基于底栖生物完整性指数 (B-IBI) 的仁怀市主要河流健康评价

何浩宇, 王芳, 龙茂源, 张书海, 周岳兵, 丁献桃, 甘雷, 王桢璐, 项涛, 居涛, 石磊, 安苗, 董响红

何浩宇, 王芳, 龙茂源, 张书海, 周岳兵, 丁献桃, 甘雷, 王桢璐, 项涛, 居涛, 石磊, 安苗, 董响红. 基于底栖生物完整性指数 (B-IBI) 的仁怀市主要河流健康评价[J]. 南方水产科学. DOI: 10.12131/20240185
引用本文: 何浩宇, 王芳, 龙茂源, 张书海, 周岳兵, 丁献桃, 甘雷, 王桢璐, 项涛, 居涛, 石磊, 安苗, 董响红. 基于底栖生物完整性指数 (B-IBI) 的仁怀市主要河流健康评价[J]. 南方水产科学. DOI: 10.12131/20240185
HE Haoyu, WANG Fang, LONG Maoyuan, ZHANG Shuhai, ZHOU Yuebing, DING Xiantao, GAN Lei, WANG Zhenlu, XIANG Tao, JU Tao, SHI Lei, AN Miao, DONG Xianghong. Assessment of health conditions of main rivers in Renhuai City based on benthic-integrated biotic index (B-IBI)[J]. South China Fisheries Science. DOI: 10.12131/20240185
Citation: HE Haoyu, WANG Fang, LONG Maoyuan, ZHANG Shuhai, ZHOU Yuebing, DING Xiantao, GAN Lei, WANG Zhenlu, XIANG Tao, JU Tao, SHI Lei, AN Miao, DONG Xianghong. Assessment of health conditions of main rivers in Renhuai City based on benthic-integrated biotic index (B-IBI)[J]. South China Fisheries Science. DOI: 10.12131/20240185

基于底栖生物完整性指数 (B-IBI) 的仁怀市主要河流健康评价

基金项目: 仁怀市林业局项目 [GZBL-CG22-A (2022-152号) ];贵州大学博士基金 [贵大人基合字 (2021) 65号];贵州省科学技术基金资助项目 [黔科合基础-ZK (2023) 一般104号]
详细信息
    作者简介:

    何浩宇 (1998—) ,男,硕士研究生,研究方向为底栖动物生态学。E-mail: 15333618388@163.com

    通讯作者:

    董响红 (1990—) ,男,讲师,博士,研究方向为渔业资源与环境。E-mail: xhdong@gzu.edu.cn

  • 中图分类号: S 931.1

Assessment of health conditions of main rivers in Renhuai City based on benthic-integrated biotic index (B-IBI)

  • 摘要:

    健康稳定的河流生态系统对维持生物多样性和经济社会发展至关重要。然而,作为中国酱酒核心产区,仁怀市主要河流的健康状况评价体系却尚未构建。基于此,于2023年对仁怀市境内9条河流28个采样点的大型底栖无脊椎动物开展了周年季度调查,并在此基础上创新性地搭建了仁怀市主要河流的底栖生物完整性指数 (Benthic-integrated biotic index, B-IBI)评价体系。结果发现:共记录到大型底栖无脊椎动物分类单元175个,隶属于5门10纲22目75科,年均密度和生物量分别为1236.50个·m−2和168.07 g·m−2;9条河流的健康情况中,1条为优秀,1条为良好,3条为中等,其余4条为较差,无很差; 28个采样点中,2个为优秀,5个为良好,7个为中等,7个为较差,7个为很差。综上,所构建的B-IBI评价体系指示仁怀市主要河流的整体健康状况不佳,建议在未来采取适宜的管理及修复措施以使其恢复至健康状态。

    Abstract:

    Healthy and stable river ecosystem is vital to local biodiversity maintenance and socio-economic development. However, as China's core production area of Maotai-flavor Baijiu, Renhuai City has not established the health assessment system of its main rivers. Thus, we conducted an annual quarterly survey on the benthic fauna at 28 sampling sites in 9 rivers in Renhuai City in 2023, and developed a benthic-integrated biotic index (B-IBI) health evaluation system for the city's main rivers. The results show that a total of 175 taxonomic units of benthic macroinvertebrates were recorded, belonging to 5 phyla, 10 classes, 22 orders and 75 families. The annual average density and biomass were 1 236.50 ind.·m−2 and 168.07 g·m−2, respectively. Among the 9 rivers, one was in excellent condition, one in good condition, three in average condition, four in poor condition, and none in very poor condition.Among the 28 sampling sites, two were in excellent condition, five in good condition, seven in average condition, seven in poor condition, and seven in very poor condition. In general, the assessment system of B-IBI in this paper shows that Renhuai City's main rivers are in poor condition, and suitable management and restoration measures should be adopted to make them become healthy again in the future.

  • 贵州省仁怀市地处赤水河中上游交汇源区,市内河流均属于赤水河水系,其中87.03 km的干流为长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区核心区和缓冲区的组成部分,也是长江上游众多支流中唯一未修建大坝并保持着天然水文节律的重要河流。与其形成鲜明对比的是,赤水河仁怀段部分支流已修建较多大坝。例如,五岔河有49座拦河水坝,五马河有41座,九仓河有29座,盐津河有23座,观音寺河有7座及桐梓河有3座 (仅统计仁怀市境内大坝数量) [1]。已有研究显示,水坝等水利工程对河流的水量、水质以及水生生物造成的影响会以各种方式传递到整个流域[2]。赤水河素有“美酒河”之称,干、支流水系优质的水资源为当地酿酒工业提供了坚实的物质基础,是仁怀市重要的优势产业。鉴于此,掌握仁怀市河流的水质情况至关重要。然而,目前关于仁怀市河流的水质监测主要侧重于理化指标[3-7],只有少数研究进行了生物监测[7-10],时间 (调查周期较短,单季度调查) 及空间 (布设于仁怀市内的样点较少) 上的精度明显不足。虽然理化指标能反映水体污染物的即时浓度,却难以检测出多重污染交织产生的复杂效应[11]。与之相对,生物监测则能体现污染物在时间上的连续积累结果和空间上广阔范围的平均变化[12]。因此,仁怀市河流生物监测方面的相关研究还有待补充。

    在众多现行的河流生态系统健康评价体系中,基于生物检测的方法,主要包括以下几类:指示物种法,生物指数法 [EPT分类单元数 (E为蜉蝣目,P为襀翅目,T为毛翅目)] 、耐污生物指数 (Biotic index, BI) 及科级生物水平指数 (Family biotic index, FBI)] 等,多元参数法 [如预测模型法和生物完整性指数 (Index of biotic integrity, IBI)] 等[13]。其中,Karr[14]于1981年创建的基于鱼类的生物完整性评价体系 (Fish-index of biotic integrity, F-IBI) 及其衍生物 (IBI) 备受关注。相比于单一的生物指数方法,IBI提供了更为综合的评估框架,从而可从生态系统视角更全面地反映河流健康状况[15]。随着时间推移与研究的深入,IBI已逐渐被扩展应用至其他类群,如大型底栖无脊椎动物[16]、浮游生物[17]及高等维管束植物[18]等。由于大型底栖无脊椎动物的生命周期一般较长、活动范围通常狭窄、分布范围总体较广并具有不同类群对水质的敏感性不同等特点[19-20],因而具备较好的环境指示作用,故基于底栖生物完整性指数 (Benthic-integrated biotic index, B-IBI) 的河流健康评价应用较多[21-23]

    然而,在对国内外有关大型底栖无脊椎动物的既有工作进行系统梳理和仔细分析后发现,尽管通过借助B-IBI已在全球尺度上开展了大量富有成效的河流生态系统健康评价[24-27];但由于时间、空间异质性,这些结论往往不具有普适性[24],即在一个时间段或一条河流构建的评估体系未必适用于其他时间或不同河流。因此,亟需构建适用于仁怀市主要河流的B-IBI评价体系[9]

    鉴于此,本研究拟通过周年季度调查,在摸清中国酱酒核心产区——仁怀市主要河流大型底栖无脊椎动物群落结构的基础上,应用生物完整性理论,尝试搭建该市主要河流的B-IBI评价体系,并借助该体系评估其健康状况,以期为仁怀市主要河流的有效管理提供基础数据与科技支撑。

    以仁怀市境内9条河流中的大型底栖无脊椎动物为研究对象。依据相关类群资源调查规范和标准 (HJ 710.8—2014、SL/T 793—2020以及HJ 1295—2023),针对不同河流水体类型或生境特点布设了28个采样点,包括赤水河干流4个 (M1—M4) 与支流24个 (九仓河B1—B4、五马河B5—B7、盐津河B8—B12、母猪笼河B13—B14、金溪河B15、五岔河B16—B18、观音寺河B19—B20及桐梓河B21—B24图1),其中M3位于贵州省习水县和四川省泸州市古蔺县交接处。并于2023年开展4个季度的调查 [1月 (冬) 、4月 (春) 、7月 (夏) 和10月 (秋) ]。

    图  1  仁怀市采样点分布图
    注:样点字母M表示干流,字母B表示支流。
    Figure  1.  Distribution map of sampling sites in Renhuai City
    Note: The letter M represents the master stream and the letter B represents the branch.

    基于各样点的生境状况 (底质类型与水深等) ,在以石块底质为主、可涉水的河段内,使用索伯网 (孔径420 μm,面积0.09 m2) 进行样品定量采集;在以淤泥或细沙底质为主、不可涉水的河段内,则乘船或皮筏艇前往采样点,使用1/32 m2的彼得逊采泥器进行样品的定量采集[28]。采集的样品先在现场使用60目网筛 (孔径250 μm) 进行冲洗,将获得的干净残余物迅疾用塑封袋装好,而后带回临时驻地并置入白瓷盘中进行分拣,最后使用10% (φ)的甲醛溶液对分拣出的标本进行固定,再保存在50 mL的标本瓶中。待每个季度的外业全部完成后再带回实验室,依据大型底栖无脊椎动物的分类专著和文献进行鉴定[29-33]

    为了方便后续处理,将每个采样点4个季度的调查数据取平均值,即将每个采样点作为独立的样本进行候选生物指标计算[34],仅讨论其空间差异。优势种的判定依据为其相对密度大于5%。本研究中所有数据均在Excel 2016软件中进行预处理,通过ArcGIS Pro 3.0.2软件绘制采样点地图,数据来源于全国地理信息资源目录服务系统 (https://www.webmap.cn/, 1∶25万全国基础地理数据库,2019公众版),使用Origin Pro 9.8软件绘制箱线图,采用SPSS 26.0软件进行相关性分析。

    使用B-IBI评价体系对河流生态系统健康进行评价的首要任务就是确定参照点与受损点[35]。参照点即指未受或受轻微人类干扰且水体质量较高的样点 (仁怀市环境保护检测站);受损点则是指受到重度人类干扰且水体质量较差的样点[36]。遵照Morley和Karr[37]、Blocksom等[38]的建议,本研究选择赤水河纳坡渡口 (M1) 、观音寺河大桥 (B19) 以及观音寺河蔡家坝 (B20) 3个样点为参照点,剩余25个自动划归为受损点。

    根据有关文献与仁怀市河流大型底栖无脊椎动物群落结构特点[7-9],初步选择29个候选参数用于构建仁怀市的B-IBI评价指标体系 (表1) ,包括9个分类单元丰富度参数 (群落物种丰富度信息) 、11个群落组成参数 (群落结构) 、2个耐污能力参数 (群落耐污或适应能力) 、5个功能类群参数 (群落功能特征) 以及2个生物多样性参数 (物种群落层面的多样性水平) 。其中,生物指数 (FBI)、Shannon-Wiener多样性指数 (H')和Simpson优势度指数(D)的公式分别为:

    表  1  构建底栖生物完整性指数 (B-IBI) 评价体系候选参数及它们对干扰的反应
    Table  1.  Candidate parameters for constructing benthic-integrated biotic index (B-IBI) assessment system and their responses to disturbance
    属性
    Attribute
    编号
    No.
    候选参数
    Candidate parameter
    对干扰的
    反应
    Response to
    disturbance
    分类单元丰
    富度参数
    Categorical
    richness
    parameter
    C1 总分类单元数 下降
    C2 蜻蜓目分类单元数 下降
    C3 蜉蝣目分类单元数 下降
    C4 毛翅目分类单元数 下降
    C5 鞘翅目分类单元数 下降
    C6 双翅目分类单元数 上升
    C7 摇蚊科分类单元数 上升
    C8 甲壳和软体动物分类单元 下降
    C9 耐污类群分类单元数 上升
    群落组成参数
    Community
    composition
    parameter
    C10 (蜉蝣目+襀翅目+毛翅目)/% 下降
    C11 蜻蜓目/% 下降
    C12 蜉蝣目/% 下降
    C13 毛翅目/% 下降
    C14 鞘翅目/% 下降
    C15 双翅目/% 上升
    C16 摇蚊科/% 上升
    C17 其他双翅目与非昆虫/% 上升
    C18 寡毛类/% 上升
    C19 甲壳与软体动物/% 下降
    C20 前三位优势种/% 上升
    耐污能力参数
    Pollution
    tolerance parameter
    C21 耐污类群/% 上升
    C22 BI指数 (FBI) 上升
    功能类群参数
    Functional
    group parameter
    C23 滤食者/% 可变
    C24 撕食者/% 上升
    C25 刮食者/% 可变
    C26 收集者/% 可变
    C27 捕食者/% 下降
    生物多样性
    参数
    Biodiversity
    parameter
    C28 Shannon-Weiner多样性指数 (H') 下降
    C29 Simpson优势度指数 (D) 下降
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    $$ F_{{\mathrm{BI}}} {\mathrm{ = }}\sum\limits_{i {\mathrm{=}} 1}^S {\frac{{n_it_i}}{N}} $$ (1)
    $$ H{\text{'}}{\mathrm{ = }} {\text{−}} \sum\limits_{i {\mathrm{=}} 1}^S {P_i} \ln P_i $$ (2)
    $$ D{\mathrm{ =}}1 {\text{−}} {\sum\limits_{i {\mathrm{=}} 1}^S {P_i} ^2} $$ (3)

    式中:S为样本中总分类单元数;N为样本中的总个体数;ni为第i个分类单元的个体数;ti为第i个分类单元的耐污值;Pi为物种i在样本中的相对丰度。

    核心参数经过5个步骤从29个候选参数中遴选 (图2) ,更多细节可参考有关文献[9,16,39-40]。

    图  2  核心参数筛选步骤
    注:McMT分别为某一候选指标在参照组和受损组的中位数。
    Figure  2.  Selection steps of core parameters
    Note: Mc and MT are the median values of one candidate parameter in the control group and disturbance group, respectively.

    为消除核心参数量纲带来的影响,对与环境压力正 (负) 相关的参数 (正向参数,即对干扰的反应为上升的参数;负向参数,即对干扰的反应为下降的参数) ,分别利用公式(4)和(5)消除量纲:

    $$\qquad \qquad \qquad I_{\mathrm{S}}{\mathrm{=}}10 \times\left\{\begin{array}{l} \dfrac{I_{\mathrm{T}}{\text{−}}I_0}{I_{\mathrm{T}}{\text{−}}I_{\mathrm{E}}},\text { 正相关;}\qquad\qquad(4)\\ \dfrac{I_0{\text{−}}I_{\mathrm{T}}}{I_{\mathrm{T}}{\text{−}}I_{\mathrm{E}}},\text { 负相关。}\qquad\qquad(5) \end{array}\right.$$

    式中:IS为核心参数I消除量纲后的值;I0为核心参数I的实测值;IT为核心参数I的临界值,对于同环境压力正 (负) 相关核心参数取I的95% (5%) 分位数;IE为核心参数I的期望值,对于同环境压力正 (负) 相关核心参数取I的5% (95%) 分位数;10为使IS的基本分布范围转换为0~10而设置的常数,若IS>10,按10计,若IS<0,则按0计。消除量纲后的核心参数分值之和与有关参数数量的比值即为本研究各样点的B-IBI得分。

    B-IBI评价体系运用参照点位B-IBI值的“25%分位数法”进行等级划分:大于25%分位数的一类代表最优状态,即优秀;小于25%分位数的分布范围则继续4等分,分别对应不同的状态,即良好、中等、较差及很差。

    本研究共记录到大型底栖无脊椎动物分类单元175个,隶属于5门 (线形动物门、扁形动物门、环节动物门、节肢动物门及软体动物门) 10纲22目75科。其中,水生昆虫为绝对优势类群,128种 (占73.14%),包括双翅目51种 (占水生昆虫种类数的39.84%) ,蜻蜓目12种 (占9.38%) ,蜉蝣目24种 (占18.75%),襀翅目4种 (占3.13%),毛翅目19种 (占14.84%),鞘翅目9种 (占7.03%) 以及鳞翅目、广翅目和半翅目各3种 (各占2.34%);同时,鉴定出软体动物门23种 (占13.14%),环节动物门17种 (占9.71%),包括寡毛类11种、蛭纲5种以及沙蚕1种。此外,还有甲壳类4种 (占2.29%) 与其他动物3种 (占1.71%) (图3-a) 。各河流物种丰富度分别为盐津河102种、赤水河76种、九仓河65种、五马河52种、五岔河51种、观音寺河50种、金溪河41种、母猪笼河33种以及桐梓河25种 (图3-b) 。

    图  3  仁怀市主要河流大型底栖无脊椎动物物种组成
    Figure  3.  Species composition of benthic macroinvertebrates in main rivers of Renhuai City

    仁怀市主要河流大型底栖无脊椎动物年平均密度和生物量分别为1236.50 个·m−2与168.07 g·m−2。其中,密度方面表现为母猪笼河 (4696.78 个·m−2)>九仓河 (1406.40 个·m−2) >盐津河 (1405.33 个·m−2) > 五马河 (912.04 个·m−2) >金溪河 (812.50 个·m−2) >赤水河 (698.85 个·m−2) >桐梓河 (615.85 个·m−2) >观音寺河 (606.90 个·m−2) >五岔河 (547.44 个·m−2) 。生物量方面则表现为九仓河 (901.26 g·m−2) >五马河 (152.39 g·m−2) >桐梓河 (84.08 g·m−2) >赤水河 (35.91 g·m−2) >观音寺河 (24.28 g·m−2) >金溪河 (22.25 g·m−2) >盐津河 (11.60 g·m−2) >母猪笼河 (9.78 g·m−2) >五岔河 (5.14 g·m−2) (图4) 。

    图  4  仁怀市各河流大型底栖无脊椎动物年均密度和生物量
    Figure  4.  Annual average density and biomass of benthic macroinvertebrates in main rivers of Renhuai City

    赤水河干流、九仓河、五马河以及观音寺河均以软体动物为最大优势种,盐津河、母猪笼河、五岔河以及桐梓河均以摇蚊科类群为最大优势种,而金溪河则以蜉蝣科物种为最大优势种 (表2) 。

    表  2  仁怀市九条河流大型底栖无脊椎动物优势种
    Table  2.  Dominant species of benthic macroinvertebrates in main rivers of Renhuai City %
    相对密度 ≥ 5%
    Relative abundance ≥ 5%
    赤水河
    Chishui
    River
    九仓河
    Jiucang
    River
    五马河
    Wuma
    River
    盐津河
    Yanjin
    River
    母猪笼河
    Muzhulong
    River
    金溪河
    Jinxi
    River
    五岔河
    Wucha
    River
    观音寺河
    Guanyinsi
    River
    桐梓河
    Tongzi
    River
    摇蚊类Chironomidae
     摇蚊属 Chironomus sp. 8.20 11.31 19.33 8.35 6.79 8.34
     异足摇蚊属 Apedilum sp. 42.79 7.01 24.68
     雕翅摇蚊属 Glyptotendipes sp. 40.92 12.67
     多足摇蚊属 Polypedilum sp. 10.71 5.88 7.92 20.40 14.87
     环足摇蚊属 Cricotopus sp. 14.71 11.20
     长跗摇蚊属 Tanytarsus sp. 7.26
     倒毛摇蚊属 Microtendipes sp. 7.64 14.87
     直突摇蚊属 Orthocladius sp1. 5.05
     齿斑摇蚊属 Stictochironomus sp. 7.01
     特长足摇蚊属 Thienemannimyia sp. 5.64
    其他水生昆虫 Other aquatic insects
     蜉蝣属 Ephemera sp1. 16.24
     柔裳蜉属 Habrophlebiodes sp. 9.61
     扁蜉属 Heptagenia sp. 7.09
     似动蜉属 Cinygmina sp. 5.37
     溪泥甲科幼虫 Elmidae larva 14.40
     径石蛾属 Ecnomus sp. 9.47
     侧枝纹石蛾属 Ceratopsyche sp. 6.27 5.15 6.50
    软体动物类 Mollusca
     湖沼股蛤 Limnoperna lacustris 12.02
     河蚬 Corbicula fluminea 50.65 45.15
     刻纹蚬 Corbicula largillierti 8.45 8.47
     凸旋螺 Gyraulus convexiuseculus 10.76
     铜锈环棱螺 Bellamya aeruginosa 24.36
     环棱螺属 Bellamya sp. 10.72
     萝卜螺属 Radix sp1. 8.15
    寡毛类 Oligochaeta
     石蛭属 Erpobdella sp. 6.68
    注:表中所列出的属名均代表该属一种而非多个物种。 Note: All the listed genus in this table represent one species within the genus, not several species.
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    经中值筛选 (表3) 未剔除参数,而后的差异性检验 (表3) 则保留了C9、C12、C20、C22、C28及C29 6个参数,箱线图分布范围评估 (图5) 剔除了C9,随后的变异性检查 (表3) 则剔除了C20,相关性分析 (图6) 剔除了C29。最终,C12、C22及C28共3个参数被确定为本研究B-IBI评价体系的核心参数。

    表  3  候选参数在参照点与受损点的中值、p值以及参照点中的变异系数
    Table  3.  Medians, p-values of candidate parameters in reference group and disturbance group and their variation coefficients in reference group
    编号
    Code
    参照点中值
    Medians in
    reference group
    受损点中值
    Medians in
    disturbance group
    p
    p-values
    变异系数
    Coefficient of
    variation
    C1 30 24 0.433 00 NA
    C2 2 0 0.135 50 NA
    C3 7 3 0.076 28 NA
    C4 3 1 0.458 67 NA
    C5 2 1 0.531 06 NA
    C6 9 10 0.879 88 NA
    C7 7 6 0.663 85 NA
    C8 5 5 0.392 86 NA
    C9 2 3 0.012 14 NA
    C10 34.780% 6.170% 0.072 33 NA
    C11 16.310% 1.710% 0.136 36 NA
    C12 13.060% 0.340% 0.006 65 0.197 50
    C13 5.980% 1.430% 0.684 24 NA
    C14 0.420% 0.000% 0.700 59 NA
    C15 24.370% 13.800% 0.519 41 NA
    C16 10.870% 9.660% 0.195 26 NA
    C17 39.080% 24.390% 0.968 78 NA
    C18 0.540% 2.560% 0.665 66 NA
    C19 18.490% 9.880% 0.923 30 NA
    C20 1.010% 11.260% 0.041 00 1.347 10
    C21 9.660% 10.170% 0.258 44 NA
    C22 4.90880 5.61930 0.036 10 0.116 80
    C23 12.500% 8.810% 0.212 56 NA
    C24 10.330% 6.600% 0.972 32 NA
    C25 4.200% 3.450% 0.590 13 NA
    C26 50.420% 56.620% 0.935 05 NA
    C27 8.820% 6.790% 0.728 26 NA
    C28 2.81000 1.84600 0.000 03 0.038 40
    C29 0.90610 0.75680 0.000 05 0.011 80
    注:NA. 表示该参数已在前述步骤被剔除。 Note: NA. This parameter has been removed of the previous step.
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    图  5  候选参数箱线图
    Figure  5.  Box-plots of candidate parameters
    图  6  候选参数指标相关系数
    Figure  6.  Correlation coefficients of candidate parameters

    经过计算,得到仁怀市主要河流的B-IBI评价标准,即分值≤2.11为很差,2.11~4.23为较差,4.23~6.34为中等,6.34~8.45为良好,>8.45为优秀(分值区间为左开右闭) 。

    由B-IBI评价体系的评估结果可知 (表4),9条河流中,有1条处于优秀状态,1条处于良好状态,3条处于中等状态,4条处于较差状态,无很差状态;28个样点中,有2个处于优秀状态,5个处于良好状态,7个处于中等状态,7个处于较差状态,7个处于很差状态。

    表  4  基于B-IBI评价体系的仁怀市主要河流健康评价结果
    Table  4.  Health assessment results on Renhuai's main rivers based on B-IBI assessment system
    河流
    River
    编号
    No.
    得分
    Score
    评价结果
    Assessment
    result
    河流评价
    结果
    River
    assessment
    result
    赤水河
    Chishui River
    M1 8.24 良好 良好
    M2 8.28 良好
    M3 4.84 中等
    M4 5.02 中等
    九仓河
    Jiucang River
    B1 1.44 很差 较差
    B2 1.71 很差
    B3 1.96 很差
    B4 4.09 较差
    五马河
    Wuma River
    B5 4.17 较差 较差
    B6 3.50 较差
    B7 4.43 中等
    盐津河
    Yanjin River
    B8 4.70 中等 中等
    B9 7.39 良好
    B10 6.71 良好
    B11 1.92 很差
    B12 7.60 良好
    母猪笼河
    Muzhulong River
    B13 1.85 很差 较差
    B14 3.64 较差
    金溪河
    Jinxi River
    B15 5.74 中等 中等
    五岔河
    Wucha River
    B16 1.38 很差 中等
    B17 5.88 中等
    B18 5.81 中等
    观音寺河
    Guanyinsi River
    B19 8.67 优秀 优秀
    B20 9.80 优秀
    桐梓河
    Tongzi River
    B21 2.17 较差 较差
    B22 1.66 很差
    B23 2.42 较差
    B24 4.05 较差
    注:评价结果为样点得分相加后取均值所得。 Note: The evaluation result is the average value obtained by adding the scores of the sampling points.
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    大型底栖无脊椎动物群落结构不仅反映了水体的理化特性和生态学过程[41],还可为水域生态系统的健康评价提供一定参考[42]。调查期间,共采集到大型底栖无脊椎动物175种。其中,水生昆虫占比最高 (128种,占比73.14%) ,软体动物次之 (23种,占比15.43%) ,其他类群最小 (铁线虫 、涡虫和水螨共3种,占比1.71%);县 (市) 内优势种多为摇蚊类幼虫与软体动物 (偏耐污种类) 。所得结果同近年来仁怀市大型底栖无脊椎动物群落结构的研究结果大体相同,即各类群密度组成相似,优势种多由早年调查的清洁种转变成耐污类群 (寡毛类和摇蚊类)[7-9],说明过往仁怀市河流虽大型底栖无脊椎动物丰富度较高,但随着人类活动影响加剧,如今该地区大型底栖无脊椎动物的物种丰富度呈现出逐渐降低的趋势[10]。这类物种组成趋向简单化、耐污种类密度增加且逐步成为优势类群的现象,反映了河流生态系统对人类活动及环境压力的生物学响应[43-44]

    B-IBI是目前应用最为广泛的水生生态系统健康评价体系之一[16,34,45],可以综合评估多种类型的人为干扰对水质的影响[13]。本研究对5大类29个生物参数进行筛选后,最终选取蜉蝣目个体数百分比 (C12) 、BI指数 (C22) 以及Shannon-Weiner多样性指数 (C28) 3个核心参数搭建仁怀市的B-IBI评价体系。基于这一体系发现:观音寺河的健康评价为优秀,这可能是因为观音寺河远离酿酒核心产区且河流级别较低 (为赤水河二级支流,其余支流均为一级支流) ,虽建有水坝但规模较小,仅受到轻微的人为干扰;同时,赤水河仁怀段健康评价为良好,可能因为干流流程长,流量大且尚未进行水电开发,河流自净能力较强,而九仓河、五马河及母猪笼河均需流经城镇,河流水质受到污水排放、固体废物丢弃以及人为造成的河岸与河道结构改变的影响,导致整体健康状况较差;桐梓河属于赤水河较大的一条支流,虽在仁怀市境内仅有3座水坝,但该河整体修建了40余座梯级电站[46],严重改变了水文节律,导致水污染加剧,且喜流水环境的水生昆虫减少或消失,因此其评价等级为较差。总体而言,仁怀市主要河流的健康状况参差不齐,整体健康状况不佳。这一结果同已有研究基本一致[3-6,8,47],主要表现为市内河流健康水平随沿岸人类活动程度增强而降低,部分河段呈现富营养化加重及生态风险升高的趋势。此外评价结果还显示,所有参照点的评估结果均处于优秀或良好等级,同群落结构数据一样,进一步从侧面证实了本研究结果的可靠性。这或许是因为本研究参考了Morley和Karr[37]、Blocksom等[38]提供的标准来选取参考点;还综合了4个季度的大型底栖无脊椎动物样本数据,通过取平均值的方式[34,45],有效消除了生物指标潜在的季节性差异,确保了评价结果在县 (市) 内河流尺度上的全面性与客观性。然而,尽管本研究创新性地构建了仁怀市主要河流B-IBI评价体系,且较为有效地评估了其当下的健康状况,但依旧有完善空间。例如,参照点标准对于不同水体的适用性有所不同,将水库样点纳入评价体系,可能因为标准选取过高而导致其评价结果不佳。因此,未来研究应构建以仁怀市水库为主体的B-IBI评价体系,以便针对性地对该市水库生态系统健康展开评价。

    基于仁怀市大型底栖无脊椎动物群落结构的春季特征[8] 和本研究构建的B-IBI评价体系的评估结果,发现该市主要河流的整体健康状况堪忧。因此,考虑到仁怀市酿酒轻工业发达、人类活动频繁,赤水河及其所属支流水资源开发强度较大,今后应加大河流生态修复的力度,努力实现河流生态系统的健康和可持续发展。为完成这一目标,结合仁怀市社会现状与国际上有关研究的最新成果,提出以下保护对策:

    1) 加大控污力度,例如持续加强对白酒产业的综合治理,提高污水收集与处理率,严格控制入河排污总量,阻止生活污水和工业污水偷排入河。

    2) 合理开发利用河岸带,对部分开发河段应进行修复使之恢复至自然状态。同时,在河岸带加大植树造林力度,坚持退耕还林工程,努力阻止陆源农田污染进入仁怀河流,减少陆源污染的输入。

    3) 完善水利工程的生态调度,保证河流的最小生态流量需求;同时,不再新建并科学拆除部分大坝水闸,使河流恢复自然节律。这些举措有助于提升河流的自净能力,并为喜流水性的大型底栖无脊椎动物营造更多适宜的栖息地。

    4) 加强宣传,提高大众的环境保护意识,从而有助于生活垃圾等的合理处置,以及相关生态修复措施的实施。

  • 图  1   仁怀市采样点分布图

    注:样点字母M表示干流,字母B表示支流。

    Figure  1.   Distribution map of sampling sites in Renhuai City

    Note: The letter M represents the master stream and the letter B represents the branch.

    图  2   核心参数筛选步骤

    注:McMT分别为某一候选指标在参照组和受损组的中位数。

    Figure  2.   Selection steps of core parameters

    Note: Mc and MT are the median values of one candidate parameter in the control group and disturbance group, respectively.

    图  3   仁怀市主要河流大型底栖无脊椎动物物种组成

    Figure  3.   Species composition of benthic macroinvertebrates in main rivers of Renhuai City

    图  4   仁怀市各河流大型底栖无脊椎动物年均密度和生物量

    Figure  4.   Annual average density and biomass of benthic macroinvertebrates in main rivers of Renhuai City

    图  5   候选参数箱线图

    Figure  5.   Box-plots of candidate parameters

    图  6   候选参数指标相关系数

    Figure  6.   Correlation coefficients of candidate parameters

    表  1   构建底栖生物完整性指数 (B-IBI) 评价体系候选参数及它们对干扰的反应

    Table  1   Candidate parameters for constructing benthic-integrated biotic index (B-IBI) assessment system and their responses to disturbance

    属性
    Attribute
    编号
    No.
    候选参数
    Candidate parameter
    对干扰的
    反应
    Response to
    disturbance
    分类单元丰
    富度参数
    Categorical
    richness
    parameter
    C1 总分类单元数 下降
    C2 蜻蜓目分类单元数 下降
    C3 蜉蝣目分类单元数 下降
    C4 毛翅目分类单元数 下降
    C5 鞘翅目分类单元数 下降
    C6 双翅目分类单元数 上升
    C7 摇蚊科分类单元数 上升
    C8 甲壳和软体动物分类单元 下降
    C9 耐污类群分类单元数 上升
    群落组成参数
    Community
    composition
    parameter
    C10 (蜉蝣目+襀翅目+毛翅目)/% 下降
    C11 蜻蜓目/% 下降
    C12 蜉蝣目/% 下降
    C13 毛翅目/% 下降
    C14 鞘翅目/% 下降
    C15 双翅目/% 上升
    C16 摇蚊科/% 上升
    C17 其他双翅目与非昆虫/% 上升
    C18 寡毛类/% 上升
    C19 甲壳与软体动物/% 下降
    C20 前三位优势种/% 上升
    耐污能力参数
    Pollution
    tolerance parameter
    C21 耐污类群/% 上升
    C22 BI指数 (FBI) 上升
    功能类群参数
    Functional
    group parameter
    C23 滤食者/% 可变
    C24 撕食者/% 上升
    C25 刮食者/% 可变
    C26 收集者/% 可变
    C27 捕食者/% 下降
    生物多样性
    参数
    Biodiversity
    parameter
    C28 Shannon-Weiner多样性指数 (H') 下降
    C29 Simpson优势度指数 (D) 下降
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    表  2   仁怀市九条河流大型底栖无脊椎动物优势种

    Table  2   Dominant species of benthic macroinvertebrates in main rivers of Renhuai City %

    相对密度 ≥ 5%
    Relative abundance ≥ 5%
    赤水河
    Chishui
    River
    九仓河
    Jiucang
    River
    五马河
    Wuma
    River
    盐津河
    Yanjin
    River
    母猪笼河
    Muzhulong
    River
    金溪河
    Jinxi
    River
    五岔河
    Wucha
    River
    观音寺河
    Guanyinsi
    River
    桐梓河
    Tongzi
    River
    摇蚊类Chironomidae
     摇蚊属 Chironomus sp. 8.20 11.31 19.33 8.35 6.79 8.34
     异足摇蚊属 Apedilum sp. 42.79 7.01 24.68
     雕翅摇蚊属 Glyptotendipes sp. 40.92 12.67
     多足摇蚊属 Polypedilum sp. 10.71 5.88 7.92 20.40 14.87
     环足摇蚊属 Cricotopus sp. 14.71 11.20
     长跗摇蚊属 Tanytarsus sp. 7.26
     倒毛摇蚊属 Microtendipes sp. 7.64 14.87
     直突摇蚊属 Orthocladius sp1. 5.05
     齿斑摇蚊属 Stictochironomus sp. 7.01
     特长足摇蚊属 Thienemannimyia sp. 5.64
    其他水生昆虫 Other aquatic insects
     蜉蝣属 Ephemera sp1. 16.24
     柔裳蜉属 Habrophlebiodes sp. 9.61
     扁蜉属 Heptagenia sp. 7.09
     似动蜉属 Cinygmina sp. 5.37
     溪泥甲科幼虫 Elmidae larva 14.40
     径石蛾属 Ecnomus sp. 9.47
     侧枝纹石蛾属 Ceratopsyche sp. 6.27 5.15 6.50
    软体动物类 Mollusca
     湖沼股蛤 Limnoperna lacustris 12.02
     河蚬 Corbicula fluminea 50.65 45.15
     刻纹蚬 Corbicula largillierti 8.45 8.47
     凸旋螺 Gyraulus convexiuseculus 10.76
     铜锈环棱螺 Bellamya aeruginosa 24.36
     环棱螺属 Bellamya sp. 10.72
     萝卜螺属 Radix sp1. 8.15
    寡毛类 Oligochaeta
     石蛭属 Erpobdella sp. 6.68
    注:表中所列出的属名均代表该属一种而非多个物种。 Note: All the listed genus in this table represent one species within the genus, not several species.
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    表  3   候选参数在参照点与受损点的中值、p值以及参照点中的变异系数

    Table  3   Medians, p-values of candidate parameters in reference group and disturbance group and their variation coefficients in reference group

    编号
    Code
    参照点中值
    Medians in
    reference group
    受损点中值
    Medians in
    disturbance group
    p
    p-values
    变异系数
    Coefficient of
    variation
    C1 30 24 0.433 00 NA
    C2 2 0 0.135 50 NA
    C3 7 3 0.076 28 NA
    C4 3 1 0.458 67 NA
    C5 2 1 0.531 06 NA
    C6 9 10 0.879 88 NA
    C7 7 6 0.663 85 NA
    C8 5 5 0.392 86 NA
    C9 2 3 0.012 14 NA
    C10 34.780% 6.170% 0.072 33 NA
    C11 16.310% 1.710% 0.136 36 NA
    C12 13.060% 0.340% 0.006 65 0.197 50
    C13 5.980% 1.430% 0.684 24 NA
    C14 0.420% 0.000% 0.700 59 NA
    C15 24.370% 13.800% 0.519 41 NA
    C16 10.870% 9.660% 0.195 26 NA
    C17 39.080% 24.390% 0.968 78 NA
    C18 0.540% 2.560% 0.665 66 NA
    C19 18.490% 9.880% 0.923 30 NA
    C20 1.010% 11.260% 0.041 00 1.347 10
    C21 9.660% 10.170% 0.258 44 NA
    C22 4.90880 5.61930 0.036 10 0.116 80
    C23 12.500% 8.810% 0.212 56 NA
    C24 10.330% 6.600% 0.972 32 NA
    C25 4.200% 3.450% 0.590 13 NA
    C26 50.420% 56.620% 0.935 05 NA
    C27 8.820% 6.790% 0.728 26 NA
    C28 2.81000 1.84600 0.000 03 0.038 40
    C29 0.90610 0.75680 0.000 05 0.011 80
    注:NA. 表示该参数已在前述步骤被剔除。 Note: NA. This parameter has been removed of the previous step.
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    表  4   基于B-IBI评价体系的仁怀市主要河流健康评价结果

    Table  4   Health assessment results on Renhuai's main rivers based on B-IBI assessment system

    河流
    River
    编号
    No.
    得分
    Score
    评价结果
    Assessment
    result
    河流评价
    结果
    River
    assessment
    result
    赤水河
    Chishui River
    M1 8.24 良好 良好
    M2 8.28 良好
    M3 4.84 中等
    M4 5.02 中等
    九仓河
    Jiucang River
    B1 1.44 很差 较差
    B2 1.71 很差
    B3 1.96 很差
    B4 4.09 较差
    五马河
    Wuma River
    B5 4.17 较差 较差
    B6 3.50 较差
    B7 4.43 中等
    盐津河
    Yanjin River
    B8 4.70 中等 中等
    B9 7.39 良好
    B10 6.71 良好
    B11 1.92 很差
    B12 7.60 良好
    母猪笼河
    Muzhulong River
    B13 1.85 很差 较差
    B14 3.64 较差
    金溪河
    Jinxi River
    B15 5.74 中等 中等
    五岔河
    Wucha River
    B16 1.38 很差 中等
    B17 5.88 中等
    B18 5.81 中等
    观音寺河
    Guanyinsi River
    B19 8.67 优秀 优秀
    B20 9.80 优秀
    桐梓河
    Tongzi River
    B21 2.17 较差 较差
    B22 1.66 很差
    B23 2.42 较差
    B24 4.05 较差
    注:评价结果为样点得分相加后取均值所得。 Note: The evaluation result is the average value obtained by adding the scores of the sampling points.
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图(6)  /  表(4)
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-08-05
  • 修回日期:  2024-10-07
  • 网络出版日期:  2024-11-05

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