伊犁河流域鱼类生物完整性指数构建初探

刘春池，牛建功，蔡林钢，张人铭

(新疆维吾尔自治区水产科学研究所，农业部西北地区渔业资源环境科学观测实验站，乌鲁木齐，830000)

伊犁河流域鱼类生物完整性指数构建初探

刘春池，牛建功，蔡林钢，张人铭

(新疆维吾尔自治区水产科学研究所，农业部西北地区渔业资源环境科学观测实验站，乌鲁木齐，830000)

为了评价伊犁河流域的健康状况，应用鱼类生物完整性指数(F-IBI)建立了伊犁河流域河流生态系统健康评价体系。2012年-2014年在伊犁河流域设置了6个采样断面，进行鱼类资源调查。从36个候选指标中筛选了8个核心指标用于构建伊犁河流域F-IBI评价体系。通过分析评价，结果显示有1个采样断面处于极好的健康状态，3个处于好的健康状态，2个处于一般状态。伊犁河流域生态系统健康整体上处于好的水平。基于F-IBI体系的健康评价结果与其他方法评价结果基本一致，这表明构建的F-IBI体系对伊犁河流域的健康状况评估具有良好的适用性，可作为伊犁河流域水环境监测的一种有效手段。

生物完整性；鱼类；伊犁河

以水生生物为主体的水生生态系统，在维系自然界物质循环、净化环境、缓解温室效应等方面发挥着重要作用。目前，生态完整性已经被普遍应用于河流、湖泊、自然保护区、湿地等生态系统质量现状及人类干扰程度的评价[1-3]。在众多的水生生态系统完整性评价中，生物完整性指数(IBI Index of Biological Integrity)是一种重要且被广泛应用的指标之一。IBI评价体系是通过对生态系统中某种生物的物种组成、多样性及功能结构进行分析，将这些指标与相应的标准体系进行比较，最后根据指标评估生态系统的健康状况[4]。

鱼类作为水生生态系统食物链的顶级群落，鉴定分类信息完善，对水质反应敏感，鱼类群落组成在不同的水域具有特异性，因此鱼类在水生生态系统完整性评价中占有重要的地位[5-7]。目前我国基于IBI的水生生态系统完整性评价大多集中在长江流域及其附属水体。由于鱼类区系在不同水域的特异性，根据各地条件构建的(F-IBI)评价体系也仅适用于当地。

伊犁河是新疆境内最大的河流，伊犁河中国境内全长442 km，是一条国际河流。伊犁河流域地处亚欧大陆腹地，属于大陆性中温带气候。独特的地势使得整个伊犁河流域降水充沛，气候温和，成为较湿润的半干旱地区。本研究以伊犁河流域中国境内河段为研究对象，初步构建伊犁河流域中上游基于鱼类的IBI评价指标体系。

1 研究方法

1.1 采样区域

在伊犁河中国境内设置6个采样断面，分别为：特克斯河昭苏河段(a)、特克斯河河口(b)、巩乃斯河团结乡(c)、喀什河尼勒克县(d)、雅玛渡(e)和三道河河段(f)，这些采样断面覆盖了伊犁河的主要支流以及干流河段(图1)。特克斯河是伊犁河主源，昭苏河段属于特克斯河上游，水量充沛，河道曲折复杂，底质沙砾或淤泥相间，该区域内是伊犁河流域上游河段生态环境较为原始的河段，也是伊犁裂腹鱼(S.pseudaksaiensis)、新疆裸重唇鱼(G.dybowskii)和斑重唇鱼(D.maculatus)等土著鱼类主要的栖息地；特克斯河流经昭苏盆地和特克斯河谷后，与巩乃斯河汇合，特克斯河河口河道宽阔，河岸多浅滩和洄水区，河中心水深约1.5 m左右，水温较低而流速高，是新疆裸重唇鱼的重要产卵场；巩乃斯河河道上游多高山急流，中、下游河道平缓，分布有众多的小支流、小溪以及地下涌泉等，水位较低，河流沿岸人烟稀少，没有明显污染源，生态环境比较原始；喀什河是伊犁河的第二大主源，河流自东向西穿行，发源地至尼勒克县称喀什河谷地，地势险峻，河水落差大，流速高，洪水期较长；喀什河出喀什河谷地，于雅玛渡附近汇入伊犁河，该河段河道宽阔，水流平稳，两岸人口密集；伊犁河流经三道河河段，流出国境进入哈萨克斯坦共和国，最终汇入巴尔喀什湖，三道河河段地势平坦，河水水温较高，水流平缓，沿岸多水生植物及河漫滩，人类活动频繁。

图1 伊犁河采样点分布图Fig.1 Location of the sampling sites in Ili River

1.2 鱼类样本采集及水环境因子测定

于2012-2014年每年6-7月和9-10月，分别在各个采样河段采集鱼类标本，最后将每个河段的鱼类资源数据分别汇总，对各个河段的生物完整性进行评估。调查的网具主要有单层刺网、三层刺网和地笼，采样期间每个采样河段所用网具类型、数量相同。对所采集的渔获物分别进行种类鉴别，体长和体重测量，数据进行现场记录。标本鉴定及分类依据《中国动物志：硬骨鱼纲鲤形目(中卷)》[8]和《新疆鱼类志》[9]。

对环境因子进行测量，流速(V)采用LS-R10流速仪进行测定；水温(T)采用水银温度计进行测量；透明度(Trans)采用塞氏盘进行测量；溶解氧(DO)、 pH、电导率(Cond)、盐度(Sal)以及总溶解固体(TDS)采用Alalis MP3500便携式pH/电导率/溶氧仪现场测定。

1.3 数据分析:

1.3.1 F-IBI体系构建

表1 伊犁河流域鱼类生物完整性评价候选指标Tab.1 Candidate metrics of F-IBI in Ili River

根据本研究的调查内容与实际情况，结合国内外河流评价中比较成熟的F-IBI体系指标[1,10-12]，最终选取36个指标作为伊犁河流域F-IBI的候选指标(表1)。这些指标涵盖了鱼类种类组成与多样性、营养结构、耐受性、栖息地特征和繁殖类群等方面。对鱼类耐受性、栖息地特征和繁殖类群等方面的划分参考陈宜瑜[8]，郭焱等[9]。

对候选指标按照以下方法进行筛选:①对95%以上采样点位的指标值均为0的，应删除该指标；②因研究水平不足或资料收集不全而没有得出调查结果的指标应删除；③对候选指标进行正态检验，符合正态分布的指标用pearson相关分析进行筛选，如果两个或多个指标相关系数>0.9的，在F-IBI评价体系中只选择其中一个指标来代表该信息；不符合正态分布的指标使用spearman相关性分析，如果两个或多个指标相关系数>0.75，在F-IBI评价体系中只选择其中一个指标来代表该信息[13-15]。

1.3.2 参照点的选择和分值计算

本研究根据 Bozzetti和Schulz[16]提出的方法，选取假设的参照数值，将实际采样点中某一指标的最大值作为最佳参照。根据以下方法对体系指标得分进行计算：

a.随着环境质量状况变好而增加的指标:

Smetric=(O/R)×10

b.对于随着环境质量状况变好而减少的指标:

Smetric=(1-O/R)×10

在上述公式中，O为采样点的实际观测值，R为采样点的理论参考值。每个指标的得分范围为0～10。

1.3.3 评价标准

将所选各个指标的分值求和，得出各采样点F-IBI的最终得分。将所有采样点F-IBI分值分布的95%分位数作为健康阈值，使用四分法确定河流健康分级标准[17-18]，将伊犁河流域健康状况分为极好，好，一般，差，极差5个等级[4]。

2 结果

2.1 伊犁河流域(中国境内)鱼类概述

调查结果显示，在伊犁河流域(中国境内)栖息着27种鱼类，隶属于6目9科23属，其中鲤科鱼类13种，鳅科鱼类4种。在这些鱼类中，土著鱼类9种，外来鱼类13种(表2)。由于上游支流地势险峻，河水落差大，流速高，水温低，河底底质多为卵石沙砾，为伊犁河流域土著鱼类提供了良好的栖息环境和产卵场，因此在伊犁河上游支流河段，大中型鱼类资源稀少，优势种多以体型较小的冷水性土著鱼类为主。雅玛渡河段和三道河河段地势平坦，水流缓慢，人类活动频繁，河流受到人为干扰程度较大，优势种以广适性的外来鱼类居多。

表2 伊犁河流域(中国境内)鱼类名录Tab.2 Fishes of Ili River,China

续表3

2.2 F-IBI参数指标筛选

根据指标筛选方法，最终确定了8个指标(表3),用于评价伊犁河生态完整性。根据数据分析方法，对所选取的8个指标进行计算，得到每个指标的分值，将所有分值相加求均值，则得到该点位的F-IBI的得分。F-IBI得分越高，则表示该样点健康水平越高。

表3 筛选后用于F-IBI评价体系的指标及其 对环境的响应Tab.3 Selected metrics and their predicted response to disturbance

2.3 伊犁河流域生态完整性评估

以伊犁河流域各采样点计算所得F-IBI分值各自分布范围的95%分位数为各自健康评价标准，以此均分为5个等级(表4)。

表4 基于F-IBI分值的伊犁河流域健康评价等级Tab.4 Grades for Ili River health assessment of F-IBI

按照F-IBI分值计算方法，计算个点位的F-IBI分值，并根据表3列出的结果，对伊犁河6个采样河段的生物完整性进行评价，结果见表5.

表5 伊犁河流域F-IBI评价结果Tab.5 F-IBI results of river health assessment in Ili River

结果显示，伊犁河流域F-IBI的分值从上游到下游总体上呈递减趋势。喀什河尼勒克县(d)的F-IBI分值为58.56；特克斯河昭苏河段(a)、特克斯河河口(b)、巩乃斯河团结乡(c)的F-IBI分值分别为55.35、55.85和57.91；雅玛渡(e)和三道河河段(f)的F-IBI分值分别为47.00和23.99。下游雅玛渡和三道河两个河段的河流健康状况一般。伊犁河流域健康水平总体上处于一般以上水平。伊犁河上游三大支流的鱼类生物完整性指数较高，其中喀什河尼勒克县的健康指数为极好。

2.4 F-IBI分值与环境因子的相关性

采用 Pearson 相关性分析，分析F-IBI分值与9个环境因子之间的相关性，结果显示F-IBI分值与电导率(Cond)和总溶解固体(TDS)显著负相关，而与溶解氧(DO)呈显著正相关关系(表6)。

表6 伊犁河流域F-IBI指数与环境因子相关性Tab.6 Correlation analysis between F-IBI score and environmental variables

注：*.在 0.05 水平(双侧)上显著相关；**.在0 .01 水平(双侧)上显著相关。

3 讨论

3.1 F-IBI评价体系的建立及其对伊犁河流域健康评价的适用性

F-IBI体系的构建是在参照点与受损点筛选的基础上进行的，通过与参照点的河流状况进行比对，评估其余样点河流健康状况，因此参照点的选择是F-IBI评估体系建立的关键。参照点是指没有人为活动干扰或人类活动干扰极小，是评估河流健康受损程度的基准[19]，但在实际研究中，很难找到合适的参照条件以及完全没有人为活动的干扰样点，因此在实际研究中，往往根据研究区域各自的情况来选择合适的参照条件。根据国内外研究结果，参照点的选择并没相应的规范。目前应用较多的有以下两种方式：①如果历史数据比较充分，直接以历史数据为标准；②当历史数据资料不全时，可根据评价目的选取某一区域或某区域内的一个采样点作为对照点[11-12]。尽管伊犁河流域鱼类资源调查早在上个世纪90年代就已经开展过，但是依然缺少完整的定量数据，因此只能在实际采样中，将各个采样点某一指标的最大值作为最佳参照。

本研究首先选择了36个候选指标，通过指标筛选，最终确定的8个指标，分属于种类组成、丰度、繁殖类群、营养结构和栖息地五个方面。有研究表明，天然水体中，土著鱼类的组成与分布对水利工程修建、农业引水灌溉以及水体污染等十分敏感[20]。在本研究中，筛选出的指标包含土著鱼类物种数、裂腹鱼亚科鱼类物种数以及外来鱼类物种数等指标，能够反映伊犁河流域水体健康的指标。表明本研究建立的F-IBI体系能够比较准确地反映伊犁河流域水生生态健康状况。

3.2 评价结果与实际情况的符合度

利用F-IBI评价河流的健康状况，反映了不同类型人为活动对河流的综合干扰状况，F-IBI对不同情况的人为干扰可能会表现出不同响应，人为干扰越强，F-IBI指数越低[10,21]。根据本研究结果，喀什河尼勒克河段的生态完整性指数最高，处于极好的状态；巩乃斯河团结乡、特克斯河昭苏河段以及特克斯河河口的指数较高，这三个地方的生态完整性状态为好。伊犁河上游支流的四个采样断面，河水落差大，流速高，底质多为石块和砂砾，河水补给以冰川融雪为主，水温较低，溶氧较高，是土著高原鰍和裂腹鱼类的的主要栖息场所。伊犁河上游支流地势险峻，河流依山而行，受到污染等人为干扰较少，因此保持着较为原始的状态，其生态完整性较高。下游干流的雅玛渡河和三道河河段生态完整性状态为一般，从雅玛渡河段至三道河河段，属于伊犁河河谷平原区[22]，地势平坦，人类活动频繁，矿物开发、农业灌溉引水、水利水电设施的修建以及生活污水排放，使得该区域内水质状况受到影响，优势种多为外来的广适性鱼类，一些敏感的土著鱼类在与广布种的竞争中处于劣势，因此该河段的鱼类生物完整性指数较小。整个伊犁河流域水流量大，河流径流量年际变化小，水质变化稳定，尽管伊犁河中下游干流河段受到人为干扰，但是整个伊犁河流域(中国境内)的生态完整性状况较好。这与韦丽丽等[23]利用周丛藻类群落结构对伊犁河水质进行评价的结果是一致的。

由于过度捕捞等非自然因子变化而引起的鱼类群落改变导致的河流健康状况变差，F-IBI 评价方法是无法分辨的[10]。F-IBI的主观性较强，生物指标与环境因子之间的关系没有一个能够量化的尺度，因此，在利用F-IBI指数对河流健康进行评价的时候，还需要进一步研究生物指标与环境因子之间的关系，才能够做出更加准确的判断。

3.3 伊犁河鱼类资源现状及保护建议

伊犁河原有鱼类区系较为简单，整个伊犁河——巴尔喀什湖水系的土著鱼类只有13种，多为冷水性鱼类。伊犁河土著鱼类区系主体成份与青藏高原鱼类区系组成极为相似[24]，土著鱼类主要以裂腹鱼亚科鱼类和高原鰍为主。二十世纪初，原苏联渔业工作者为了提高渔产量，向伊犁河下游巴尔喀什湖及卡甫恰盖水库引入了大量欧洲水系的经济鱼类，其中大多已经扩散到我国境内河段。二十世纪60年代，伊犁地区引进了长江野生家鱼鱼苗，同时，其它的野杂鱼苗也随之进入伊犁河流域。在20世纪90年代进行的伊犁河流域鱼类资源调查中，伊犁河流域鱼类物种总数有32种[21]，由于人为活动的影响，伊犁河鱼类群落结构发生了改变。除了过度捕捞、水利水电枢纽工程建设和水体污染，外来鱼类移植也是引起伊犁河鱼类群落结构改变的一个重要原因。

基于伊犁河鱼类资源现状，需从以下几个方面着手，对伊犁河流域的土著鱼类资源进行保护。首先要加强环境保护，减少污水排放，定期对水域环境进行监测，确保土著鱼类能有一个良好的栖息地；第二，严厉打击酷渔滥捕，加强水生生物违法案件的查处力度；第三，严格按照增殖放流技术规范，加强土著鱼类增殖放流，以达到资源养护的目的；第四，建立濒危珍稀鱼类自然保护区；第五，发挥水利水电设施的生态补偿作用，在土著鱼类的繁殖季节，利用水库调节下泄水量，保护鱼类产卵场所和洄游通道。

[1]林鹏程,刘 飞,高 欣,等.鱼类生物完整性评价体系的构建及其在赤水河的应用[J].淡水渔业,2014(6):81-86.

[2] Kleynhans C J.The development of a fish index to assess the biological integrity of south african rivers [J].Water S A,1999,25(3):265-278.

[3]朱 迪,常剑波.长江中游浅水湖泊生物完整性时空变化[J].生态学报,2004,24(12):2761-2767.

[4]黄亮亮,吴志强,蒋 科,等.东苕溪鱼类生物完整性评价河流健康体系的构建与应用[J].中国环境科学,2013,33(7):1280-1289.

[5] Harris J H.The use of fish in ecological assessments [J]. Aust Ecol,1995,20(1):65-80.

[6] Trautwein C,Schinegger R,Schmutz S.Cumulative effects of land use on fish metrics in different types of running waters in Austria [J].Aqua Sci,2012,74(2):329-341.

[7] James R.Karr.Assessment of biotic integrity using fish communities [J]. Fisheries,1981,6(6):21-27.

[8]陈宜瑜.中国动物志,硬骨鱼纲,鲤形目(中)[M].武汉：中科院所，2009.

[9]郭 焱,张人铭,蔡林钢,等.新疆鱼类志[M].乌鲁木齐：新疆科学技术出版社,2012.

[10]刘 猛,渠晓东,彭文启,等.浑太河流域鱼类生物完整性指数构建与应用[J].环境科学研究,2016,29(3):343-352.

[11]郑海涛.怒江中上游鱼类生物完整性评价[D].武汉：华中农业大学,2006.

[12]朱 迪.长江中上游鱼类生物完整性指数体系的构建与初步应用[J].中科院水生所知识产出:2009年前,2007.

[13] Blocksom K A,Kurtenbach J P,Klemm D J,et al.Development and evaluation of the lake macroinvertebrate integrity index (LMII) for New Jersey lakes and reservoirs [J]. Environ Monit Assess,2002,77(3):311-33.

[14] Maxted J R,Renfrow R.Assessment framework for mid-Atlantic coastal plain streams using benthic macroinvertebrates [J]. J North Am Benthol Soc,2000,19(1):128.

[15] Baptista D F,Buss D F,Egler M,et al.A multimetric index based on benthic macroinvertebrates for evaluation of Atlantic forest streams at Rio de Janeiro State,Brazil [J]. Hydrobiologia,2007,575(1):83-94.

[16] Bozzetti M,Schulz U H.An index of biotic integrity based on fish assemblages for subtropical streams in southern Brazil [J]. Hydrobiologia,2004,529(1):133-144.

[17] Ganasan V,Hughes R M.Application of an index of biological integrity (IBI) to fish assemblages of the rivers Khan and Kshipra (Madhya Pradesh),India [J]. Freshwat Biol,1998,40(2):367-383.

[18]渠晓东,刘志刚,张 远.标准化方法筛选参照点构建大型底栖动物生物完整性指数[J].生态学报,2012,32(15):4661-4672.

[19] Hughes R M,Larsen D P,Omernik J M.Regional reference sites: a method for assessing stream potentials[J]. Environ Manage,1986,10(5): 629-635.

[20]刘建康,曹文宣.长江流域的鱼类资源及其保护对策[J].长江流域资源与环境,1992,1(1): 17-23.

[21]娄方瑞,程光平,陈柏娟,等.基于鱼类生物完整性指数评价红水河梯级水库的生态系统健康状况[J].淡水渔业,2015(4):36-40.

[22]任慕莲,郭 焱,张清礼,等.伊犁河鱼类资源及渔业[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1998.

[23]韦丽丽,周 琼,谢从新,等.新疆伊犁河周丛藻类群落结构及其水质生物学评价[J].水生态学杂志,2015,36(6):29-38.

[24]郭 焱,蔡林刚,张人铭,等.伊犁河(中国境内)土著鱼类的分布与演化[J].干旱区研究,1999(2):31-35.

(责任编辑：张潇峮)

Preliminary study on fish index of biotic integrity (F- IBI) assessment for Ili River,Xinjiang

LIU Chun-chi,NIU Jian-gong,CAI Lin-gang,ZHAN Ren-ming

(XinjiangFisheryResearchInstitute/ScientificObservingandExperimentalStationofFisheryResourcesandEnvironmentinNorthwestChina,MinistryofAgriculture,Urumqi830000，China)

In order to build an assessment criteria and standard of ecosystem health for Ili River,Xinjiang.The Fish-Index of Biotic Integrity (F-IBI) was applied to evaluate the health state of Ili River.Fishery resources of 6 sites in Ili River were investigated from 2012 to 2014.Eight key metrics were selected from thirty-six candidate metrics to develop the final F-IBI system.According to the assessment criteria，it was determined that one site was excellent，three were good and two were fair.Overall,the water quality of Ili River belonged to a better state.Moreover，the assessment results based on the F-IBI were consistent with those from other biotic indexes.Thus，the proposed F-IBI system is suitable to the Ili River，and could serve as one effective measure of environmental monitoring in the river system．

biotic integrity;fish;Ili River

2017-01-20；

2017-04-13

国家科技基础性工作专项(2012FY112700)

刘春池(1987-)，女，工程师，从事鱼类生态学与资源保护。E-mail: ccliu517@163.com

牛建功。E-mail: 66463228@qq.com

S932.92

A

1000-6907-(2017)04-0015-08