基于B-IBI的長江源生態(tài)健康評價(jià)

簡 文 杰,張 斌 興,羅 洪 波,萬 雷,馬 祥 元

(長江空間信息技術(shù)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(tài)安全的重要屏障。近年來,由于旅游業(yè)的迅速發(fā)展,人為干擾使得長江源生態(tài)遭受了一定程度的破壞。長江源生態(tài)系統(tǒng)脆弱,系統(tǒng)自然恢復(fù)能力差,多年來長江源缺乏定量化的健康評價(jià)分析,導(dǎo)致無法對長江源生態(tài)健康進(jìn)行針對性的保護(hù),因此開展長江源健康評價(jià)工作對于保護(hù)長江源生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

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

底棲動(dòng)物的種類、種群結(jié)構(gòu)、生物量等參數(shù)能夠反映環(huán)境因子的長期變化,是目前公認(rèn)的最理想的水質(zhì)生物監(jiān)測指標(biāo)[5]。底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI)由Karr[6]和Kerans[7]等提出,通過構(gòu)建B-IBI可以對河湖水生態(tài)狀況進(jìn)行較為全面和科學(xué)的健康評價(jià)。近年來,利用底棲動(dòng)物完整性指數(shù)進(jìn)行河流、湖泊和水庫生態(tài)健康度評價(jià)的研究也越來越多[8-11]。

本文通過實(shí)地調(diào)查和水生生物監(jiān)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(dāng)曲7個(gè)監(jiān)測斷面的大型底棲無脊椎動(dòng)物樣本,獲取了各個(gè)斷面的底棲動(dòng)物定量數(shù)據(jù)。經(jīng)判別能力分析和冗余度分析,選取了總分類單元數(shù)、搖蚊個(gè)體數(shù)百分比、優(yōu)勢類群個(gè)體數(shù)百分比和粘附者個(gè)體數(shù)百分比4個(gè)參數(shù),計(jì)算了底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI),構(gòu)建了基于B-IBI的長江源健康評價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn),對長江源整條河流、各河段以及各斷面的生態(tài)健康現(xiàn)狀分別進(jìn)行了定量評價(jià)。

1 材料和方法

1.1 監(jiān)測方法

1.1.1采樣時(shí)間與斷面設(shè)置

2022年8月(豐水期)和10月(枯水期)分別開展了底棲動(dòng)物調(diào)查監(jiān)測,基于前期對長江源水生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的了解,共設(shè)置7個(gè)調(diào)查監(jiān)測點(diǎn)位,采樣點(diǎn)位分布見表1和圖1。

圖1 底棲動(dòng)物監(jiān)測點(diǎn)布置Fig.1 Layout of monitoring points for benthic animal

表1 監(jiān)測斷面基本情況Tab.1 Basic information of monitoring sections

1.1.2檢測方法

河心區(qū)采用改良式彼得森采泥器或帶網(wǎng)夾泥器采集,近岸淺水或硬底區(qū)域使用D型網(wǎng)或手抄網(wǎng)輔助采集。采集后用40目網(wǎng)篩將底質(zhì)清洗干凈,將篩上全部肉眼所見的動(dòng)物用攝子挑出以及吸管吸出。為減小誤差,每點(diǎn)要采集兩個(gè)平行樣(包括用改良式彼得森采泥器和帶網(wǎng)夾泥器),即在一個(gè)點(diǎn)位上同時(shí)采集兩次,以減少因底棲動(dòng)物在底質(zhì)中分布不均造成的誤差。挑出的底棲動(dòng)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(dòng)物體積的10倍以上,固定前應(yīng)先記錄標(biāo)本的顏色,以備鑒定標(biāo)本時(shí)使用[12-15]。

1.2 B-IBI構(gòu)建

參照相關(guān)文獻(xiàn)[16-19],經(jīng)判別能力分析和冗余度分析,最終選取了總分類單元數(shù)、搖蚊個(gè)體數(shù)百分比、優(yōu)勢類群個(gè)體數(shù)百分比和粘附者個(gè)體數(shù)百分比4個(gè)參數(shù)作為本次健康評價(jià)大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)評價(jià)的參數(shù),綜合反映底棲動(dòng)物多樣性和豐富度、群落結(jié)構(gòu)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(jià)指標(biāo)Tab.2 B-IBI evaluation index

1.3 B-IBI賦分方法

大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)(B-IBI)通過對比參考點(diǎn)和受損點(diǎn)大型底棲無脊椎動(dòng)物狀況進(jìn)行評價(jià)?；诤蜻x指標(biāo)庫選取核心評價(jià)指標(biāo),對評價(jià)河湖底棲生物調(diào)查數(shù)據(jù)按照評價(jià)參數(shù)分值計(jì)算方法,計(jì)算B-IBI指數(shù)監(jiān)測值,根據(jù)河湖所在水生態(tài)分區(qū)B-IBI最佳期望值,按照式(1)計(jì)算B-IBI指標(biāo)賦分。

(1)

式中:BIBIs為評價(jià)河湖大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)賦分;BIBIo為評價(jià)河湖大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)監(jiān)測值;BIBIe為河湖所在水生態(tài)分區(qū)大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)最佳期望值。

根據(jù)此方法以及水利部批復(fù)的《河湖健康評價(jià)指南》,對各斷面生態(tài)狀況進(jìn)行B-IBI指數(shù)的計(jì)算、賦分和等級劃分。將樣點(diǎn)生態(tài)狀況等級分為“非常健康、健康、亞健康、不健康、劣態(tài)”5個(gè)級別,其健康等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 健康等級的劃定標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Criteria for delimitation of health level

2 結(jié)果和討論

2.1 監(jiān)測結(jié)果

根據(jù)底棲動(dòng)物監(jiān)測分析結(jié)果,長江源干流7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位獲取的底棲動(dòng)物情況如下。

2.1.1沱沱河-1監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,沱沱河-1監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物5目5科6屬,其中,雙翅目1科2屬,占33%?，F(xiàn)存量方面,沱沱河-1監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明沱沱河-1監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.39。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沱沱河-1監(jiān)測點(diǎn)以四節(jié)蜉屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)42%,多足搖蚊屬為次優(yōu)勢種,占比達(dá)32%。

2.1.2沱沱河-2監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,沱沱河-2監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物3目3科5屬,雙翅目1科2屬,占40%?，F(xiàn)存量方面,沱沱河-2監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明沱沱河-2監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為0.93。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沱沱河-2監(jiān)測點(diǎn)以四節(jié)蜉屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)67%。

2.1.3沱沱河-3監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,沱沱河-3監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物3目3科4屬,其中,雙翅目搖蚊科2屬,占50%?，F(xiàn)存量方面,沱沱河-3監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明沱沱河-3監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.31。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),沱沱河-3監(jiān)測點(diǎn)以多足搖蚊屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)40%。

2.1.4當(dāng)曲-1監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,當(dāng)曲-1監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物2目3科4屬,其中,雙翅目直突搖蚊亞科2屬,占50%?，F(xiàn)存量方面,當(dāng)曲-1監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明當(dāng)曲-1監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.20。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)曲-1監(jiān)測點(diǎn)以中華河蚓屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)38%,直突搖蚊屬為次優(yōu)勢種,占比達(dá)35%。

2.1.5當(dāng)曲-2監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,當(dāng)曲-2監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物4目4科6屬,雙翅目1科3屬,均占50%?，F(xiàn)存量方面,當(dāng)曲-2監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明當(dāng)曲-2監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.45。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)曲-2監(jiān)測點(diǎn)以四節(jié)蜉屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)42%,河蚓屬為次優(yōu)勢種,占比達(dá)30%。

2.1.6當(dāng)曲-3監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,當(dāng)曲-3監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物1目2科5屬,其中,雙翅目搖蚊科3屬,占60%?，F(xiàn)存量方面,當(dāng)曲-3監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明當(dāng)曲-3監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.16。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),當(dāng)曲-3監(jiān)測點(diǎn)以烏烈搖蚊屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)63%。

2.1.7長江-1監(jiān)測點(diǎn)

種類組成方面,長江-1監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物3目3科4屬,其中,蜉蝣目1科2屬,占50%。現(xiàn)存量方面,長江-1監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)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(nóng)-維納生物多樣性指數(shù)分析表明長江-1監(jiān)測點(diǎn)生物多樣性指數(shù)為1.22。按照密度超過20%為優(yōu)勢種進(jìn)行統(tǒng)計(jì),長江-1監(jiān)測點(diǎn)以側(cè)枝紋石蛾屬為優(yōu)勢種,占比達(dá)48%。

2.2 底棲動(dòng)物監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位的底棲動(dòng)物監(jiān)測結(jié)果,對比分析長江源不同河段大型底棲無脊椎動(dòng)物特征。

2.2.1種類組成

沱沱河監(jiān)測斷面共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物6目8科10屬,當(dāng)曲監(jiān)測斷面共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物4目6科11屬,長江-1監(jiān)測點(diǎn)共計(jì)監(jiān)測到底棲動(dòng)物3目3科4屬,其中,沱沱河-1和當(dāng)曲-2是監(jiān)測斷面中種類數(shù)最為豐富的斷面,具體如圖2所示。整體上看,長江源底棲動(dòng)物種類數(shù)較為豐富。

圖2 各監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)物種類數(shù)Fig.2 Numbers of benthos at each monitoring point

2.2.2平均密度

與種類組成類似,當(dāng)曲-3監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)物平均密度最高,為162 ind./m2;沱沱河-2監(jiān)測點(diǎn)平均密度最低,為36 ind./m2,具體如圖3所示。

圖3 各監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)物平均密度Fig.3 Average density of benthos at each monitoring point

2.2.3多樣性指數(shù)

長江源底棲動(dòng)物的香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)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(dòng)物生物多樣性較高,說明長江源上游環(huán)境較適宜底棲動(dòng)物生存。

圖4 各監(jiān)測點(diǎn)底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)Fig.4 Diversity index of benthos at each monitoring point

2.3 B-IBI賦分

根據(jù)大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)評價(jià)指標(biāo),計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)位生物完整性指數(shù),最后以各評價(jià)河段長度為權(quán)重計(jì)算得到長江源大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)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(tài),這是由于長江源區(qū)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(tài),基本未受到人類活動(dòng)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(tài),其他河段都處于“健康”狀態(tài)。其中波隴曲匯入口至唐古拉山鎮(zhèn)河段評分較低,為77.2分,這是由于該河段經(jīng)過唐古拉山鎮(zhèn),并且G109國道穿過此河段,屬于人口較為密集區(qū)域,進(jìn)出藏的游客以及過往的貨車大多會(huì)在唐古拉山鎮(zhèn)停留,污染物負(fù)荷較大,導(dǎo)致評分較低。

3 結(jié) 論

本文通過構(gòu)建大型底棲無脊椎動(dòng)物生物完整性指數(shù)評價(jià)體系,對長江源河流整體、河段和各斷面進(jìn)行健康評價(jià)賦分。本次評價(jià)長江源總體處于健康狀態(tài),整體受損較輕。受損最嚴(yán)重的河段為波隴曲匯入口至唐古拉山鎮(zhèn)河段,初步推斷,該河段經(jīng)過唐古拉山鎮(zhèn)以及G109國道,人口密集,污染物負(fù)荷大,可能是其受損較為嚴(yán)重的重要原因,應(yīng)當(dāng)予以重點(diǎn)關(guān)注,加強(qiáng)排污控制和污染物處理。

長江源地處生態(tài)環(huán)境脆弱的高海拔區(qū),生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,生態(tài)系統(tǒng)脆弱,系統(tǒng)自然恢復(fù)能力差。隨著西藏旅游業(yè)的發(fā)展,藏北高原的人為干擾也越來越嚴(yán)重,加之人們生物多樣性保護(hù)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(fā),過往的人員和車輛較多,道路建設(shè)不可避免地對區(qū)域生態(tài)景觀產(chǎn)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(qū)域面臨生態(tài)環(huán)境退化、功能減退、生物多樣性受到威脅等問題,亟待加強(qiáng)保護(hù)。