生态考核指标: 水生动物种类指数

江小蝶 吴俊燕 崔永德 王洪铸

(1. 中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2. 中国科学院大学, 北京 100049)

最近, 国家生态环境部提出应“尽快建立长江流域水生态考核机制”。目前, 国内外主要采用多参数法和预测模型法开展水生态系统健康总体状况评价, 但存在三个缺点: (1)所选参数较多, 其中有些参数(如多样性指数)生态意义不明确[1—5]; (2)不少参数(如耐污值、种类权重)不能用全面而客观的方法测定; (3)参照条件多选用所受干扰极小或最小的水体, 但不少水体几乎不可能恢复到此水平, 且不适用于独一无二的自然和人工水体[6—9]。生态考核指标应满足下列要求: (1)权威性, 即参数的生态含义毋容置疑; (2)可业务化运行, 即参数简单、可标准化测定; (3)可达性, 即依据指标确定的目标经过努力可以达到, 因而可促进生态修复。显然, 现行水生态健康评价方法难以满足长江生态考核的要求。

鱼类和底栖动物等动物种数可作为生态考核的基本参数。理由有三条: (1)大家公认, 种数越多越好(入侵种除外)[10,11]。(2)鱼类和底栖动物是最常用的生态评价类群, 其种类可用DNA条形码精准鉴定(监测部门采集动物或其组织, 送公司测DNA,即可确定种类), 其中鱼类技术最为成熟[12—15]。(3)每个水体的种数参照值可采用a)同类水体可达的最高水平, 该水平可依据种数-面积关系分位数模型或历史记录确定[16]; 或者b)评价元年(第一年)的数据, 基于所得指数的变化幅度进行评价。因此, 评价参照标准具有可达性。除种数外, 重要类群的资源量也是较好的评价参数, 如珍稀鱼类的相对多度、双壳类和EPT(蜉蝣目、襀翅目和毛翅目)昆虫的多度等。

基于长江中下游水体底栖动物数据, 本文说明如何构建水生动物种类指数, 以期为长江水生态考核提供简单易行的健康评价指标。

1 指数构建方法

水生动物类群(鱼类和底栖动物等)种数指数SO/I的计算公式如下:

式中,SO为评价期(多为周年)所获动物种数,SI为种数参照值。类似于式(1), 基于密度、生物量等, 可计算类群资源指数RO/I。若基于多个参数, 取均值。

综合SO/I和RO/I, 计算动物类群种类指数SSO/I,计算公式如下:

式中,WS和WR分别为种数指数和资源指数的权重,建议权重分别为0.7和0.3。

最后, 综合鱼类种类指数(F-SSO/I)和底栖动物种类指数(B-SSO/I)等, 可得水生动物综合种类指数(ΣSSO/I) , 计算公式如下:

根据水生动物综合种类指数(ΣSSO/I)值的大小,将水生态环境质量状况等级分为五级。若参照值是可达的最高水平, 则评价等级可分为优、良、中、差、极差; 若参照值是评价元年值, 指数变化较小即为合格(中), 明显减少为不合格(差、极差),明显增加则可定为优、良; 待数据运行多年后, 即可确定可达的最高水平。

2 指数应用

2.1 长江中下游湖泊

基于1998—2019年长江中下游91个中小型阻隔湖泊116个湖年的底栖动物数据, 构建种数-面积关系分位数模型, 选择95%分位数作为种数参照值。据此, 建立种数指数SO/I(待发表)。结果显示, 该指数(1)与基于随机森林模型的RIVPACS型种类指数和多参数指数(B-IBI)、计分指数(BMWP)均呈显著正相关; (2)与富营养化指标呈单峰关系; (3)与RIVPACS型种类指数一样可以区分农村和城市湖泊, 而B-IBI和BMWP指数则无法区分, 说明种类指数评价能力优于多参数指数; (4)与RIVPACS型种类指数的评价能力基本一致, 但SO/I更加简单实用。

2.2 长江中下游干流

基于2016—2020年长江中下游干流宜昌(YC)、监利(JL)和安庆(AQ)江段的底栖动物数据, 构建水生动物种类指数, 包括种数指数和资源指数。在干流, 底栖动物稀少, 现存量越多越好。结果显示, 宜昌段健康状况有变好的趋势, 或与淹没的漫滩面积增大有关; 监利段状况有变差的趋势; 安庆段基本稳定(表 1)。

表1 长江中下游干流三个江段的底栖动物水生动物种类指数(2016—2020)Tab. 1 B-AASI (Benthos-Aquatic Animal Species Index) of the three segments of the mid-lower Yangtze mainstem (2016—2020)

3 讨论

实际应用水生动物种类指数时应注意: (1)标准化采集。点位设置、采样工具、监测频次和时间等基本保持一致, 每种生境均有足够的采样量[17,18]。(2)标准化鉴定。依据统一的分类系统, 尽可能鉴定到种或属, 并保持鉴定水平一致; 最好建立相应的DNA条形码鉴定系统。(3)剔除外来物种。

致谢：

感谢中国科学院水生生物研究所高文娟、马雅雪、和雅静、张梦娜等在底栖动物样品采集、鉴定与数据分析过程中给予的帮助。