生態(tài)考核指標(biāo): 水生動(dòng)物種類指數(shù)

江小蝶 吳俊燕 崔永德 王洪鑄

(1. 中國科學(xué)院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430072; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

最近, 國家生態(tài)環(huán)境部提出應(yīng)“盡快建立長江流域水生態(tài)考核機(jī)制”。目前, 國內(nèi)外主要采用多參數(shù)法和預(yù)測(cè)模型法開展水生態(tài)系統(tǒng)健康總體狀況評(píng)價(jià), 但存在三個(gè)缺點(diǎn): (1)所選參數(shù)較多, 其中有些參數(shù)(如多樣性指數(shù))生態(tài)意義不明確[1—5]; (2)不少參數(shù)(如耐污值、種類權(quán)重)不能用全面而客觀的方法測(cè)定; (3)參照條件多選用所受干擾極小或最小的水體, 但不少水體幾乎不可能恢復(fù)到此水平, 且不適用于獨(dú)一無二的自然和人工水體[6—9]。生態(tài)考核指標(biāo)應(yīng)滿足下列要求: (1)權(quán)威性, 即參數(shù)的生態(tài)含義毋容置疑; (2)可業(yè)務(wù)化運(yùn)行, 即參數(shù)簡單、可標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)定; (3)可達(dá)性, 即依據(jù)指標(biāo)確定的目標(biāo)經(jīng)過努力可以達(dá)到, 因而可促進(jìn)生態(tài)修復(fù)。顯然, 現(xiàn)行水生態(tài)健康評(píng)價(jià)方法難以滿足長江生態(tài)考核的要求。

魚類和底棲動(dòng)物等動(dòng)物種數(shù)可作為生態(tài)考核的基本參數(shù)。理由有三條: (1)大家公認(rèn), 種數(shù)越多越好(入侵種除外)[10,11]。(2)魚類和底棲動(dòng)物是最常用的生態(tài)評(píng)價(jià)類群, 其種類可用DNA條形碼精準(zhǔn)鑒定(監(jiān)測(cè)部門采集動(dòng)物或其組織, 送公司測(cè)DNA,即可確定種類), 其中魚類技術(shù)最為成熟[12—15]。(3)每個(gè)水體的種數(shù)參照值可采用a)同類水體可達(dá)的最高水平, 該水平可依據(jù)種數(shù)-面積關(guān)系分位數(shù)模型或歷史記錄確定[16]; 或者b)評(píng)價(jià)元年(第一年)的數(shù)據(jù), 基于所得指數(shù)的變化幅度進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此, 評(píng)價(jià)參照標(biāo)準(zhǔn)具有可達(dá)性。除種數(shù)外, 重要類群的資源量也是較好的評(píng)價(jià)參數(shù), 如珍稀魚類的相對(duì)多度、雙殼類和EPT(蜉蝣目、襀翅目和毛翅目)昆蟲的多度等。

基于長江中下游水體底棲動(dòng)物數(shù)據(jù), 本文說明如何構(gòu)建水生動(dòng)物種類指數(shù), 以期為長江水生態(tài)考核提供簡單易行的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1 指數(shù)構(gòu)建方法

水生動(dòng)物類群(魚類和底棲動(dòng)物等)種數(shù)指數(shù)SO/I的計(jì)算公式如下:

式中,SO為評(píng)價(jià)期(多為周年)所獲動(dòng)物種數(shù),SI為種數(shù)參照值。類似于式(1), 基于密度、生物量等, 可計(jì)算類群資源指數(shù)RO/I。若基于多個(gè)參數(shù), 取均值。

綜合SO/I和RO/I, 計(jì)算動(dòng)物類群種類指數(shù)SSO/I,計(jì)算公式如下:

式中,WS和WR分別為種數(shù)指數(shù)和資源指數(shù)的權(quán)重,建議權(quán)重分別為0.7和0.3。

最后, 綜合魚類種類指數(shù)(F-SSO/I)和底棲動(dòng)物種類指數(shù)(B-SSO/I)等, 可得水生動(dòng)物綜合種類指數(shù)(ΣSSO/I) , 計(jì)算公式如下:

根據(jù)水生動(dòng)物綜合種類指數(shù)(ΣSSO/I)值的大小,將水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級(jí)分為五級(jí)。若參照值是可達(dá)的最高水平, 則評(píng)價(jià)等級(jí)可分為優(yōu)、良、中、差、極差; 若參照值是評(píng)價(jià)元年值, 指數(shù)變化較小即為合格(中), 明顯減少為不合格(差、極差),明顯增加則可定為優(yōu)、良; 待數(shù)據(jù)運(yùn)行多年后, 即可確定可達(dá)的最高水平。

2 指數(shù)應(yīng)用

2.1 長江中下游湖泊

基于1998—2019年長江中下游91個(gè)中小型阻隔湖泊116個(gè)湖年的底棲動(dòng)物數(shù)據(jù), 構(gòu)建種數(shù)-面積關(guān)系分位數(shù)模型, 選擇95%分位數(shù)作為種數(shù)參照值。據(jù)此, 建立種數(shù)指數(shù)SO/I(待發(fā)表)。結(jié)果顯示, 該指數(shù)(1)與基于隨機(jī)森林模型的RIVPACS型種類指數(shù)和多參數(shù)指數(shù)(B-IBI)、計(jì)分指數(shù)(BMWP)均呈顯著正相關(guān); (2)與富營養(yǎng)化指標(biāo)呈單峰關(guān)系; (3)與RIVPACS型種類指數(shù)一樣可以區(qū)分農(nóng)村和城市湖泊, 而B-IBI和BMWP指數(shù)則無法區(qū)分, 說明種類指數(shù)評(píng)價(jià)能力優(yōu)于多參數(shù)指數(shù); (4)與RIVPACS型種類指數(shù)的評(píng)價(jià)能力基本一致, 但SO/I更加簡單實(shí)用。

2.2 長江中下游干流

基于2016—2020年長江中下游干流宜昌(YC)、監(jiān)利(JL)和安慶(AQ)江段的底棲動(dòng)物數(shù)據(jù), 構(gòu)建水生動(dòng)物種類指數(shù), 包括種數(shù)指數(shù)和資源指數(shù)。在干流, 底棲動(dòng)物稀少, 現(xiàn)存量越多越好。結(jié)果顯示, 宜昌段健康狀況有變好的趨勢(shì), 或與淹沒的漫灘面積增大有關(guān); 監(jiān)利段狀況有變差的趨勢(shì); 安慶段基本穩(wěn)定(表 1)。

表1 長江中下游干流三個(gè)江段的底棲動(dòng)物水生動(dòng)物種類指數(shù)(2016—2020)Tab. 1 B-AASI (Benthos-Aquatic Animal Species Index) of the three segments of the mid-lower Yangtze mainstem (2016—2020)

3 討論

實(shí)際應(yīng)用水生動(dòng)物種類指數(shù)時(shí)應(yīng)注意: (1)標(biāo)準(zhǔn)化采集。點(diǎn)位設(shè)置、采樣工具、監(jiān)測(cè)頻次和時(shí)間等基本保持一致, 每種生境均有足夠的采樣量[17,18]。(2)標(biāo)準(zhǔn)化鑒定。依據(jù)統(tǒng)一的分類系統(tǒng), 盡可能鑒定到種或?qū)? 并保持鑒定水平一致; 最好建立相應(yīng)的DNA條形碼鑒定系統(tǒng)。(3)剔除外來物種。

致謝：

感謝中國科學(xué)院水生生物研究所高文娟、馬雅雪、和雅靜、張夢(mèng)娜等在底棲動(dòng)物樣品采集、鑒定與數(shù)據(jù)分析過程中給予的幫助。