遼河流域大型底棲無脊椎動物環(huán)境壓力耐受值確定研究

中圖分類號：Q178.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-3075（2025）04-0194-14

耐受值（tolerancevalue，TV，亦稱為“耐污值\"能夠反映水生生物在時空尺度上同環(huán)境壓力之間的協(xié)同作用關(guān)系，即可以定量描述物種在環(huán)境壓力脅迫下的生存和繁殖能力（Bressleretal，2006）。用耐受值開展水質(zhì)生物學評價由來已久，最早可以追溯到20世紀初，歐洲提出了用于評估有機污染強度的Saprobien系統(tǒng)（Kolkwitzamp;Marsson，1908；1909;Chutter，1972）。隨后各國學者逐步將耐受值廣泛用于水質(zhì)生物學評價，并發(fā)展了基于耐受值的生物學指數(shù)，如HBI（hilsenhoffbioticindex）（Hilsenhoff，1987）、NCBI（north carolina biotic index）（Lenat，1993）以及基于耐受/敏感類群的物種豐富度和群落組成結(jié)構(gòu)發(fā)展而來的生物完整性指數(shù)（indexofbio-logical integrity，IBI）（Karr，1981）。

隨著對水質(zhì)生物學評價的深入研究，大型底棲無脊椎動物耐受值的準確性逐漸引起學術(shù)界的關(guān)注（Whittieramp;VanSickle，2010）。然而，早期耐受值研究存在顯著局限性。其一，缺乏定量化的計算方法。例如，Chutter（1972）和Hilsenhoff（1977;1987）都未明確指出如何計算得到物種耐受值，而是依據(jù)大量實測數(shù)據(jù)和物種對環(huán)境干擾的響應(yīng)特征來確定。盡管Lenat（1993）提出通過判斷物種在某個已知水質(zhì)等級下的出現(xiàn)頻率來確定耐受值的方法，一定程度上消除了由于專家經(jīng)驗判斷而帶來的經(jīng)驗性偏差，但仍存在生物評價信息重復利用的問題（Bressleretal，2006）。其二，由于地理區(qū)系的差異性和物種本身對環(huán)境壓力的適應(yīng)性，導致同一物種對環(huán)境壓力所表現(xiàn)出來的響應(yīng)特征不同。如果簡單地借用已有耐受值系統(tǒng)，會造成水質(zhì)生物學評價結(jié)果無法客觀反映研究區(qū)水質(zhì)狀況（Blocksomamp;Winter，2006；Carlisleetal，2007）。其三，最早針對有機污染推導而來的耐受值是否可以反映當前綜合環(huán)境壓力尚值得商榷（Bressleretal，2006；Whittieramp;VanSickle，2010）。水生態(tài)系統(tǒng)所面臨的環(huán)境壓力通常是多維度的，涵蓋了地理格局、物理生境和水環(huán)境質(zhì)量等要素（Whit-tieramp;VanSickle，2010），而以往耐受值的確定多是針對單一污染物而并未考慮環(huán)境壓力的綜合影響效果。在生物評價研究過程中，許多學者試圖嘗試將一些環(huán)境中無關(guān)的變量整合為一個綜合變量（Bryceetal，1999;McMahonamp;Cuffney，2000;Brownamp;Ben-jaminVivas，2005）。但是僅有少數(shù)的研究探討了水生生物對綜合環(huán)境干擾變量的耐受值，例如Block-som和Winters（2006）、Bressler等（2006）以及Whittier和VanSickle（2010）針對大型底棲無脊椎動物做出了相關(guān)的研究，Meador和Carlisle（2007）針對魚類物種做了相關(guān)的研究。

我國對大型底棲無脊椎動物耐受值的研究起步較晚，且研究區(qū)域也僅限于少數(shù)流域，如江西廬山、安徽南部山區(qū)、秦淮河、長江三角洲和遼河流域等（王建國等，2003；王備新和楊蓮芳，2004；趙瑞等，2015）。同時，以往我國對水生生物耐受值的研究較關(guān)注水質(zhì)級別劃分方法，例如王備新和楊蓮芳（2004）對以往使用的Shannon-wiener多樣性指數(shù)劃分水質(zhì)級別的標準進行改進并提出五分法，最終使用累積分位數(shù)法計算得到了152個分類單元的耐受值；趙瑞等（2015）使用Simpson多樣性指數(shù)劃分了水質(zhì)級別，最終計算并修訂了遼河流域大型底棲無脊椎動物193個分類單元的耐受值。然而，上述研究均忽略了綜合環(huán)境壓力變量對水生態(tài)系統(tǒng)的影響，難以全面反映水生生物對環(huán)境干擾的耐受性。因此，本研究針對以上問題，利用遼河流域2009一2013年采集的436個點位的水生態(tài)數(shù)據(jù)集，在綜合考慮物理生境、土地利用類型和水質(zhì)參數(shù)等環(huán)境要素的前提下，使用主成分分析降維確定出代表全流域的綜合環(huán)境干擾變量，使用權(quán)重平均值法計算大型底棲無脊椎動物不同分類單元等級的耐受值，并對基于不同耐受值系統(tǒng)計算得到的生物評價指標的準確性進行了對比評估。本研究旨在建立適用于遼河流域的精細化耐受值體系，為北方相似流域的水生態(tài)評價提供科學依據(jù)。

1研究區(qū)域與方法

1.1 區(qū)域概況

遼河流域位于我國東北地區(qū) （38^°43^′～45^°00^′N 116^°30^′～125^°47^′E） 。流域范圍涉及吉林、遼寧、河北和內(nèi)蒙古四?。▍^(qū)）部分城市，涵蓋16市（地、盟）和65個縣（旗）。該流域北與松花江流域接壤，南與渤海灣相接，南北長約 706km ，東西寬約 490km ，全流域面積 21.9×10⁴km² 。遼河流域?qū)贉貛?、暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年降水量為 350～1000mm ，多集中在

6一9月，這幾個月的降水量可占到年降水量的 70% 以上，且降水自東向西遞減。地貌構(gòu)成上，山地占流域總面積的 48.2% ，丘陵占 21.5% ，平原占 24.3% ，沙丘占 6% 。流域內(nèi)自然植被類型多樣，具有明顯的從溫帶草原向暖溫帶闊葉落葉林過渡的特征。流域由2個獨立水系組成：一支為東遼河、西遼河于福德店匯流后的遼河干流，經(jīng)雙臺子河由盤山入海，全長1394km ，其中干流長 516km ；另一支為渾河、太子河于三岔河匯合后經(jīng)大遼河由營口入海，全長 415.4km ，其中大遼河長 94km 。本研究監(jiān)測時段內(nèi)西遼河干流、遼河干流西側(cè)的部分支流處于持續(xù)性干旱狀態(tài)。

1.2調(diào)查點位設(shè)置

調(diào)查區(qū)域涉及遼河全流域（圖1）。數(shù)據(jù)采集時間自2009年5月起，到2013年9月止。采樣時間段主要分成3個時段：2009年5月一2010年8月，主要在渾河-太子河流域進行采樣，其中太子河流域70個常規(guī)監(jiān)測點位采集2次，其他支流的140個點位采集1次；渾河流域的62個采樣點于2010年5月完成采集；2012年9月和2013年9月分別在東遼河和遼河干流采集118個點位。2012年9月在西遼河流域采集了46個點位。本研究共計436個監(jiān)測點位。

1.3生境狀況判定及水質(zhì)測定

通過底質(zhì)組成、生境復雜性、水質(zhì)情況、人類活動強度等10項參數(shù)對生境（Habitat）進行現(xiàn)場評估（鄭丙輝等，2007）。每項參數(shù)分值為0＼～20，每個點位的生境評分由10項參數(shù)分值累加計算，得分越高表示生境質(zhì)量越好。在采集大型底棲無脊椎動物的同時，對河流底質(zhì)類型進行測量并按粒徑大小歸并為5類：① 巨石 （?256mm） ）； ② 大卵石（ ≥128mm ）； ③ 小卵石（ ?64mm ）； ④ 礫石 ≥8mm ）； ⑤ 泥沙（ ≤4mm 。

使用YSI便攜式多功能水質(zhì)分析儀（YSI80）對pH、溶解氧（dissolvedoxygen，DO）、電導率（electricconductivity，EC）和總?cè)芙忸w粒物（totaldissolvedsol-ids，TDS）進行現(xiàn)場測定；參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》的方法對水體氨氮（ammonianitrogen， NH₃–N） 人總氮（total nitrogen，TN）、總磷（total phosphorus，TP）進行測定。

1.4土地利用數(shù)據(jù)解譯

定量獲取土地利用數(shù)據(jù)方式主要基于3種空間尺度（吳璟等，2008）：亞流域尺度（點位上游整個集水區(qū)域）、沿岸尺度（點位上游沿岸周邊 200m） 和局部尺度（點位上游 1km 河岸周邊 200m? ）。本研究土地利用數(shù)據(jù)基于亞流域尺度獲取。土地利用類型提取主要以三景Landsat5TM影像為數(shù)據(jù)源。為了去除由于農(nóng)業(yè)收割而造成的影響，主要使用2007年9月以前的影像作為數(shù)據(jù)源（Dingetal，2013）。通過對遙感影像數(shù)據(jù)進行幾何精度校正、影像拼接、影像截取等預處理后，將流域景觀分為森林、草地、農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地、河流、水庫、灘地、沼澤、魚塘等9種類型。采用人工解譯和鄰近分類相結(jié)合的人機交互式解譯方法進行信息提取，同時考慮野外調(diào)查情況將初期的9種土地利用類型修訂為6種，依次為未開發(fā)用地、水域、林地、建筑用地、農(nóng)田和草地。研究使用的代表人類干擾的土地利用類型為林地、建筑用地、農(nóng)田和草地。

1.5大型底棲無脊椎動物采集及分類鑒定方法

使用索伯網(wǎng)（surbernet，網(wǎng)口規(guī)格 30cm×30cm 網(wǎng)兜孔徑60目）進行定量樣本的采集。在每個樣點選擇不同生境設(shè)置3個平行樣采集大型底棲無脊椎動物樣本，將采集到的樣本經(jīng)粗挑選后裝入1L的標本瓶中，使用 75% 的酒精保存后帶回實驗室進行物種鑒定（渠曉東等，2007），樣品盡量鑒定到屬或者種。

1.6數(shù)據(jù)計算方法

1.6.1TV值依據(jù)物種出現(xiàn)頻率和相對豐度隨綜合環(huán)境壓力梯度的變化來確定。主要包括2個步驟：① 確定綜合環(huán)境干擾變量； ② 計算TV值。

1.6.2綜合環(huán)境干擾變量的確定和排序參考相關(guān)研究方法，將影響水生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境變量分為直接影響和間接影響。土地利用類型的改變不會直接作用于水生態(tài)系統(tǒng)，但會造成河岸帶棲息地質(zhì)量退化和過量營養(yǎng)鹽和污染物進入河道，最終導致水生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化（Allan，2004;Blacketal，2004；Dingetal，2013;Richardsamp;Host，1994;Rothrocketal，1998；

Stewartetal，2001;Wangetal，1997；Waters，1995;Zhangetal，2013）。因此，本研究將土地利用類型、物理生境、底質(zhì)粒徑和水質(zhì)等指標納入代表綜合人類干擾壓力的環(huán)境變量體系（表1）。其中，土地利用類型屬于流域尺度，而物理生境、底質(zhì)粒徑和水質(zhì)參數(shù)等屬于樣點尺度。

使用主成分分析（principecomponentanalysis，PCA）將代表人類干擾的環(huán)境變量（表1）合成一組相互無關(guān)的綜合指標，以揭示環(huán)境數(shù)據(jù)中的主要干擾壓力梯度（Legendreamp;Legendre，1998）。PCA分析前，對不滿足正態(tài)分布的環(huán)境變量進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。連續(xù)的環(huán)境變量進行 log（1+x） 轉(zhuǎn)換，而百分比類型的數(shù)據(jù)進行反正弦平方根轉(zhuǎn)換（Legendreamp;Legendre，1998）。由于PCA分析中第一排序軸提供的信息量最大，因此本研究使用該軸代表環(huán)境變量的綜合壓力梯度（Bressleretal，2006）。

使用公式 ① 對壓力梯度軸進行0＼～10的標準化。

式中： P_CA 為每個點位在第一排序軸上的得分，P_CAmax 和 P_CAmin 分別為所有點位中 P_CA 得分的最大值和最小值， P_CAs 為每個樣點的綜合環(huán)境壓力強度。所選用的0＼～10分的劃分規(guī)則為， P_CAs 分值越小代表綜合環(huán)境干擾壓力越輕，反之則越強（Hilsenhoff，1987；Lenat，1993）。

1.6.3TV值計算主要為計算初始耐受值 （T_Vp） 和修訂耐受值 （T_Vr）2 個步驟

（1）初始耐受值 （T_Vp） 計算：首先剔除稀有物種，將出現(xiàn)點位 lt;3% 的分類單元剔除（Bressleretal，2006）。采用權(quán)重平均值法（weighted averaging ap-proach，WAP），依據(jù)公式 ② 計算各分類單元的初始耐受值 （T_Vp） 。

式中： W_Ai （weightedabundance）為分類單元 i 占其出現(xiàn)樣點所有物種數(shù)量的相對豐度比例， P_CAi 為第i 個樣點的壓力梯度得分。其中， W_Ai 需要進行反正弦平方根轉(zhuǎn)換。

（2）修訂耐受值 （T_Vr） 計算：一般情況下，物種隨環(huán)境干擾呈現(xiàn)單峰模式（圖2），但仍然會有線性和隨機的散點分布情況（Bressleretal，2006）。在壓力梯度較低的邊界，物種對環(huán)境壓力表現(xiàn)出敏感性；在壓力梯度較高的邊界，物種耐受性較強；在壓力梯度中等范圍或壓力梯度軸上，物種表現(xiàn)為中等耐受程度。因此，需要對 T_Vp 進行修訂。使用全部壓力梯度值的 2% 和 98% 分位數(shù)對 T_Vp 進行修訂得到最終的 T_Vr 。

虛線代表物種最終耐受值，即物種存活可忍耐的最大環(huán)境壓力梯度。

1.6.4同已有耐受值的比較將本研究計算得到的耐受值 T_Vr 與其他研究結(jié)果進行對比分析。對比對象包括Bressler等（2006）用相似方法計算的 T_Vr-B ，以及趙瑞等（2015）針對遼河流域用其他方法計算的 T_Vo 。本研究利用 T_Vr 與 T_Vr-B 、 T_Vr 與 T_Vo 之間的散點圖來判斷不同計算結(jié)果的相關(guān)性。

1.6.5判別能力評估通過判別效力（discriminationefficiency，DE）評估指標是否具有判別能力。DE可以定量化描述參考點位和受損點位之間指標的分布模式（Bressleretal，2006），計算公式如下：

式中： D_E 為判別效力； a 為在參考點位指標值25% 分位數(shù)以下的樣點數(shù)量， b 為全部的樣點數(shù)量。D_E 值越高代表該指標分辨能力越強。

為了保證研究方法的統(tǒng)一性，根據(jù)周瑩等（2013）在遼河流域的研究結(jié)果，最終選擇棲境法（物理生境評分 ?120 的點位為參考點位，評分 so 的點位為受損點位）篩選參考點位和受損點位。同時附加條件：人類活動強度和河岸土地利用類型這2項只要有一項得分 gt;16 即算作參考點位。

考慮到研究區(qū)域的局限性，本研究通過計算6個生物評價指標（表2）來確定 T_Vr 的判別能力。

為評估基于 T_Vr 計算系統(tǒng)的準確性，使用 T_Vr 計算各個點位的BI指數(shù)，并依據(jù)指數(shù)值與綜合環(huán)境壓力梯度構(gòu)建壓力梯度模型。通過該模型，能夠更精準地判斷基于 T_Vr 的計算系統(tǒng)對環(huán)境壓力反映的準確性，完善對 T_Vr 在生物評價中應(yīng)用的全面評估。

2結(jié)果與分析

2.1綜合環(huán)境壓力梯度

PCA分析結(jié)果顯示，第一和第二排序軸的解釋率分別為 53.5% 和 11.0% ，總和（ 64.5% 接近總解釋率的2/3（表3），因此對前2個排序軸的環(huán)境因子進行分析。第一排序軸主要反映物理棲息地質(zhì)量的退化和土地利用方式的改變。自然用地方式中，林地面積（ForestArea）同軸一的相關(guān)性較高，而建筑用地面

積（ConstrArea）和農(nóng)田面積（CropArea）同時位于軸一的右側(cè)，相關(guān)性也較高。涉及物理棲息地質(zhì)量的不同底質(zhì)類型在軸一兩側(cè)都有分布，且都同該軸有較高的相關(guān)性。代表不同干擾程度的底質(zhì)類型分布在軸一的相反方向，卵石型的底質(zhì)分布在負向，而代表中下游點位的均質(zhì)性較高的泥沙型底質(zhì)則分布在正向。在水質(zhì)方面，軸一更多體現(xiàn)水體中鹽類的干擾，電導率和總?cè)芙忸w粒物均分布在軸一的正向，而營養(yǎng)鹽污染則更多地表現(xiàn)在第二排序軸方向。高溶解氧的點位基本都同較高棲息地（Habitat）評分的點位分布在同一個方向（圖3）。

2.2 T_Vp 和 T_Vr 的計算結(jié)果

經(jīng)過稀有物種篩選，最終計算了10個綱級、23個目級、64個科級和108個最低分類單元（屬級和種級）的 T_Vp ，并對其進行修訂。一般情況下，物種對壓力梯度的響應(yīng)有負向（negative，圖4）、受限制（limited，圖5）和正向（positive，圖63種形式。圖4中，物種相對豐富度隨壓力梯度的升高而逐步減少，表明這些物種為敏感型并具有較低的TV值。蓋蝽屬（Aphelo-cheirussp.）、耳蘿卜螺（Radixauricularia）、圓田螺屬（Cipangopaludina sp.）和舌蛭屬（Glossiphonia sp.）等物種相對豐度隨著壓力梯度增大而增加，且TV值較大，表明了這些物種耐受性較強。而圖5所示的物種隨壓力梯度并未有明顯的變化趨勢。

盡管 T_Vr 與 T_Vo 以及 T_Vr-B 之間具有顯著的相關(guān)性（圖 7，Plt;0.000 1） ，但決定系數(shù)較低 （R²_TVr-TV0=0.35 ，$R ^ { 2 } _ { ＼mathrm { ＼scriptsize ～ T V r - T V r - B } } = 0 . 4 2 ＼$ ，表明3種類型的TV值之間仍然具有差異。 T_Vr 普遍低于 T_Vo （表4），其中108個最低分類單元中，約 59.3%（64 個）的 T_Vr 小于 T_Vo 。

2.3 T_Vr 準確性評估

研究結(jié)果表明，在西遼河、東遼河和遼河干流以及渾太河3個子流域中，利用 T_Vr 計算的6個生物評價指數(shù)的判別能力均高于基于 T_Vo 的計算結(jié)果（圖8），表明 T_Vr 對環(huán)境壓力的指示能力要高于 T_Vo 。壓力梯度響應(yīng)模型結(jié)果顯示（圖9），依據(jù) T_Vr 計算的BI指數(shù)與環(huán)境綜合壓力梯度軸有很好的響應(yīng)關(guān)系（ ?R²=0.63 ，Plt;0.000 1） ，進一步說明依據(jù)該方法建立的TV計算系統(tǒng)準確性較高，能有效區(qū)分遼河流域不同干擾程度的點位。

3討論

本研究計算的TV值主要用來描述遼河流域大型底棲無脊椎動物不同分類單元與環(huán)境干擾之間的耐受性特征。為了更好地體現(xiàn)物種與環(huán)境綜合干擾壓力之間的關(guān)系，采用PCA將影響生物群落的多個環(huán)境壓力降維生成綜合壓力梯度（第一排序軸）。在PCA分析中，選取環(huán)境指標包括現(xiàn)場測定的生境、水質(zhì)和土地利用類型指標（Allan，2004；Bressleretal，2006；Jiang etal，2010；Gao etal，2014）。其中，林地與綜合壓力梯度軸呈正向相關(guān)，而耕地和城鎮(zhèn)用地則呈負向相關(guān)。與土地利用類型有緊密聯(lián)系的物理生境特征，在本研究中對變量信息也有較大的貢獻率（Richardsamp;Host，1994;Roth etal，1996;Allan etal，1997;Wangetal，1997）。營養(yǎng)鹽 （NH₃-N） 和鹽離子濃度（EC和TDS）與軸一呈顯著相關(guān)性，且此類污染物同農(nóng)業(yè)用地比例升高有直接關(guān)系（Johnsonetal，1997；Allan，2004）。軸一僅解釋了 53.3% 的環(huán)境變量信息，而圖5和圖6的結(jié)果也進一步說明，物種的相對豐富度與軸一壓力并無顯著關(guān)系。但本研究運用PCA的目的并非是要解釋全部變量信息，而是盡可能多地篩選出表征綜合干擾壓力的環(huán)境指標并進行TV值計算。

本研究對比分析了 T_Vr 與 T_Vo，T_Vr 與 T_Vr-B 之間的差異。造成相同分類單元耐受值不同的原因是多方面的，例如計算方法和所針對的環(huán)境壓力不同。 T_Vo 是根據(jù)多樣性指數(shù)對各樣點進行水質(zhì)分級，再用累積分位數(shù)法計算得到（趙瑞等，2015）。多樣性指數(shù)雖然能反映大型底棲無脊椎動物群落組成的部分特征，但同樣存在諸多的缺點，例如多樣性指數(shù)主要代表的是一個群落中各個物種組成之間的均勻程度，即使在環(huán)境壓力較大而敏感物種消失的點位，只要各個耐污物種的組成比例保證一定的均勻程度，同樣可以得到較大的多樣性指數(shù)分值，而這樣就會對樣點所受的環(huán)境壓力進行誤判。同樣， T_Vr-B 最初是針對美國密西西比河流域所發(fā)展的一套耐污值體系（ADEM/MDEQ，1995），其依據(jù)已分配壓力-敏感響應(yīng)關(guān)系物種的出現(xiàn)與否來決定樣點的受損程度（Lenat，1993）。例如，當調(diào)查點位大規(guī)模出現(xiàn)蜉目水生昆蟲，隨同其出現(xiàn)的其他物種即被賦予較低的TV值而被認為是敏感物種。而事實上，在密西西比河流域，蜉蝣目、嘖翅目和毛翅目的水生昆蟲并不一定是常見和廣泛分布的物種。該方法計算出的物種耐受值并不一定能準確反映當?shù)亓饔虻恼鎸崰顩r。本研究所用的方法并未使用任何一個先驗的物種敏感性判斷，而是嚴格按照物種出現(xiàn)數(shù)量與相關(guān)壓力之間的關(guān)系來計算。

此外，物種敏感性的地域差異也會導致 T_Vr 和 T_Vo 的差異。溪流的底質(zhì)粒徑組成比例、水文情勢和理化參數(shù)等自然屬性在一定程度上也會影響物種耐受性。以底質(zhì)組成為例，在一些區(qū)域，河流底質(zhì)以泥沙為主，可能是一種自然現(xiàn)象；而在另一些區(qū)域，底質(zhì)以泥沙為主，也可能是棲息地退化的表現(xiàn)。在這2種不同區(qū)域的河段中，常常會出現(xiàn)相似的物種組成。然而，相同的物種有可能被賦予高低不同的TV值。也就是說，一個適宜在泥沙底質(zhì)中生存的物種，在過量泥沙輸入被視作環(huán)境壓力的區(qū)域，它可以指示該區(qū)域的壓力；而在底質(zhì)類型本身就以泥沙為主且未受到干擾的區(qū)域，該物種則體現(xiàn)的是區(qū)域的自然屬性（Bressleretal，2006）。這也就解釋了為何修訂后的TV值比初始TV低。由于西遼河流經(jīng)內(nèi)蒙古高原，此區(qū)域河岸帶侵蝕較為嚴重，但是并未伴有其他諸如污染物排放和農(nóng)業(yè)耕作的人為干擾，因此西遼河的底質(zhì)泥沙含量較高也被視為自然現(xiàn)象（Gaoetal，2014）。而在遼河流域東南部山區(qū)，農(nóng)業(yè)耕作導致河岸帶植被退化，底質(zhì)由卵石過渡為泥沙，被視為嚴重的人類活動干擾（Gaoetal，2014）。該區(qū)域優(yōu)勢物種可能對沉積物不敏感，可以較好地生存和繁殖于自然泥沙底質(zhì)中和受人類活動干擾的泥沙淤積中（Relyeaetal，2011）。這充分說明物種敏感性具有地域限制，只有采用本地制定的耐受值才能準確反映當?shù)厥軗p狀況（Blocksomamp;Winter，2006;Bressleretal，2006;Carlisleetal，2007）。

物種針對環(huán)境壓力會表現(xiàn)出正向、受限制和負向3種潛在響應(yīng)機制（Bressleretal，2006），本研究中以上現(xiàn)象均有出現(xiàn)（圖4＼～圖6。物種的相對豐度隨壓力梯度遞增或遞減較易理解，然而與壓力梯度無顯著變化趨勢尚需合理的解釋。其可能原因如下：（1）一個物種能夠在多個點位上對環(huán)境壓力表現(xiàn)出不同的敏感度；（2）多重壓力的協(xié)同作用能夠?qū)е略诓煌瑝毫姸群图墑e下產(chǎn)生不同生物響應(yīng)；（3）某些物種本身就具有對環(huán)境壓力的適應(yīng)性，使其能夠在較寬的壓力范圍內(nèi)生存繁殖。

盡管本研究計算的耐受值具有很好的準確性（圖8），但仍有改進空間。隨著監(jiān)測數(shù)據(jù)的補充，先前被認為是稀有分類單元的TV值也會被納入現(xiàn)有耐受值系統(tǒng)。某些物種可能只針對一種壓力類型有響應(yīng)特征，而對其他或者綜合壓力并無任何關(guān)聯(lián)。而本研究所建立的壓力梯度代表了綜合環(huán)境壓力（物理棲息地、水化學和土地利用特征）而并非一個具有針對性的壓力，因此可能導致某些物種的耐受性被誤判。隨著環(huán)境數(shù)據(jù)可用性的提高，有望針對某一壓力建立和計算耐受值，例如針對營養(yǎng)鹽（DelRosarioetal，2002）和底質(zhì)含沙量的耐受值等（Rely-eaetal，2011；Zweigamp;Rabeni，2001）。以上研究將會使針對某一污染物的生物評價變得更加準確，為水生態(tài)管理和恢復提供更直接的技術(shù)指導。

4結(jié)論與展望

本研究以遼河流域多年監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過構(gòu)建綜合環(huán)境壓力梯度，對水生態(tài)健康評價常用的大型底棲無脊椎動物環(huán)境壓力耐受值系統(tǒng)進行了修訂研究。計算并比較了常用的108個最低分類單元的耐受值，突破了以往計算物種耐受值僅依靠水質(zhì)污染程度或生物多樣性梯度的局限。依據(jù)本研究耐受值計算的水生生物評價指標對于環(huán)境壓力的判別能力顯著高于同流域其他研究和國外類似的研究結(jié)果，可以更準確有效地評估河流健康狀況。

影響水生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境壓力類型多種多樣，除了陸域景觀格局改變、水質(zhì)污染和生境退化，還包括沉積物污染、水動力條件改變等。因此，未來應(yīng)當盡可能多地將代表外部干擾壓力的環(huán)境要素納入綜合壓力梯度的確定過程，開展相應(yīng)的水生物物種同環(huán)境條件變化之間的響應(yīng)關(guān)系分析，并構(gòu)建區(qū)域適用性的評價指標，以期更科學客觀地評估河流健康狀況并制定行之有效的保護修復策略。

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Determination of Environmental Stress Tolerance Values forBenthicMacroinvertebratesinLiaoheRiverBasin

ZHUOFengjin1，2，LI Zhao3， SHANGGuangxial，HEKan4，YANG Chen1， YANGZhongwen1，CHENLibin2，GAOXinl

（1. Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 10oo12， P.R. China; 2. College of Resources and Environment， Yangtze University， Wuhan 430100，P.R. China; 3. China National Environmental Monitoring Centre， Beijing 10o012， P.R. China; 4.Panzhihua Ecological Environmental Monitoring Center Station of Sichuan Province， Panzhihua 617000，P.R.China）

Abstract： Tolerance values quantify the relative survival and reproductive ability of organisms under known environmental stressors，and are often used to construct an aquatic biological evaluation index. However， it is dificult to capture the total environmental stress onan aquatic ecosystem using only biodiversity，as attmpted in early efforts to calculate tolerance values.In this study， we developed a refined system of tolerance values for macroinvertebrates in Liaohe River basin by integrating water ecological data from 436 monitoring sites （2009-2013）. Principal component analysis （PCA） was used to develop comprehensive environmental stress gradients by combining physical habitat， water quality and land use variables.Then，based on the response of each taxon to the stress gradients，a weighted averaging method was used to calculate and compare the environmental stress tolerance values （ （T_Vr） of 205 benthic macroinvertebrate taxa from108 genera or species， 64 families，23 orders and 10 classes in the basin.Finally，linear regresson between the biological index and stressor gradients was established to assess the accuracy of tolerance values. We aimed to provide a standardized tolerance value system for evaluating stream health in Liaohe River basin.The environmental variables on the first axis of PCA explained 53.5% of the environmental stress，representing the comprehensive stress gradient. There was an excellent response relationship between the biological evaluation index based on T_Vr and the environmental stress gradients 0 R²=0.63 ， Plt;0.000 1 ），and the discrimination efficiency （DE） of the evaluation index was significantly higher than in previous studies.In West and East Liaohe River，the Liaohe River mainstem，and the three sub-basins of Huntai River，all six of the biological evaluation indices demonstrated superior discriminatory capacity compared to the pollution tolerance values （ （T_Vo） calculated using the cumulative quantile method. Studies confirm that the revised tolerance values more accurately reflect the tolerance of macroinvertebrates to comprehensive environmental stressors.These values can be effectively applied in biological assessmentsacross theLiaoheRiverbasinand similarnorthernriver systems，andprovidearobust toolforscientifically evaluating the ecological health ofrivers and formulating conservation and restoration strategies.

Key words： tolerance Value; benthic macroinvertebrates; Liaohe River basin; comprehensive environmental stressor