各項(xiàng)核心參數(shù)賦分。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。

V′i=10Vi/V95%R

(1)

V′i=10 (1-Vi/V95%I)

(2)

式中：V′i為記分值，Vi為參數(shù)值，V95%R為參照點(diǎn)的95%分位數(shù)，V95%I為受損點(diǎn)的95%分位數(shù)。

最終的B-IBI得分為各核心參數(shù)分值的總和。

表2 松花江流域B-IBI構(gòu)建候選參數(shù)Table 2 Candidate metrics for B-IBI development of the Songhua River basin

注：箱體表示25%～75%分位數(shù)值分布范圍，箱體內(nèi)方塊表示中位數(shù)。A：3分，箱體無任何重疊；B：2分，箱體有小部分重疊，但中位數(shù)都在對(duì)方箱體之外；C：1分，箱體大部分重疊，但至少有一方的中位數(shù)處于對(duì)方箱體范圍外；D和E：0分，一方箱體在另一方箱體范圍內(nèi)，或雙方的中位數(shù)都在對(duì)方箱體范圍內(nèi)。圖2 參數(shù)IQ值記分法[28]Fig.2 IQ score for candidate metrics

1.6.2 評(píng)價(jià)等級(jí)確定

以所有點(diǎn)位B-IBI值分布的95%分位數(shù)為最佳值，低于該值的分布范圍進(jìn)行五等分，靠近95%分位數(shù)值的一等分代表點(diǎn)位所受干擾較小。以確定的標(biāo)準(zhǔn)重新對(duì)所有點(diǎn)位進(jìn)行綜合記分，計(jì)算B-IBI值，根據(jù)所有點(diǎn)位的B-IBI數(shù)值分布，確定5個(gè)等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 大型底棲動(dòng)物種類組成與分布特征

2016年6、9月采集到的大型底棲動(dòng)物樣品，共鑒定出110個(gè)分類單元，分屬6綱40科。其中，水生昆蟲為82種，軟體動(dòng)物為18種，甲殼動(dòng)物為4種，寡毛類為4種，蛭綱為2種。松花江流域大型底棲動(dòng)物群落組成如圖3所示，從個(gè)體數(shù)量上看，最主要的構(gòu)成部分為水生昆蟲，約占81.55%。

圖3 松花江流域大型底棲動(dòng)物群落組成Fig.3 Composition of benthic-macroinvertebrate community in the Songhua River basin

2.2 參照點(diǎn)位篩選

根據(jù)松花江流域的基本情況，研究將同時(shí)滿足生境質(zhì)量評(píng)分≥90和水質(zhì)類別達(dá)到Ⅲ類及以上的點(diǎn)位作為參照點(diǎn)位的篩選條件，在2期采集的點(diǎn)位中，選擇6個(gè)點(diǎn)位作為參照點(diǎn)位，主要位于第二松花江源頭、牡丹江源頭和嫩江上游支流。

2.3 松花江B-IBI構(gòu)建

28個(gè)生物指數(shù)值在參照點(diǎn)位變異分析表明， M2、M6、M8、M11、M18、M19、M20、M21和M23的標(biāo)準(zhǔn)差比較大，說明這些參數(shù)不穩(wěn)定，在參數(shù)篩選過程中不作考慮；M25屬于參數(shù)值隨著環(huán)境壓力增強(qiáng)而減小的類型，其25%分位數(shù)值為0，隨著環(huán)境壓力的增強(qiáng)，參數(shù)值的可變動(dòng)范圍非常窄，因此不適宜參與構(gòu)建IBI指標(biāo)體系，將其剔除。余下的18個(gè)生物參數(shù)，進(jìn)行判別能力分析。

18個(gè)參數(shù)的箱線圖(圖4)表明，M1、M3、M4、M5、M7、M12、M13、M15、M16、M26和M27等11個(gè)參數(shù)的IQ都大于或等于2。

上述11個(gè)參數(shù)的Pearson相關(guān)性表明(表3)，M1、M3、M4相互之間高度相關(guān)，三者取一即可；此外，M13與M1、M3、M4高度相關(guān)， M15與M7、M12、M16高度相關(guān)，M1和M26，M7與M16高度相關(guān)。綜合考慮這些參數(shù)的信息量和普遍適用性，以及與已保留參數(shù)提供信息的重復(fù)度，選擇保留M1、M5、M7、M12、M27作為核心參數(shù)。

根據(jù)各參數(shù)在參照點(diǎn)位的數(shù)值分布，確定計(jì)算各參數(shù)分值的計(jì)算公式(表4)，并依次計(jì)算各個(gè)點(diǎn)位的指數(shù)分值。

最后，根據(jù)記分值檢測(cè)生物指數(shù)對(duì)環(huán)境壓力的響應(yīng)敏感型，計(jì)算生物指數(shù)區(qū)分參照點(diǎn)位和受損點(diǎn)位的效率，也就是被正確區(qū)分的點(diǎn)位的百分比。如果區(qū)分效率在60%以上，則考慮保留該指數(shù)。研究構(gòu)建的B-IBI區(qū)分效率為82.35%，可認(rèn)為該指數(shù)對(duì)點(diǎn)位的區(qū)分基本有效。

表3 11個(gè)候選參數(shù)之間的Pearson相關(guān)分析結(jié)果Table 3 Pearson correlation analysis results of 11 candidate metrics

圖4 18個(gè)候選參數(shù)在參照點(diǎn)位和受損點(diǎn)位的箱線圖Fig.4 Box plots of 18 candidate metrics in reference and impaired sites

編號(hào)核心參數(shù)分值計(jì)算M1種類總數(shù)10Vi/22.10M5搖蚊種類數(shù)10Vi/4.85M7敏感種百分比10Vi/0.87M12HBI10 (1-Vi/8.35)M27Marglef指數(shù)10Vi/6.79

2.4 松花江B-IBI評(píng)價(jià)

根據(jù)所有點(diǎn)位的B-IBI數(shù)值分布，以95%分位數(shù)為最佳值，對(duì)低于該值的分布范圍進(jìn)行五等分，確定5個(gè)等級(jí)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表5)，并根據(jù)2016年6、9月各個(gè)點(diǎn)位的B-IBI分值，對(duì)其等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果參見表6。在2期采集的60個(gè)樣本中，4個(gè)為I級(jí)(很好)，占6.7%；8個(gè)為II級(jí)(好)，占13.3%；12個(gè)為III級(jí)(一般)，占20%；14個(gè)為IV級(jí)(差)，占23.3%；22個(gè)為V級(jí)(很差)，占36.7%。說明流域內(nèi)60%以上區(qū)域生物狀態(tài)存在不同程度的損害。

表5 松花江流域B-IBI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Criteria for B-IBI assessment in the Songhua River basin

表6 松花江流域B-IBI分值及評(píng)價(jià)等級(jí)Table 6 B-IBI scores and grades in the Songhua River basin

注：“—”表示數(shù)據(jù)缺失。

由松花江B-IBI分值的箱線圖分布(圖5)來看，參照點(diǎn)位和受損點(diǎn)位的生物狀態(tài)無重疊，參照點(diǎn)位的箱體基本落在I級(jí)、Ⅱ級(jí)，受損點(diǎn)位的箱體基本落在Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，說明這兩大類點(diǎn)位的生物狀態(tài)差異明顯，基本可以區(qū)分開來。

圖5 參照點(diǎn)位與受損點(diǎn)位B-IBI分值箱線圖Fig.5 Box plots of B-IBI score in reference and impaired sites

從評(píng)價(jià)結(jié)果的空間分布來看，I級(jí)和Ⅱ級(jí)點(diǎn)位基本位于支流上游，干流點(diǎn)位的評(píng)價(jià)結(jié)果多數(shù)為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，總體來說，B-IBI分值及評(píng)價(jià)類別與生境評(píng)分與水質(zhì)類別的空間分布基本一致。從評(píng)價(jià)結(jié)果的時(shí)間變化來看，大部分點(diǎn)位2次評(píng)價(jià)等級(jí)相差不大(個(gè)別點(diǎn)位除外)，其中，9月的評(píng)價(jià)結(jié)果中，Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)點(diǎn)位所占比例較大，甚至有些水質(zhì)和生境良好的點(diǎn)位評(píng)價(jià)級(jí)別也較低(如長(zhǎng)白山西坡、二道白河)，可能與汛期大型底棲動(dòng)物群落受到一定影響有關(guān)。

2.5 應(yīng)用與討論

2.5.1 參照點(diǎn)位的選擇

將受損點(diǎn)位與參照點(diǎn)位進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判定其受損狀態(tài)，是進(jìn)行河流生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)?？梢哉f，參照狀態(tài)是評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)，直接決定了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是，具體操作過程中，并沒有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。如MAXTED等[35]采用土地利用方式、生境質(zhì)量以及水質(zhì)理化指標(biāo)來劃分參照點(diǎn)位，BLOCKSOM等[37]則是根據(jù)點(diǎn)位所在區(qū)域的森林面積和人口密度來確定。除此之外，參照點(diǎn)位原則上應(yīng)當(dāng)是沒有受到人類活動(dòng)干擾或受干擾程度最小的點(diǎn)位。然而，目前在國(guó)內(nèi)，除了自然保護(hù)區(qū)尚有未受人類活動(dòng)干擾的溪流以外，其他地區(qū)都無法找到真正嚴(yán)格意義上排除人類活動(dòng)影響的溪流及河流，尤其是在人口密度較大的平原區(qū)。王備新[38]曾提出以“樣點(diǎn)上游無農(nóng)作物、森林覆蓋率90%以上”和“樣點(diǎn)上游無點(diǎn)污染源、樣點(diǎn)上游5 km之內(nèi)無村莊、上游兩側(cè)100 m寬5 km長(zhǎng)的范圍內(nèi)無農(nóng)田”作為參照點(diǎn)位的選擇標(biāo)準(zhǔn)，但是這種方法在現(xiàn)狀背景下具有較大的局限性。

一般來說，參照狀態(tài)可以通過以下幾種方式確定：①歷史狀態(tài)；②沒有人類干擾或極小程度受人類干擾的狀態(tài)；③區(qū)域內(nèi)人類干擾最小的狀態(tài)；④經(jīng)修復(fù)后能夠達(dá)到的一種狀態(tài)。筆者對(duì)比了幾種參照狀態(tài)確定方法的適用性，基于松花江流域所在區(qū)域特點(diǎn)，選擇第3種方式來確定參照狀態(tài)，并參考周瑩等[28]在渾河、太子河流域使用的方法，即結(jié)合水質(zhì)類別和生境質(zhì)量評(píng)分來選擇參照點(diǎn)位，作為評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)。值得注意的是，考慮到松花江流域與渾太流域的自然環(huán)境特征、人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等存在差異，筆者在劃分參照點(diǎn)位的基準(zhǔn)上進(jìn)行了一些調(diào)整，使之更有針對(duì)性。由于調(diào)查區(qū)域無法避免人類活動(dòng)影響，此處僅能確定 “相對(duì)環(huán)境較好”的參照點(diǎn)位。從研究結(jié)果來看，各個(gè)點(diǎn)位的評(píng)價(jià)等級(jí)，基本與參照點(diǎn)位和受損點(diǎn)位的劃分一致，但是有2個(gè)點(diǎn)位各有一期評(píng)價(jià)結(jié)果(MLH 6月和KLH 9月)不符，說明這種方法雖有其合理性，卻仍存在一定的局限。今后的研究中，仍需對(duì)如何在人類活動(dòng)頻繁的地區(qū)選擇參照點(diǎn)位進(jìn)行深入探討，以便能夠?qū)恿魃鷳B(tài)環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行更為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

2.5.2 松花江B-IBI的構(gòu)建與適用性

松花江各個(gè)點(diǎn)位B-IBI的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，支流上游的健康狀態(tài)優(yōu)于干流，生物狀態(tài)的空間差異明顯，其分布特征基本與生境評(píng)分、水質(zhì)類別保持一致，這與松花江流域土地利用格局以及人類活動(dòng)強(qiáng)度的空間變化有很大關(guān)系。重復(fù)采集的點(diǎn)位，2次評(píng)價(jià)的結(jié)果基本一致，說明研究構(gòu)建的B-IBI基本可以排除大型底棲動(dòng)物群落對(duì)自然環(huán)境因子季節(jié)性變化響應(yīng)的影響，能夠反映人為活動(dòng)干擾，適宜用于松花江河流生態(tài)健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)。僅嫩江上游門魯河和科洛河這2個(gè)支流點(diǎn)位2期的評(píng)價(jià)結(jié)果有較大差異，可能是受到洪水事件或者其他人為干擾的影響。

利用生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)河流健康，反映的是河流生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期受到各類環(huán)境壓力干擾后的綜合狀態(tài)，因此B-IBI通常對(duì)不同類型的人為干擾表現(xiàn)出不同的響應(yīng)趨勢(shì)。研究分析了松花江B-IBI分值與各個(gè)點(diǎn)位的各項(xiàng)理化指標(biāo)及生境質(zhì)量評(píng)分之間的Pearson相關(guān)性。結(jié)果見圖6。

圖6 B-IBI分值與環(huán)境因子的相關(guān)性分析Fig.6 Regression analysis between B-IBI and environmental parameters

由圖6可見，B-IBI分值與生境質(zhì)量評(píng)分呈正相關(guān)(r=0.602,P<0.01)，與CODCr呈負(fù)相關(guān)(r=-0.290,P<0.01)。生境質(zhì)量評(píng)分反映了土地利用及其他人類活動(dòng)對(duì)河流物理生境影響的綜合結(jié)果，作為大型底棲動(dòng)物棲息的場(chǎng)所，物理生境受損會(huì)直接導(dǎo)致大型底棲動(dòng)物群落退化，因此B-IBI分值與生境質(zhì)量評(píng)分的變化具有一致性；CODCr是反映河流生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)污染的主要指標(biāo)之一，其數(shù)值越高，表明水體有機(jī)污染越嚴(yán)重，相應(yīng)的，B-IBI分值也會(huì)越低，這一點(diǎn)在筆者的研究結(jié)果中得到了印證。不過，相對(duì)于生境質(zhì)量，CODCr對(duì)B-IBI的解釋量要低得多(r=-0.290)，可能是由于大型底棲動(dòng)物群落受生境的影響大于受水質(zhì)的影響。

以上分析可以初步說明，B-IBI是對(duì)松花江大型底棲動(dòng)物群落多樣性、生境質(zhì)量、理化水質(zhì)等的綜合反映，對(duì)于該研究的調(diào)查區(qū)域具有一定的適用性，通過分析B-IBI理化指標(biāo)和生境質(zhì)量的關(guān)系，可以了解其變化的主要原因。不過，在今后的工作中，仍然需要進(jìn)一步積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，深化B-IBI評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，使B-IBI能夠更為準(zhǔn)確地反映松花江健康狀態(tài)，以便管理部門制定相應(yīng)的保護(hù)和恢復(fù)對(duì)策。

3 結(jié)論

研究構(gòu)建的松花江大型底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)由5個(gè)核心參數(shù)組成，包括種類總數(shù)、搖蚊種類數(shù)、敏感種百分比、Hilsenhoff指數(shù)、Marglef指數(shù)。根據(jù)B-IBI分值范圍，將所有點(diǎn)位劃分成5個(gè)等級(jí)，劃分標(biāo)準(zhǔn)為“很好”[34.00, 50)、“好”[25.50, 34.00)、“一般”[17.00, 25.50)、“差”[8.50, 17.00)、“很差”[0, 8.50)。

評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，松花江流域各點(diǎn)位20%生物狀態(tài)為“很好”和“好”，20%為“一般”，60%為“差”和“很差”，說明流域內(nèi)60%以上區(qū)域生物狀態(tài)存在不同程度的損害。從分值的箱線圖分布來看，構(gòu)建的B-IBI可以將參照點(diǎn)位和受損點(diǎn)位很好地區(qū)分開來。另外，支流上游優(yōu)于干流，各個(gè)點(diǎn)位2期評(píng)價(jià)等級(jí)差異不大，基本可以反映松花江流域生態(tài)環(huán)境狀況，具有一定適用性。