陜西省渭河流域生物完整性評估

張 蓉，曲 艷，徐春燕，尚瀟英，馮姣姣

（陜西省河流工程技術(shù)研究中心,陜西 西安 710018）

1 前言

渭河是黃河最大的支流,發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠同穴之山,于陜西省潼關(guān)縣港口鎮(zhèn)附近匯入黃河。陜西省境內(nèi)河道長512 km,占干流全長的62.6%,涉及寶雞、楊凌、咸陽、西安、銅川、渭南、商洛7 市47 縣（區(qū)）,是陜西人民的母親河。渭河流域生物的多樣性涉及植物、浮游動物、魚類和鳥類等多個方面,隨著流域經(jīng)濟社會發(fā)展,水資源供需矛盾日趨尖銳,生態(tài)流量得不到保障,水質(zhì)超標,生態(tài)環(huán)境破壞嚴重,水生生物種類嚴重縮減,水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況堪憂。開展渭河健康評價是水環(huán)境管理和保證水環(huán)境健康的重要內(nèi)容,生物完整性評估是其重要組成部分。底棲動物影響水生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)的分解與循環(huán),魚類處于食物鏈頂端,兩者對環(huán)境變化比較敏感,能夠綜合表征河流水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況［1］,因此渭河健康生物完整性評估中,選取“大型底棲無脊椎動物完整性指數(shù)”“魚類保有指數(shù)”兩個指標,于2017 年8 月份開展生物采樣,進行渭河生物完整性評估。

2 調(diào)查取樣與評價方法

2.1 調(diào)查取樣

結(jié)合研究區(qū)地貌形態(tài)、支流匯入、土地利用、水功能分區(qū)、行政分區(qū)等情況［2］,將陜西省渭河流域分為上游省界至寶雞峽山區(qū)評估河段、寶雞峽至蔡家坡寶雞城區(qū)評估河段、蔡家坡至楊凌界鄉(xiāng)村評估河段等10個評估河段。2017 年8 月在寶雞市鳳閣嶺鎮(zhèn)張家川村、拓石鎮(zhèn)仙龍村、營頭鎮(zhèn)紅河村、武功渭河橋、普化鎮(zhèn)馬樓村、新豐橋、大明鎮(zhèn)毛溝村、拾村8 個點位處進行了生物指標采樣。

底棲動物取樣河段的設(shè)置采用固定長度法,每個取樣點位的調(diào)查評估范圍定為1 km。在每個監(jiān)測點位處上下游方向,以100 m為間隔設(shè)置監(jiān)測斷面,取樣范圍自岸邊向深弘延伸30 m或至水深6 m水域。最終在實驗室通過顯微鏡或解剖鏡進行分類和計數(shù),樣品鑒定到屬或種。

在渭河干流拓石鎮(zhèn)仙龍村、武功渭河橋、新豐橋、拾村4 個點,結(jié)合電魚法和掛網(wǎng)法進行魚類采樣,每個點位采樣時間為30 min,4 個樣品綜合成一個分析樣進行渭河魚類的種類鑒別分析。易于辨認的現(xiàn)場鑒定、計數(shù)并稱重。不易辨認的進行標記保存,最終魚類樣品全部鑒定到種。

2.2 評價方案

此次研究依照2010 年水利部發(fā)布的《河流健康評估指標、方法與標準》（1.0版）和2020 年發(fā)布的《河湖健康評估技術(shù)導則》中生物完整性的要求開展評估工作。

（1）大型底棲無脊椎動物完整性指數(shù)（BIBI）

將取樣點分為參照系和受損系兩類,通過對20 個備選生物參數(shù)進行判別能力分析、冗余度分析和變異度分析,篩選和淘汰不能充分反映水生態(tài)系統(tǒng)受損情況的參數(shù)［3］,保留具有較強判別能力、較強獨立性、變異度較小的參數(shù)最終構(gòu)建BIBI指數(shù)。

采用比值法統(tǒng)一各入選參數(shù)的量綱,將各評估參數(shù)的分值進行加和,得到BIBI指數(shù)值。以參照系樣點BIBI值由高到低排序,選取25%分位值作為最佳期望值BIBE［3］,BIBI指數(shù)賦分100。評估河段BIBr的賦分為評估河段底棲動物完整性指標值BIBI與最佳期望值BIBE的比值。

（2）魚類保有指數(shù)（FOE）

魚類保有指數(shù)FOE用評估河段現(xiàn)狀調(diào)查獲得的魚類種類數(shù)量PO,與1980 s以前魚類種類數(shù)量FE的比值計算得到,PO中不包括外來魚種。

（3）生物完整性賦分

以大型底棲無脊椎動物完整性指數(shù)的賦分（BIBIr）與魚類保有指數(shù)的賦分（FOEr）2 個評估指標的最小值作為河段生物完整性賦分ALr。

在河段生物完整性評價的基礎(chǔ)上,對照河湖生物健康標準,根據(jù)河長加權(quán)進行研究河流的生態(tài)完整性綜合評估及賦分。

3 評估結(jié)果

3.1 大型底棲無脊椎動物

在采樣點中選擇無干擾和干擾極小的鳳閣嶺鎮(zhèn)張家川村、營頭鎮(zhèn)紅河村、藍田縣馬樓村、大明鎮(zhèn)毛溝村4個點作為參考點位,其余受到人類活動干擾的點位作為受損點。

本次調(diào)查渭河陜西段共鑒定底棲動物27 種,分屬于3 門6綱,其中昆蟲綱種類最多,占總底棲動物物種的70%,主要物種為蜉蝣目,本次在昆蟲綱收集的樣品中鑒定出積翅目、大積科的石蠅,為典型的底棲動物清潔物種,以前曾在渭河子流域周至段采集到過該種。位于第二位的是腹足綱,占總底棲動物物種的15%,主要物種為螺類的耳蘿卜螺。位于第三位的是軟甲綱,占總底棲動物物種的7%,主要物種為秀麗白蝦。

分析20 個備選生物指數(shù)在參考點和受損點的分布情況,對20 個備選生物參數(shù)進行評估。按照Barbour方法比較參照系和受損系各個備選參數(shù)箱體的重疊程度（見圖1）進行判別能力分析,確定總分類單元數(shù)、EPT分類單元數(shù)、蜉蝣目個體相對豐度、水生昆蟲分類單元數(shù)、敏感類群分類單元數(shù)、敏感個體相對豐度、耐污類群個體相對豐度7個指標作進一步分析使用；冗余度分析后確定EPT分類單元數(shù)、蜉蝣目個體相對豐度、耐污個體相對豐度進行下一步分析；變異度分析中環(huán)境壓力值選擇理化指標中的電導率,電導率能夠顯著地影響水生生物類群,特別是大型底棲動物物種存活和群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,3 個指標對環(huán)境壓力值的相應相關(guān)系數(shù)都在0.6 以上,符合該區(qū)域生境特點。評估分析最終篩選確定BIBI指數(shù)構(gòu)成體系為EPT分類單元數(shù)、蜉蝣目個體相對豐度、耐污個體相對豐度。

圖1 渭河指標箱形圖篩選

表1 比值法計算3個指數(shù)值的公式

根據(jù)各指數(shù)值在參照點和所有樣點中的分布,最終確定最佳期望值BIBE為2.47,BIBI指數(shù)賦分100。8個樣點的底棲生物完整性評估狀況及BIBIr指標賦分成果見表2。

表2 生物準則層賦分

3.2 魚類保有指數(shù)

解放后,針對渭河魚類有多項研究,但其調(diào)查范圍僅限于局部地區(qū)的某些屬、種,調(diào)查資料、標本都有一定的局限。結(jié)合《秦嶺魚類志》《陜西魚類志》及黃洪富、宋世良等人的研究成果［4-8］,最終確定1980 s以前渭河魚類共78 種,隸屬7 目11 科。

此次調(diào)查渭河陜西段共采集魚類382 尾,共5538 g,分屬于3 目6 科18 種,其中鯉科種類最多,有棒花魚、餐鰷、鯽、鯉、馬口魚、興凱鮈、棒花鮈、似銅鮈、短須頜鮈、清徐胡鮈、麥穗魚11種,占魚類物種的61%,主要物種清徐胡鮈和棒花鮈,屬清潔物種。位于第二位的是鰕虎魚科和鰍科,占魚類總物種的11%,其中鰕虎魚科主要物種為褐氏櫛鰕虎魚,鰍科主要物種有泥鰍和貝氏高原鰍。考慮到采樣時間及周期、魚類完整生活史等多方面原因,將此次調(diào)查數(shù)據(jù)與陜西省水產(chǎn)研究所2013 年~2016 年多次采樣結(jié)果相結(jié)合,最終確定現(xiàn)狀條件下渭河魚類有5目10科47種,其中,鯉科30種、鰍科4種、鲿科5種、鯰科5種、合鰓科1 種、絲足鱸科1種、鰕虎魚科1種、塘鱧科1種,鱧科1種、異鳉科1種。

對比發(fā)現(xiàn)渭河魚類新增記錄7種,分別為鏡鯉、錦鯉、花棘似刺鳊鮈、荷包鯉、異育銀鯽、彩鯽、圓尾斗魚。經(jīng)過專家咨詢確認圓尾斗魚屬于本地魚類,故將歷史調(diào)查種類數(shù)調(diào)整為79種,FE=79。鏡鯉等其他6種魚為外來物種,則現(xiàn)狀條件下渭河魚類為41種,FO=41種。渭河魚類保有指數(shù)FOE為0.52,指標賦分FOEr為32.31,魚類保有指為不健康狀態(tài)。

3.3 生物完整性賦分

將上述2 個評估指標的最小分值作為各個河段生物準則層賦分,渭河各河段均為不健康,生物狀況較差。陜西省渭河流域生物完整性綜合賦分為22.55,為不健康狀態(tài)。

4 結(jié)論

此次調(diào)查發(fā)現(xiàn)：渭河中游底棲動物群落結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定,受外部環(huán)境干擾時,具有一定抗干擾能力,且參考點優(yōu)于受損點。涇河口至方山河口段底棲動物完整性指數(shù)賦分偏低,反映了渭河干流下游生物完整性相對較差的現(xiàn)狀。相比20世紀80年代,渭河魚類物種數(shù)明顯減少,魚類物種損失嚴重。相比上下游,渭河中游魚類物種數(shù)較多。總體而言渭河生物完整性狀況呈病態(tài)主要是由于魚類物種損失嚴重,生物群落結(jié)構(gòu)受損。