基于大型底栖动物生物完整性...健康评价——以辽河流域为例_刘思思.pdf

基于大型底栖动物生物完整性的流域水生态健康评价以辽河流域为例刘思思，尚光霞，高欣，孔维静，夏会娟，丁森*环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院摘要大型底栖动物完整性指数（B-IBI）在国际水生态健康评价中应用广泛，但需要结合各流域生态环境特征分别构建。以辽河流域为例，以流域 99 个点位水生态调查数据为基础，综合运用水质和生境质量作为参照点与受损点筛选标准，通过分布范围检验、判别能力检验和冗余性检验获得 B-IBI 核心参数，利用比值法进行核心参数标准化，等权求和计算 B-IBI 得分，最终构建适用于辽河流域的 B-IBI 评价体系。结果表明：辽河流域大型底栖动物包含 74 个分类单元，以昆虫纲为主（占总分类单元数的81.1%），个体数量最优势物种为缺尾高原纹石蛾（Hydropsyche kozhantschikovi）；经筛选获得 5 个参照点和 6 个受损点，从 28 个备选参数中筛选出总分类单元数、毛翅目分类单元数、端足目+软体动物分类单元数、直接收集者相对丰度、黏附者分类单元数、Pielou 均匀度指数 6 个核心参数用于计算 B-IBI；B-IBI 评价发现，调查时段的数据集中，4 个点位处于健康等级，15 个点位为亚健康等级，25 个点位为一般等级，41 个点位为差等级，14 个点位为极差等级，流域水生态健康整体水平较差，超过 1/2 河段存在大型底栖动物群落结构退化现象。检验分析发现，B-IBI 对水质变化具有较好的指示作用，且能有效区分出受损河段，表明B-IBI 评价体系能准确表征辽河流域水生态健康状况，建议今后管理中作为辽河流域生物评价工具。关键词辽河流域；大型底栖动物；水生态健康；生物完整性；底栖动物完整性指数（B-IBI）中图分类号：X826,X522 文章编号：1674-991X（2023）02-0559-08doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20210326Water ecological health assessment based on the biological integrity ofmacroinvertebrate:a case from Liaohe River BasinLIU Sisi,SHANG Guangxia,GAO Xin,KONG Weijing,XIA Huijuan,DING Sen*State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental SciencesAbstractThe benthic index of biological integrity(B-IBI)is widely used for river ecological health assessment allover the world.However,this index should be constructed separately according to the ecological environmentalcharacteristics of each river basin.In this study,the Liaohe River Basin was taken as an example,the data ofmacroinvertebrates of 99 sites in Liaohe River Basin was used to calculate to B-IBI.Water quality and habitatquality were comprehensively used as the selection criteria for reference sites and impacted sites.The distributionrange test,discriminant ability test and redundancy test were used to screen the core metrics of B-IBI.The ratiomethod was used to standardize the core metrics and add up to calculate B-IBI.The results showed that a total of 74taxa of macroinvertebrates were found,and the dominant taxon was Insecta(accounting for 81.1%of the total taxa).The most dominant species was Hydropsyche kozhantschikovi.Five reference sites and six impacted sites wereobtained after screening.Six core metrics including the number of total taxa,the taxa number of Trichoptera,thetaxa number of Amphipoda and Mollusca,the relative abundance of direct collectors,the number of adherent taxa,and the Pielou evenness index,were selected from 28 candidate metrics.The evaluation results of B-IBI showed that4 sites were in health grade,15 sites in sub-health grade,25 sites in normal grade,41 sites in poor grade,14 sites inbad grade,and the whole health level of Liaohe River Basin was poor in the survey period.The macroinvertebratecommunity was impacted in more than half of the sampling sites.B-IBI showed a good indicating ability for thechange of water quality in Liaohe River Basin,and effectively distinguish damaged sections of the river.It was 收稿日期：2021-07-13基金项目：国家重点研发计划项目（2021YFC3201003）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(2020YSKY-003)作者简介：刘思思（1987），女，工程师，主要从事流域水生态保护研究，*责任作者：丁森（1982），男，副教授，博士，主要从事流域水生态保护研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月刘思思，尚光霞，高欣，等.基于大型底栖动物生物完整性的流域水生态健康评价：以辽河流域为例 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：559-566.LIU S S,SHANG G X,GAO X,et al.Water ecological health assessment based on the biological integrity of macroinvertebrate:a case from Liaohe RiverBasinJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：559-566.suggested that B-IBI could be used as a bioassessment tool for the river basin management in future.Key wordsLiaohe River Basin;macroinvertebrate;water ecological health;biological integrity;benthic index ofbiological integrity(B-IBI)自 20 世纪初利用水生生物组成变化判断水环境污染程度以来1，学者们已经开发出了上百种生物评价方法2，其中生物完整性评价得到了广泛关注。生物完整性指数（index of biological integrity，IBI）由Karr3于 1981 年提出（由 12 个反映鱼类群落特征的参数构成），之后逐渐在藻类、大型底栖动物、水生植物、鸟类等类群中得到推广应用4-5，目前在世界各国都有成功的应用案例6-8。IBI 本质上属于多参数生物指数，相比于单一生物指数，IBI 所包含的生物群落特征信息更丰富，所反映的水生态健康状况也更完整。此外，IBI 对环境综合压力具有更好的指示性能，主要体现在对环境压力的响应类型及范围等方面9。大型底栖动物是河流生态系统的重要组成类群，常被用于评价河流生态系统健康状况10-11。我国学者已开展了很多大型底栖动物完整性评价方面的研究12-14，这些工作对于区域评价而言非常必要。由于不同地区的环境压力类型以及生物区系差异较大，所以面向特定区域或水体需要有针对性地构建不同 IBI。例如美国明尼苏达州对其辖范围内河流建立了 9 套大型底栖动物完整性指数（B-IBI），先基于水文地貌特征进行河流分类，而后分别针对每一类型河流构建 B-IBI15，这有利于更加科学地掌握河流生态系统状况，也是面向流域精细化管理的基础。辽河是我国七大水系之一，地处东北地区，属温带半湿润半干旱季风性气候。辽河有两源，东源称东辽河，西源称西辽河，两源在福德店汇合后始称辽河。辽河为其中下游地区工农业生产及人民生活用水提供了巨大支撑。辽河流域已有的关于大型底栖动物群落的研究主要集中于浑太河流域16-18，该水系自 1958 年改道独立入海而与辽河不连通。此外，浑太河水系多属山地与丘陵型河流，而辽河为平原型河流，二者在河流水文地貌特征及大型底栖动物群落组成上有明显差异19-20。因此，笔者基于辽河流域较为系统的野外调查数据，开展辽河流域大型底栖动物完整性评价体系构建研究，以期为辽河流域水生态评价管理提供方法基础。1研究区与研究方法 1.1研究区概况与数据来源选择以辽宁省内辽河流域为研究区，即从福德店至入海口的辽河干流及主要支流。数据源自2012 年对辽河流域 99 个采样点位的野外监测。采样点位设置根据系统调查原则，用经纬度线将研究区划分成 50 km 长度的若干网格，每个网格中设置1 个采样点；同时考虑经济性和实际操作性，采样点位分布在干流和一、二级支流上，其中干流段 12 个，支流段 87 个，从东北部向西南部包括的支流为招苏台河、二道河、亮中河、寇河、清河、柴河、汎河、王河、拉马河、秀水河、养息牧河、柳河、绕阳河、东沙河、西沙河和双台子河（图 1）。1.2样品采集与分析方法数据源于 2012 年 810 月的调查与样品采集工作，调查内容包括水体理化因子、栖息地质量和大型底栖动物种类及生物量。其中，水体理化因子现场测定指标包含 pH、水温（Temp）、电导率（EC）、总溶解性固体（TDS）和溶解氧（DO）浓度，利用多功能水质分析仪（YSI Model 58）进行测定；额外采集水样冷藏保存带回实验室