亚热带城市河流底栖动物完整性评价——以流溪河为例

刘帅磊,王 赛,崔永德,王 林,何文祥,龙胜兴,杨 扬,2,*

1 暨南大学生命科学技术学院,水生生物研究中心, 广州 510632 2 热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心, 广州 510632 3 中国科学院水生生物研究所, 武汉 430072 4 广州市环境监测中心站, 广州 510030

随着人类活动对生态系统的影响日益加剧,水体污染、河道改造、生境退化等一系列外来干扰导致河流健康状况逐年衰退[1-3],探索有效评价河流生态健康的方法,并找到影响其健康的胁迫因子,是当前水域生态学研究的热点[4-6]。以理化参数为主的评价只能反映水质瞬时状况,外来干扰的累积效果难以体现,且在多重污染协同作用下,潜在的有害生物效应也无法预测。21世纪后,以生物监测为主导的河流健康评价技术不断成熟,由于各类生物都有特定的耐受范围,借助其群落结构变化对水体和栖地的响应,能够直接有效地比较流域内生境优劣[7-8]。

大型底栖动物作为水生食物网中重要组成部分,由于其存活周期长、活动范围小、分布空间广以及反应灵敏等特点,常被选作反映系统受干扰影响的重要生物指标,其群落结构、优势种、多样性、均匀度等参数变化被普遍用于比较环境污染状况。但是,这些传统的指标不能充分利用底栖动物自身的生理生态属性,如食性、敏感度、耐污性等,从而难以有效地指示生态系统的综合状况[9]。1981年,Karr提出以生物完整性指数(Index of Biotic Integrity, IBI)表征河流生态系统健康[5],早期的评价以鱼类为主(F-IBI),随后,研究者根据河流状态,开发了以藻类、浮游生物、高等水生植物以及大型底栖动物为观测对象的水生态系统IBI健康评估体系[10-11]。

1990s后,该体系得以广泛应用,美国环保署(EPA)在大尺度流域研究中建立了以底栖动物完整性指数(B-IBI)为基础的评价体系,该体系已成功应用于16个州的河流健康评价[11]。B-IBI强调利用多种生物学参数,从功能完整性的角度反应生态系统的状况,从而评价河流乃至整个流域的健康水平。杨连芳等[12]首次将水质生物评价引入我国,并用EPT(蜉蝣目-襀翅目-毛翅目)分类单元数评价了九华河水质。此后,王备新等[13]、张远等[14]、李强等[15]、杨柳等[16]分别对安徽黄山地区溪流、辽河流域、西苕溪以及温榆河进行了健康评价。虽然这些研究涉及不同级别、不同区域的河、溪生态系统,但范围多集中于我国的华北和华中,属典型的温带气候区,相较之下,以热带亚热带气候影响下的华南地区河流为对象,进行健康评价的研究却未见报道。

不同气候特征决定了一个区域特有的底栖动物群落,Dudgeon等[1]曾指出,热带亚热带河溪中的水生生物多样性要明显高于温带地区,而B-IBI正是以敏感的生物学参数为主,受不同气候条件影响,该体系的适用性和解释度都值得进一步探讨。本研究假设受高物种丰度的影响,以地处亚热带季风气候区的流溪河为研究对象,所构建的B-IBI体系可能与温带地区有较大差异。基于2016年丰、枯水期流溪河14个断面的底栖动物调查数据,经过生物指标筛选和评价标准设立,本文构建了适用于流溪河的B-IBI评价体系,在地理尺度上丰富了B-IBI在河溪生态学研究中的应用,研究结果可为流溪河生态系统的保护与可持续发展提供科学依据。

1 研究区域概况

流溪河位于广州市从化区西北部(23°12′30″—23°57′36″N,113°10′12″—114°2′00″E),珠江三角洲的中北部。发源于从化区吕田镇桂峰山,流经从化区和白云区地区时汇入众多的溪流,在白云区江高镇江村南岗口与白泥河汇合后注入珠江,流入南海,其干流全长171 km,流域总面积2300 km2。该流域属华南亚热带季风气候区,受季风环流影响以及临近南海的海洋调节,气候温湿,雨量丰沛,年均气温21.2 ℃,年均降水量1823.6 mm,汛期(4—9月)雨量约占全年雨量的84%。流溪河是唯一一条流经广州市的河流,近年来,由于珠江三角洲社会经济快速发展,工业化和城市化进程加速,流溪河流域土地使用情况变化显著,水生态系统受人为影响严重。此外,流溪河作为广州市重要水源保护区,其水生生物物种丰富、多样性高,但近年来受旅游开发、水利建设、农业集约化生产和下游城市化推进等因素影响,流域内水环境质量不断下降,水生生物多样性受到威胁[17]。鉴于此,对流溪河全流域的生态健康水平进行评价,并对各河段的受损程度加以比较分析,对流域生态管理和生态系统保护具有重要的理论和现实意义。

2 研究方法

2.1 样点设置

根据流溪河各河段的地理位置,结合当地的生境多样性、土地利用类型、堤岸稳定性、河岸植被覆盖度等参考指标,在流溪河流域共设置14个采样位点(其中,干流断面7个：S3、S4、S7、S8、S11、S12、S14；支流断面7个：S1、S2、S5、S6 、S9、S10、S13),用GPS对所有位点定位(图1)。本研究于2016年丰水期(前汛期4月、后汛期8月)和枯水期(12月),共分3次对所设14个位点的底栖动物样品进行采集,同时对水体理化指标进行监测。为排除季节差异对B-IBI构建的影响,生物指标的筛选及健康评分皆以各位点所得数据的年均值计算。依据Barbour等[18]提出的无干扰样点和干扰极小样点标准进行参照点选择,并结合实地的水质和生境状况,在研究区域确立了3个参照位点(S1、S2和S5)和11个受损位点(S3、S4和S6—S14)。

图1 流溪河大型底栖动物采样点的分布Fig.1 Sampling site of macrozoobenthos in Liuxi RiverS:采样点代码

2.2 采样方法、分类与鉴定及环境因子的测定

在所选定位点的100 m范围之内,使用口径为25 cm×25 cm的D型抄网(60目),随机采集水草区、急流区、缓流区3个平行样本。在现场经过60目筛网过筛冲洗,将网内所有采集物装入聚乙烯封口袋,加入10%福尔马林溶液固定后带回实验室,在实验室内采用人工挑拣的方法,将底栖动物样品置于解剖盘中,将肉眼可见的底栖动物分拣出,转入50 mL的塑料瓶中,同时加入95%的酒精溶液保存。置于六孔盘中,在显微镜和解剖镜下进行鉴定,底栖动物样本尽可能鉴定到种,计数和称重。称量时,先用吸水纸吸去样本表面水分,直到吸水纸表面无水痕迹为止。定量称重用电子天平,精确到0.0001 g。每个位点采集的平行样品数据以算术平均值表示,并将每个样品中的个体数量和生物量换算成每平方米的单位含量。软体动物、寡毛类、水生昆虫等底栖动物物种鉴定参照有关资料[19-29]。

2.3 B-IBI评价标准方法的构建

(1)提出候选指标

用于建立B-IBI体系的生物学指标很多,参照相关文献[18,31-33],本研究选用了反映物种丰富度(M1-M10)、种类组成(M11-M23)、生物耐受性(M24-M28)、营养结构(M29-M31)和小生境质量(M32)5大指标类型,具体包含32个候选指标(表2),以反映环境变化对目标生物(个体、种群、群落)数量、结构和功能的影响,从而有效监测和评价水环境质量。

(2)筛选核心指标

①分布范围分析：根据参照点和受损点候选指标的平均值、标准差、25%分位数、中位数和75%分位数,对不适合构建B-IBI体系的指标进行排除,包括：分布比较散且标准差大的指标；对于随干扰增强而数值降低范围过小的指标；对于随干扰增强而数值增加范围过大的指标[14]。

②判别能力分析：将各指标在参照点和受损点的重叠情况(即箱体IQ)进行比较,比较范围在25%—75%分位数,并根据重叠情况赋值：没有重叠,IQ= 3；部分重叠,但中位数都在对方箱体之外,IQ= 2；仅一个中位数在对方箱体之内,IQ= 1；中位数值都在对方箱体范围之内,IQ= 0,只有IQ≥ 2的指标才适合构建B-IBI[18]。

③相关性分析：根据指标间的相关性显著水平,确定各指标所表达信息的重叠度。应用Maxted等[31]标准,如果两个指标间的相关性系数|r|>0.75,表明二者所反应的信息重叠度较高,选择其中一个即可。

(3)计算指标分值

本研究采用稳定性及准确度较高的比值法对生物指标记分[13-14,34]。对于随干扰增强而数值降低的指标,以其在全部位点的95%分位数为最佳期望值(X0.95)；对随干扰增强而数值增加的指标,以其在全部位点的5%分位数为最佳期望值(X0.05)。计算公式分别为：

BIn=Xn/X0.95

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

式中,BIn为第n个位点指标的计算分值,Xmax为全部位点中的最大指标值,Xn为第n个位点的指标值,所得分值的分布范围为0—1,如果大于1,则都记为1。

(4)确立评价标准

将各指标分值进行加和,得到该位点的B-IBI值,以参照点B-IBI值的25%分位数作为健康评价的标准[14]：①若该位点的B-IBI值≥参照点25%分位数,则表示该位点受干扰程度很小,属健康水平；②若该位点的B-IBI值<参照点25%分位数,则将参照点25%分位数进行4等分,分别代表不同的健康程度(亚健康、一般、差、极差)。

2.4 数据处理

平均值和标准差的计算在Excel中完成；单因素方差分析(one-way ANOVA)、正态分布检验、Pearson相关性分析在SPSS 18.0中完成；绘图分析采用Origin 9.5。应用R语言软件(3.3.2)中vegan数据包分析B-IBI对环境因子及位点健康状况的解释度,除趋势对应分析(DCA)结果为3.65,介于3.0—4.0,本文选用典型对应性分析(CCA)做进一步分析。

3 结果与分析

3.1 流溪河水质理化指标

表1 流溪河水体物理化学指标Table 1 Major physicochemical parameters of water quality(means ± SE)in Liuxi River

3.2 流溪河流域底栖动物种类组成与分布

2016年对流溪河丰、枯水期干流和支流底栖动物进行野外采集,共获得底栖动物103种,隶属于4门8纲22目52科94属(附表),包括环节动物门寡毛纲(带丝蚓目、颤蚓目和单向蚓目)、多毛纲(叶须虫目)、蛭纲(蛭蚓目和无吻蛭目)；软体动物门腹足纲(中腹足目和基眼目)、瓣鳃纲(贻贝目、蚌目和真瓣鳃目)；节肢动物门甲壳纲(十足目)、昆虫纲(蜉蝣目、蜻蜓目、襀翅目、鳞翅目、半翅目、毛翅目、鞘翅目、广翅目和双翅目)；扁形动物门涡虫纲。其中,环节动物门寡毛纲19种,占物种总数的18.5%,多毛纲2种,占1.9%,蛭纲6种,占5.8%；软体动物门瓣鳃纲3种,占2.9%,腹足纲10种,占9.7%；节肢动物门甲壳纲3种,占2.9%,昆虫纲59种,占57.3%；扁形动物门1种,占1.0%。对各位点底栖动物的种类组成与分布情况进行分析,发现上游支流位点S1(50种)、S2(32种)和S5(39种)的物种数量较高,以底栖动物敏感类群(如仙女虫属、四节蜉属、蜉蝣属、曲尾春蜓属等)为主,至下游地区S13(6种)和S14(8种)位点物种数量逐渐减少,底栖动物以耐污种(如水丝蚓、苏氏尾鳃蚓、霍甫水丝蚓等)占优势。

3.3 B-IBI评价指标体系与健康评价标准的确定

3.3.1 分布范围分析

为识别各候选指标随干扰程度增强而体现的单向变化趋势,计算32个候选指标在3个参照点的平均值、标准差、25%分位数、中位数和75%分位数,结果如表2所示。根据前文所述筛选标准,对候选指标处理如下：①M5和M13由于标准差过大予以排除,剩余30个指标；②在随干扰增强而数值减小的18指标中,M3、M8、M14、M15、M16、M17、M21、M23、M24、M30、M31的数值变化范围过小,说明这些指标所反映的污染强度有限,不适合构建B-IBI；③在随干扰增强而增大的12个指标中,由于M11、M29和M32的数值变化范围过小,同样予以排除。经过初步筛选排除半数指标,对剩余16个指标进行下一步分析。

表2 32个生物指数值在参照点的分布情况及其对干扰的反应Table 2 Distribution of 32 metrics in reference sites and their expected direction of response to disturbance

SD：标准差,Standard deviation；Min.：最小值,Minimum value；Max.：最大值,Maximum value;M1—M32：指标代号

3.3.2 判别能力分析

针对分部范围分析筛选出的16个指标,进一步采用箱线图法进行判别能力分析,以反映候选指标在参照点和受损点之间的差异,结果如图2所示。由于候选指标M7、M19、M20、M27、M28的IQ=1,M10、M12和M22的IQ=0,说明以上8个指标仅一个或无中位数值在对方箱体范围之内,换言之,这些生物指标在参照点和受损点之间的差异性并不显著,故将其排除。对于剩余的8个候选指标,由于M1、M2、M4、M6、M9、M18的IQ= 3,M25、M26的IQ=2,根据IQ≥ 2的筛选标准,这些指标的变化能够较好的反映参照点与受损点之间的差异,故将其保留至下一步筛选。

图2 候选生物参数在参照点和受损点的箱线图Fig.2 Box-plots of candidate metrics between reference and impaired sites参照点：Reference site; 受损点：Impaired site;M1：总分类单元数，Total taxa；M2：EPT分类单元数，EPT taxa number；M3：甲壳动物和软体动物分类单元数，Crustacean and molluscs taxa number；M4：摇蚊分类单元数 Chironomid taxa number；M5：总密度，Total density；M6总生物量，Total biomass；M7：香农多样性，Shannon diversity index；M8：辛普森多样性指数，Simpson diversity index；M9：丰富度指数Abundance index；M10：均匀度指数，Evenness index；M11：优势分类单元/%，Dominant taxa number percentage；M12：前3位优势分类单元%，First three dominant taxa number percentage；M13：双翅目个体数/%，Diptera number percentage；M14：蜻蜓目个体数/%，Odonata number percentage；M15：广翅目个体数/%，Wide Homoptera number percentage；M16：鞘翅目个体数/%，Coleoptera number percentage；M17：毛翅目个体数/%，Trichoptera number percentage；M18：蜉蝣目个体数/%，Ephemeroptera number percentage；M19：颤蚓个体数/%，Flutter earthworm number percentage；M20：摇蚊个体数/%，Chironomid number percentage；M21：甲壳动物和软体动物个体数/%，Crustacean and molluscs taxa number percentage；M22：寡毛纲个体数/%，Oligochaetes number percentage；M23：蛭纲个体数/%，Hirudinea number percentage；M24：敏感类群单元数，Sensitive groups taxa number；M25：耐污类群单元数，Tolerant groups taxa number；M26：敏感类群/%，Sensitive groups taxa number percentage；M27：耐污类群/%，Tolerance groups number percentage；M28：BI指数，BI index；M29：捕食者个体数/%，Predator number percentage；M30：滤食者个体数/%，Filter feeders number percentage；M31：刮食者个体数/%，Scraper number percentage；M32：粘附者个体数/%，Adhesion number percentage

3.3.3 相关性分析

对经过判别能力分析筛选出的8个候选指标进行正态分布检验和相关性分析,以确保每个指标都能反映一个独立的信息。结果表明,8个生物指标符合正态分布,可采用Pearson相关系数分析指标间的信息重叠度。各指标间相关性系数如表3所示,M1和M2、M4、M9、M18、M25的相关系数|r|>0.75,说明M1与其他指标所表达重叠度较高,故首先排除M1。将剩余7个指标进行分析,发现M2和M18以及M4和M9的相关系数|r|>0.75,由于EPT分类单元数(M2)和摇蚊分类单元数(M4)在生物完整性评价中的重要性和敏感性,对其进行保留,排除M9和M18。最终确定适用于流溪河的5个B-IBI核心指标包括：EPT分类单元数(M2)、摇蚊分类单元数(M4)、总生物量(M6)、耐污类群单元数(M25)和敏感类群的个体相对丰度(M26)。

表3 8个候选生物参数间的Pearson相关分析结果Table 3 Pearson′s correlation matrix of 8 candidate metrics

**表示在0.01水平(双侧)上显著相关；*表示在0.05水平(双侧)上显著相关

3.3.4 B-IBI 评价指标体系的建立与生态健康评价标准

采用比值法计算各指标分值,根据指标在参照点和所有位点中的分布及其干扰的反应确定其计算公式(表4),并依此计算各样点的指标分值,分值的分布范围为0—1,若>1,则都记为1。将各指标的分值进行加和,得到各位点B-IBI值(表5)。

表4 比值法计算5个生物指标分值(Y)的计算公式Table 4 Formulas for calculation of 5 metrics scores using the ratio method

以参照点B-IBI值分布的25%分位数值(即3.24)作为位点达到健康水平的标准,对<25%分位数值的分布范围进行4等分(0、0.81、1.62、2.43、3.24),最终确定流溪河生态健康评价标准为B-IBI值>3.24为健康,3.24—2.43为亚健康,2.43—1.62为一般,1.62—0.81为差,0.81—0为极差。

3.4 流溪河生态健康状况

采用上述确定的生态健康评价标准对流溪河14个位点的生态健康状况进行初步评价。结果如表5所示,流溪河14个采样点中健康位点2个,占总位点数14.3%；亚健康位点7个,占50.0%；一般位点3个,占21.4%；差位点2个,占14.3%；无极差位点。分析组成B-IBI的5个核心指标贡献比发现：M2(EPT分类单元数)的变化趋势最为明显,仅在上游和中游的4个支流位点贡献比例较高,在下游位点几乎消失；其次是M26(敏感类群个体数%)其在各支流位点的贡献比要明显高于各干流,且体现出上游至下游逐渐降低的趋势；再次是M4(摇蚊分类单元数)和M25(耐污类群单元数),均反映了上游和下游位点间的差异。总体上,在B-IBI评分中,作为反映清洁水质的生物指标,M2、M26和M4比值的增加是决定位点健康状态的主要因素,而耐污类群生物指标M25比值的增加则导致位点处于不健康水平。

表5 流溪河各样点生态健康状况Table 5 Statues of the ecological health of sites in Liuxi River

3.5 B-IBI值与环境因子间相关性

表6 B-IBI评价值与水体理化指标的相关系数Table 6 Correlation coefficient between B-IBI and physico-chemical parameters

**表示在0.01水平(双侧)上显著相关；*表示在0. 05水平(双侧)上显著相关

图3 流溪河B-IBI核心指标与环境因子的典型对应性分析(CCA)Fig.3 Canonical correspondence analysis based on the key indicators of B-IBI and environmental factors in Liuxi River

4 讨论

4.1 应用B-IBI评价河流健康的影响因素

Astin[35]和Paller等[36]在构建河流B-IBI时认为,将同一监测点不同季节的数据进行合并处理是有必要的,但Gerritsen等[37]发现在不同季节各自建立一套B-IBI是没有必要的,因为季节间底栖动物群落结构相似度很高。熊春晖等[38]发现用全年数据构建的B-IBI,其核心指标数量及健康评价水平要高于各季节,并认为在同一水域用全年数据构建的B-IBI更具实用价值。本研究在构建流溪河B-IBI体系过程中,利用了前、后汛期及枯水期3季底栖动物样本数据,能够有效地排除季节间差异对生物指标筛选的影响,在流域尺度上,本文所得评价结果较前人研究更具全面性和客观性。

受研究区域水环境和地理条件制约,不同的参照点选择标准会对最终评价结果产生影响[14,36]。大多数学者依据Barbour无干扰样点和干扰极小样点作为参照点选择标准,如李强等[15]对西苕溪进行B-IBI评价时,由于西苕溪地处山区,所受外来干扰较小,故采用了无干扰样点标准；张远等[14]对辽河流域进行B-IBI评价时,由于多数河段受城镇化影响,且上下游均受到污染,故在干扰极小样点标准上,又以Ⅲ类水质标准作为补充。本研究中,流溪河从上游吕田镇桂峰山流经下游广州市区,流域内既有相对原始的山区溪流,也有受人为干扰明显的城镇河段。在确定参照点时,为了能够具有针对性地反映各河段健康状况,不仅以Barbour干扰极小样点和Ⅲ类水质为标准,还结合实际位点的生境状况(底质为卵石、无土地改造、植被处于原始态且覆盖度高、洪泛区完整),对各样点所受干扰程度进行综合考虑后筛选参照点,以提高准确性。

除参照点外,经筛选所得的B-IBI核心指标和健康评分标准也有较大差异。本文构建的流溪河B-IBI由“EPT分类单元、摇蚊分类单元、总生物量、耐污类群单元和敏感类群个体%”5个指标构成,健康状态B-IBI值>3.24。为比较不同地区B-IBI体系的异同,表7中列举了温带地区黄山溪流[13]、辽河流域[14]、西苕溪[15]、上海市河流[38]的B-IBI核心指标组成与健康评价标准(均采用比值法)。对照不同区域研究结果发现,虽然流溪河地处亚热带季风气候区,但其B-IBI指标组成与温带气候区的辽河流域和黄山地区溪流相似,与同样处于温带地区的西苕溪和上海市河流有较大差异。其原因在于,西苕溪地处自然山区,受外来干扰程度小,除水质良好外,还保留了多样的生境斑块(如浅滩和深潭),生物多样性高,B-IBI指标以水生昆虫参数为主。与其相反,上海市河流完全位于城市发展区,受人为干扰严重,B-IBI基本由耐污类群构成。相较之下,辽河流域、黄山地区溪流以及本研究中的流溪河均发源于上游山区,中下游流经城镇,流域内既有保留完好的原始生境,也有受人为干扰严重的区域,故B-IBI指标综合了反映游清洁水质的敏感类群和水质恶劣的耐污类群。本研究结果说明,在筛选所得的B-IBI核心指标中,地理区域间的气候差异可能并非主要影响,其关键在于所研究河流各河段及整体水平上受外来干扰和水体污染的程度。

表7 国内不同B-IBI健康评价指数构成及参照点选择标准Table 7 The health assessment index components of B-IBI and criteria of reference in China

Barbour无干扰样点：上游无农作物和居住点,森林覆盖率达90%,无明显人类活动干扰迹象；Barbour干扰极小样点：无点源污染源,上、下游5 km之内无村庄,两侧100 m宽、5 km长的范围内无农田且有较好的沿岸植被带

4.2 应用B-IBI评估流溪河生态健康的可行性

本文以“合理的生物完整性指数应该包括尽可能多的参数类型”为依据[18,32],在B-IBI构建过程中提出底栖动物物种丰度、种类组成、耐受性、营养结构和小生境质量5大指标类型,以尽可能多候选指标(32个)反映环境变化对底栖动物数量、结构和功能的影响。CCA分析结果说明,经筛选所得5个B-IBI核心指标能够清晰地区分流溪河上、下游位点及支、干流位点,前2主轴对环境因子的解释度达68.1%,说明本文构建的B-IBI能切实地反映流溪河健康状况。此外,Paller等[36]的研究发现,运用底栖生物监测水质与溪流的级别不存在显著相关关系,本文对比了流溪河支流(级别低)和干流(级别高)间的评价结果,发现中上游支流区域人口密度少、乡镇覆盖度低,受到外来干扰因素较少,故其健康水平高于中上流干流；相反,下游支流河段城镇密集,河床底质与沿岸带生境退化严重,且受到养殖业和工厂污水排放影响,导致下游支流健康水平远低于干流。据此,本研究结果支持Paller等[36]的观点,表明B-IBI能够综合评价城市河流的生态健康。

为进一步阐明流溪河B-IBI体系构建与评价标准的适用性,本文将所得评价结果与前期资料进行对比。吉冬青等[17]发现流溪河流域景观特征表现为从上游到下游城市化增强的梯度,水质状况响应这个梯度变化表现为上游优于下游；李斯婷[40]对流溪河水质动态特征研究发现,上游河段全年的水质状况明显好于下游；刘芳文等[41]采用有机综合污染指数法对流溪河下游河段水质进行评价,发现该段水体中有机污染综合评价值逐年升高,水质逐年变差。本研究发现,上游位点B-IBI评分相对较高,其中以EPT分类单元数和敏感类群丰度贡献最高；下游位点由于受水体污染影响,B-IBI评价值普遍较低,其中以耐污类群单元数贡献最高,说明流溪河下游河段的生态环境和健康水平逐步衰退,底栖动物生存环境受到威胁。综上,本文所得B-IBI评价结果与前期报道相符,说明应用B-IBI评价亚热带城市河流的生态健康是可行的。

4.3 水环境因子与B-IBI评价

CCA分析结果发现,筛选出的B-IBI核心指标对各环境因子的解释度也有较大差异,流溪河上游人为干扰程度较弱,DO值高,对应的B-IBI以敏感生物类群为代表,与健康水平呈正相关；至下游河段人为干扰程度逐渐增强,EC、TP和TN增加,对应的B-IBI以耐污类群为代表,与健康水平呈负相关。有学者指出,水质评价的结果可能低估当地生态环境受损情况[4,6],流溪河下游S14位点受人为干扰十分严重,硬化岸坡、河床挖深及底质改造使彻底改变了原有的生境状况,虽然该位点水质条件处于中间水平,但其B-IBI评价结为差,此评价结果充分证实了水质评价的片面性。有趣的是,流溪河S6位点的水质状况较差,但B-IBI评价结果为亚健康,虽然该位点受到农业面源的污染,但其完整的沿岸带生境保留了底栖生物的生存空间,且该位点水体重金属检测结果并未发现超标,说明有害污染物含量可能暂时未对水生生物产生毒性影响,对该位点的跟踪观测将进一步揭示水质、生境以及生物评价间的响应关系。总体上,本文构建的B-IBI能够真实反映流溪河水质和生境状况,为从生态系统水平上评价河流生态健康提供了有效的生物监测手段。

5 结论

本研究以典型城市河流——流溪河为例,应用B-IBI首次对热带亚热带河流进行了生态健康评价,为推广河流健康评价技术提供了新的科学依据。通过对流溪河全年的水质监测,底栖动物群落结构调查,以及B-IBI体系构建,得到主要结论如下：(1)流溪河B-IBI由总生物量,敏感类群个体%,EPT、摇蚊和耐污类群单元数5个核心指标构成,健康标准为>3.24,流域内健康位点数占14.3%,亚健康占50.0%,一般占21.4%；(2)EPT分类单元数和敏感类群个体%对上游河段B-IBI值贡献最高,反映健康状况良好,而耐污类群单元数对下游河段B-IBI值贡献最高,反映健康状况恶化；(3)B-IBI值与溶解氧呈及显著正相关(P<0.01),与电导率、氨氮、总氮和总磷呈显著(P<0.05)负相关,说明流溪河当前健康水平受水体污染影响严重；(4)5个核心指标对环境因子解释度达68.1%,并且能区分上、下游及干、支河段不同的健康水平,说明本文构建的B-IBI体系能够准确地评价流溪河健康状况；(5)对照不同地理区域的研究结果发现,流溪河B-IBI指标主要以人为干扰和水体污染程度为导向,对特定气候区的响应较弱,说明B-IBI在热带亚热带地区也有较好的适用性。

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附表 流溪河大型底栖动物物种名录