基于魚類生物完整性指數(shù)的黃河口近岸漁業(yè)水域健康評價

牛明香　王俊　左濤　李永濤　程兆龍

摘要：構(gòu)建黃河口近岸水域魚類生物完整性指數(shù)（F-IBI）評價指標(biāo)體系，可為河口典型漁業(yè)水域的生態(tài)修復(fù)和漁業(yè)資源可持續(xù)利用提供科學(xué)參考?；?020年黃河口近岸水域魚類資源底拖網(wǎng)調(diào)查，分別以1982-1983年和2013-2014年的調(diào)查數(shù)據(jù)為參照點，從種類組成與豐度、繁殖共位群和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)等方面篩選14個評價指標(biāo)，構(gòu)建黃河口近岸水域F-IBI評價指標(biāo)體系，采用1、3、5賦值法計算魚類生物完整性指數(shù)，用以評價黃河口近岸漁業(yè)水域健康狀況。結(jié)果顯示，與20世紀(jì)80年代初相比，黃河口近岸水域魚類生物完整性水平為“差”；與2013-2014年相比，魚類生物完整性水平為“好”。相較于20世紀(jì)80年代初，近40年來黃河口近岸水域生態(tài)健康狀況下降嚴(yán)重，處于較差的水平；但與2013-2014年相比，2020年黃河口近岸水域生態(tài)健康狀況變化不明顯。過度捕撈、環(huán)境污染、入海徑流量銳減等因素致使黃河口魚類棲息環(huán)境惡化，資源結(jié)構(gòu)被破壞，生物完整性降低，生態(tài)健康狀況下降。

關(guān)鍵詞：魚類生物完整性指數(shù)；生態(tài)系統(tǒng)；健康評價；漁業(yè)水域；黃河口

中圖分類號：X826? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號：1674-3075（2023）06-0045-08

生物完整性指數(shù)（Index of Biotic Integrity， IBI）于1981年由Karr（1981）提出，作為水體污染指標(biāo)用以評價水環(huán)境質(zhì)量，其后指標(biāo)體系發(fā)展為多種形式（朱迪和常劍波，2004）；經(jīng)過Fausch等（1990）修訂后，采用12個指標(biāo)（包括種類結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、數(shù)量和體質(zhì)狀況三大類別）的IBI體系得到了較為廣泛的應(yīng)用。IBI是目前水生態(tài)系統(tǒng)健康評價中廣泛應(yīng)用的指標(biāo)，常用的包括魚類完整性指數(shù)（F-IBI）（Toham & Teugels，1999）、底棲動物完整性指數(shù)（B-IBI）（陳凱等，2017）、浮游生物完整性指數(shù)（P-IBI）（崔亮等，2019）等。魚類在食物網(wǎng)中處于較高位置且對水質(zhì)具有高度敏感性，作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，魚類被認(rèn)為是評價河口生態(tài)系統(tǒng)健康的理想物種（余景等，2017；劉守海等，2018）。因此，以魚類為研究對象的生物完整性指數(shù)，在河口、海灣、河流以及湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康評價中得到廣泛應(yīng)用（毛成責(zé)等，2011；邊坤等，2021）。

黃河是注入渤海的主要河流，每年輸入的淡水占渤海淡水總輸入量的75%以上（Liu，2015），毗鄰的萊州灣有小清河、濰河等多條河流入海。入海徑流帶來了豐富的泥沙和各種營養(yǎng)鹽，為海洋生物生長、發(fā)育提供了良好的生態(tài)環(huán)境，是黃、渤海眾多海洋生物的產(chǎn)卵場、育幼場和索餌場（金顯仕和鄧景耀，2000）。在黃河徑流量減少、季節(jié)性斷流、過度捕撈以及環(huán)境污染的影響下，漁業(yè)資源衰退，種群結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，生物多樣性下降，甚至部分魚類產(chǎn)卵場消失（卞曉東等，2010；呂振波等，2013），區(qū)域生態(tài)健康狀況也發(fā)生了相應(yīng)變化。有學(xué)者對黃河口及鄰近水域（張芮等，2017）、萊州灣水域（林群等，2021）進(jìn)行了魚類生物完整性評價，但黃河口近岸漁業(yè)水域（包括黃河口及河口南北兩側(cè)）的魚類生物完整性評價尚未見報道。本研究以魚類構(gòu)建黃河口近岸漁業(yè)水域的F-IBI指標(biāo)體系，評價區(qū)域生態(tài)健康狀況，旨在為黃河口近岸水域生態(tài)修復(fù)和健康發(fā)展提供參考依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?數(shù)據(jù)來源

本次研究中，2020年的魚類數(shù)據(jù)來源于4-5月（春季）、6-7月（夏季）、12月（冬季）黃河口近岸水域（119°00′～119°25′E、37°20′～38°05′N）5個航次的魚類資源底拖網(wǎng)實地調(diào)查，在區(qū)域內(nèi)布設(shè)31個調(diào)查站位（圖1）。調(diào)查船為小型木殼漁船，船長12.50 m，船寬4.30 m，型深0.95 m。每站拖網(wǎng)1次，時長20 min，平均拖速2.0～2.5 nmile/h。按照《海洋調(diào)查規(guī)范 第6部分：海洋生物調(diào)查》（GB/T 12763.6-2007）和《海洋漁業(yè)資源調(diào)查規(guī)范》（SC/T 9403-2012）進(jìn)行魚類樣品的采集、保存、分析處理和生物學(xué)測定。

1.2? ?F-IBI指標(biāo)設(shè)置

參考有關(guān)研究（唐啟升等，1997；張芮等，2017；林群等，2021），根據(jù)黃河口及近岸水域魚類組成特征、水域生態(tài)系統(tǒng)特征及數(shù)據(jù)可獲得性等因素，設(shè)置三大類14個指標(biāo)，構(gòu)建F-IBI評價指標(biāo)體系，包含種類組成與豐度、繁殖共位群和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)（表1）。

1.3? ?參照點確定

理想的參照點應(yīng)為在同一生態(tài)地區(qū)中未受損點或受損極小樣點進(jìn)行調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)，或者根據(jù)歷史資料確定各指標(biāo)的期望值（Karr，1991）。由于現(xiàn)今河口水域均受到不同程度的干擾，本文以研究區(qū)域的歷史數(shù)據(jù)為參照點。為比較不同年代黃河口水域魚類生物完整性變化，分別采用1982－1983年的歷史調(diào)查數(shù)據(jù)（鄧景耀和金顯仕，2000；張芮等，2017；林群等，2021）以及2013－2014年的數(shù)據(jù)（王嬌等，2019）為參照點，對應(yīng)指標(biāo)的歷史結(jié)果作為期望值。

1.4? ?指標(biāo)賦值和評價標(biāo)準(zhǔn)

基于期望值，將各指標(biāo)實測值分為三等，采用1、3、5分賦值法，1分表示指標(biāo)實測值與期望值強烈偏離，5分表示二者十分接近，3分為中等（Karr & Chu， 2000）。指標(biāo)的復(fù)合采用等權(quán)重處理，將各指標(biāo)的分值合計即為F-IBI值。根據(jù)研究區(qū)的實際情況，參考相關(guān)研究（Karr et al，1986；張芮等，2017），將黃河口近岸水域的F-IBI值分為5個等級（表2）。若F-IBI值介于2個評價等級的分值之間，則魚類完整性評價處于2個等級之間的水平。采用以下公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除指標(biāo)數(shù)量不同造成的F-IBI總分差異（Moyle & Randall，1998；余景等，2017）：

1.5? ?指標(biāo)計算

平均單位網(wǎng)次漁獲量（kg/h）為全年5次調(diào)查均值。計算魚類Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H'）：

式中：S為種類數(shù)，Pi為第i種魚所占總漁獲量的比例。

各魚種的棲息水層、適溫類型、魚卵類型、食性類型及耐受性等生態(tài)習(xí)性參考相關(guān)文獻(xiàn)（鄧景耀等，1997；萬瑞景和姜言偉，2000；楊紀(jì)明，2001；張波等，2015；陳大剛和張美昭，2016；張波，2018）和FishBase信息確定。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?魚類組成

黃河口近岸水域2020年4-7月以及12月5個航次調(diào)查共捕獲魚類37種（表3）。其中，鱸形目魚類21種，約占總種類數(shù)的56.8%；蝦虎魚9種，約占24.3%；5個航次的生物多樣性指數(shù)為2.3。按生態(tài)類型劃分，底層魚類27種，約占總種類數(shù)的73.0%；中上層魚類10種，約占27.0%。按適溫類型劃分，暖溫性種類23種，暖水性種類10種，冷溫性種類4種，分別占總種類數(shù)的62.2%、27.0%、10.8%。根據(jù)魚卵類型，產(chǎn)浮性卵魚類19種，占51.4%；產(chǎn)附著性卵魚類10種，占27.0%；產(chǎn)粘著沉性卵魚類5種，占13.5%；產(chǎn)粘著浮性卵魚類1種，占2.7%；卵胎生魚類2種，占5.4%。按魚類食性類型劃分，浮游動物食性魚類5種，底棲動物食性魚類14種，雜食性魚類6種，廣食性魚類11種，食魚性魚類1種，分別占13.5%、37.9%、16.2%、29.7%、2.7%。按洄游類型劃分，定居性魚類最多，有21種，占56.8%；洄游性魚類13種，占35.1%；河口魚類3種，占8.1%。

2.2? ?F-IBI指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)及健康評價

以1982-1983年數(shù)據(jù)為參照點，2020年黃河口近岸水域F-IBI得分為29.14（表4），其生物完整性等級水平為“差”（表2）；表明與1982-1983年相比，黃河口近岸水域生態(tài)健康狀況差，魚類種類豐度較低，鱸形目和蝦虎魚種數(shù)比例較高，雜食性魚類占據(jù)優(yōu)勢。

以2013-2014年數(shù)據(jù)為參照點，2020年黃河口近岸水域F-IBI得分為48.00（表5），其生物完整性等級水平為“好”（表2）；表明與2013-2014年相比，黃口近岸水域生態(tài)健康狀況有所下降，但下降程度相對小。種類豐度低于參考值，某些種類的數(shù)量和分布低于參考值，但多樣性指數(shù)較高；鱸形目種類數(shù)、中上層魚類比例均較高，雜食性魚類種類數(shù)比例高于期望值。

3? ?討論

3.1? ?黃河口近岸水域F-IBI評價指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究應(yīng)用魚類生物完整性指數(shù)法（F-IBI），綜合了種類組成與豐度、繁殖共位群、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)等指標(biāo)，評價了黃河口近岸水域的健康狀況，彌補了單一評價指標(biāo)的不足。魚類生物完整性指數(shù)法不僅能有效評價漁業(yè)水域的健康狀況，還能對魚類及漁業(yè)資源本身進(jìn)行客觀描述（朱迪和常劍波，2004）。魚類生物種類鑒定和數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性是決定IBI評價結(jié)果正確與否的基礎(chǔ)（Karr，1981），漁獲物科學(xué)取樣、準(zhǔn)確的種類鑒定和生物學(xué)分析至關(guān)重要。本文所用分析數(shù)據(jù)和參照數(shù)據(jù)（金顯仕和鄧景耀，2000；王嬌等，2019）均為底拖網(wǎng)漁獲數(shù)據(jù)，且由專業(yè)人員分析，準(zhǔn)確可靠。

IBI指標(biāo)體系構(gòu)建時應(yīng)全面考慮，避免遺漏關(guān)鍵指標(biāo)。IBI最初用于河流健康評價，由12個評價指標(biāo)構(gòu)成，但由于區(qū)域和生態(tài)類型的差異性以及人類活動干擾程度的不同，現(xiàn)今已發(fā)展為多種形式。本研究綜合考慮區(qū)域特征并借鑒他人研究成果（張芮等，2017；林群等，2021），從3個方面選取了14個指標(biāo)，構(gòu)建了黃河口近岸水域漁業(yè)F-IBI評價指標(biāo)體系。選取的14個評價指標(biāo)具有完整的生態(tài)學(xué)涵義，可以全面反映魚類群落結(jié)構(gòu)的不同特征，響應(yīng)環(huán)境壓力梯度的變化（黃凱等，2018），能夠科學(xué)評價黃河口近岸漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。

參照點的選取對IBI評價體系的構(gòu)建和評價結(jié)果具有導(dǎo)向性和決定性作用，關(guān)于如何確定參照點，目前尚未形成統(tǒng)一的方法。本研究選取了2個不同時期的歷史數(shù)據(jù)作為參照點，1982－1983年，人類對環(huán)境干擾相對較少，可以作為研究時段內(nèi)黃河口水域生物完整性的理想狀況；2013－2014年，近岸水域魚類資源和水環(huán)境條件已惡化，利用該數(shù)據(jù)作為參照點，可以反映近10年內(nèi)黃河口水域生物完整性變化情況。

3.2? ?時間參照點可客觀評價近岸水域健康現(xiàn)狀

利用F-IBI指標(biāo)體系對黃河口近岸水域進(jìn)行健康評價，可以反映不同類型干擾因子的綜合作用程度，干擾越強，F(xiàn)-IBI指數(shù)越低。本研究表明，與2個參照點相比，黃河口近岸水域生態(tài)系統(tǒng)健康水平均下降，但下降幅度差異明顯。與1982-1983年比，黃河口近岸水域魚類生物完整性為“差”；與2013-2014年相比，魚類生物完整性等級為“好”。張芮等（2017）以20世紀(jì)80年代初數(shù)據(jù)為參照點，評價黃河口及其鄰近水域魚類完整性水平為“極差”；林群等（2021）以1982－1983年數(shù)據(jù)為參照點，評價萊州灣2016-2017年魚類完整性為“差”。本研究區(qū)域綜合了萊州灣和黃河口水域，研究結(jié)果與其基本一致，符合黃河口近岸水域生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀；其他學(xué)者用人海關(guān)系空間量化模型（李延峰等，2015）、結(jié)構(gòu)功能指示分析（宋德彬等，2017）等方法評價了萊州灣西南部、萊州灣-渤海灣健康狀況，結(jié)果均為“較差”，也與本研究結(jié)論相符，表明利用魚類生物完整性指數(shù)能客觀地評價黃河口近岸水域的健康狀況。

3.3? ?人類活動和自然變化影響黃河口水域生態(tài)系統(tǒng)

黃河口水域生態(tài)系統(tǒng)同時受人類活動和自然變化的雙重壓力，其健康狀況的變化也受到多種因素的影響，如捕撈強度、環(huán)境污染、黃河入海徑流量等。適度的捕撈強度會增加魚類多樣性，但過高的捕撈強度又會使魚類多樣性下降（Washington，1984）。根據(jù)《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》，黃渤海區(qū)的魚類捕撈努力量從20世紀(jì)80年代初期開始急劇增加，2002年達(dá)到最高峰，之后呈波動下降趨勢；與1980年相比，環(huán)渤海三省一市（山東省、河北省、遼寧省和天津市）擁有的海洋捕撈力量，2002年、2014年、2020年的海洋機動漁船總功率約為1980年的5.4、4.6、3.1倍。過度捕撈影響了黃河口生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能，使得漁業(yè)質(zhì)量下降，漁業(yè)資源結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，生物完整性遭到破壞（金顯仕和鄧景耀，2000；張崇良等，2017；楊濤等，2018）。

黃河口水域有黃河、小清河等多條河流入海，河水徑流帶來大量的陸源營養(yǎng)鹽，使得該水域餌料生物豐富，黃河口是黃、渤海漁業(yè)生物的產(chǎn)卵場、育幼場和索餌場；該區(qū)域內(nèi)的工礦企業(yè)和養(yǎng)殖池分布集中，污染物直接或間接排入海洋，生態(tài)環(huán)境遭到破壞。陸源污染主要為溶解態(tài)無機氮（DIN），其過量排放是影響黃河口水域環(huán)境的主要因素，以小清河和黃河的影響最為顯著，且污染物在河口不易擴散，形成污染高值區(qū)（張雪等，2012；王琰等，2021）。根據(jù)利津水文站1980-2020年統(tǒng)計資料，自1983年開始，黃河徑流量呈逐年下降趨勢，1997年下降至最低點，入海徑流量僅18.61億m3，之后呈波動緩慢上升趨勢，2018年徑流量開始劇增；而斷流天數(shù)和河流攜帶污染物數(shù)量1986年以來呈逐年增加之勢，黃河斷流時間由20世紀(jì)70-80年代的年均8～10 d增加至90年代的94 d；其中，1997年和1998年分別高達(dá)226 d和141 d。黃河徑流量銳減、斷流天數(shù)增加以及陸源污染物排放對黃河口漁業(yè)生物棲息地多樣性、漁業(yè)生物的多樣性和完整性都帶來負(fù)面影響（鄧景耀和金顯仕，2000）。水域生態(tài)環(huán)境惡化，魚類產(chǎn)卵場遭到破壞，有些水域甚至喪失了產(chǎn)卵場的功能（崔毅等，2003）。由此可見，20世紀(jì)80年代以來，黃河口水環(huán)境質(zhì)量惡化和過度捕撈使得魚類組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，生物完整性顯著下降。

2002年開始的調(diào)水調(diào)沙有效遏制了黃河斷流（齊璞等，2000）；2018年底開始的“渤海綜合治理攻堅戰(zhàn)行動計劃”取得成效。研究表明，2020年萊州灣水域環(huán)境和富營養(yǎng)化狀況有所改善，主要污染物無機氮的含量大幅降低，富營養(yǎng)化面積顯著減少（王琰等，2021）。近年來的捕撈力量下降、污染程度降低、黃河入海徑流增加，均有利于黃河口水域生態(tài)環(huán)境改善；增殖放流等漁業(yè)資源養(yǎng)護措施的實施，對漁業(yè)資源起到了一定的保護作用。因此，與2013－2014年相比，黃河口水域魚類生物完整性仍為“好”的等級，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況下降緩慢。

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（責(zé)任編輯? ?萬月華）

Health Assessment of Coastal Fishery Waters in the Yellow River Estuary Based

on the Fish Index of Biotic Integrity

NIU Ming‐xiang1，2， WANG Jun1， 2， ZUO Tao1， 2， LI Yong‐tao1， 2， CHENG Zhao‐long1，2

（1. Yellow Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences; Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries， Ministry of Agriculture and Rural affairs， Qingdao? ?266071， P.R. China;

2. Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology， Laboratory for Marine Ecology

and Environmental Science， Qingdao? ?266237， P.R. China）

Abstract：The Yellow River flows into the Bohai Sea and brings large amounts of nutrients and sediment into the sea， forming a typical estuarine ecosystem. In this study， we constructed a fish-based index of biotic integrity （F-IBI） evaluation system for the coastal waters of the Yellow River estuary. The biological integrity of the fish community was analyzed and the ecological health status of the coastal water in the Yellow River estuary was then evaluated. We aimed to provide a scientific reference to support ecological restoration and sustainable management of the fishery resource in a typical estuary. The construction of the fish-based index system of F-IBI was based on bottom trawl survey data of fish resources in the coastal waters of the Yellow River estuary in 2020. Fishery survey data from 1982-1983 and 2013-2014 in the area was used as the reference point. A total of 14 indices from four aspects of species composition and abundance， reproductive guilds， and trophic structure were selected to establish the evaluation system. The F-IBI value of the Yellow River estuary was calculated using/ a scale of 1， 3 and 5， and five grades of biological integrity were set according to the F-IBI values. Results show that the F-IBI value of the coastal water in the Yellow River estuary was 29.14 when using fishery survey data of 1982-1983 as the reference point， and the biological integrity level was poor compared with the early 1980s. The F-IBI value was 48.00 when using fishery survey data of 2013-2014 as the reference point and the F-IBI level was good compared with the status of 2013-2014. Analysis of the change in the F-IBI of Yellow River estuary indicates a serious decline in ecosystem health since the early 1980s， but little decline since 2013-2014. Overfishing， environmental pollution， and a sharp decrease of Yellow River discharge have damaged fish habitat， destroyed the fishery resource structure and damaged the biological integrity in the coastal fishery of the Yellow River estuary， resulting in a dramatic degradation in ecosystem health.

Key words： fish-index of biotic integrity （F-IBI）; ecosystem; health assessment; fishery area; the Yellow River estuary

收稿日期：2022-04-10? ? ? 修回日期：2023-06-05

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFD0901201，2019YFD0901202）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項（2018HY-ZD0102）。

作者簡介： 牛明香，1977年生，女，副研究員，主要從事海洋漁業(yè)遙感及GIS應(yīng)用、漁業(yè)生態(tài)研究。E-mail： niumx@ysfri.ac.cn

通信作者： 王俊，1964年生，男，研究員，主要從事資源增殖養(yǎng)護研究。E-mail： wangjun@ysfri.ac.cn