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近年來(lái)，隨著人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)影響的加劇，已造成全球范圍的河流生態(tài)系統(tǒng)破壞［1-4］。河流生態(tài)健康問(wèn)題引起各國(guó)政府與學(xué)術(shù)界重視，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量相關(guān)研究［4-14］。河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)機(jī)理已成為近年來(lái)國(guó)際研究熱點(diǎn)的問(wèn)題之一［4，14］。生物完整性指數(shù)(IndexofBioticIntegrity，簡(jiǎn)稱(chēng)IBI)，最早由Karr提出，用多個(gè)生物參數(shù)綜合反應(yīng)水體的生物學(xué)狀況，評(píng)價(jià)河流乃至整個(gè)流域的健康［2］。目前，澳大利亞、美國(guó)等廣泛使用IBI方法評(píng)價(jià)河流生態(tài)健康［15-19］。我國(guó)應(yīng)用B-IBI方法評(píng)價(jià)河流健康方面起步較晚，王備新、李強(qiáng)、張遠(yuǎn)等分別根據(jù)底棲動(dòng)物參數(shù)，建立了祁門(mén)縣溪流、西苕溪、遼河生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的IBI標(biāo)準(zhǔn)［20-24］。河流生態(tài)系統(tǒng)中，大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物因其不易移動(dòng)，具有較長(zhǎng)生活周期，能夠穩(wěn)定反映水體污染變化，成為水環(huán)境評(píng)價(jià)的最佳選擇［25］。為進(jìn)一步探求河流健康評(píng)價(jià)機(jī)理，本研究選擇大型無(wú)脊椎動(dòng)物為河流健康評(píng)價(jià)的指示生物，以北京溫榆河為例，根據(jù)B-IBI指數(shù)構(gòu)建方法，研究構(gòu)建北京溫榆河B-IBI評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，刻畫(huà)溫榆河底棲動(dòng)物群落完整性，評(píng)價(jià)河流生態(tài)健康狀況。   1研究區(qū)域概況   溫榆河，又稱(chēng)北京市的“母親河”，發(fā)源于北京燕山南麓的昌平、延慶、海淀一帶，屬于北運(yùn)河水系，是北京市五大水系之中唯一發(fā)源于境內(nèi)且常年有水的河流，全長(zhǎng)約47．5km，流域面積2478km2。溫榆河流域內(nèi)降雨量年際和年內(nèi)分配極不均衡，多年平均降水量約為600mm，其中80%集中在汛期6—9月，多年平均徑流量約3．5億m3，其中污水量占60%—70%［26］。溫榆河流經(jīng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口稠密，擔(dān)負(fù)著排洪和城市排污的任務(wù)，其水質(zhì)受到嚴(yán)重污染［27］。   2數(shù)據(jù)來(lái)源   根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》的采樣原則，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行樣點(diǎn)布設(shè)。溫榆河上游分布11個(gè)樣點(diǎn)、中游分布5個(gè)樣點(diǎn)、下游分布3個(gè)樣點(diǎn)，共22個(gè)樣點(diǎn)(圖1)。依據(jù)Barbour無(wú)干擾樣點(diǎn)和干擾極小樣點(diǎn)作為參照點(diǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［28］，結(jié)合實(shí)地考察，研究區(qū)確定了4個(gè)參照點(diǎn)，18個(gè)受損點(diǎn)。本研究采用的底棲生物數(shù)據(jù)為2011年3月春季樣。底棲生物樣品采集是以采樣點(diǎn)(小于1m深的河岸區(qū))為中心，在約30m長(zhǎng)的采樣斷面內(nèi)選擇不同生境類(lèi)型，采用定量和定性相結(jié)合方法進(jìn)行采樣。定量采樣使用彼德遜采泥器(采樣面積為1/16m2)進(jìn)行底棲生物樣品采集，每個(gè)樣點(diǎn)做3個(gè)重復(fù)。同時(shí)進(jìn)行定性采樣，使用手抄網(wǎng)(0．3m寬，40目尼龍紗)采集3個(gè)小樣方，總面積約為1m2左右。標(biāo)本直接在野外篩選并合在一起，每個(gè)樣點(diǎn)按軟體動(dòng)物與水生昆蟲(chóng)分類(lèi)分別裝入樣品瓶，加酒精固定，并放入便攜式冰箱，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定。標(biāo)本盡量鑒定到種。同期進(jìn)行水體理化指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。溶解氧、溫度和pH均采用便攜式分析儀在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定。另取水樣進(jìn)行水化指標(biāo)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第4版)(國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì)，2002)相關(guān)規(guī)定進(jìn)行分析，項(xiàng)目包括懸浮物、電導(dǎo)率、CODmn、BOD5、總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽等。3研究方法   3．1B-IBI方法   3．1．1候選生物學(xué)指標(biāo)的確定   用于建立B-IBI(Benthic-IndexofBioticIntegrity，簡(jiǎn)稱(chēng)B-IBI)指標(biāo)體系的生物學(xué)指標(biāo)很多，參照相關(guān)文獻(xiàn)［20-24］，研究選用了反映群落豐富度(M1—M5)、個(gè)體數(shù)量比例(M6—M13)、生物耐污程度(M14—M19)和小生境質(zhì)量(M20)等4類(lèi)的20個(gè)指標(biāo)作為備選指標(biāo)(表1)，以反映環(huán)境變化對(duì)目標(biāo)生物(個(gè)體、種群、群落)數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能的影響，從而有效監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量。   3．1．2生物學(xué)指數(shù)篩選   1)分布范圍分析對(duì)參照點(diǎn)的生物指數(shù)值在平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、25%分位數(shù)、中位數(shù)和75%分位數(shù)的分布范圍進(jìn)行分析(表2)，隨干擾加強(qiáng)而減小的候選生物指數(shù)，若上述分值變化不明顯，說(shuō)明表現(xiàn)的信息指示作用不強(qiáng)，如M8、M13、M18，故予以刪除;隨干擾加強(qiáng)而增大的候選生物指數(shù)，若上述分值變化較大，對(duì)信息的波動(dòng)性較大，但隨干擾增強(qiáng)的7個(gè)生物指數(shù)，波動(dòng)性不大，故予以保留。2)判別能力分析據(jù)Barbour方法［28-29］，比較參照點(diǎn)和受損點(diǎn)在25%—75%分位數(shù)范圍即箱體IQ的重疊情況，并分別賦予不同的值:沒(méi)有重疊，IQ=3;部分重疊，但各自中位數(shù)值都在對(duì)方箱體范圍之外，IQ=2;僅一個(gè)中位數(shù)值在對(duì)方箱體范圍之內(nèi)，IQ=1;各自中位數(shù)值都在對(duì)方箱體范圍之內(nèi)，IQ=0。只有IQ≥2的參數(shù)才作進(jìn)一步分析，故刪除M4、M10、M11、M12和M15。3)相關(guān)性分析基于SPSS11．8統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)余下12個(gè)參數(shù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，除M19外(直接列入指標(biāo)體系)，其余11個(gè)參數(shù)均不符合正態(tài)分布，故對(duì)這11個(gè)參數(shù)進(jìn)行spearman相關(guān)分析(表3)，使最后構(gòu)成IBI指標(biāo)體系的每個(gè)指數(shù)都至少提供一個(gè)新的信息，避免重復(fù)信息。如果兩個(gè)指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)r＞0．75，表明兩個(gè)指數(shù)間所反應(yīng)信息大部份是重疊的，選其中一個(gè)指標(biāo)即可。根據(jù)相關(guān)系數(shù)(表3)，考慮指數(shù)重要性，并結(jié)合指標(biāo)體系需反映群落豐度、個(gè)體數(shù)量比例、生物耐污能力和小生境質(zhì)量4方面信息，最終確定溫榆河B-IBI的指數(shù)包括總分類(lèi)單元數(shù)、總生物量、優(yōu)勢(shì)分類(lèi)單元個(gè)體相對(duì)豐度、敏感類(lèi)群?jiǎn)卧獢?shù)、生物指數(shù)和粘附者個(gè)體相對(duì)豐度6個(gè)指標(biāo)。   3．1．3生物學(xué)指標(biāo)記分標(biāo)準(zhǔn)的建立   如何建立B-IBI指標(biāo)體系評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，王備新等［20］對(duì)比了3分制，4分制和比值法，發(fā)現(xiàn)比值法具有更高的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度，故研究采用比值法進(jìn)行指標(biāo)體系計(jì)算，即干擾越強(qiáng)，指數(shù)值越低的指數(shù)，以95%分位數(shù)值為最佳值，各指數(shù)的分值等于指數(shù)值除以95%分位數(shù)值。對(duì)于干擾越強(qiáng)，指數(shù)值越高的指數(shù)，則以5%分位數(shù)值為最佳值(表4)。該法規(guī)定，經(jīng)計(jì)算后的分值的分布范圍為0—1，如果大于1，則都記為1，對(duì)于計(jì)算結(jié)果求和。按照參照點(diǎn)B-IBI值分布的25%分位數(shù)法進(jìn)行指標(biāo)體系的最終劃分，如果樣點(diǎn)的B-IBI值大于等于25%分位數(shù)值，則表示該樣點(diǎn)受到的干擾很小，是健康的。小于25%分位數(shù)值的分布范圍，根據(jù)需要可以4等分，分別代表不同的健康程度，最終確定溫榆河底棲動(dòng)物完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表5)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#   3．2多元統(tǒng)計(jì)分析   采用SPSS11．8統(tǒng)計(jì)軟件，對(duì)溫榆河水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，分析該河流的主要污染因子，其詳細(xì)計(jì)算方法另在文獻(xiàn)30中介紹。另外，為驗(yàn)證B-IBI指數(shù)作為河流健康評(píng)價(jià)方法的合理性，以及在水體評(píng)價(jià)中是否需要進(jìn)行水生態(tài)健康評(píng)價(jià)，研究對(duì)溫榆河水質(zhì)與B-IBI指數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析。首先，為避免水質(zhì)指標(biāo)量綱對(duì)結(jié)果的干擾，對(duì)19個(gè)樣點(diǎn)的水質(zhì)理化指標(biāo)進(jìn)行最大最小值標(biāo)準(zhǔn)化處理，即(具體水質(zhì)指標(biāo)值－MIN)/(MIX－MIN)，對(duì)各樣點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化值進(jìn)行累加，獲得河流不同樣點(diǎn)的綜合水質(zhì)數(shù)據(jù)。然后，采用SPSS11．8對(duì)各樣點(diǎn)綜合水質(zhì)數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的B-IBI指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。   4研究結(jié)果   4．1溫榆河流域底棲動(dòng)物群落特征   溫榆河流域底棲動(dòng)物物種豐富度為46種，其中水生昆蟲(chóng)36種(搖蚊科21種)，寡毛類(lèi)4種，蛭類(lèi)2種，甲殼動(dòng)物1種，軟體動(dòng)物3種。優(yōu)勢(shì)物種為淺白雕翅搖蚊，其所占百分比為32．8%，其耐污值為8［31］，為強(qiáng)耐污類(lèi)群，主要集中在北沙河橋北與土溝村橋。全流域范圍內(nèi)，60．9%的底棲生物為耐污類(lèi)群，TV≥7;23．9%的底棲生物為中間類(lèi)群，TV為3—7;僅有15．2%的底棲生物為敏感類(lèi)群，TV≤3。溫榆河以耐污類(lèi)群為優(yōu)勢(shì)物種，其污染情況較為嚴(yán)重，敏感類(lèi)群很難生存。總體上，溫榆河流域底棲生物物種豐富度較高，但全流域范圍內(nèi)底棲動(dòng)物組成以耐污類(lèi)群為主，說(shuō)明水體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差。   4．2溫榆河流域河流生態(tài)健康狀況   溫榆河底棲生物完整性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，溫榆河采樣點(diǎn)中27．3%為健康，9．1%為亞健康，13．6%為一般，13．6%為差，36．4%為極差(表6)。采用克里金插值法對(duì)全流域河段進(jìn)行健康狀況評(píng)估，獲得全河段生態(tài)健康狀況的分布狀況(圖2)。溫榆河水系支流樣點(diǎn)大多為較差和極差狀況，表明該流域范圍內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的脅迫作用相對(duì)比較嚴(yán)重。溫榆河上游及源頭地區(qū)(S8朝宗橋，S9響潭水庫(kù)，S10羊臺(tái)子?xùn)|，S11羊臺(tái)子西，S12羊臺(tái)子混合)河流生態(tài)健康狀況較好(圖2)，該區(qū)受人類(lèi)活動(dòng)影響相對(duì)較小，而溫榆河中下游地區(qū)河流生態(tài)健康狀況處于極差和較差狀態(tài)，其中下游主要分布在海淀，昌平，朝陽(yáng)3個(gè)城區(qū)，受城市化的影響較重。   4．3河流水質(zhì)狀況及其與B-IBI的相關(guān)關(guān)系   水質(zhì)分析結(jié)果顯示，溫榆河流域?qū)儆谟袡C(jī)污染類(lèi)型，主要污染因子為T(mén)N、NH3-N、TP、CODMn、BOD5等［27］。溫榆河綜合水質(zhì)與B-IBI相關(guān)分析結(jié)果表明，二者具有負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0．549。但相關(guān)系數(shù)較低，這可能說(shuō)明無(wú)法完全用水質(zhì)理化指標(biāo)代表河流生態(tài)健康狀況。目前，國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中僅規(guī)定了水體的理化指標(biāo)表針，本研究表明，河流水質(zhì)理化指標(biāo)與底棲生物完整性的相關(guān)系數(shù)較低，即水質(zhì)理化指標(biāo)較好的河段，其底棲生物群落完整性不一定較好，因此，在水體評(píng)價(jià)中既要考慮水質(zhì)理化性質(zhì)也需考慮河流生態(tài)健康狀況。   5討論   5．1參考點(diǎn)的選擇   參照點(diǎn)位的確定是制定標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵性因素［22］，原則上依據(jù)Barbour無(wú)干擾樣點(diǎn)和干擾極小樣點(diǎn)作為參照點(diǎn)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)干擾點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)是指樣點(diǎn)上游無(wú)農(nóng)田分布、森林覆蓋率90%以上，干擾極小樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)是樣點(diǎn)上游無(wú)點(diǎn)污染源、樣點(diǎn)上游5km之內(nèi)無(wú)村莊、上游兩側(cè)100m寬5km長(zhǎng)的范圍內(nèi)無(wú)農(nóng)田［23］。由于溫榆河為城市河流，劃分時(shí)適當(dāng)降低了此標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合水質(zhì)狀況，確定溫榆河流域的參照點(diǎn)位選取條件。研究發(fā)現(xiàn)，參照點(diǎn)選擇不同，對(duì)研究結(jié)果具有一定影響，因此，需對(duì)參考點(diǎn)選擇方法的科學(xué)性進(jìn)行深入研究，利于河流生態(tài)健康的進(jìn)一步科學(xué)定量評(píng)價(jià)。   5．2B-IBI指數(shù)構(gòu)成   通過(guò)B-IBI候選指數(shù)分布范圍分析、判別能力分析和相關(guān)分析等過(guò)程，篩選出研究區(qū)B-IBI指數(shù)的6個(gè)指標(biāo)。國(guó)內(nèi)不同學(xué)者研究結(jié)果來(lái)看(表7)，遼河與祁門(mén)縣溪流的指標(biāo)構(gòu)成5個(gè)指標(biāo)基本相同，其他地區(qū)的B-IBI指標(biāo)均呈現(xiàn)較大差異性。候選指標(biāo)的篩選結(jié)果受多種因素影響，其中影響最大的是研究區(qū)所處的生態(tài)區(qū)，另外，采樣方法、鑒定方法的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性也會(huì)在一定程度上對(duì)篩選結(jié)果造成一定影響。綜合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究成果，總分類(lèi)單元數(shù)在各河流健康評(píng)價(jià)中均作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，而前3位優(yōu)勢(shì)分類(lèi)單元個(gè)體相對(duì)豐度和BI指數(shù)在多數(shù)河流健康評(píng)價(jià)中應(yīng)用，此3個(gè)指標(biāo)可作為其它河流健康評(píng)價(jià)的推薦指標(biāo)。因指標(biāo)確定受研究河流具體底棲生物群落差異影響較大，因此，在實(shí)際評(píng)價(jià)中，必須對(duì)候選指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)篩選，以確保評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇的準(zhǔn)確性。   5．3B-IBI指數(shù)的適用性   國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般選用級(jí)別較高的河流為對(duì)象建立底棲動(dòng)物完整性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而溫榆河屬于級(jí)別較小的城市河流。Paller等人的相關(guān)研究表明運(yùn)用底棲生物監(jiān)測(cè)水質(zhì)與溪流的級(jí)別不存在顯著相關(guān)關(guān)系［32］，表明運(yùn)用IBI指數(shù)評(píng)價(jià)城市河流的合理性。本研究對(duì)溫榆河流域的底棲生物完整性指數(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了初步分析，盡管評(píng)價(jià)結(jié)果與水質(zhì)具有一定相關(guān)性，能夠反映出城市河流健康狀況，但仍需要進(jìn)行長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)和研究，健全I(xiàn)BI指數(shù)評(píng)價(jià)河流健康的理論體系與實(shí)證研究。   6結(jié)論   本研究以北京溫榆河為例，探討了B-IBI指數(shù)在河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)中應(yīng)用的合理性和可行性，為豐富河流健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇提供了科學(xué)依據(jù)。通過(guò)B-IBI候選指數(shù)分布范圍、相關(guān)關(guān)系和判別能力分析等過(guò)程篩選，溫榆河流域B-IBI指數(shù)由總分類(lèi)單元數(shù)、總生物量、優(yōu)勢(shì)分類(lèi)單元個(gè)體相對(duì)豐度、敏感類(lèi)群分類(lèi)單元數(shù)、生物指數(shù)和粘附者個(gè)體相對(duì)豐度6個(gè)指標(biāo)構(gòu)成;研究區(qū)底棲生物群落特征表現(xiàn)為物種豐富度為46，其中，60.9%的底棲生物為耐污類(lèi)群，23．9%的底棲生物為中間類(lèi)群，15．2%的底棲生物為敏感類(lèi)群。溫榆河流域底棲生物群落的優(yōu)勢(shì)物種為淺白雕翅搖蚊，為強(qiáng)耐污類(lèi)群;溫榆河流域B-IBI評(píng)價(jià)結(jié)果表明，河流采樣點(diǎn)的50%為較差和極差，均位于干流及城區(qū)，受鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化影響強(qiáng)烈;27．3%為健康，9．1%為亞健康，主要位于溫榆河上游及源頭地區(qū)。B-IBI指數(shù)與河流水質(zhì)相關(guān)系數(shù)為－0．549，說(shuō)明生物指標(biāo)需作為河流水體評(píng)價(jià)的指標(biāo)，B-IBI指數(shù)應(yīng)用于溫榆河流域具有可行性。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#