基于B-IBI的長(zhǎng)江源生態(tài)健康評(píng)價(jià)

簡(jiǎn) 文 杰,張 斌 興,羅 洪 波,萬(wàn) 雷,馬 祥 元

(長(zhǎng)江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢),湖北 武漢 430010)

0 引 言

長(zhǎng)江源位于“世界第三極”青藏高原腹地,是國(guó)家生態(tài)安全的重要屏障。近年來(lái),由于旅游業(yè)的迅速發(fā)展,人為干擾使得長(zhǎng)江源生態(tài)遭受了一定程度的破壞。長(zhǎng)江源生態(tài)系統(tǒng)脆弱,系統(tǒng)自然恢復(fù)能力差,多年來(lái)長(zhǎng)江源缺乏定量化的健康評(píng)價(jià)分析,導(dǎo)致無(wú)法對(duì)長(zhǎng)江源生態(tài)健康進(jìn)行針對(duì)性的保護(hù),因此開(kāi)展長(zhǎng)江源健康評(píng)價(jià)工作對(duì)于保護(hù)長(zhǎng)江源生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

生物完整性指數(shù)(index of biotic integrity,IBI)自提出以來(lái),經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,目前已經(jīng)成為水生態(tài)健康定量評(píng)價(jià)最普遍使用的指標(biāo)之一[1]。IBI基于具有不同敏感性的指標(biāo)篩選出相對(duì)敏感的核心生物指標(biāo),能夠反映水生態(tài)健康狀態(tài),因此十分適合河湖水生態(tài)健康定量評(píng)價(jià)。IBI在中國(guó)河湖健康評(píng)價(jià)過(guò)程中運(yùn)用廣泛。左新宇等利用浮游植物完整性指數(shù)(P-IBI)對(duì)長(zhǎng)江流域大寧河進(jìn)行了生態(tài)健康評(píng)價(jià)[2]。王備新等應(yīng)用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI)評(píng)價(jià)溪流健康[3]。朱迪等基于魚類生物完整性指數(shù)(F-IBI)對(duì)長(zhǎng)江流域部分河湖進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)[4]。

底棲動(dòng)物的種類、種群結(jié)構(gòu)、生物量等參數(shù)能夠反映環(huán)境因子的長(zhǎng)期變化,是目前公認(rèn)的最理想的水質(zhì)生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)[5]。底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI)由Karr[6]和Kerans[7]等提出,通過(guò)構(gòu)建B-IBI可以對(duì)河湖水生態(tài)狀況進(jìn)行較為全面和科學(xué)的健康評(píng)價(jià)。近年來(lái),利用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)進(jìn)行河流、湖泊和水庫(kù)生態(tài)健康度評(píng)價(jià)的研究也越來(lái)越多[8-11]。

本文通過(guò)實(shí)地調(diào)查和水生生物監(jiān)測(cè),采集了2022年8月(豐水期)和10月(枯水期)長(zhǎng)江正源沱沱河和長(zhǎng)江南源當(dāng)曲7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物樣本,獲取了各個(gè)斷面的底棲動(dòng)物定量數(shù)據(jù)。經(jīng)判別能力分析和冗余度分析,選取了總分類單元數(shù)、搖蚊個(gè)體數(shù)百分比、優(yōu)勢(shì)類群個(gè)體數(shù)百分比和粘附者個(gè)體數(shù)百分比4個(gè)參數(shù),計(jì)算了底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI),構(gòu)建了基于B-IBI的長(zhǎng)江源健康評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn),對(duì)長(zhǎng)江源整條河流、各河段以及各斷面的生態(tài)健康現(xiàn)狀分別進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。

1 材料和方法

1.1 監(jiān)測(cè)方法

1.1.1采樣時(shí)間與斷面設(shè)置

2022年8月(豐水期)和10月(枯水期)分別開(kāi)展了底棲動(dòng)物調(diào)查監(jiān)測(cè),基于前期對(duì)長(zhǎng)江源水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的了解,共設(shè)置7個(gè)調(diào)查監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,采樣點(diǎn)位分布見(jiàn)表1和圖1。

圖1 底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置Fig.1 Layout of monitoring points for benthic animal

表1 監(jiān)測(cè)斷面基本情況Tab.1 Basic information of monitoring sections

1.1.2檢測(cè)方法

河心區(qū)采用改良式彼得森采泥器或帶網(wǎng)夾泥器采集,近岸淺水或硬底區(qū)域使用D型網(wǎng)或手抄網(wǎng)輔助采集。采集后用40目網(wǎng)篩將底質(zhì)清洗干凈,將篩上全部肉眼所見(jiàn)的動(dòng)物用攝子挑出以及吸管吸出。為減小誤差,每點(diǎn)要采集兩個(gè)平行樣(包括用改良式彼得森采泥器和帶網(wǎng)夾泥器),即在一個(gè)點(diǎn)位上同時(shí)采集兩次,以減少因底棲動(dòng)物在底質(zhì)中分布不均造成的誤差。挑出的底棲動(dòng)物立即放入5%的甲醛溶液或75%的酒精溶液中固定。固定液需為動(dòng)物體積的10倍以上,固定前應(yīng)先記錄標(biāo)本的顏色,以備鑒定標(biāo)本時(shí)使用[12-15]。

1.2 B-IBI構(gòu)建

參照相關(guān)文獻(xiàn)[16-19],經(jīng)判別能力分析和冗余度分析,最終選取了總分類單元數(shù)、搖蚊個(gè)體數(shù)百分比、優(yōu)勢(shì)類群個(gè)體數(shù)百分比和粘附者個(gè)體數(shù)百分比4個(gè)參數(shù)作為本次健康評(píng)價(jià)大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)的參數(shù),綜合反映底棲動(dòng)物多樣性和豐富度、群落結(jié)構(gòu)組成、耐污能力和功能攝食類群與生活型(見(jiàn)表2)。

表2 B-IBI評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.2 B-IBI evaluation index

1.3 B-IBI賦分方法

大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)(B-IBI)通過(guò)對(duì)比參考點(diǎn)和受損點(diǎn)大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)?；诤蜻x指標(biāo)庫(kù)選取核心評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)評(píng)價(jià)河湖底棲生物調(diào)查數(shù)據(jù)按照評(píng)價(jià)參數(shù)分值計(jì)算方法,計(jì)算B-IBI指數(shù)監(jiān)測(cè)值,根據(jù)河湖所在水生態(tài)分區(qū)B-IBI最佳期望值,按照式(1)計(jì)算B-IBI指標(biāo)賦分。

(1)

式中:BIBIs為評(píng)價(jià)河湖大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)賦分;BIBIo為評(píng)價(jià)河湖大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)監(jiān)測(cè)值;BIBIe為河湖所在水生態(tài)分區(qū)大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)最佳期望值。

根據(jù)此方法以及水利部批復(fù)的《河湖健康評(píng)價(jià)指南》,對(duì)各斷面生態(tài)狀況進(jìn)行B-IBI指數(shù)的計(jì)算、賦分和等級(jí)劃分。將樣點(diǎn)生態(tài)狀況等級(jí)分為“非常健康、健康、亞健康、不健康、劣態(tài)”5個(gè)級(jí)別,其健康等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 健康等級(jí)的劃定標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Criteria for delimitation of health level

2 結(jié)果和討論

2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)分析結(jié)果,長(zhǎng)江源干流7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位獲取的底棲動(dòng)物情況如下。

2.1.1沱沱河-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,沱沱河-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物5目5科6屬,其中,雙翅目1科2屬,占33%?，F(xiàn)存量方面,沱沱河-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為41 ind./m2,生物量均值為0.05 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明沱沱河-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.39。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沱沱河-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)以四節(jié)蜉屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)42%,多足搖蚊屬為次優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)32%。

2.1.2沱沱河-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,沱沱河-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物3目3科5屬,雙翅目1科2屬,占40%?，F(xiàn)存量方面,沱沱河-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為36 ind./m2,生物量均值為0.05 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明沱沱河-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為0.93。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沱沱河-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)以四節(jié)蜉屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)67%。

2.1.3沱沱河-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,沱沱河-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物3目3科4屬,其中,雙翅目搖蚊科2屬,占50%?，F(xiàn)存量方面,沱沱河-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為75 ind./m2,生物量均值為0.12 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明沱沱河-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.31。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沱沱河-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)以多足搖蚊屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)40%。

2.1.4當(dāng)曲-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,當(dāng)曲-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物2目3科4屬,其中,雙翅目直突搖蚊亞科2屬,占50%?，F(xiàn)存量方面,當(dāng)曲-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為52 ind./m2,生物量均值為0.04 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明當(dāng)曲-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.20。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)曲-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)以中華河蚓屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)38%,直突搖蚊屬為次優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)35%。

2.1.5當(dāng)曲-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,當(dāng)曲-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物4目4科6屬,雙翅目1科3屬,均占50%?，F(xiàn)存量方面,當(dāng)曲-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為48 ind./m2,生物量均值為0.24 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明當(dāng)曲-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.45。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)曲-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)以四節(jié)蜉屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)42%,河蚓屬為次優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)30%。

2.1.6當(dāng)曲-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,當(dāng)曲-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物1目2科5屬,其中,雙翅目搖蚊科3屬,占60%?，F(xiàn)存量方面,當(dāng)曲-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為162 ind./m2,生物量均值為0.05 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明當(dāng)曲-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.16。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)曲-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)以烏烈搖蚊屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)63%。

2.1.7長(zhǎng)江-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)

種類組成方面,長(zhǎng)江-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物3目3科4屬,其中,蜉蝣目1科2屬,占50%?，F(xiàn)存量方面,長(zhǎng)江-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物的密度均值為50 ind./m2,生物量均值為0.02 g/m2。多樣性方面,香農(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明長(zhǎng)江-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.22。按照密度超過(guò)20%為優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),長(zhǎng)江-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)以側(cè)枝紋石蛾屬為優(yōu)勢(shì)種,占比達(dá)48%。

2.2 底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)結(jié)果,對(duì)比分析長(zhǎng)江源不同河段大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物特征。

2.2.1種類組成

沱沱河監(jiān)測(cè)斷面共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物6目8科10屬,當(dāng)曲監(jiān)測(cè)斷面共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物4目6科11屬,長(zhǎng)江-1監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測(cè)到底棲動(dòng)物3目3科4屬,其中,沱沱河-1和當(dāng)曲-2是監(jiān)測(cè)斷面中種類數(shù)最為豐富的斷面,具體如圖2所示。整體上看,長(zhǎng)江源底棲動(dòng)物種類數(shù)較為豐富。

圖2 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物種類數(shù)Fig.2 Numbers of benthos at each monitoring point

2.2.2平均密度

與種類組成類似,當(dāng)曲-3監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物平均密度最高,為162 ind./m2;沱沱河-2監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均密度最低,為36 ind./m2,具體如圖3所示。

圖3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物平均密度Fig.3 Average density of benthos at each monitoring point

2.2.3多樣性指數(shù)

長(zhǎng)江源底棲動(dòng)物的香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)介于0.93～1.45,均值為1.24,具體如圖4所示。整體上看,長(zhǎng)江源底棲動(dòng)物生物多樣性較高,說(shuō)明長(zhǎng)江源上游環(huán)境較適宜底棲動(dòng)物生存。

圖4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)Fig.4 Diversity index of benthos at each monitoring point

2.3 B-IBI賦分

根據(jù)大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo),計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位生物完整性指數(shù),最后以各評(píng)價(jià)河段長(zhǎng)度為權(quán)重計(jì)算得到長(zhǎng)江源大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)賦分為87.2分,具體如表4所列。

表4 B-IBI賦分Tab.4 B-IBI scoring

從整體上來(lái)看,長(zhǎng)江源處于“健康”狀態(tài),這是由于長(zhǎng)江源區(qū)海拔高,平均海拔5 km左右,人口稀疏,大部分河段處于天然狀態(tài),基本未受到人類活動(dòng)干擾。從分段上來(lái)看,沱沱河源頭至波隴曲匯入口河段和巴青村至查吾曲匯入口河段處于“非常健康”狀態(tài),其他河段都處于“健康”狀態(tài)。其中波隴曲匯入口至唐古拉山鎮(zhèn)河段評(píng)分較低,為77.2分,這是由于該河段經(jīng)過(guò)唐古拉山鎮(zhèn),并且G109國(guó)道穿過(guò)此河段,屬于人口較為密集區(qū)域,進(jìn)出藏的游客以及過(guò)往的貨車大多會(huì)在唐古拉山鎮(zhèn)停留,污染物負(fù)荷較大,導(dǎo)致評(píng)分較低。

3 結(jié) 論

本文通過(guò)構(gòu)建大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系,對(duì)長(zhǎng)江源河流整體、河段和各斷面進(jìn)行健康評(píng)價(jià)賦分。本次評(píng)價(jià)長(zhǎng)江源總體處于健康狀態(tài),整體受損較輕。受損最嚴(yán)重的河段為波隴曲匯入口至唐古拉山鎮(zhèn)河段,初步推斷,該河段經(jīng)過(guò)唐古拉山鎮(zhèn)以及G109國(guó)道,人口密集,污染物負(fù)荷大,可能是其受損較為嚴(yán)重的重要原因,應(yīng)當(dāng)予以重點(diǎn)關(guān)注,加強(qiáng)排污控制和污染物處理。

長(zhǎng)江源地處生態(tài)環(huán)境脆弱的高海拔區(qū),生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,生態(tài)系統(tǒng)脆弱,系統(tǒng)自然恢復(fù)能力差。隨著西藏旅游業(yè)的發(fā)展,藏北高原的人為干擾也越來(lái)越嚴(yán)重,加之人們生物多樣性保護(hù)意識(shí)差,必然面臨著生物多樣性降低的問(wèn)題。隨著旅游資源的開(kāi)發(fā),過(guò)往的人員和車輛較多,道路建設(shè)不可避免地對(duì)區(qū)域生態(tài)景觀產(chǎn)生分割和破碎作用,道路附近的植被已遭受較多干擾,使得生物棲息地遭受破壞。長(zhǎng)江源流域部分區(qū)域面臨生態(tài)環(huán)境退化、功能減退、生物多樣性受到威脅等問(wèn)題,亟待加強(qiáng)保護(hù)。