基于B-IBI的長江源生態健康評價

簡 文 杰,張 斌 興,羅 洪 波,萬 雷,馬 祥 元

(長江空間信息技術工程有限公司(武漢),湖北 武漢 430010)

0 引 言

長江源位于“世界第三極”青藏高原腹地,是國家生態安全的重要屏障。近年來,由于旅游業的迅速發展,人為干擾使得長江源生態遭受了一定程度的破壞。長江源生態系統脆弱,系統自然恢復能力差,多年來長江源缺乏定量化的健康評價分析,導致無法對長江源生態健康進行針對性的保護,因此開展長江源健康評價工作對于保護長江源生態環境具有重要意義。

生物完整性指數(index of biotic integrity,IBI)自提出以來,經過多年的發展,目前已經成為水生態健康定量評價最普遍使用的指標之一[1]。IBI基于具有不同敏感性的指標篩選出相對敏感的核心生物指標,能夠反映水生態健康狀態,因此十分適合河湖水生態健康定量評價。IBI在中國河湖健康評價過程中運用廣泛。左新宇等利用浮游植物完整性指數(P-IBI)對長江流域大寧河進行了生態健康評價[2]。王備新等應用底棲動物完整性指數(B-IBI)評價溪流健康[3]。朱迪等基于魚類生物完整性指數(F-IBI)對長江流域部分河湖進行了健康評價[4]。

底棲動物的種類、種群結構、生物量等參數能夠反映環境因子的長期變化,是目前公認的最理想的水質生物監測指標[5]。底棲動物完整性指數(B-IBI)由Karr[6]和Kerans[7]等提出,通過構建B-IBI可以對河湖水生態狀況進行較為全面和科學的健康評價。近年來,利用底棲動物完整性指數進行河流、湖泊和水庫生態健康度評價的研究也越來越多[8-11]。

本文通過實地調查和水生生物監測,采集了2022年8月(豐水期)和10月(枯水期)長江正源沱沱河和長江南源當曲7個監測斷面的大型底棲無脊椎動物樣本,獲取了各個斷面的底棲動物定量數據。經判別能力分析和冗余度分析,選取了總分類單元數、搖蚊個體數百分比、優勢類群個體數百分比和粘附者個體數百分比4個參數,計算了底棲動物完整性指數(B-IBI),構建了基于B-IBI的長江源健康評價體系和標準,對長江源整條河流、各河段以及各斷面的生態健康現狀分別進行了定量評價。

1 材料和方法

1.1 監測方法

1.1.1采樣時間與斷面設置

2022年8月(豐水期)和10月(枯水期)分別開展了底棲動物調查監測,基于前期對長江源水生態環境現狀的了解,共設置7個調查監測點位,采樣點位分布見表1和圖1。

圖1 底棲動物監測點布置Fig.1 Layout of monitoring points for benthic animal

表1 監測斷面基本情況Tab.1 Basic information of monitoring sections

1.1.2檢測方法

河心區采用改良式彼得森采泥器或帶網夾泥器采集,近岸淺水或硬底區域使用D型網或手抄網輔助采集。采集后用40目網篩將底質清洗干凈,將篩上全部肉眼所見的動物用攝子挑出以及吸管吸出。為減小誤差,每點要采集兩個平行樣(包括用改良式彼得森采泥器和帶網夾泥器),即在一個點位上同時采集兩次,以減少因底棲動物在底質中分布不均造成的誤差。挑出的底棲動物立即放入5%的甲醛溶液或75%的酒精溶液中固定。固定液需為動物體積的10倍以上,固定前應先記錄標本的顏色,以備鑒定標本時使用[12-15]。

1.2 B-IBI構建

參照相關文獻[16-19],經判別能力分析和冗余度分析,最終選取了總分類單元數、搖蚊個體數百分比、優勢類群個體數百分比和粘附者個體數百分比4個參數作為本次健康評價大型底棲無脊椎動物生物完整性指數評價的參數,綜合反映底棲動物多樣性和豐富度、群落結構組成、耐污能力和功能攝食類群與生活型(見表2)。

表2 B-IBI評價指標Tab.2 B-IBI evaluation index

1.3 B-IBI賦分方法

大型底棲無脊椎動物生物完整性指數(B-IBI)通過對比參考點和受損點大型底棲無脊椎動物狀況進行評價。基于候選指標庫選取核心評價指標,對評價河湖底棲生物調查數據按照評價參數分值計算方法,計算B-IBI指數監測值,根據河湖所在水生態分區B-IBI最佳期望值,按照式(1)計算B-IBI指標賦分。

(1)

式中:BIBIs為評價河湖大型底棲無脊椎動物生物完整性指數賦分;BIBIo為評價河湖大型底棲無脊椎動物生物完整性指數監測值;BIBIe為河湖所在水生態分區大型底棲無脊椎動物生物完整性指數最佳期望值。

根據此方法以及水利部批復的《河湖健康評價指南》,對各斷面生態狀況進行B-IBI指數的計算、賦分和等級劃分。將樣點生態狀況等級分為“非常健康、健康、亞健康、不健康、劣態”5個級別,其健康等級劃分標準見表3。

表3 健康等級的劃定標準Tab.3 Criteria for delimitation of health level

2 結果和討論

2.1 監測結果

根據底棲動物監測分析結果,長江源干流7個監測點位獲取的底棲動物情況如下。

2.1.1沱沱河-1監測點

種類組成方面,沱沱河-1監測點共計監測到底棲動物5目5科6屬,其中,雙翅目1科2屬,占33%。現存量方面,沱沱河-1監測點底棲動物的密度均值為41 ind./m2,生物量均值為0.05 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明沱沱河-1監測點生物多樣性指數為1.39。按照密度超過20%為優勢種進行統計,沱沱河-1監測點以四節蜉屬為優勢種,占比達42%,多足搖蚊屬為次優勢種,占比達32%。

2.1.2沱沱河-2監測點

種類組成方面,沱沱河-2監測點共計監測到底棲動物3目3科5屬,雙翅目1科2屬,占40%。現存量方面,沱沱河-2監測點底棲動物的密度均值為36 ind./m2,生物量均值為0.05 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明沱沱河-2監測點生物多樣性指數為0.93。按照密度超過20%為優勢種進行統計,沱沱河-2監測點以四節蜉屬為優勢種,占比達67%。

2.1.3沱沱河-3監測點

種類組成方面,沱沱河-3監測點共計監測到底棲動物3目3科4屬,其中,雙翅目搖蚊科2屬,占50%。現存量方面,沱沱河-3監測點底棲動物的密度均值為75 ind./m2,生物量均值為0.12 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明沱沱河-3監測點生物多樣性指數為1.31。按照密度超過20%為優勢種進行統計,沱沱河-3監測點以多足搖蚊屬為優勢種,占比達40%。

2.1.4當曲-1監測點

種類組成方面,當曲-1監測點共計監測到底棲動物2目3科4屬,其中,雙翅目直突搖蚊亞科2屬,占50%。現存量方面,當曲-1監測點底棲動物的密度均值為52 ind./m2,生物量均值為0.04 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明當曲-1監測點生物多樣性指數為1.20。按照密度超過20%為優勢種進行統計,當曲-1監測點以中華河蚓屬為優勢種,占比達38%,直突搖蚊屬為次優勢種,占比達35%。

2.1.5當曲-2監測點

種類組成方面,當曲-2監測點共計監測到底棲動物4目4科6屬,雙翅目1科3屬,均占50%。現存量方面,當曲-2監測點底棲動物的密度均值為48 ind./m2,生物量均值為0.24 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明當曲-2監測點生物多樣性指數為1.45。按照密度超過20%為優勢種進行統計,當曲-2監測點以四節蜉屬為優勢種,占比達42%,河蚓屬為次優勢種,占比達30%。

2.1.6當曲-3監測點

種類組成方面,當曲-3監測點共計監測到底棲動物1目2科5屬,其中,雙翅目搖蚊科3屬,占60%。現存量方面,當曲-3監測點底棲動物的密度均值為162 ind./m2,生物量均值為0.05 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明當曲-3監測點生物多樣性指數為1.16。按照密度超過20%為優勢種進行統計,當曲-3監測點以烏烈搖蚊屬為優勢種,占比達63%。

2.1.7長江-1監測點

種類組成方面,長江-1監測點共計監測到底棲動物3目3科4屬,其中,蜉蝣目1科2屬,占50%。現存量方面,長江-1監測點底棲動物的密度均值為50 ind./m2,生物量均值為0.02 g/m2。多樣性方面,香農-維納生物多樣性指數分析表明長江-1監測點生物多樣性指數為1.22。按照密度超過20%為優勢種進行統計,長江-1監測點以側枝紋石蛾屬為優勢種,占比達48%。

2.2 底棲動物監測結果分析

根據7個監測點位的底棲動物監測結果,對比分析長江源不同河段大型底棲無脊椎動物特征。

2.2.1種類組成

沱沱河監測斷面共計監測到底棲動物6目8科10屬,當曲監測斷面共計監測到底棲動物4目6科11屬,長江-1監測點共計監測到底棲動物3目3科4屬,其中,沱沱河-1和當曲-2是監測斷面中種類數最為豐富的斷面,具體如圖2所示。整體上看,長江源底棲動物種類數較為豐富。

圖2 各監測點底棲動物種類數Fig.2 Numbers of benthos at each monitoring point

2.2.2平均密度

與種類組成類似,當曲-3監測點底棲動物平均密度最高,為162 ind./m2;沱沱河-2監測點平均密度最低,為36 ind./m2,具體如圖3所示。

圖3 各監測點底棲動物平均密度Fig.3 Average density of benthos at each monitoring point

2.2.3多樣性指數

長江源底棲動物的香農-維納多樣性指數介于0.93～1.45,均值為1.24,具體如圖4所示。整體上看,長江源底棲動物生物多樣性較高,說明長江源上游環境較適宜底棲動物生存。

圖4 各監測點底棲動物多樣性指數Fig.4 Diversity index of benthos at each monitoring point

2.3 B-IBI賦分

根據大型底棲無脊椎動物生物完整性指數評價指標,計算各監測點位生物完整性指數,最后以各評價河段長度為權重計算得到長江源大型底棲無脊椎動物生物完整性指數賦分為87.2分,具體如表4所列。

表4 B-IBI賦分Tab.4 B-IBI scoring

從整體上來看,長江源處于“健康”狀態,這是由于長江源區海拔高,平均海拔5 km左右,人口稀疏,大部分河段處于天然狀態,基本未受到人類活動干擾。從分段上來看,沱沱河源頭至波隴曲匯入口河段和巴青村至查吾曲匯入口河段處于“非常健康”狀態,其他河段都處于“健康”狀態。其中波隴曲匯入口至唐古拉山鎮河段評分較低,為77.2分,這是由于該河段經過唐古拉山鎮,并且G109國道穿過此河段,屬于人口較為密集區域,進出藏的游客以及過往的貨車大多會在唐古拉山鎮停留,污染物負荷較大,導致評分較低。

3 結 論

本文通過構建大型底棲無脊椎動物生物完整性指數評價體系,對長江源河流整體、河段和各斷面進行健康評價賦分。本次評價長江源總體處于健康狀態,整體受損較輕。受損最嚴重的河段為波隴曲匯入口至唐古拉山鎮河段,初步推斷,該河段經過唐古拉山鎮以及G109國道,人口密集,污染物負荷大,可能是其受損較為嚴重的重要原因,應當予以重點關注,加強排污控制和污染物處理。

長江源地處生態環境脆弱的高海拔區,生態系統結構簡單,生態系統脆弱,系統自然恢復能力差。隨著西藏旅游業的發展,藏北高原的人為干擾也越來越嚴重,加之人們生物多樣性保護意識差,必然面臨著生物多樣性降低的問題。隨著旅游資源的開發,過往的人員和車輛較多,道路建設不可避免地對區域生態景觀產生分割和破碎作用,道路附近的植被已遭受較多干擾,使得生物棲息地遭受破壞。長江源流域部分區域面臨生態環境退化、功能減退、生物多樣性受到威脅等問題,亟待加強保護。