亞熱帶城市河流底棲動物完整性評價
——以流溪河為例

劉帥磊,王 賽,崔永德,王 林,何文祥,龍勝興,楊 揚,2,*

1 暨南大學生命科學技術學院,水生生物研究中心, 廣州 510632 2 熱帶亞熱帶水生態工程教育部工程研究中心, 廣州 510632 3 中國科學院水生生物研究所, 武漢 430072 4 廣州市環境監測中心站, 廣州 510030

隨著人類活動對生態系統的影響日益加劇,水體污染、河道改造、生境退化等一系列外來干擾導致河流健康狀況逐年衰退[1-3],探索有效評價河流生態健康的方法,并找到影響其健康的脅迫因子,是當前水域生態學研究的熱點[4-6]。以理化參數為主的評價只能反映水質瞬時狀況,外來干擾的累積效果難以體現,且在多重污染協同作用下,潛在的有害生物效應也無法預測。21世紀后,以生物監測為主導的河流健康評價技術不斷成熟,由于各類生物都有特定的耐受范圍,借助其群落結構變化對水體和棲地的響應,能夠直接有效地比較流域內生境優劣[7-8]。

大型底棲動物作為水生食物網中重要組成部分,由于其存活周期長、活動范圍小、分布空間廣以及反應靈敏等特點,常被選作反映系統受干擾影響的重要生物指標,其群落結構、優勢種、多樣性、均勻度等參數變化被普遍用于比較環境污染狀況。但是,這些傳統的指標不能充分利用底棲動物自身的生理生態屬性,如食性、敏感度、耐污性等,從而難以有效地指示生態系統的綜合狀況[9]。1981年,Karr提出以生物完整性指數(Index of Biotic Integrity, IBI)表征河流生態系統健康[5],早期的評價以魚類為主(F-IBI),隨后,研究者根據河流狀態,開發了以藻類、浮游生物、高等水生植物以及大型底棲動物為觀測對象的水生態系統IBI健康評估體系[10-11]。

1990s后,該體系得以廣泛應用,美國環保署(EPA)在大尺度流域研究中建立了以底棲動物完整性指數(B-IBI)為基礎的評價體系,該體系已成功應用于16個州的河流健康評價[11]。B-IBI強調利用多種生物學參數,從功能完整性的角度反應生態系統的狀況,從而評價河流乃至整個流域的健康水平。楊連芳等[12]首次將水質生物評價引入我國,并用EPT(蜉蝣目-襀翅目-毛翅目)分類單元數評價了九華河水質。此后,王備新等[13]、張遠等[14]、李強等[15]、楊柳等[16]分別對安徽黃山地區溪流、遼河流域、西苕溪以及溫榆河進行了健康評價。雖然這些研究涉及不同級別、不同區域的河、溪生態系統,但范圍多集中于我國的華北和華中,屬典型的溫帶氣候區,相較之下,以熱帶亞熱帶氣候影響下的華南地區河流為對象,進行健康評價的研究卻未見報道。

不同氣候特征決定了一個區域特有的底棲動物群落,Dudgeon等[1]曾指出,熱帶亞熱帶河溪中的水生生物多樣性要明顯高于溫帶地區,而B-IBI正是以敏感的生物學參數為主,受不同氣候條件影響,該體系的適用性和解釋度都值得進一步探討。本研究假設受高物種豐度的影響,以地處亞熱帶季風氣候區的流溪河為研究對象,所構建的B-IBI體系可能與溫帶地區有較大差異?；?016年豐、枯水期流溪河14個斷面的底棲動物調查數據,經過生物指標篩選和評價標準設立,本文構建了適用于流溪河的B-IBI評價體系,在地理尺度上豐富了B-IBI在河溪生態學研究中的應用,研究結果可為流溪河生態系統的保護與可持續發展提供科學依據。

1 研究區域概況

流溪河位于廣州市從化區西北部(23°12′30″—23°57′36″N,113°10′12″—114°2′00″E),珠江三角洲的中北部。發源于從化區呂田鎮桂峰山,流經從化區和白云區地區時匯入眾多的溪流,在白云區江高鎮江村南崗口與白泥河匯合后注入珠江,流入南海,其干流全長171 km,流域總面積2300 km2。該流域屬華南亞熱帶季風氣候區,受季風環流影響以及臨近南海的海洋調節,氣候溫濕,雨量豐沛,年均氣溫21.2 ℃,年均降水量1823.6 mm,汛期(4—9月)雨量約占全年雨量的84%。流溪河是唯一一條流經廣州市的河流,近年來,由于珠江三角洲社會經濟快速發展,工業化和城市化進程加速,流溪河流域土地使用情況變化顯著,水生態系統受人為影響嚴重。此外,流溪河作為廣州市重要水源保護區,其水生生物物種豐富、多樣性高,但近年來受旅游開發、水利建設、農業集約化生產和下游城市化推進等因素影響,流域內水環境質量不斷下降,水生生物多樣性受到威脅[17]。鑒于此,對流溪河全流域的生態健康水平進行評價,并對各河段的受損程度加以比較分析,對流域生態管理和生態系統保護具有重要的理論和現實意義。

2 研究方法

2.1 樣點設置

根據流溪河各河段的地理位置,結合當地的生境多樣性、土地利用類型、堤岸穩定性、河岸植被覆蓋度等參考指標,在流溪河流域共設置14個采樣位點(其中,干流斷面7個：S3、S4、S7、S8、S11、S12、S14；支流斷面7個：S1、S2、S5、S6 、S9、S10、S13),用GPS對所有位點定位(圖1)。本研究于2016年豐水期(前汛期4月、后汛期8月)和枯水期(12月),共分3次對所設14個位點的底棲動物樣品進行采集,同時對水體理化指標進行監測。為排除季節差異對B-IBI構建的影響,生物指標的篩選及健康評分皆以各位點所得數據的年均值計算。依據Barbour等[18]提出的無干擾樣點和干擾極小樣點標準進行參照點選擇,并結合實地的水質和生境狀況,在研究區域確立了3個參照位點(S1、S2和S5)和11個受損位點(S3、S4和S6—S14)。

圖1 流溪河大型底棲動物采樣點的分布Fig.1 Sampling site of macrozoobenthos in Liuxi RiverS:采樣點代碼

2.2 采樣方法、分類與鑒定及環境因子的測定

在所選定位點的100 m范圍之內,使用口徑為25 cm×25 cm的D型抄網(60目),隨機采集水草區、急流區、緩流區3個平行樣本。在現場經過60目篩網過篩沖洗,將網內所有采集物裝入聚乙烯封口袋,加入10%福爾馬林溶液固定后帶回實驗室,在實驗室內采用人工挑揀的方法,將底棲動物樣品置于解剖盤中,將肉眼可見的底棲動物分揀出,轉入50 mL的塑料瓶中,同時加入95%的酒精溶液保存。置于六孔盤中,在顯微鏡和解剖鏡下進行鑒定,底棲動物樣本盡可能鑒定到種,計數和稱重。稱量時,先用吸水紙吸去樣本表面水分,直到吸水紙表面無水痕跡為止。定量稱重用電子天平,精確到0.0001 g。每個位點采集的平行樣品數據以算術平均值表示,并將每個樣品中的個體數量和生物量換算成每平方米的單位含量。軟體動物、寡毛類、水生昆蟲等底棲動物物種鑒定參照有關資料[19-29]。

2.3 B-IBI評價標準方法的構建

(1)提出候選指標

用于建立B-IBI體系的生物學指標很多,參照相關文獻[18,31-33],本研究選用了反映物種豐富度(M1-M10)、種類組成(M11-M23)、生物耐受性(M24-M28)、營養結構(M29-M31)和小生境質量(M32)5大指標類型,具體包含32個候選指標(表2),以反映環境變化對目標生物(個體、種群、群落)數量、結構和功能的影響,從而有效監測和評價水環境質量。

(2)篩選核心指標

①分布范圍分析：根據參照點和受損點候選指標的平均值、標準差、25%分位數、中位數和75%分位數,對不適合構建B-IBI體系的指標進行排除,包括：分布比較散且標準差大的指標；對于隨干擾增強而數值降低范圍過小的指標；對于隨干擾增強而數值增加范圍過大的指標[14]。

②判別能力分析：將各指標在參照點和受損點的重疊情況(即箱體IQ)進行比較,比較范圍在25%—75%分位數,并根據重疊情況賦值：沒有重疊,IQ= 3；部分重疊,但中位數都在對方箱體之外,IQ= 2；僅一個中位數在對方箱體之內,IQ= 1；中位數值都在對方箱體范圍之內,IQ= 0,只有IQ≥ 2的指標才適合構建B-IBI[18]。

③相關性分析：根據指標間的相關性顯著水平,確定各指標所表達信息的重疊度。應用Maxted等[31]標準,如果兩個指標間的相關性系數|r|>0.75,表明二者所反應的信息重疊度較高,選擇其中一個即可。

(3)計算指標分值

本研究采用穩定性及準確度較高的比值法對生物指標記分[13-14,34]。對于隨干擾增強而數值降低的指標,以其在全部位點的95%分位數為最佳期望值(X0.95)；對隨干擾增強而數值增加的指標,以其在全部位點的5%分位數為最佳期望值(X0.05)。計算公式分別為：

BIn=Xn/X0.95

BIn=(Xmax-Xn)/(Xmax-X0.05)

式中,BIn為第n個位點指標的計算分值,Xmax為全部位點中的最大指標值,Xn為第n個位點的指標值,所得分值的分布范圍為0—1,如果大于1,則都記為1。

(4)確立評價標準

將各指標分值進行加和,得到該位點的B-IBI值,以參照點B-IBI值的25%分位數作為健康評價的標準[14]：①若該位點的B-IBI值≥參照點25%分位數,則表示該位點受干擾程度很小,屬健康水平；②若該位點的B-IBI值<參照點25%分位數,則將參照點25%分位數進行4等分,分別代表不同的健康程度(亞健康、一般、差、極差)。

2.4 數據處理

平均值和標準差的計算在Excel中完成；單因素方差分析(one-way ANOVA)、正態分布檢驗、Pearson相關性分析在SPSS 18.0中完成；繪圖分析采用Origin 9.5。應用R語言軟件(3.3.2)中vegan數據包分析B-IBI對環境因子及位點健康狀況的解釋度,除趨勢對應分析(DCA)結果為3.65,介于3.0—4.0,本文選用典型對應性分析(CCA)做進一步分析。

3 結果與分析

3.1 流溪河水質理化指標

表1 流溪河水體物理化學指標Table 1 Major physicochemical parameters of water quality(means ± SE)in Liuxi River

3.2 流溪河流域底棲動物種類組成與分布

2016年對流溪河豐、枯水期干流和支流底棲動物進行野外采集,共獲得底棲動物103種,隸屬于4門8綱22目52科94屬(附表),包括環節動物門寡毛綱(帶絲蚓目、顫蚓目和單向蚓目)、多毛綱(葉須蟲目)、蛭綱(蛭蚓目和無吻蛭目)；軟體動物門腹足綱(中腹足目和基眼目)、瓣鰓綱(貽貝目、蚌目和真瓣鰓目)；節肢動物門甲殼綱(十足目)、昆蟲綱(蜉蝣目、蜻蜓目、襀翅目、鱗翅目、半翅目、毛翅目、鞘翅目、廣翅目和雙翅目)；扁形動物門渦蟲綱。其中,環節動物門寡毛綱19種,占物種總數的18.5%,多毛綱2種,占1.9%,蛭綱6種,占5.8%；軟體動物門瓣鰓綱3種,占2.9%,腹足綱10種,占9.7%；節肢動物門甲殼綱3種,占2.9%,昆蟲綱59種,占57.3%；扁形動物門1種,占1.0%。對各位點底棲動物的種類組成與分布情況進行分析,發現上游支流位點S1(50種)、S2(32種)和S5(39種)的物種數量較高,以底棲動物敏感類群(如仙女蟲屬、四節蜉屬、蜉蝣屬、曲尾春蜓屬等)為主,至下游地區S13(6種)和S14(8種)位點物種數量逐漸減少,底棲動物以耐污種(如水絲蚓、蘇氏尾鰓蚓、霍甫水絲蚓等)占優勢。

3.3 B-IBI評價指標體系與健康評價標準的確定

3.3.1 分布范圍分析

為識別各候選指標隨干擾程度增強而體現的單向變化趨勢,計算32個候選指標在3個參照點的平均值、標準差、25%分位數、中位數和75%分位數,結果如表2所示。根據前文所述篩選標準,對候選指標處理如下：①M5和M13由于標準差過大予以排除,剩余30個指標；②在隨干擾增強而數值減小的18指標中,M3、M8、M14、M15、M16、M17、M21、M23、M24、M30、M31的數值變化范圍過小,說明這些指標所反映的污染強度有限,不適合構建B-IBI；③在隨干擾增強而增大的12個指標中,由于M11、M29和M32的數值變化范圍過小,同樣予以排除。經過初步篩選排除半數指標,對剩余16個指標進行下一步分析。

表2 32個生物指數值在參照點的分布情況及其對干擾的反應Table 2 Distribution of 32 metrics in reference sites and their expected direction of response to disturbance

SD：標準差,Standard deviation；Min.：最小值,Minimum value；Max.：最大值,Maximum value;M1—M32：指標代號

3.3.2 判別能力分析

針對分部范圍分析篩選出的16個指標,進一步采用箱線圖法進行判別能力分析,以反映候選指標在參照點和受損點之間的差異,結果如圖2所示。由于候選指標M7、M19、M20、M27、M28的IQ=1,M10、M12和M22的IQ=0,說明以上8個指標僅一個或無中位數值在對方箱體范圍之內,換言之,這些生物指標在參照點和受損點之間的差異性并不顯著,故將其排除。對于剩余的8個候選指標,由于M1、M2、M4、M6、M9、M18的IQ= 3,M25、M26的IQ=2,根據IQ≥ 2的篩選標準,這些指標的變化能夠較好的反映參照點與受損點之間的差異,故將其保留至下一步篩選。

圖2 候選生物參數在參照點和受損點的箱線圖Fig.2 Box-plots of candidate metrics between reference and impaired sites參照點：Reference site; 受損點：Impaired site;M1：總分類單元數，Total taxa；M2：EPT分類單元數，EPT taxa number；M3：甲殼動物和軟體動物分類單元數，Crustacean and molluscs taxa number；M4：搖蚊分類單元數 Chironomid taxa number；M5：總密度，Total density；M6總生物量，Total biomass；M7：香農多樣性，Shannon diversity index；M8：辛普森多樣性指數，Simpson diversity index；M9：豐富度指數Abundance index；M10：均勻度指數，Evenness index；M11：優勢分類單元/%，Dominant taxa number percentage；M12：前3位優勢分類單元%，First three dominant taxa number percentage；M13：雙翅目個體數/%，Diptera number percentage；M14：蜻蜓目個體數/%，Odonata number percentage；M15：廣翅目個體數/%，Wide Homoptera number percentage；M16：鞘翅目個體數/%，Coleoptera number percentage；M17：毛翅目個體數/%，Trichoptera number percentage；M18：蜉蝣目個體數/%，Ephemeroptera number percentage；M19：顫蚓個體數/%，Flutter earthworm number percentage；M20：搖蚊個體數/%，Chironomid number percentage；M21：甲殼動物和軟體動物個體數/%，Crustacean and molluscs taxa number percentage；M22：寡毛綱個體數/%，Oligochaetes number percentage；M23：蛭綱個體數/%，Hirudinea number percentage；M24：敏感類群單元數，Sensitive groups taxa number；M25：耐污類群單元數，Tolerant groups taxa number；M26：敏感類群/%，Sensitive groups taxa number percentage；M27：耐污類群/%，Tolerance groups number percentage；M28：BI指數，BI index；M29：捕食者個體數/%，Predator number percentage；M30：濾食者個體數/%，Filter feeders number percentage；M31：刮食者個體數/%，Scraper number percentage；M32：粘附者個體數/%，Adhesion number percentage

3.3.3 相關性分析

對經過判別能力分析篩選出的8個候選指標進行正態分布檢驗和相關性分析,以確保每個指標都能反映一個獨立的信息。結果表明,8個生物指標符合正態分布,可采用Pearson相關系數分析指標間的信息重疊度。各指標間相關性系數如表3所示,M1和M2、M4、M9、M18、M25的相關系數|r|>0.75,說明M1與其他指標所表達重疊度較高,故首先排除M1。將剩余7個指標進行分析,發現M2和M18以及M4和M9的相關系數|r|>0.75,由于EPT分類單元數(M2)和搖蚊分類單元數(M4)在生物完整性評價中的重要性和敏感性,對其進行保留,排除M9和M18。最終確定適用于流溪河的5個B-IBI核心指標包括：EPT分類單元數(M2)、搖蚊分類單元數(M4)、總生物量(M6)、耐污類群單元數(M25)和敏感類群的個體相對豐度(M26)。

表3 8個候選生物參數間的Pearson相關分析結果Table 3 Pearson′s correlation matrix of 8 candidate metrics

**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關

3.3.4 B-IBI 評價指標體系的建立與生態健康評價標準

采用比值法計算各指標分值,根據指標在參照點和所有位點中的分布及其干擾的反應確定其計算公式(表4),并依此計算各樣點的指標分值,分值的分布范圍為0—1,若>1,則都記為1。將各指標的分值進行加和,得到各位點B-IBI值(表5)。

表4 比值法計算5個生物指標分值(Y)的計算公式Table 4 Formulas for calculation of 5 metrics scores using the ratio method

以參照點B-IBI值分布的25%分位數值(即3.24)作為位點達到健康水平的標準,對<25%分位數值的分布范圍進行4等分(0、0.81、1.62、2.43、3.24),最終確定流溪河生態健康評價標準為B-IBI值>3.24為健康,3.24—2.43為亞健康,2.43—1.62為一般,1.62—0.81為差,0.81—0為極差。

3.4 流溪河生態健康狀況

采用上述確定的生態健康評價標準對流溪河14個位點的生態健康狀況進行初步評價。結果如表5所示,流溪河14個采樣點中健康位點2個,占總位點數14.3%；亞健康位點7個,占50.0%；一般位點3個,占21.4%；差位點2個,占14.3%；無極差位點。分析組成B-IBI的5個核心指標貢獻比發現：M2(EPT分類單元數)的變化趨勢最為明顯,僅在上游和中游的4個支流位點貢獻比例較高,在下游位點幾乎消失；其次是M26(敏感類群個體數%)其在各支流位點的貢獻比要明顯高于各干流,且體現出上游至下游逐漸降低的趨勢；再次是M4(搖蚊分類單元數)和M25(耐污類群單元數),均反映了上游和下游位點間的差異?？傮w上,在B-IBI評分中,作為反映清潔水質的生物指標,M2、M26和M4比值的增加是決定位點健康狀態的主要因素,而耐污類群生物指標M25比值的增加則導致位點處于不健康水平。

表5 流溪河各樣點生態健康狀況Table 5 Statues of the ecological health of sites in Liuxi River

3.5 B-IBI值與環境因子間相關性

表6 B-IBI評價值與水體理化指標的相關系數Table 6 Correlation coefficient between B-IBI and physico-chemical parameters

**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；*表示在0. 05水平(雙側)上顯著相關

圖3 流溪河B-IBI核心指標與環境因子的典型對應性分析(CCA)Fig.3 Canonical correspondence analysis based on the key indicators of B-IBI and environmental factors in Liuxi River

4 討論

4.1 應用B-IBI評價河流健康的影響因素

Astin[35]和Paller等[36]在構建河流B-IBI時認為,將同一監測點不同季節的數據進行合并處理是有必要的,但Gerritsen等[37]發現在不同季節各自建立一套B-IBI是沒有必要的,因為季節間底棲動物群落結構相似度很高。熊春暉等[38]發現用全年數據構建的B-IBI,其核心指標數量及健康評價水平要高于各季節,并認為在同一水域用全年數據構建的B-IBI更具實用價值。本研究在構建流溪河B-IBI體系過程中,利用了前、后汛期及枯水期3季底棲動物樣本數據,能夠有效地排除季節間差異對生物指標篩選的影響,在流域尺度上,本文所得評價結果較前人研究更具全面性和客觀性。

受研究區域水環境和地理條件制約,不同的參照點選擇標準會對最終評價結果產生影響[14,36]。大多數學者依據Barbour無干擾樣點和干擾極小樣點作為參照點選擇標準,如李強等[15]對西苕溪進行B-IBI評價時,由于西苕溪地處山區,所受外來干擾較小,故采用了無干擾樣點標準；張遠等[14]對遼河流域進行B-IBI評價時,由于多數河段受城鎮化影響,且上下游均受到污染,故在干擾極小樣點標準上,又以Ⅲ類水質標準作為補充。本研究中,流溪河從上游呂田鎮桂峰山流經下游廣州市區,流域內既有相對原始的山區溪流,也有受人為干擾明顯的城鎮河段。在確定參照點時,為了能夠具有針對性地反映各河段健康狀況,不僅以Barbour干擾極小樣點和Ⅲ類水質為標準,還結合實際位點的生境狀況(底質為卵石、無土地改造、植被處于原始態且覆蓋度高、洪泛區完整),對各樣點所受干擾程度進行綜合考慮后篩選參照點,以提高準確性。

除參照點外,經篩選所得的B-IBI核心指標和健康評分標準也有較大差異。本文構建的流溪河B-IBI由“EPT分類單元、搖蚊分類單元、總生物量、耐污類群單元和敏感類群個體%”5個指標構成,健康狀態B-IBI值>3.24。為比較不同地區B-IBI體系的異同,表7中列舉了溫帶地區黃山溪流[13]、遼河流域[14]、西苕溪[15]、上海市河流[38]的B-IBI核心指標組成與健康評價標準(均采用比值法)。對照不同區域研究結果發現,雖然流溪河地處亞熱帶季風氣候區,但其B-IBI指標組成與溫帶氣候區的遼河流域和黃山地區溪流相似,與同樣處于溫帶地區的西苕溪和上海市河流有較大差異。其原因在于,西苕溪地處自然山區,受外來干擾程度小,除水質良好外,還保留了多樣的生境斑塊(如淺灘和深潭),生物多樣性高,B-IBI指標以水生昆蟲參數為主。與其相反,上海市河流完全位于城市發展區,受人為干擾嚴重,B-IBI基本由耐污類群構成。相較之下,遼河流域、黃山地區溪流以及本研究中的流溪河均發源于上游山區,中下游流經城鎮,流域內既有保留完好的原始生境,也有受人為干擾嚴重的區域,故B-IBI指標綜合了反映游清潔水質的敏感類群和水質惡劣的耐污類群。本研究結果說明,在篩選所得的B-IBI核心指標中,地理區域間的氣候差異可能并非主要影響,其關鍵在于所研究河流各河段及整體水平上受外來干擾和水體污染的程度。

表7 國內不同B-IBI健康評價指數構成及參照點選擇標準Table 7 The health assessment index components of B-IBI and criteria of reference in China

Barbour無干擾樣點：上游無農作物和居住點,森林覆蓋率達90%,無明顯人類活動干擾跡象；Barbour干擾極小樣點：無點源污染源,上、下游5 km之內無村莊,兩側100 m寬、5 km長的范圍內無農田且有較好的沿岸植被帶

4.2 應用B-IBI評估流溪河生態健康的可行性

本文以“合理的生物完整性指數應該包括盡可能多的參數類型”為依據[18,32],在B-IBI構建過程中提出底棲動物物種豐度、種類組成、耐受性、營養結構和小生境質量5大指標類型,以盡可能多候選指標(32個)反映環境變化對底棲動物數量、結構和功能的影響。CCA分析結果說明,經篩選所得5個B-IBI核心指標能夠清晰地區分流溪河上、下游位點及支、干流位點,前2主軸對環境因子的解釋度達68.1%,說明本文構建的B-IBI能切實地反映流溪河健康狀況。此外,Paller等[36]的研究發現,運用底棲生物監測水質與溪流的級別不存在顯著相關關系,本文對比了流溪河支流(級別低)和干流(級別高)間的評價結果,發現中上游支流區域人口密度少、鄉鎮覆蓋度低,受到外來干擾因素較少,故其健康水平高于中上流干流；相反,下游支流河段城鎮密集,河床底質與沿岸帶生境退化嚴重,且受到養殖業和工廠污水排放影響,導致下游支流健康水平遠低于干流。據此,本研究結果支持Paller等[36]的觀點,表明B-IBI能夠綜合評價城市河流的生態健康。

為進一步闡明流溪河B-IBI體系構建與評價標準的適用性,本文將所得評價結果與前期資料進行對比。吉冬青等[17]發現流溪河流域景觀特征表現為從上游到下游城市化增強的梯度,水質狀況響應這個梯度變化表現為上游優于下游；李斯婷[40]對流溪河水質動態特征研究發現,上游河段全年的水質狀況明顯好于下游；劉芳文等[41]采用有機綜合污染指數法對流溪河下游河段水質進行評價,發現該段水體中有機污染綜合評價值逐年升高,水質逐年變差。本研究發現,上游位點B-IBI評分相對較高,其中以EPT分類單元數和敏感類群豐度貢獻最高；下游位點由于受水體污染影響,B-IBI評價值普遍較低,其中以耐污類群單元數貢獻最高,說明流溪河下游河段的生態環境和健康水平逐步衰退,底棲動物生存環境受到威脅。綜上,本文所得B-IBI評價結果與前期報道相符,說明應用B-IBI評價亞熱帶城市河流的生態健康是可行的。

4.3 水環境因子與B-IBI評價

CCA分析結果發現,篩選出的B-IBI核心指標對各環境因子的解釋度也有較大差異,流溪河上游人為干擾程度較弱,DO值高,對應的B-IBI以敏感生物類群為代表,與健康水平呈正相關；至下游河段人為干擾程度逐漸增強,EC、TP和TN增加,對應的B-IBI以耐污類群為代表,與健康水平呈負相關。有學者指出,水質評價的結果可能低估當地生態環境受損情況[4,6],流溪河下游S14位點受人為干擾十分嚴重,硬化岸坡、河床挖深及底質改造使徹底改變了原有的生境狀況,雖然該位點水質條件處于中間水平,但其B-IBI評價結為差,此評價結果充分證實了水質評價的片面性。有趣的是,流溪河S6位點的水質狀況較差,但B-IBI評價結果為亞健康,雖然該位點受到農業面源的污染,但其完整的沿岸帶生境保留了底棲生物的生存空間,且該位點水體重金屬檢測結果并未發現超標,說明有害污染物含量可能暫時未對水生生物產生毒性影響,對該位點的跟蹤觀測將進一步揭示水質、生境以及生物評價間的響應關系。總體上,本文構建的B-IBI能夠真實反映流溪河水質和生境狀況,為從生態系統水平上評價河流生態健康提供了有效的生物監測手段。

5 結論

本研究以典型城市河流——流溪河為例,應用B-IBI首次對熱帶亞熱帶河流進行了生態健康評價,為推廣河流健康評價技術提供了新的科學依據。通過對流溪河全年的水質監測,底棲動物群落結構調查,以及B-IBI體系構建,得到主要結論如下：(1)流溪河B-IBI由總生物量,敏感類群個體%,EPT、搖蚊和耐污類群單元數5個核心指標構成,健康標準為>3.24,流域內健康位點數占14.3%,亞健康占50.0%,一般占21.4%；(2)EPT分類單元數和敏感類群個體%對上游河段B-IBI值貢獻最高,反映健康狀況良好,而耐污類群單元數對下游河段B-IBI值貢獻最高,反映健康狀況惡化；(3)B-IBI值與溶解氧呈及顯著正相關(P<0.01),與電導率、氨氮、總氮和總磷呈顯著(P<0.05)負相關,說明流溪河當前健康水平受水體污染影響嚴重；(4)5個核心指標對環境因子解釋度達68.1%,并且能區分上、下游及干、支河段不同的健康水平,說明本文構建的B-IBI體系能夠準確地評價流溪河健康狀況；(5)對照不同地理區域的研究結果發現,流溪河B-IBI指標主要以人為干擾和水體污染程度為導向,對特定氣候區的響應較弱,說明B-IBI在熱帶亞熱帶地區也有較好的適用性。

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附表 流溪河大型底棲動物物種名錄