基于浮游動物生物完整性指數(shù)的太湖流域生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)

陳宇飛,嚴(yán) 航,夏 霆,姚春雨,王 浩,邱 堯,劉 雷

(南京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院,江蘇 南京 211800)

近年來,生物完整性指數(shù)(IBI指數(shù))被廣泛應(yīng)用于水體生態(tài)健康評價(jià)之中。流域作為一個(gè)復(fù)雜的社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[1],流域生態(tài)環(huán)境問題復(fù)雜且具有地域性特征。由于受到強(qiáng)烈的人類社會活動影響,近年來針對太湖流域的生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)受到廣泛關(guān)注。IBI體系自1981年提出至今[2],逐漸成為生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的重要方法?；隰~類[3]、浮游植物[4]、附著藻類[5]、底棲生物[6]等構(gòu)建的IBI評價(jià)體系的研究均得到了廣泛開展。

馬陶武等[7]于2004年對太湖流域8個(gè)區(qū)域共60個(gè)樣點(diǎn)底棲大型無脊椎動物進(jìn)行采樣調(diào)研,初步構(gòu)建了底棲生物完整性指數(shù)(B-IBI指數(shù))。最終獲取了判別能力較為敏感的7個(gè)指標(biāo),提出了由4級區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成的綜合生物指數(shù)。2005—2007年B-IBI指數(shù)的研究得到了深入和發(fā)展,高欣等[8]在構(gòu)建太湖流域B-IBI指數(shù)的同時(shí),引入水環(huán)境因子相關(guān)性的分析,表明了水環(huán)境因子的變化會影響B(tài)-IBI指數(shù)的賦分情況。陳志寧等[9]研究2012—2014年間太湖流域底棲生物,構(gòu)建B-IBI指數(shù),發(fā)現(xiàn)水生態(tài)健康除了會受到水環(huán)境因子變化的影響,還會受到水文條件、河流岸坡固化以及周邊環(huán)境等其他因素影響。此外,周天舒等[10]對黃浦江魚類樣本進(jìn)行采集,嘗試構(gòu)建魚類生物完整性指數(shù)(F-IBI指數(shù))。結(jié)果表明F-IBI指數(shù)能較好地指示黃浦江現(xiàn)階段的水質(zhì)狀況。蔡琨等[11]對太湖流域浮游植物進(jìn)行采集,嘗試構(gòu)建浮游植物完整性指數(shù)(P-IBI指數(shù)),研究發(fā)現(xiàn)浮游植物作為研究對象具有遷移能力強(qiáng)、生活周期短、受外部環(huán)境影響變化大的局限性,P-IBI指數(shù)可能更多反映的是水體適宜浮游植物群落健康的程度,但浮游植物群落演替變化迅捷,單用這一個(gè)生物學(xué)指標(biāo)來代表整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)健康并不十分全面。因此，國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)管理辦公室于2019年印發(fā)的《水專項(xiàng)支撐長江生態(tài)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范成果匯編》中引入了水生態(tài)健康指數(shù)的概念,該指數(shù)由生物指數(shù)與水質(zhì)指數(shù)兩方面構(gòu)成,而生物指數(shù)則由P-IBI指數(shù)和B-IBI指數(shù)加權(quán)構(gòu)成。浮游動物比浮游植物具有分布范圍廣、群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生活周期長等優(yōu)點(diǎn)[12],而目前以浮游動物作為研究對象構(gòu)建IBI體系的研究較少。本文以浮游動物為研究對象,參照國內(nèi)外建立浮游生物完整性指數(shù)的方法和經(jīng)驗(yàn),嘗試構(gòu)建太湖流域浮游動物生物完整性指數(shù)(Z-IBI指數(shù))來表征流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,希望能為流域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測和評估提供一種有效工具。

1 材料和方法

1.1 采樣點(diǎn)的布設(shè)

考慮到太湖流域的河湖差異性、樣點(diǎn)均勻性,在太湖流域的太湖湖體、陽澄湖、長蕩湖、尚湖、長漾、北麻漾、澄湖和各大水庫等湖庫共設(shè)立湖庫點(diǎn)位43個(gè),在京杭大運(yùn)河、丹金溧漕河、江南運(yùn)河、太浦河、望虞河、鹽鐵塘、錫澄運(yùn)河、張家港河和婁江等大型河流共設(shè)立河流點(diǎn)位138個(gè)。采樣點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 太湖流域采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1 Layout of sampling points in Taihu Lake Basin

1.2 樣本的采集與鑒定

浮游動物采用淺水Ⅰ、Ⅱ型生物網(wǎng)采集。由底層至表層垂直拖網(wǎng)兩次[13-14],采集后的樣品裝入50 mL采樣瓶中,立即加入魯哥液固定,帶回實(shí)驗(yàn)室靜置48 h后濃縮,濃縮后充分搖勻并取0.1 mL置于生物計(jì)數(shù)框內(nèi),在顯微鏡下用10×40倍鏡鑒定觀察(包括種類、個(gè)數(shù)),鑒定方法參照文獻(xiàn)[15-18],物種鑒定到種或?qū)?采用人工制片,機(jī)器判讀。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

1.3.1 豐度

以每升水體出現(xiàn)的浮游動物個(gè)體數(shù)表示豐度(個(gè)/L)[19]。

1.3.2 優(yōu)勢度

浮游動物的優(yōu)勢種以優(yōu)勢度(Y)來評判,Y的計(jì)算方法見式(1)。

(1)

式中：N為所有種類總個(gè)體數(shù)，ni為第i種浮游動物的個(gè)體數(shù)，fi為第i種浮游動物出現(xiàn)頻率。

以Y≥0.02的物種為優(yōu)勢種。在本次調(diào)查中,某些浮游幼蟲的數(shù)量較多,當(dāng)其優(yōu)勢度Y≥0.02時(shí),認(rèn)定該浮游幼蟲為優(yōu)勢類群,與其余優(yōu)勢種合稱為浮游動物優(yōu)勢種[20-22]。

1.3.3 生物指數(shù)計(jì)算方法

采用香農(nóng)-維納指數(shù)(Shannon-Wiener指數(shù),H)、辛普森指數(shù)(Simpson指數(shù),D)、均勻度指數(shù)(Pielou指數(shù),E)3種生物指數(shù)描述群落內(nèi)物種結(jié)構(gòu),計(jì)算方法見式(2)—(4)。

H=-∑PilnPi

(2)

(3)

E=(-∑PilnPi)/lnS

(4)

式中:Pi=Ni/N,其中Ni為第i種浮游動物的個(gè)體數(shù);S為總物種數(shù)。

1.4 基本構(gòu)建方法

IBI指數(shù)的基本構(gòu)建方法[23]:根據(jù)所選研究對象及其研究區(qū)域內(nèi)的群落特征,初選候選指標(biāo);選定參照點(diǎn)(一般為最接近自然狀態(tài)的點(diǎn)位)和干擾點(diǎn),測定或計(jì)算候選指標(biāo)參數(shù)并進(jìn)行分布范圍分析、判別能力分析、生物與環(huán)境因子的響應(yīng)分析以及參數(shù)間的冗余分析,篩選出生物學(xué)意義清楚且對干擾反應(yīng)敏感的參數(shù),根據(jù)相互獨(dú)立原則最終選定指標(biāo);對度量指標(biāo)參數(shù)量綱歸一化處理,并對各指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),然后復(fù)合為1個(gè)數(shù)值;劃分區(qū)間,得到樣點(diǎn)健康狀況評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)獨(dú)立數(shù)據(jù)或樣點(diǎn)實(shí)際情況對結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動物群落分布特征

本次2018年5月平水期太湖流域共定量檢出浮游動物49屬122種,其中輪蟲類67種,枝角類35種,橈足類20種。太湖流域總豐度為82 081.25 個(gè)/L,其中輪蟲類豐度最大(61 042個(gè)/L),相對豐度為74.3%。枝角類和橈足類豐度較低,分別為5 510.75和1 475.50個(gè)/L,相對豐度分別為6.7%和1.8%。以Y≥0.02為標(biāo)準(zhǔn),共檢出19種優(yōu)勢種,其中角突臂圍輪蟲(Brachionusangularis)、螺形龜甲輪蟲無脊變種(Keratellacochlearistecta)、暗小異輪蟲(Trichicercapusilla)、廣布多肢輪蟲(Polyarthravulgaris)和無節(jié)幼體(Nauplius)是優(yōu)勢度排名前5的物種。浮游動物密度空間上自東向西呈現(xiàn)兩頭大中間小的趨勢,由南至北呈現(xiàn)逐漸增多的趨勢;而多樣性指數(shù)空間上呈現(xiàn)與密度空間相反的分布趨勢。

2.2 太湖流域Z-IBI指數(shù)的構(gòu)建

構(gòu)建Z-IBI指標(biāo)體系的生物指標(biāo)必須對水生環(huán)境變化敏感、參數(shù)準(zhǔn)確且便于獲得和比較。參考文獻(xiàn)[24-26]的浮游生物指標(biāo),并繪制每個(gè)指標(biāo)的趨勢線,擬采用干擾程度最小系統(tǒng)法和最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)法[27],獲得16個(gè)候選指標(biāo)。候選指標(biāo)及其干擾情況如表1所示。

表1 Z-IBI候選指標(biāo)及干擾情況

2.2.1 參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的選擇

在建立IBI指標(biāo)體系時(shí),需要確定參照點(diǎn)和受損點(diǎn)。參照點(diǎn)是指受外界因素干擾影響較小、最接近自然的地區(qū)。由于所研究區(qū)域的自然狀態(tài)和環(huán)境梯度存在差異,因此選取參照點(diǎn)的原則各有不同。由于河流和湖庫的生態(tài)狀況和浮游動物的組成差異較大,參照點(diǎn)分為河流、湖泊兩部分,分別建立Z-IBI指標(biāo)體系。參考文獻(xiàn)[28],當(dāng)Shannon-Wiener指數(shù)H≥2且綜合水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)或以上時(shí),該點(diǎn)確定為參照點(diǎn)?；谠摲椒ㄟx定25個(gè)河流參照點(diǎn)和2個(gè)湖庫參照點(diǎn)(圖1),河流點(diǎn)位主要分布于丹金溧漕河、鹽鐵塘、太浦河、張家港河、錫澄運(yùn)河和錫北運(yùn)河,湖庫點(diǎn)位分別位于陽澄湖和尚湖,其余采樣點(diǎn)為受損點(diǎn)。

2.2.2 河流候選指標(biāo)的篩選

河流和湖庫候選指標(biāo)的篩選結(jié)果見表2和3。基于指標(biāo)的數(shù)值分布范圍進(jìn)行初步篩選,對不適合用來構(gòu)建Z-IBI評價(jià)體系的指標(biāo)進(jìn)行排除,排除對象包括3種情況:①分布比較散且標(biāo)準(zhǔn)差較大的候選指標(biāo);②對于隨干擾增強(qiáng)而數(shù)值降低范圍過小的指標(biāo);③對于隨干擾增強(qiáng)而數(shù)值增加范圍過大的指標(biāo)。

由表2可知:Z2、Z15、Z13標(biāo)準(zhǔn)差過大,Z8、Z9、Z6和Z12隨著干擾增強(qiáng)數(shù)值降低幅度過小,Z14隨著干擾增強(qiáng)數(shù)值增加幅度過大,因此上述指標(biāo)予以排除。剩余七項(xiàng)指標(biāo)作為河流候選指標(biāo)進(jìn)入下一輪篩選。

表2 河流候選參數(shù)的分布情況

由表3可知:Z2、Z13、Z15這三個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差過大,Z11、Z12隨著干擾增強(qiáng)數(shù)值降低幅度過小,排除以上指標(biāo),剩余11項(xiàng)指標(biāo)作為湖庫候選指標(biāo)進(jìn)入下一輪篩選。

表3 湖泊候選參數(shù)的分布情況

2.2.3 判別能力分析

根據(jù)河流和湖庫參照點(diǎn)和受損點(diǎn)各候選生物指標(biāo)數(shù)據(jù)繪制箱線圖,判別結(jié)果如圖2和3所示(圖中僅列出判別能力≥2的生物指標(biāo))。擬采用Barbour等[29]的判別方法,比較兩個(gè)箱體的重疊大小給定不同的分值(IQ),即比較受損點(diǎn)和參照點(diǎn)25%和75%分位數(shù)的位置關(guān)系。當(dāng)參照點(diǎn)和受損點(diǎn)兩條中位線都與對方箱體有交叉時(shí),IQ=0,此時(shí)該指標(biāo)判別能力最弱;當(dāng)某一中位線在對方箱體之外時(shí),IQ=1;當(dāng)受損點(diǎn)和參照點(diǎn)的箱體橫向有部分重疊,但2條中位線都處于對方箱體之外時(shí),IQ=2;當(dāng)兩者箱體無重疊且中位線也在箱體之外,IQ=3,此時(shí)判別能力最強(qiáng)。選取IQ≥2的指標(biāo)構(gòu)建Z-IBI指數(shù)。

圖2 河流Z-IBI指標(biāo)判別能力分析結(jié)果Fig.2 Results of Z-IBI index discriminant ability analysis of rivers

圖3 湖庫Z-IBI指標(biāo)判別能力分析結(jié)果Fig.3 Results of Z-IBI index discriminant ability analysis of lakes and reservoirs

由圖2可知:Z3、Z4、Z16受損點(diǎn)和參照點(diǎn)兩者箱體橫向有部分重疊,但2條中位線都處于對方箱體之外(IQ=2),進(jìn)入下一輪篩選。

由圖3可知:Z3、Z4、Z6、Z9、Z14和Z16受損點(diǎn)和參照點(diǎn)兩者箱體無重疊且中位線也在箱體之外(IQ=3),另外Z5的IQ=2,以上7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)入下一輪篩選。

2.2.4 相關(guān)性分析

需要對通過判別能力分析后篩選的3個(gè)河流指標(biāo)和7個(gè)湖庫指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表4和表5。相關(guān)系數(shù)大(相關(guān)系數(shù)>0.75)則說明該兩個(gè)指標(biāo)重疊程度較高,為避免冗余需刪除其一。若一個(gè)指標(biāo)同時(shí)與多個(gè)指標(biāo)顯著相關(guān),則說明該指標(biāo)不具有參考性,有較多重疊信息,直接刪除該指標(biāo)。

表4 河流Pearson相關(guān)性分析結(jié)果

表5 湖庫Pearson相關(guān)性分析結(jié)果

由表4可知:Z3與Z4、Z16均顯著相關(guān),因此排除;Z4和Z16相關(guān)性不明顯,且Z4和Z16包含群落信息量均較大,予以保留。經(jīng)過上述篩選, Z4和Z16可用于構(gòu)建河流Z-IBI指數(shù)。

由表5可知:Z3、Z4與多個(gè)指標(biāo)顯著相關(guān),且相關(guān)性程度大于75%,因此刪除;Z5與多個(gè)指標(biāo)顯著相關(guān),但相關(guān)程度不大,均沒有超過75%,予以保留;Z6與Z16顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)程度超過75%,但Z16包含群落信息量相對較大,因此保留Z16,刪除Z6。同理,保留Z9和Z14。經(jīng)過上述篩選,Z5、Z9、Z14和Z16可用于構(gòu)建湖庫Z-IBI指數(shù)。

2.2.5 量綱歸一化處理與驗(yàn)證

篩選后的指標(biāo)需要進(jìn)行量綱上的統(tǒng)一,采用比值法對河流和湖庫采樣點(diǎn)進(jìn)行Z-IBI指數(shù)的計(jì)算,全部采樣點(diǎn)各指標(biāo)最大值、95%分位數(shù)和5%分位數(shù)計(jì)算結(jié)果見表6。對于干擾強(qiáng)度越強(qiáng)其數(shù)值越大的指標(biāo)如Z16,采用5%分位數(shù)法,計(jì)算方法為(最大值-指標(biāo)值)/(最大值-5%分位數(shù));對于強(qiáng)干擾條件下,數(shù)值會減小的指標(biāo)如Z4,采用95%分位數(shù)法,計(jì)算方法為指標(biāo)值/95%分位數(shù)。因此，太湖流域河流和湖庫Z-IBI指數(shù)的計(jì)算方法分別見式(5)和(6)。

(5)

(6)

式中：Z0和Z1分別為太湖流域河流和湖庫的Z-IBI指數(shù)。

表6 河流和湖庫所有采樣點(diǎn)指標(biāo)計(jì)算參數(shù)

為了驗(yàn)證Z-IBI指數(shù)構(gòu)建的科學(xué)性和準(zhǔn)確性,將2018年5月調(diào)研的數(shù)據(jù)代入式(5)和(6),并對求得的Z-IBI指數(shù)進(jìn)行判別能力分析,結(jié)果見圖4。由圖4可知:河流、湖庫的IQ=3,判別能力強(qiáng),說明運(yùn)用該評估方法評估水生態(tài)健康時(shí)具有分辨力。

圖4 河流和湖庫Z-IBI指數(shù)判別能力分析結(jié)果Fig.4 Results of Z-IBI index discriminant ability analysis of rivers, lakes and reservoirs

2.2.6 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的建立

基于太湖流域各點(diǎn)位Z-IBI指數(shù),采用比值法,以參照點(diǎn)Z-IBI指數(shù)的25%分位數(shù)作為分界點(diǎn)[30],大于等于該值的Z-IBI指數(shù)所在的采樣點(diǎn)位判定為優(yōu),低于該值的運(yùn)用四分法確定分級標(biāo)準(zhǔn),依次為良、中、一般和差。得到優(yōu)、良、中、一般和差5個(gè)等級,對應(yīng)河流點(diǎn)位Z-IBI指數(shù)分別為≥0.72、0.54～0.72、0.36～0.54、0.18～0.36、<0.18,對應(yīng)湖庫點(diǎn)位Z-IBI指數(shù)分別為≥2.21、1.66～2.21、1.11～1.66、0.56～1.11、<0.56。

根據(jù)此評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對整個(gè)太湖流域的浮游動物生物完整性進(jìn)行評價(jià)。若該區(qū)域有多個(gè)點(diǎn)位,則該區(qū)域的Z-IBI指數(shù)為多個(gè)點(diǎn)位的平均值。

3 太湖流域生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)結(jié)果

基于建立的Z-IBI指標(biāo)體系,以太湖流域平水期調(diào)研數(shù)據(jù)開展評價(jià),結(jié)果見表7和8。

表7 太湖流域河流生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)

表8 太湖流域湖庫生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)

由表7可知：太湖流域的幾大河流生態(tài)健康狀況總體上評價(jià)為良好,評價(jià)為優(yōu)的較少。其中錫北運(yùn)河、張家港河、京杭大運(yùn)河、太浦河和錫澄運(yùn)河評價(jià)結(jié)果為良好;鹽鐵塘、婁江和丹金溧漕河為優(yōu);江南運(yùn)河和望虞河為中。分布有魚類保護(hù)區(qū)(京杭大運(yùn)河)、森林公園(錫澄運(yùn)河、丹金溧漕河)、重要濕地(太浦河)、飲用水源地(張家港河、鹽鐵塘、婁江)等生境類型的區(qū)域河流生態(tài)健康狀況均較好,可見森林公園、濕地及水源地的保護(hù)措施都對水域的生態(tài)健康起到了促進(jìn)作用。

由表8可知：太湖流域湖庫中,太湖湖體、金雞湖、澄湖、滆湖和長蕩湖評價(jià)結(jié)果為一般,表明其浮游動物生境受損較嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)完整性較差。長漾和永河水庫評價(jià)結(jié)果為良好,尚湖、陽澄湖和昆承湖為優(yōu),表明其生態(tài)系統(tǒng)健康,生態(tài)完整性好,生態(tài)環(huán)境未受到較大損害。西氿和北麻漾評價(jià)結(jié)果為差,表明其生態(tài)健康狀況受損嚴(yán)重。尚湖和陽澄湖的Z-IBI指數(shù)均高于或等于2.21,評價(jià)結(jié)果為優(yōu),表明以該區(qū)域?yàn)閰⒄諈^(qū)是合理的,也再次表明了所構(gòu)建指數(shù)的可行性和合理性。

4 太湖流域平水期Z-IBI指數(shù)與理化因子相關(guān)性

表9 Z-IBI指數(shù)與理化因子間的相關(guān)性分析

由表9可知：TP與Z-IBI指數(shù)負(fù)相關(guān),且與參評Z-IBI的生物指標(biāo)均有顯著相關(guān)性。值得一提的是,TP與Z16呈顯著正相關(guān),而Z16是隨著干擾增強(qiáng)其數(shù)值增大的指標(biāo),雖不能直接說明TP就是致使浮游動物結(jié)構(gòu)惡化的驅(qū)動因子,但卻能說明構(gòu)建Z-IBI指數(shù)的指標(biāo)會伴隨TP含量增高而顯著變化,從而導(dǎo)致浮游動物群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,與文獻(xiàn)[31-32]結(jié)果一致。此外,對于湖庫而言,TN對于Z16和Z14是強(qiáng)干擾因素,由此可見TP、TN是影響湖庫浮游動物生境的主要水環(huán)境因素,可見現(xiàn)今太湖流域生境治理應(yīng)以限制氮磷排放、降低水體中N、P含量為主。

5 討論

5.1 平水期(春季)太湖流域Z-IBI評價(jià)與水質(zhì)評價(jià)結(jié)果比較

太湖流域平水期Z-IBI指標(biāo)體系構(gòu)建后得到的結(jié)果與水質(zhì)數(shù)據(jù)存在一致性,評價(jià)結(jié)果符合當(dāng)前太湖富營養(yǎng)化嚴(yán)重,水體水質(zhì)總體較差的狀況。但Z-IBI指數(shù)評價(jià)結(jié)果與水質(zhì)數(shù)據(jù)在某些方面也存在差異。水質(zhì)評價(jià)是根據(jù)水體營養(yǎng)鹽濃度高低情況判斷水質(zhì)的優(yōu)劣,而Z-IBI指數(shù)是根據(jù)浮游動物種群的分布情況來判斷水域的受損程度。例如鹽鐵塘和婁江的Z-IBI指數(shù)較高,評價(jià)結(jié)果為優(yōu),與水質(zhì)評價(jià)結(jié)果差異明顯。分析原因,可能是水溫的變化帶來的影響大大超過了營養(yǎng)鹽濃度因子帶來的影響,平水期適宜的水溫對浮游動物的生存起促進(jìn)作用,大量浮游動物種群出現(xiàn)使得群落結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。鹽鐵塘和婁江的浮游動物平均種數(shù)大于參照點(diǎn)的平均種數(shù),因此計(jì)算得到的前3優(yōu)勢種的密度較大,Z-IBI指數(shù)較大。

傳統(tǒng)水質(zhì)評價(jià)存在局限性,僅僅監(jiān)測水體的營養(yǎng)鹽濃度,忽視了水溫、風(fēng)速、地理環(huán)境等因素對水體的影響,而Z-IBI評價(jià)體系對環(huán)境的變化具有更高的敏感性以及綜合信息代表性,比傳統(tǒng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)更能準(zhǔn)確反映水生態(tài)健康狀況。同時(shí),Z-IBI的特點(diǎn)是定量化,以一個(gè)數(shù)值表征生態(tài)健康狀況,這個(gè)數(shù)值是多個(gè)度量指標(biāo)數(shù)值化和標(biāo)準(zhǔn)化復(fù)合計(jì)算的結(jié)果,這是水質(zhì)評價(jià)所無法具備的。

5.2 Z-IBI指標(biāo)體系合理性和可行性

Z-IBI選用的生物類群——浮游動物對生態(tài)環(huán)境的變化更為敏感,借助Z-IBI指標(biāo)體系能有效分析水生態(tài)對人類干擾的響應(yīng)。Z-IBI指數(shù)與水質(zhì)數(shù)據(jù)高度吻合,也證實(shí)了Z-IBI指標(biāo)體系的合理性和可行性。此外,每個(gè)IBI評價(jià)體系具有專一性,具體還可細(xì)分到不同的季節(jié),不同的時(shí)間,不同的生物類群。例如Z-IBI評價(jià)方法用一個(gè)指數(shù)表征了浮游動物對生態(tài)健康狀況變化的一種生態(tài)響應(yīng)。相較于單純的計(jì)算水域浮游動物密度、生物量、多樣性指數(shù)等生物指數(shù)來表現(xiàn)水域的生態(tài)健康狀況,更直觀、簡單、準(zhǔn)確。

為了進(jìn)一步加強(qiáng)Z-IBI指標(biāo)體系合理性和可行性,可做如下改良:①參照點(diǎn)可根據(jù)IBI的應(yīng)用目的賦予不同的內(nèi)涵,不再單純地以“純自然或近自然”為原則。②盡量減少定性指標(biāo)的使用以減少系統(tǒng)誤差。③細(xì)致指標(biāo)因子的選取,除了分布范圍篩選,可加大對各個(gè)指標(biāo)閾值及得分結(jié)果的驗(yàn)證。

6 結(jié)論

1)經(jīng)過分布范圍篩選、判別能力分析、相關(guān)性分析、指數(shù)建立和指數(shù)驗(yàn)證初步完成了太湖流域平水期Z-IBI指數(shù)的構(gòu)建,分別得到了太湖流域平水期河流和湖庫Z-IBI指數(shù)的計(jì)算公式,河流包括Z4和Z16 2個(gè)指標(biāo);湖庫包括Z5、Z9、Z14和Z16 4個(gè)指標(biāo)。

2)利用Z-IBI指標(biāo)體系全面評價(jià)太湖流域河流、湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和受損程度。湖庫中生態(tài)完整性最好的是長漾和永河水庫,其次是太湖湖體、金雞湖、澄湖、滆湖和長蕩湖,浮游動物生境受損較嚴(yán)重,西氿和北麻漾生態(tài)完整性指數(shù)最低,具有嚴(yán)重的生境退化風(fēng)險(xiǎn);河流中總體評價(jià)良好,魚類保護(hù)區(qū)、森林公園、重要濕地、飲用水源地等生境管控措施對水域生態(tài)健康起到了促進(jìn)作用。

3)由浮游動物生物完整性指數(shù)與水體理化因子的相關(guān)性分析可得,TP、TN是使得太湖流域Z-IBI指數(shù)不穩(wěn)定的主要驅(qū)動因子,其余水質(zhì)指標(biāo)也有一定的干擾性,限制氮磷排放、降低水體中N、P含量仍然是太湖流域生境治理任重而道遠(yuǎn)的任務(wù)。