(大连海洋大学水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023) (北京师范大学水科学研究院，水沙科学教育部重点实验室，北京 100875) (大连海洋大学水产与生命学院，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023)

底栖动物是水生态系统中重要组成部分[1～3]，具有种类多、对干扰反应十分敏感等特点，在水生态系统中的物质循环、能量流动和信息传递等功能中起到十分重要的作用[4,5]。底栖动物是监测环境污染的重要健康评价指示物种，其不同种类对水体环境变化的敏感性差异较大，因此，底栖动物群落被广泛地应用与水生态系统的保护、管理及健康评价中[6,7]。

底栖动物生物完整性指数(index of biological integrity，IBI)可以从水生态系统的角度反映出水体的健康情况，在国内外已经获得了广泛的应用[6～9]，已成为国内外河流健康评价主要的研究手段[1～3]。笔者调查了济南地区底栖动物的群落结构特征，在此基础上应用生物完整性评价体系对济南地区水生态系统进行健康评价，旨在为济南地区水体底栖动物健康评价指标和方法的建立提供参考，并对济南地区水生态系统健康的维护和管理提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 底栖动物样品采集

在济南市区及各区域代表性水体设定28个调查站位(图1)，于2014年11月进行采样调查。在所选定的采样点位100m范围内，用索伯网采集2个底栖动物样本，现场将可见的底栖动物与碎屑等杂质区分开，将底栖动物样品置于100mL样品瓶中，用90%的酒精固定。在实验室中用显微镜或解剖镜下依据文献[2,10～15]进行底栖动物样品鉴定工作。

1.2 数据分析与处理

构建济南地区水体底栖动物生物完整性(B-IBI)评价体系，分为5类属性，分别为：物种群落丰富度、生物耐污能力、生物营养级组成、物种个体数量比例和小生境质量，对环境变化敏感的29个指标作为候选指标[1～3]，对候选指标进行分布范围、判别能力以及相关性分析筛选(表1)。分布范围的筛选是指若某指标在超过95%的样点得分均为零，则放弃此指标。判别能力筛选是比较每个候选指标在参照点位和受损点位的数值在25%～75%范围内重叠的情况，用箱体图进行判别的标准详见相关文献[1～3,7]。对箱体图判别筛选出的参数两两进行Pearson相关性检验，相关系数≥0.9的2个指标中只取其一[1～3,16]。

表1 济南地区候选生物参数及对干扰的反应

图1 济南地区采样点位示意图

参照点位的选择依据实地水质及水文地貌情况，以人类干扰较少、水环境理化质量较高、生境保持较为完整的地区作为参照点位。采用相关标准化方法评判后[1～3，7]，济南地区B-IBI 评价的参照点选定为J1、J3、J4、J5和J7(见图1)。

通过上述分析，确定B-IBI评价的核心参数，根据所有点位核心参数的分布范围，对核心参数进行赋分。研究使用四分法进行赋分[1～3，7]，通过对核心参数的赋分，累加得到最终的B-IBI得分。以参照点位B-IBI得分值分布的25th分位数作为健康评价的标准，点位的B-IBI分值大于25th分位数值，表示该站点受到的干扰很小，是健康的；对小于25th分位数值的分布范围，进行三等分，确定出健康、一般、较差、极差4个等级的划分标准。

数据的相关性采用SPSS 16.0进行分析，箱体图分析采用Origin Pro 7.5完成。

2 结果与分析

2.1 底栖动物群落结构特征

济南地区水体样点共计采到底栖动物32种，隶属于3门6纲10目，以节肢动物门和软体动物门为主。基眼目和双翅目种类最高为10种，颤蚓目3种，真瓣鳃目2种，蜉蝣目、毛翅目、蜻蜓目、十足目、颚蛭目和无吻蛭目为1种。基眼目密度最高，占总密度的34.29%。双翅目、颤蚓目、毛翅目、无吻蛭目、颚蛭目、十足目、真瓣鳃目、蜉蝣目、蜻蜓目分别占总密度的33.07%、13.45%、10.20%、2.82%、2.36%、1.55%、1.17%、1.02%和0.06%。

结合图1和图2可看出，济南地区单个站位物种数最高为8种，位于济南的J13站位，该站位双翅目和基眼目物种数量较多。济南地区水体底栖动物密度较低，密度较高的区域位于济南的中南部，而密度较低的区域集中于商河县和济阳县，各采样点位密度平均值为788.91ind/m2，单个站位密度最高为3817.42ind/m2，位于J7站位，主要以摇蚊幼虫为主。济南地区中北部地区水体底栖动物生物量明显较高，各采样点位生物量平均值为131.94g/m2，单个站位生物量最高为811.74g/m2，位于J13点位。济南地区中北部地区水体底栖动物香农威纳指数较高，各采样点位香农威纳指数平均值为1.56，单个站位香农威纳指数最高为2.75，位于J16站位。各采样点位均匀度指数平均值为0.79，单个站位均匀度指数最高点位于J17。

图2 济南地区底栖动物群落结构特征

2.2 B-IBI体系的建立和健康评价

结合济南地区水体特点及研究目标，应用参照点和受损点的数据计算各候选生物指标值。通过箱体图分析，确认济南地区水体共有5个B-IBI参数(见图3)进入Pearson相关性分析。经Pearson相关性分析(见表2)，最终筛选出EPT分类单元数、水生昆虫分类单元数、香农威纳指数、摇蚊个体相对丰度、蜉蝣目个体相对丰度5个参数为构建济南地区B-IBI体系的核心参数。基于B-IBI的济南地区水生态系统健康标准如表3所示。

济南地区水体底栖动物生物完整性评价(B-IBI)结果如表4所示。B-IBI结果显示，济南地区水体健康点位较少，较差及极差点位较多，济南地区南部水生态健康程度较高；济南地区中北部水生态系统健康程度较差或极差。

图3 济南地区水体5个B-IBI候选参数在参照点位和受损点位的箱体分布图

参考指标 M1M2M3M10M18M11M20.50 1M30.870.501M100.840.76 0.85 1M180.790.740.810.671

表3 基于B-IBI的济南地区水生态健康标准

表4 济南地区水生态系统健康评价结果

注：A代表健康；B代表一般；C代表较差；D代表极差。

3 讨论

从研究结果可以看出，济南地区水体共发现底栖动物32种，各采样点位密度平均值为788.91ind/m2，以基眼目和双翅目种类为优势物种，基眼目主要以大量的螺类为主，水体中双翅目幼虫，尤其是摇蚊科幼虫数量较多，导致密度较高。济南一些区域水体有断流现象，导致部分区域水体营养盐浓度较高，一些摇蚊幼虫和螺类等耐污性较强的物种大量繁殖，逐渐占据优势地位。底栖动物香农威纳指数多用来评价水质情况，济南地区水体香农威纳指数平均值为1.56，均匀度指数平均值为0.79，根据香农威纳指数评价水质标准[17～18]：1～2之间为中度污染，由此可知济南地区水体受到中度污染。

研究用底栖动物构建B-IBI评价体系，评价了济南地区水体的健康状况。结果表明，经过筛选，选出5个参考指标[19](EPT分类单元数、水生昆虫分类单元数、香农威纳指数、摇蚊个体相对丰度和蜉蝣目个体相对丰度)，这5个指标在济南地区水体的底栖动物指标参数中最为稳定，可以列为今后济南地区水体底栖动物评价的核心指标。在IBI评价中，评价等级为健康及一般的采样点位较少，7个采样点位评价等级为A，占总点位的25.0%，在生物完整性评价中具有一定的稳定性；仅有1个点位评价等级为B，占总点位的3.6%；7个点位评价等级为C，占点位的25.0%；12个采样点位评价等级为D，占总点位的46.4%，这些点位大部分集中在市区及济南中北部的商河县和济阳县，水体污染严重，底栖动物群落结构稳定性差，健康状况受到影响，导致评价等级较低。根据本研究结果，建议加大对济南地区水生态系统的治理，控制工业及生活污水排放，构建一个健康的济南地区水生态系统。