张阳春

(重庆交通大学国家内河航道整治工程技术研究中心，重庆 400074)

引言

当前，使用比较广泛的进行水生态系统健康程度评价的方法是生物完整性指数法(indexofbioticintegrity，IBI)[1]。底栖动物作为水生生态系统中常见的生物类群[2]，具有迁移能力弱、分布范围广泛，且多数种类个体相对较大、易于识别和采集、区域性强以及不同种类对水质污染的耐受力和敏感程度不同的特点[3]。在我国的众多河流流域已经开始广泛使用底栖动物完整性(B-IBI)进行流域生态健康程度的评价,在关于黄山地区的溪流研究中，就首次使用该方法进行相关研究[4]。目前，江北区水生态环境保护“十四五”规划”从水环境、水资源、水生态方面提出常规指标和亲民指标作为“十四五”的规划目标。但由于历史背景资料缺乏，江北区的水生生物完整性情况尚不清楚，亟需开展调查论证。

本研究依托于“江北区典型河流双溪河的水生生物完整性调查”前期研究项目，结合国内外河流生态系统的底栖动物完整性评价指标，构建基于双溪河的底栖动物完整性指数(B-IBI)，并将其用于对该河段的评价，探讨双溪河底栖动物完整性现状和评价该水体生态系统的健康状态，旨在促进底栖动物完整性指数(B-IBI)在我国支流河段水生态评价中的应用，为进行环保政策制定以及相关方法的进一步完善提供数据支撑以及科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域及采样点设置

双溪河位于江北区寸滩街道，是长江一级支流，入江口毗邻寸滩传统风貌区及寸滩港。流域面积54.05km2，全长16km，多年平均径流总量0.2亿m3，在江北区境内流域面积大于4.64km2，长度2.2km。根据重庆市江北区土地利用总体规划，双溪河作为江北区山水生态网络的主体，是整个山水大格局的重要部分。然而双溪河干流目前存在2个城市污水处理厂，根据现场踏勘设置S1～S9断面进行调查，如图1。

图1 采样点分布示意图

1.2 数据处理与分析

在Excel中统计各采样点的底栖动物密度及优势种群；Pearson相关性分析、箱线图分析在SPSS 20.0中完成；采用Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数研究该河段的底栖动物多样性。

2 结果与分析

2.1 双溪河底栖动物群落组成

获得底栖动物94个，隶属于5目，11种。其中，以颤蚓目为主，主要的优势种为霍夫水丝蚓、多毛管水蚓、仙女虫属；其次为双翅目，主要的优势种为花纹前突摇蚊；毛翅目较少，主要的优势种为等翅石蚕。

底栖动物的密度极低，在8～76ind·m-2，平均值为41.77ind·m-2；其中距离污水厂最近的采样点(S9)底栖动物密度为8ind·m-2，S7、S6样点底栖动物密度为12ind·m-2，S5样点底栖动物密度为36ind·m-2，下游S5样点有少量水草，底栖动物密度较高，为52ind·m-2，下游河口S4、S3、S2、S1，底栖动物密度最高分别为56ind·m-2、60ind·m-2、64ind·m-2、76ind·m-2。

2.2 构建双溪河底栖动物生物完整性指数(B-IBI)指标体系

2.2.1 参照点的确定

将无人类活动干扰的点位作为参考点[5]。本次调查结合渠晓东等[6]的方法。通过对比，符合参照点标准的样点为双溪河下游河口处的采样点S1、S2、S3、S4，其余样点定义为受损点。

2.2.2 候选生物参数确定和筛选

根据相关研究中所使用的研究方法结合水系和自身生态条件，最终决定使用18个常用参数来进行双溪河底栖生物完整性指数构建指标。该指标体系能够反映出当前溪流的生物多样性、不同生物个体之间的比例以及生物对于污染物的承受能力、环境质量等，进一步进行生态环境监测以及水质量的评价。详情见表1。

表1 18个候选生物指数计算方法

由于M2、M4、M11、M14、M15、M16、M17、M18等参数分布范围较小，数据异常数据，进行删除，剩余10个参数进入下一步计算。

2.2.3 判别能力分析

对当前所选的10个生物指标进行判别与分析，当前筛选的参数能够较好地辨别出生态环境中的受损点与参照点。当前研究使用箱线图进行分析，根据各个指标的参照点与受损点的25%～75%分位数范围的分布情况分别赋予不同的值。对于没有重叠的IQ赋值3;部分重叠但各自中位数值都在对方箱体之外的IQ赋值2;仅有1个中位数值在对方箱体之内的IQ赋值1;各自中位数值都在对方箱体之内IQ赋值0。选择IQ≥2的生物参数进行下一步分析。最终筛选出M1、M6、M8、M10、M12、M13共6个参数进入下一步分析。

2.2.4 生物参数相关性分析

对保留的生物参数进行Pearson相关性分析。当|r|≥0.8时，认为信息间的重叠程度较高，选择其中1个即可反映出参数所表达的大部分信息。由Pearson相关性分析可得之前筛选的6个参数相关性中M10和M12相关性达0.964，保留M10，故最终确定M1、M6、M8、M10、M13共5个参数用于B-IBI指数构建。

2.2.5 分值计算与B-IBI健康评价标准建立

使用统一量纲对其概念的参数进行换算。对于干扰强并且数值低的参数，使用其在所有样本中的90%分位数作为最佳值，其分值为参数值与最佳值的商；对于干扰强并且数值高的参数，使用10%分位数作为最佳值，计算方法为(最大值-参数值)/(最大值-最佳值)。所有计算数值均在0～1，>1的记为1。将所有的参数进行累加得到各个采样点的B-IBI值。

所有采样点的得分实际分布范围90%分位数值定义为河流“健康”的标准，共分为5个等级，“极好”(>3.25)、“好”(2.55～3.25)、“一般”(1.70～2.55)、“差”(0.85～1.70)和“极差”(<0.85)。

以评价标准对双溪河水生态健康进行初步评估，结果表明，双溪河的9个样点中，仅下游S1、S2、S3、S4、S5健康状态较好，S6健康状态一般，S7、S8较差，靠近上游污水处理厂处的S9健康状态极差。

3 讨论

3.1 双溪河底栖动物群落结构特征

双溪河底栖动物密度整体较低，平均密度为41.77ind·m-2；在河段尺度上，双溪河上游靠近污水处理厂的底栖动物分布最为贫瘠，平均密度为8ind·m-2，生物多样性较低，下游靠近河口处是底栖动物分布的主要区域，平均密度达64ind·m-2，生物多样性最高。主要的优势种为寡毛类以及摇蚊类等强耐污群种，其原因可能是上游居住人口增多以及污水处理厂污水排放，调查发现，双溪河附近有一定规模的养殖业，大量含氮、磷的猪粪沼泽液体流入河道内，导致水体污染严重。区域污水处理强度不够，加之沿岸城镇生活污水汇入，河道内流速缓慢，导致上游污染物聚集，TP、CODMn和TN浓度均增高，而这易造成水体缺氧和富营养化，使得群落结构以耐污群种为主。

3.2 双溪河底栖动物完整性状况

本研究对双溪河9个样点进行了采样和底栖动物完整性评价，覆盖了双溪河上中下游，由底栖动物生物完整性指数可以很好地反映双溪河底栖生物状况。评价结果显示，双溪河底栖动物生物完整性整体处于较差状态，呈现下游河口区域河流健康状态好于上游污水处理厂处。主要原因在于双溪河目前存在一个城市污水处理厂。双溪河污水处理厂的出水地处双溪河上游，根据现场踏勘，城南污水处理厂实际排放量2.2～2.7万t·d-1，出水水质为一级B标。由于污水处理厂出水排放标准较低，出水对双溪河水质造成极大的冲击。