生態考核指標: 水生動物種類指數

江小蝶 吳俊燕 崔永德 王洪鑄

(1. 中國科學院水生生物研究所淡水生態與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072; 2. 中國科學院大學, 北京 100049)

最近, 國家生態環境部提出應“盡快建立長江流域水生態考核機制”。目前, 國內外主要采用多參數法和預測模型法開展水生態系統健康總體狀況評價, 但存在三個缺點: (1)所選參數較多, 其中有些參數(如多樣性指數)生態意義不明確[1—5]; (2)不少參數(如耐污值、種類權重)不能用全面而客觀的方法測定; (3)參照條件多選用所受干擾極小或最小的水體, 但不少水體幾乎不可能恢復到此水平, 且不適用于獨一無二的自然和人工水體[6—9]。生態考核指標應滿足下列要求: (1)權威性, 即參數的生態含義毋容置疑; (2)可業務化運行, 即參數簡單、可標準化測定; (3)可達性, 即依據指標確定的目標經過努力可以達到, 因而可促進生態修復。顯然, 現行水生態健康評價方法難以滿足長江生態考核的要求。

魚類和底棲動物等動物種數可作為生態考核的基本參數。理由有三條: (1)大家公認, 種數越多越好(入侵種除外)[10,11]。(2)魚類和底棲動物是最常用的生態評價類群, 其種類可用DNA條形碼精準鑒定(監測部門采集動物或其組織, 送公司測DNA,即可確定種類), 其中魚類技術最為成熟[12—15]。(3)每個水體的種數參照值可采用a)同類水體可達的最高水平, 該水平可依據種數-面積關系分位數模型或歷史記錄確定[16]; 或者b)評價元年(第一年)的數據, 基于所得指數的變化幅度進行評價。因此, 評價參照標準具有可達性。除種數外, 重要類群的資源量也是較好的評價參數, 如珍稀魚類的相對多度、雙殼類和EPT(蜉蝣目、襀翅目和毛翅目)昆蟲的多度等。

基于長江中下游水體底棲動物數據, 本文說明如何構建水生動物種類指數, 以期為長江水生態考核提供簡單易行的健康評價指標。

1 指數構建方法

水生動物類群(魚類和底棲動物等)種數指數SO/I的計算公式如下:

式中,SO為評價期(多為周年)所獲動物種數,SI為種數參照值。類似于式(1), 基于密度、生物量等, 可計算類群資源指數RO/I。若基于多個參數, 取均值。

綜合SO/I和RO/I, 計算動物類群種類指數SSO/I,計算公式如下:

式中,WS和WR分別為種數指數和資源指數的權重,建議權重分別為0.7和0.3。

最后, 綜合魚類種類指數(F-SSO/I)和底棲動物種類指數(B-SSO/I)等, 可得水生動物綜合種類指數(ΣSSO/I) , 計算公式如下:

根據水生動物綜合種類指數(ΣSSO/I)值的大小,將水生態環境質量狀況等級分為五級。若參照值是可達的最高水平, 則評價等級可分為優、良、中、差、極差; 若參照值是評價元年值, 指數變化較小即為合格(中), 明顯減少為不合格(差、極差),明顯增加則可定為優、良; 待數據運行多年后, 即可確定可達的最高水平。

2 指數應用

2.1 長江中下游湖泊

基于1998—2019年長江中下游91個中小型阻隔湖泊116個湖年的底棲動物數據, 構建種數-面積關系分位數模型, 選擇95%分位數作為種數參照值。據此, 建立種數指數SO/I(待發表)。結果顯示, 該指數(1)與基于隨機森林模型的RIVPACS型種類指數和多參數指數(B-IBI)、計分指數(BMWP)均呈顯著正相關; (2)與富營養化指標呈單峰關系; (3)與RIVPACS型種類指數一樣可以區分農村和城市湖泊, 而B-IBI和BMWP指數則無法區分, 說明種類指數評價能力優于多參數指數; (4)與RIVPACS型種類指數的評價能力基本一致, 但SO/I更加簡單實用。

2.2 長江中下游干流

基于2016—2020年長江中下游干流宜昌(YC)、監利(JL)和安慶(AQ)江段的底棲動物數據, 構建水生動物種類指數, 包括種數指數和資源指數。在干流, 底棲動物稀少, 現存量越多越好。結果顯示, 宜昌段健康狀況有變好的趨勢, 或與淹沒的漫灘面積增大有關; 監利段狀況有變差的趨勢; 安慶段基本穩定(表 1)。

表1 長江中下游干流三個江段的底棲動物水生動物種類指數(2016—2020)Tab. 1 B-AASI (Benthos-Aquatic Animal Species Index) of the three segments of the mid-lower Yangtze mainstem (2016—2020)

3 討論

實際應用水生動物種類指數時應注意: (1)標準化采集。點位設置、采樣工具、監測頻次和時間等基本保持一致, 每種生境均有足夠的采樣量[17,18]。(2)標準化鑒定。依據統一的分類系統, 盡可能鑒定到種或屬, 并保持鑒定水平一致; 最好建立相應的DNA條形碼鑒定系統。(3)剔除外來物種。

致謝：

感謝中國科學院水生生物研究所高文娟、馬雅雪、和雅靜、張夢娜等在底棲動物樣品采集、鑒定與數據分析過程中給予的幫助。