陕西省渭河流域生物完整性评估

张 蓉，曲 艳，徐春燕，尚潇英，冯姣姣

（陕西省河流工程技术研究中心,陕西 西安 710018）

1 前言

渭河是黄河最大的支流,发源于甘肃省渭源县鸟鼠同穴之山,于陕西省潼关县港口镇附近汇入黄河。陕西省境内河道长512 km,占干流全长的62.6%,涉及宝鸡、杨凌、咸阳、西安、铜川、渭南、商洛7 市47 县（区）,是陕西人民的母亲河。渭河流域生物的多样性涉及植物、浮游动物、鱼类和鸟类等多个方面,随着流域经济社会发展,水资源供需矛盾日趋尖锐,生态流量得不到保障,水质超标,生态环境破坏严重,水生生物种类严重缩减,水生态系统健康状况堪忧。开展渭河健康评价是水环境管理和保证水环境健康的重要内容,生物完整性评估是其重要组成部分。底栖动物影响水生态系统中营养物质的分解与循环,鱼类处于食物链顶端,两者对环境变化比较敏感,能够综合表征河流水生态系统健康状况［1］,因此渭河健康生物完整性评估中,选取“大型底栖无脊椎动物完整性指数”“鱼类保有指数”两个指标,于2017 年8 月份开展生物采样,进行渭河生物完整性评估。

2 调查取样与评价方法

2.1 调查取样

结合研究区地貌形态、支流汇入、土地利用、水功能分区、行政分区等情况［2］,将陕西省渭河流域分为上游省界至宝鸡峡山区评估河段、宝鸡峡至蔡家坡宝鸡城区评估河段、蔡家坡至杨凌界乡村评估河段等10个评估河段。2017 年8 月在宝鸡市凤阁岭镇张家川村、拓石镇仙龙村、营头镇红河村、武功渭河桥、普化镇马楼村、新丰桥、大明镇毛沟村、拾村8 个点位处进行了生物指标采样。

底栖动物取样河段的设置采用固定长度法,每个取样点位的调查评估范围定为1 km。在每个监测点位处上下游方向,以100 m为间隔设置监测断面,取样范围自岸边向深弘延伸30 m或至水深6 m水域。最终在实验室通过显微镜或解剖镜进行分类和计数,样品鉴定到属或种。

在渭河干流拓石镇仙龙村、武功渭河桥、新丰桥、拾村4 个点,结合电鱼法和挂网法进行鱼类采样,每个点位采样时间为30 min,4 个样品综合成一个分析样进行渭河鱼类的种类鉴别分析。易于辨认的现场鉴定、计数并称重。不易辨认的进行标记保存,最终鱼类样品全部鉴定到种。

2.2 评价方案

此次研究依照2010 年水利部发布的《河流健康评估指标、方法与标准》（1.0版）和2020 年发布的《河湖健康评估技术导则》中生物完整性的要求开展评估工作。

（1）大型底栖无脊椎动物完整性指数（BIBI）

将取样点分为参照系和受损系两类,通过对20 个备选生物参数进行判别能力分析、冗余度分析和变异度分析,筛选和淘汰不能充分反映水生态系统受损情况的参数［3］,保留具有较强判别能力、较强独立性、变异度较小的参数最终构建BIBI指数。

采用比值法统一各入选参数的量纲,将各评估参数的分值进行加和,得到BIBI指数值。以参照系样点BIBI值由高到低排序,选取25%分位值作为最佳期望值BIBE［3］,BIBI指数赋分100。评估河段BIBr的赋分为评估河段底栖动物完整性指标值BIBI与最佳期望值BIBE的比值。

（2）鱼类保有指数（FOE）

鱼类保有指数FOE用评估河段现状调查获得的鱼类种类数量PO,与1980 s以前鱼类种类数量FE的比值计算得到,PO中不包括外来鱼种。

（3）生物完整性赋分

以大型底栖无脊椎动物完整性指数的赋分（BIBIr）与鱼类保有指数的赋分（FOEr）2 个评估指标的最小值作为河段生物完整性赋分ALr。

在河段生物完整性评价的基础上,对照河湖生物健康标准,根据河长加权进行研究河流的生态完整性综合评估及赋分。

3 评估结果

3.1 大型底栖无脊椎动物

在采样点中选择无干扰和干扰极小的凤阁岭镇张家川村、营头镇红河村、蓝田县马楼村、大明镇毛沟村4个点作为参考点位,其余受到人类活动干扰的点位作为受损点。

本次调查渭河陕西段共鉴定底栖动物27 种,分属于3 门6纲,其中昆虫纲种类最多,占总底栖动物物种的70%,主要物种为蜉蝣目,本次在昆虫纲收集的样品中鉴定出積翅目、大積科的石蝇,为典型的底栖动物清洁物种,以前曾在渭河子流域周至段采集到过该种。位于第二位的是腹足纲,占总底栖动物物种的15%,主要物种为螺类的耳萝卜螺。位于第三位的是软甲纲,占总底栖动物物种的7%,主要物种为秀丽白虾。

分析20 个备选生物指数在参考点和受损点的分布情况,对20 个备选生物参数进行评估。按照Barbour方法比较参照系和受损系各个备选参数箱体的重叠程度（见图1）进行判别能力分析,确定总分类单元数、EPT分类单元数、蜉蝣目个体相对丰度、水生昆虫分类单元数、敏感类群分类单元数、敏感个体相对丰度、耐污类群个体相对丰度7个指标作进一步分析使用；冗余度分析后确定EPT分类单元数、蜉蝣目个体相对丰度、耐污个体相对丰度进行下一步分析；变异度分析中环境压力值选择理化指标中的电导率,电导率能够显著地影响水生生物类群,特别是大型底栖动物物种存活和群落结构的稳定性,3 个指标对环境压力值的相应相关系数都在0.6 以上,符合该区域生境特点。评估分析最终筛选确定BIBI指数构成体系为EPT分类单元数、蜉蝣目个体相对丰度、耐污个体相对丰度。

图1 渭河指标箱形图筛选

表1 比值法计算3个指数值的公式

根据各指数值在参照点和所有样点中的分布,最终确定最佳期望值BIBE为2.47,BIBI指数赋分100。8个样点的底栖生物完整性评估状况及BIBIr指标赋分成果见表2。

表2 生物准则层赋分

3.2 鱼类保有指数

解放后,针对渭河鱼类有多项研究,但其调查范围仅限于局部地区的某些属、种,调查资料、标本都有一定的局限。结合《秦岭鱼类志》《陕西鱼类志》及黄洪富、宋世良等人的研究成果［4-8］,最终确定1980 s以前渭河鱼类共78 种,隶属7 目11 科。

此次调查渭河陕西段共采集鱼类382 尾,共5538 g,分属于3 目6 科18 种,其中鲤科种类最多,有棒花鱼、餐鲦、鲫、鲤、马口鱼、兴凯鮈、棒花鮈、似铜鮈、短须颌鮈、清徐胡鮈、麦穗鱼11种,占鱼类物种的61%,主要物种清徐胡鮈和棒花鮈,属清洁物种。位于第二位的是鰕虎鱼科和鳅科,占鱼类总物种的11%,其中鰕虎鱼科主要物种为褐氏栉鰕虎鱼,鳅科主要物种有泥鳅和贝氏高原鳅。考虑到采样时间及周期、鱼类完整生活史等多方面原因,将此次调查数据与陕西省水产研究所2013 年~2016 年多次采样结果相结合,最终确定现状条件下渭河鱼类有5目10科47种,其中,鲤科30种、鳅科4种、鲿科5种、鲶科5种、合鳃科1 种、丝足鲈科1种、鰕虎鱼科1种、塘鳢科1种,鳢科1种、异鳉科1种。

对比发现渭河鱼类新增记录7种,分别为镜鲤、锦鲤、花棘似刺鳊鮈、荷包鲤、异育银鲫、彩鲫、圆尾斗鱼。经过专家咨询确认圆尾斗鱼属于本地鱼类,故将历史调查种类数调整为79种,FE=79。镜鲤等其他6种鱼为外来物种,则现状条件下渭河鱼类为41种,FO=41种。渭河鱼类保有指数FOE为0.52,指标赋分FOEr为32.31,鱼类保有指为不健康状态。

3.3 生物完整性赋分

将上述2 个评估指标的最小分值作为各个河段生物准则层赋分,渭河各河段均为不健康,生物状况较差。陕西省渭河流域生物完整性综合赋分为22.55,为不健康状态。

4 结论

此次调查发现：渭河中游底栖动物群落结构相对稳定,受外部环境干扰时,具有一定抗干扰能力,且参考点优于受损点。泾河口至方山河口段底栖动物完整性指数赋分偏低,反映了渭河干流下游生物完整性相对较差的现状。相比20世纪80年代,渭河鱼类物种数明显减少,鱼类物种损失严重。相比上下游,渭河中游鱼类物种数较多。总体而言渭河生物完整性状况呈病态主要是由于鱼类物种损失严重,生物群落结构受损。