基于大型底栖动物完整性指数的甘肃腊子沟干流健康评价_王莎.pdf

第 58 卷 第 9 期2022 年 9 月GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY甘 肃 水 利 水 电 技 术Vol.58，No.9Sep.，2022DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2022.09.003收稿日期：2022-08-25作者简介：王莎（1987-），女，陕西西安人，工程师，主要从事水土保持与水生态研究，E-mail：。基于大型底栖动物完整性指数的甘肃腊子沟干流健康评价王莎1，卢小波2，焦林1（1.西安理工大学 水利水电土木建筑研究设计院，陕西 西安 710048；2.甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）摘要：应用底栖动物完整性指数评价甘肃省腊子沟干流健康状况，于2022年6月初在腊子沟流域干流上设置了6个典型采样点，其中参照点3个、受损点3个，进行大型底栖动物样品的采集和分析，通过对16个候选生物参数进行分析筛选，最终确定了腊子沟干流B-IBI评价体系生物参数（包括摇蚊类分类单元数）所占比例和Shannon多样性指数。基于比值法，根据参照点评价生物参数指标25%分位数，确定了腊子沟干流B-IBI评价标准。结果表明：腊子沟干流5个采样点处于健康或亚健康状态，1个采样点健康状况为一般。总体来看，腊子沟干流水生态系统健康状况良好，但人类活动对下游河段水体产生了一定程度的污染。关键词：甘肃腊子沟；大型底栖动物；动物完整性指数；河流健康评价中图分类号：X826文献标志码：A文章编号：2095-0144（2022）09-0011-05河流是人类和其他生物赖以生存的重要自然生态系统，河流生态系统健康历来是河流生态学和环境学的研究前沿和热点话题1。以往单独利用河流的物理性质或化学性质来反映河流健康状况，存在很大的局限性。河流水生生物群落组成及其结构显著受到水环境质量的影响，能够有效反映河流生态系统的健康状况2。20世纪80年代Karr3提出了生物完整性指数（Index of Biotic-Integrity，IBI），即综合应用多种水生生物参数信息来全面反映河流生态系统健康状况，取得了较好的效果。近年来，大量科研工作者通过对水生态系统中浮游生物4、大型底栖动物5-6和鱼类7等生物类群完整性指数的计算来评估河流和湖泊生态系统健康状况，并在河湖生态健康评价研究与管理实践中得到认可。在河流生态系统中，大型底栖动物能够有效调节河流水体中各种藻类的数量，从而影响水中鱼类的数量及其组成，对于河流生态系统的健康起着至关重要的作用。与此同时，底栖动物个体较大，迁移能力差，生命周期相对比较长，分布广泛。其种类组成、群落结构等显著受周围水体生态环境质量的影响，可以有效反映水生态系统的健康状况8。目前，大型底栖动物完整性指数（Benthic Index ofBiotic Integrity，B-IBI）被大量学者用来评价河湖生态系统的健康状况。例如，张远等9、霍堂斌等8、王军等10、付岚等11和李文君等12应用B-IBI指数，陆续开展了辽河、海拉尔河、额尔齐斯河、东江流域和白洋淀湿地等水生态系统的健康评价。然而，我国地域幅员辽阔，不同地区的气候环境状况差异巨大，河流底栖动物的种类及其组成也可能存在显著差异，导致不同区域水体大型底栖动物完整性指数评价指标体系存在较大的差异。目前，大量科研工作者对我国东南地区河流水生态系统健康状况进行了评价和研究，但对于西北内陆河流生态系统健康状况评价的研究相对较少。因此，选取西北内陆地区甘肃省典型水生态系统腊子沟干流作为研究对象，构建大型底栖动物评价指标体系，评估该流域水体生态系统的健康状况，为该流域水生态系统健康监测和评估提供科学依据，同时有助于丰富我国西北内陆河流生态系统健康评价生物指标体系的构建。1研究区域及研究方法1.1研究区域概况腊子沟流域位于甘肃省迭部县东北部，属长江11流域嘉陵江水系，是白龙江的一级支流，发源于迭山的腊子牛路库格隆曲也西南麓，源地海拔4 202 m。腊子沟流域面积810 km2，源头至河口长57 km，主河道平均比降2.06%，年径流量3.6亿m3。整个流域西北高，东南低，沟壑纵横，河谷下切甚深，山坡陡峭，多为悬崖峭壁，河道蜿蜒曲折，川峡相间，水流湍急，水资源丰富，是典型的高山峡谷区。河流流向为西北东南流向，流经牛路、铁尺、腊子口、贡尖，在代古寺附近汇入白龙江。该流域属非典型的大陆性气候，干湿季分明，多年平均降水量为569 mm，降水多集中在 5-9 月，多年平均气温在 811 之间。1.2样品采集结合腊子沟流域的实际情况，在腊子沟干流上设置了6个典型采样点。其中3个采样点位于流域上游，该区域基本未受到人类活动影响，另外3个采样点位于流域下游，该区域受到居民点人类活动或水利工程建设的影响（图1）。于2022年6月2日在6个采样点使用彼德生采泥器采集底泥样品，在每个采样点随机采集底泥样品68次，以保证采集到的样品可以更有效地代表采样点大型底栖动物状况。将采集的底泥样品用40目分样筛进行筛选，然后倒入贴有标签的塑封袋中。将装有样品的塑封袋带回试验室，用蒸馏水将样品冲洗后放入白瓷盘中，借助放大镜将样品中的大型底栖动物全部挑出，然后用5%的福尔马林溶液固定。在解剖镜下鉴定大型底栖动物的种类，统计每种大型底栖动物的数量，并用感量为0.001 g的天平称其重量。通过计算得到单位面积大型底栖动物的密度及其生物量。1.3采样点的划分随着社会经济的发展，人类活动不可避免地对河流生态系统产生一定的影响。为更加科学合理地评价水体生态系统的健康状况，通常选取典型河流生态系统，分别布设参照点和受损点两类采样点。参照点指较少或者未受到人类活动干扰的采样点，受损点是指较多受到人类活动影响的采样点。根据腊子沟流域实际情况，确定流域上游3个采样点为参照点，流域下游3个采样点为受损点。1.4B-IBI指数构建1.4.1 候选生物指数的选择依据相关参考文献5,11，选择了反映底栖动物物种多样性和丰富性、群落结构组成、耐污度和营养结构及生境质量等四类共计 16 个生物指标作为腊子沟干流大型底栖动物完整性评价的候选生物参数（表 1），用来反映底栖动物数量和群落结构对环境变化的响应，评估河流生态系统的健康状况。1.4.2 候选生物参数的筛选首先，根据采集样品的测定结果计算出候选生物参数的数值，并分析候选生物参数对人类干扰反应的强度大小及其方向。只有对人类活动干扰变化范围较大且随人类活动干扰单调递增或递减的指标可以用来构建B-IBI指数。其次，将参照点和受损点的候选生物参数分别绘制箱线图，只有当25%75%的分位箱体完全无重叠或存在部分重叠，但中位数均不在对方箱体之内时，该生物参数才能被选择并做进一步的分析。最后，对上一步筛选后剩余的生物参数进行相关性分析。当两个参数显著相关时，表明两个参数反映的信息大部分是重叠的，为最大限度地保证各参数反映信息的独立性，只能保留其中一个。通过上述几个步骤，最终选择出构成B-IBI指标体系的生物参数。1.4.3 生物参数分值的计算采用比值法计算各生物指标的分值，实现统一各选定生物参数量纲的目的13。对受到人类活动干图1腊子沟干流采样点分布示意图地名采样点水系流域边界图 例1#参照点2#参照点3#参照点1#受损点2#受损点3#受损点沟腊子哇古村腊子口村腊子口景区N2022年第9期甘肃水利水电技术第58卷12扰下降或上升的生物参数，分别将95%的分位数和5%的分位数作为最佳期望值，然后分别采用式（1）和式（2）计算生物参数的分值。生物参数分值1=参数实际值参数最佳期望值（1）生物参数分值2=最大值-实际值最大值-最佳期望值（2）1.4.4 健康评价标准的确定将最终选定的生物参数的分值进行相加，即得到各典型采样点的B-IBI指数值。将参照点B-IBI指数值的25%分位值作为健康评价标准划定的主要依据。如果某采样点的B-IBI指数值大于25%分位值，则该采样点的水生态系统状况为健康，对于小于25%分位值的分布范围进一步划分为4个等级，分别代表该采样点的水生态系统状况为亚健康、一般、较差和极差9，最终确定出腊子沟干流大型底栖动物完整性指数评价的标准。2结果与分析2.1大型底栖动物组成及分布情况腊子沟干流共采集鉴定出大型底栖动物 12种，其中水生昆虫8种、水生寡毛类4种。该流域大型底栖动物优势种主要为花翅前突摇蚊（Procladischorexs）、前突摇蚊（Procladius skssze）、隐摇蚊（Cryptochironmus sp）、扁摇蚊（Spariotoma kibunensis）、泥蚓（LIayodrilus sp）和克拉伯水丝蚓（L.daparediamis）。参照点水生昆虫的密度为3846个/m2，生物量为0.280.35 g/m2；水生寡毛类的密度为611个/m2，生物量为 0.050.09 g/m2。受损点水生昆虫的密度为2433个/m2，生物量为0.180.28 g/m2；水生寡毛类的密度为 67 个/m2，生物量为 0.040.06g/m2。2.2生物参数分布范围分析评估本次研究所采用的16个候选生物参数在3个参照点的分布情况（表2）。由于毛翅目和贝贝翅目底栖动物未被发现，底栖动物全部为耐污类群、粘表1候选生物参数及对干扰的反应指标类型多样性和丰富性群落结构组成耐污度营养结构及生境质量序号M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12M13M14M15M16生物参数总分类单元数蜉蝣目、毛翅目和贝贝翅目分类单元数蜉蝣目分类单元数毛翅目分类单元数贝贝翅目分类单元数蜉蝣目、毛翅目和贝贝翅目分类单元数所占比例蜉蝣目分类单元数所占比例摇蚊类分类单元数所占比例敏感类群类单元数所占比例耐污类群类单元数所占比例Shannon 多样性指数优势类群分类单元数所占比例粘食者分类单元数粘食者分类单元数所占比例滤食者分类单元数所占比例刮食者分类单元数所占比例对干扰的反应减少减少减少减少减少减少减少减少减少增大减少增大减少减少增大增大表216个候选参数值在参照点的分布情况候选参数M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12M13M14M15M16平均值8.000.000.000.000.000.000.0089.960.00100.001.4289.96248.72100.000.000.00标准差2.450.000.000.000.000.000.004.040.000.000.534.04105.910.000.000.00最小值5.000.000.000.000.000.000.0082.460.00100.000.8182.46127.00100.000.000.00最大值12.000.000.000.000.000.000.0096.360.00100.002.3796.36440.00100.000.000.0025%分位数6.000.000.000.000.000.000.0086.710.00100.001.0486.71165.75100.000.000.0075%分位数10.000.000.000.000.000.000.0093.940.00100.001.7993.94318.00100.000.000.00第9期王 莎，等：基于大型底栖动物完整性指数的甘肃腊子沟干流健康评价第58卷13食者，导致M2、M3、M4、M5、M6、M7、M9、M10、M14、M15和M16等11个候选生物参数随着人类活动干扰的增加，其值无可变范围值，所以将以上11个候选生物参数舍去。2.3判别能力分析对上一步筛选剩余的5个候选生物指标根据Barbour的方法进行判别能力分析。箱线图分析结果（图2）表明，总分类单元数（M1）、摇蚊类分类单元（a）M116141210864M1参照点受损点10095908580M8参照点受损点（b）M8M113.02.52.01.51.00.50.0参照点受损点（c）M11M135004003002001000参照点受损点（d）M1