河流生态健康评价机理

近年来，随着人类活动对河流生态系统影响的加剧，已造成全球范围的河流生态系统破坏［1-4］。河流生态健康问题引起各国政府与学术界重视，国内外学者开展了大量相关研究［4-14］。河流生态健康评价机理已成为近年来国际研究热点的问题之一［4，14］。生物完整性指数(IndexofBioticIntegrity，简称IBI)，最早由Karr提出，用多个生物参数综合反应水体的生物学状况，评价河流乃至整个流域的健康［2］。目前，澳大利亚、美国等广泛使用IBI方法评价河流生态健康［15-19］。我国应用B-IBI方法评价河流健康方面起步较晚，王备新、李强、张远等分别根据底栖动物参数，建立了祁门县溪流、西苕溪、辽河生态系统健康评价的IBI标准［20-24］。河流生态系统中，大型底栖无脊椎动物因其不易移动，具有较长生活周期，能够稳定反映水体污染变化，成为水环境评价的最佳选择［25］。为进一步探求河流健康评价机理，本研究选择大型无脊椎动物为河流健康评价的指示生物，以北京温榆河为例，根据B-IBI指数构建方法，研究构建北京温榆河B-IBI评价指标体系与健康评价标准，刻画温榆河底栖动物群落完整性，评价河流生态健康状况。

1研究区域概况

温榆河，又称北京市的“母亲河”，发源于北京燕山南麓的昌平、延庆、海淀一带，属于北运河水系，是北京市五大水系之中唯一发源于境内且常年有水的河流，全长约47．5km，流域面积2478km2。温榆河流域内降雨量年际和年内分配极不均衡，多年平均降水量约为600mm，其中80%集中在汛期6—9月，多年平均径流量约3．5亿m3，其中污水量占60%—70%［26］。温榆河流经地区经济发达，人口稠密，担负着排洪和城市排污的任务，其水质受到严重污染［27］。

2数据来源

根据《水和废水监测分析方法》的采样原则，结合实际进行样点布设。温榆河上游分布11个样点、中游分布5个样点、下游分布3个样点，共22个样点(图1)。依据Barbour无干扰样点和干扰极小样点作为参照点的评价标准［28］，结合实地考察，研究区确定了4个参照点，18个受损点。本研究采用的底栖生物数据为2011年3月春季样。底栖生物样品采集是以采样点(小于1m深的河岸区)为中心，在约30m长的采样断面内选择不同生境类型，采用定量和定性相结合方法进行采样。定量采样使用彼德逊采泥器(采样面积为1/16m2)进行底栖生物样品采集，每个样点做3个重复。同时进行定性采样，使用手抄网(0．3m宽，40目尼龙纱)采集3个小样方，总面积约为1m2左右。标本直接在野外筛选并合在一起，每个样点按软体动物与水生昆虫分类分别装入样品瓶，加酒精固定，并放入便携式冰箱，带回实验室进行鉴定。标本尽量鉴定到种。同期进行水体理化指标的监测。溶解氧、温度和pH均采用便携式分析仪在现场直接测定。另取水样进行水化指标室内实验，按照《水和废水监测分析方法》(第4版)(国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会，2002)相关规定进行分析，项目包括悬浮物、电导率、CODmn、BOD5、总氮、总磷、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等。3研究方法

3．1B-IBI方法

3．1．1候选生物学指标的确定

用于建立B-IBI(Benthic-IndexofBioticIntegrity，简称B-IBI)指标体系的生物学指标很多，参照相关文献［20-24］，研究选用了反映群落丰富度(M1—M5)、个体数量比例(M6—M13)、生物耐污程度(M14—M19)和小生境质量(M20)等4类的20个指标作为备选指标(表1)，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。

3．1．2生物学指数筛选

1)分布范围分析对参照点的生物指数值在平均值、标准差、25%分位数、中位数和75%分位数的分布范围进行分析(表2)，随干扰加强而减小的候选生物指数，若上述分值变化不明显，说明表现的信息指示作用不强，如M8、M13、M18，故予以删除;随干扰加强而增大的候选生物指数，若上述分值变化较大，对信息的波动性较大，但随干扰增强的7个生物指数，波动性不大，故予以保留。2)判别能力分析据Barbour方法［28-29］，比较参照点和受损点在25%—75%分位数范围即箱体IQ的重叠情况，并分别赋予不同的值:没有重叠，IQ=3;部分重叠，但各自中位数值都在对方箱体范围之外，IQ=2;仅一个中位数值在对方箱体范围之内，IQ=1;各自中位数值都在对方箱体范围之内，IQ=0。只有IQ≥2的参数才作进一步分析，故删除M4、M10、M11、M12和M15。3)相关性分析基于SPSS11．8统计分析软件，对余下12个参数进行正态分布检验，结果显示，除M19外(直接列入指标体系)，其余11个参数均不符合正态分布，故对这11个参数进行spearman相关分析(表3)，使最后构成IBI指标体系的每个指数都至少提供一个新的信息，避免重复信息。如果两个指数间的相关系数r＞0．75，表明两个指数间所反应信息大部份是重叠的，选其中一个指标即可。根据相关系数(表3)，考虑指数重要性，并结合指标体系需反映群落丰度、个体数量比例、生物耐污能力和小生境质量4方面信息，最终确定温榆河B-IBI的指数包括总分类单元数、总生物量、优势分类单元个体相对丰度、敏感类群单元数、生物指数和粘附者个体相对丰度6个指标。

3．1．3生物学指标记分标准的建立

如何建立B-IBI指标体系评价标准，王备新等［20］对比了3分制，4分制和比值法，发现比值法具有更高的稳定性及准确度，故研究采用比值法进行指标体系计算，即干扰越强，指数值越低的指数，以95%分位数值为最佳值，各指数的分值等于指数值除以95%分位数值。对于干扰越强，指数值越高的指数，则以5%分位数值为最佳值(表4)。该法规定，经计算后的分值的分布范围为0—1，如果大于1，则都记为1，对于计算结果求和。按照参照点B-IBI值分布的25%分位数法进行指标体系的最终划分，如果样点的B-IBI值大于等于25%分位数值，则表示该样点受到的干扰很小，是健康的。小于25%分位数值的分布范围，根据需要可以4等分，分别代表不同的健康程度，最终确定温榆河底栖动物完整性评价标准(表5)。