严太明，何佳洋，罗 杰,2，张 骞，邓发强，马志军，苏中海，何 智

(1.四川农业大学动物科技学院，成都 611130；2.广安市农业技术推广站，四川广安 638500；3.成都市动物疫病预防控制中心，成都 610041)

生物完整性是指与区域环境相适应的生物群落所具有的种类组成、多样性和功能结构特征，以及该群落所具有的维持自身平衡、保持结构完整和适应环境变化的能力[1,2]。鱼类处于河流生态系统食物链的顶端[3]，其物种多样性和完整性是水生生物和水域环境可持续发展的关键[4,5]，因此可使其作为河流健康评价的指示生物[6]。与典型的化学或物理指标相比[7,8]，水生态系统中某一时间点生物指标信息更可靠，更能反映其真实情况，物种多样性越高，生物完整性越好，则生态系统的稳定性越强[6]，鉴于此，基于鱼类群落种类组成、多样性和功能结构特征而构建的鱼类生物完整性指标体系(The fish-based biotic integrity index，F-IBI)可较好反映水生生态系统健康状况和受干扰强度，同时也能对鱼类及渔业资源本身进行客观的描述。近年来，利用鱼类生物完整性指数评价河流健康已在长江及其支流[9]、黄河[10]、亚马逊河等[11]大型河流中有效开展，评价结果与河流受人为干扰的实际情况相吻合，这为中小型河流健康评估积累了经验。

南河作为岷江重要支流，河长102 km，流域面积3 640 km2，上源有支流三条，由北至南依次为江河、文井江和白沫江。丁瑞华[12]1994年对南河流域进行了鱼类资源调查，吴浩等[13]2014-2015年对南河下游新津段进行定期定点调查采样。本研究于2016-2017年对南河中上游鱼类资源进行了调查，在此基础上结合历史资料构建鱼类生物完整性指标体系评价其河流健康状况，旨在丰富溪流河流健康评价研究，为区域内的鱼类资源养护、生态修复决策和措施的制定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

2016年9-11月和2017年3-6月在南河中上游，根据河段生境的代表性，样点可抵达性和捕捞渔获物的可操作性原则，在干流的宝林镇、固驿镇和葫芦3个河段，支流文井江的高何镇、水口镇和火井镇3个河段，支流白沫江的平乐镇和夹关镇2个河段，以及支流江河的谢家坝、高坝、虎岗和温泉小镇4个河段同时开展了鱼类资源调查(图 1)。渔获物调查主要采用以下方式进行：(1)直接购买：在采样点附近的鱼类市场直接向渔民购买渔获物；在沿河调查中，向钓鱼爱好者购买渔获物；(2)雇请当地渔民或自行下网捕捞，采用地笼(网长10 m，网目1 cm)和多目刺网(网长50 m，网目从小到大分别为1.2 cm、2 cm、4 cm)进行样品采集。根据《中国动物志》鱼类已出版各卷册[14，15]和《四川动物志》等[12]资料对渔获物进行种类鉴定，统计渔获物组成，测量全长(0.1 cm)和体重(0.1 g)等鱼体生物学性状。现场不能鉴定的鱼类，用10%甲醛保存后带回实验室鉴定和确认。

图1 南河流域中上游鱼类采样河段分布图

1.2 鱼类多样性评价

采用丰富度指数(Margalef，D)、Shannon-Wiener多样性指数(Shannon-Wiener，H)和均匀度指数(Pielou，J)对采集点鱼类多样性进行评价，优势种组成采用相对重要性指数(Index of relative importance，IRI)进行评价[15]。计算公式如下：

D=(S-1)/log2T；

H=-∑pilog2pi；

J=H/log2S；

IRI=(N+W)F。

式中，S为采样河段中鱼类种类数，T为采样河段鱼类总尾数，Pi=ni/T为某采样河段中第i种鱼类尾数占该采样河段总尾数的比例，N为某种鱼的数量占总尾数的百分比，W为某种鱼重量占总重量的百分比，F为出现频率。将IRI>100的物种定为优势种[16，17]。

并以G-F指数方法来评估南河流域中上游鱼类物种多样性变化。G-F指数计算方法[18]：

F指数(DF)(科的多样性)，计算式为：

式中，Pi=Ski/Sk，Ski为名录中k科i属中的物种数，Sk为名录中k科中的物种数，n为k科中的属数，m为名录中鱼类的科数。

G指数(DG)(属的多样性)，计算公式为：

式中，qj=Sj/S，Sj为j属中的物种数，S为名录中鱼类的物种数，P为名录中鱼类的属数。

G-F指数计算(DG-F)：

DG-F=1-DG/DF

式中，G-F指数是0～1的测度，非单种的科越多，G-F指数越高，反之，该指数值就越低。

1.3 鱼类完整性评价

1.3.1 构建候选参数指标

综合目前国内外的相关研究[2,10,17,19]，根据鱼类种类组成特征，以及相关数据或指标的可获得性等，选择能反映鱼类种类组成和丰度、耐受性、营养结构、繁殖共位群以及鱼类数量与健康状况等5类35个指标构建南河中上游鱼类完整性指标体系(表1)。

表1 鱼类完整性候选指标列表

1.3.2 鱼类完整性指数评价体系一

根据《四川鱼类志》中南河流域鱼类记录资料[12]和本次渔获物调查结果，开展相关参数的对比分析，并采用优化后的指标评价体系评估研究区域内鱼类组成和区系组成等的变化。

1.3.3 鱼类完整性指数评价体系二

选取人类活动干扰少、生态环境较好和鱼类种数相对丰富的固驿、宝林和平乐采样点作为参照点，对其它河段进行观测和评估。同时，对35个鱼类生物完整性评价指标的分布范围、判别能力和Pearson相关性等进行分析和优化[19]，构建适合南河中上游河流健康评价的指标体系。

分布范围的筛选：删除各观测点间差异小于10%的指标；删除各观测点数值小于5的指标；删除指标体系中90%以上的值为0的指标。判别能力筛选：采用箱体法比较参照位点和观测位点的箱体重叠情况，当箱体没有重叠或者有部分重叠，且中位数均在对方箱体之外的指标可进入下一步的分析。Pearson相关性检验筛选：运用Pearson相关性检验来分析各参数指标间的相关性，只有|R|<0.9的指标才能通过筛选用于数据分析。

1.4 河流健康评价

对鱼类完整性指数评价体系二筛选出的指标按1、3、5赋值法进行赋值[16，17]。将期望值与实际测得的最低值范围分为3等份，划分为3个评分区域，按照各观测点落在不同区域从好到差依次记为5分、3分和1分。采用IBI总分计算方法进行总分统计，具体是IBI总分=指标总分/指标个数×12，并据此将河流健康程度等级划分为极好(58～60)、好(48～52)、一般(40～44)、差(28～34)、极差(12～22)和无鱼(0)6个等级。

1.5 数据分析

数据统计使用Excel 2016，相关性检验和显著性检验采用SPSS 19.0，图片用Adobe Illustrator CS5和Adobe Photoshop CS6等软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 渔获物数据分析

调查共采集到渔获物3 199尾，重量为37 782.0 g，隶属于4目11科34属45种(表2)。其中，鲤形目种类最多，有3科21属28种；其次为鲇形目4科7属10种。渔获物统计结果显示，数量最多和重量最大的是宽鳍鱲，分别占总数的17.47%和18.51%。其次是短体副鳅和麦穗鱼渔获物数量较多(11.13%和10.82%)，而重量较大的是花和马口鱼(12.96%和8.33%)(图2)。

表2 南河流域中上游鱼类名录和分布表

2.2 鱼类多样性

统计结果表明，南河流域中上游共有优势种鱼类14种(IRI>100)。其中，IRI值大于1 000的有宽鳍鱲和花，IRI值介于500～1 000的鱼类有麦穗鱼、棒花鱼、切尾拟鲿、短体副鳅、马口鱼和四川华鳊(图2)。干、支流鱼类种类数统计结果表明，干流鱼类种类数多于支流(表3)，且南河干、支流鱼类丰富度指数与鱼类种类数呈明显的正相关(r>0，P<0.05)，干流丰富度指数高于支流(表3)。利用G-F指数方法分析得，原始土著鱼类群落科的多样性指数F指数(DF)为3.81，属的多样性指数G指数(DG)为2.60，属科多样性指数(G-F指数)为0.32。当前鱼类群落总体F指数为4.90，G指数为3.46，G-F指数为0.29。

续表2

图2 南河流域中上游鱼类相对重要性指数前10种类的尾数与重量占比统计图

表3 南河流域中上游鱼类多样性指数

2.3 鱼类完整性

2.3.1 鱼类完整性指数评价体系一

南河流域鱼类历史记录的数据信息有限，无法与现有参数进行一一对比分析，最终选择20个指标构建鱼类完整性指数评价体系一。本次调查河段的M1、M7和M8占比增加均超过了50%。M2、M5、M11、M23、M24、M28和M29均出现了负增长(图3)。M9和M27与历史数据基本持平。结果表明，南河中上游鱼类区系从以江河平原区系复合体为主演变为了多区系混合体(图3)。

图3 鱼类完整性指数评价体系一中各参数指标变化趋势

2.3.2 鱼类完整性指数评价体系二

基于本次调查结果，对35个指标的分布范围、判别能力和Pearson相关性的筛选分析，最终选择6个指标用于构建鱼类完整性指数评价体系二(图4)。统计结果发现，区域内的鱼类完整性较历史记录发生了较大的变化。

图4 6个参数的参照点(左)和观测点(右)箱体法比较分析图

2.4 南河中上游河流健康评价

南河中上游河流健康状况评估结果显示：干流宝林和固驿河段河流健康状况为“极好”和“好”，支流平乐河段为“好”，支流谢家坝、水口和火井3个河段为“一般”，干流葫芦为“差”，而剩余采样河段为“差”及以下。结果表明，南河中上游河段健康状况在各样点间差异较大，但总体呈现干流好于支流。其中，健康评价等级在“一般”等级及以下的采样点有9个，占采样点总数的75%；评价等级在“差”及以下的采样点有6个，占采样点总数的50%(图5)。

图5 南河流域中上游各采样点健康状况评价等级

3 讨论

3.1 鱼类群落组成变化及影响因素分析

水域生态环境的变化往往导致水体中饵料资源和水环境的剧变，加之过度捕捞等人为因素的影响，水域内的鱼类物种多样性会发生变化[20]。与历史资料[12]对比分析发现，研究区域内的鱼类区系由以江河平原区系复合体为主演变为多区系混合体。其中，有历史记录的短尾高原鳅、中华沙鳅和似等9种鱼类未被采集到，而采集到的鱼中大鳞副泥鳅、花和革胡子鲇等25种鱼类在历史资料中并未有记载。在南河下游同样也存在着种群数量较大的外来种，如云斑尖塘鳢(Oxyeleotrismarmorata)等[13]。这些鱼类因在流域内缺乏天敌，加之其自身种间竞争力强，其种群数量快速增长，迅速发展成为优势种群，进而对土著鱼类生存形成了较大的威胁。南河流域中上游鱼类G-F指数的下降表明随着外来鱼类的引入及部分土著鱼类的消失，原土著鱼类群落由种级分化强烈转变为群落中单种科的数目显著上升、种级物种分化单调。这表明，鱼类物种组成变化来自土著种的丢失和外来种的获得，类似的情况在广东各水系[20]、安徽青弋江[21]和云南剑湖[22]等水体中也存在。

鱼类群落结构及其多样性的差异在一定程度上体现当前人为活动对其的影响。同大型河流相比，南河中上游属山地河源溪流具有海拔高、温度低、坡度大水流急、栖息地简单、营养贫乏和环境周期性动荡等特点[22，23]，其中孕育有高度适应急流条件的溪流鱼类物种。但受农业用地、城镇化发展、水利工程修建等人类活动的影响，溪流鱼类正面临多重威胁[24]。与之类似，安徽省九龙峰自然保护区境内焦村河因受较重的人为干扰[23]，河流生态系统原有的栖息地环境被破坏，导致区域的空间栖息地异质性相对较高，溪流鱼类物种群落多样性发生变化[23]。这表明，研究区域内鱼类种类多样性的改变与近年来流域两岸城市化进程加快，城市生活污水、生活垃圾与农村面源污染等带来的水体污染等环境问题密不可分。

水工建筑对南河中上游的鱼类区系组成与分布产生了较大的影响。现场调查发现，在南河上游河道中，如江修建了大量的电站闸坝、引水坝、拦河坝等水工建筑。其中，葫芦坝水电站的闸坝使得南河干流河道形成了近10 km的库区，库区水流较缓，静水性鱼类种类较多，如麦穗鱼和鲫等。受电站闸坝和引水坝等的影响，支流江河河道较窄，多呈“V”型，水流量小，部分河床裸露，区域内鱼类种类明显减少，特别是在温泉小镇附近河道影响十分明显(D=0.584)，仅分布有短体副鳅、棒花鱼和花等。而宽鳍和马口鱼等优势种仅分布于水工建筑影响较小的白沫江和江上游河段。此外，大坝还阻断了一些鱼类的洄游路线，如中华沙鳅等，导致其产卵场及关键栖息地的减少或丧失，种群基因流的破碎化提高了其灭绝的风险[24]。

3.2 鱼类分布特点及生物多样性变化

鱼类物种数和丰富度指数可以直观地反映流域内鱼类多样性的程度，而水生生境的异质性程度可影响鱼类的物种数和丰富度[25]。调查发现，在南河流域干流中固驿和宝林河段鱼类不仅有常见的优势种还有较多的少见种，而少数优势鱼类种群的生物量较为丰富。支流部分采样河段(夹关、水口和虎岗等)原生态环境破坏严重，稀有鱼类种数比较少，均匀度指数比较大。南河中上游鱼类丰富度指数与多样性指数干流高于支流，且呈现由支流到干流逐步增大的趋势，这与南渡江鱼类多样性指数变化趋势基本一致[17]。与南河下游河段相比，宝林河段鱼类种类数最多，多样性指数最高。此外，水生生境的稳定程度也是影响鱼类物种数和丰富度的重要原因[26]。宝林河段水面宽，支流汇入多，水生生境复杂，生境异质性程度显著高于南河流域其他水域(P<0.05)。南河中上游各支流流经区域人类活动较为频繁且秋冬季出现过断流的情况，而宝林河段水流量大，受人类活动干扰较少，相应的生境稳定程度也较高。可见，宝林河段对于维持南河流域鱼类多样性具有十分重要的作用。

3.3 南河流域中上游健康状况

本研究结果表明，南河中上游各河段总体健康状况较差，河段面临严重的环境压力。其中，江河受农业用地、筑坝、沿岸修路建桥及河道挖沙等人类活动干扰较多，河流破坏严重；同时，由于江河偏僻隐蔽，村民滥捕现象严重；另外，上游大力发展旅游业，已建成花水湾温泉旅游度假区等旅游景点，造成河道渠化。白沫江段与文井江段近年来也出现了流域水环境恶化及污染加剧的情况。调查发现，沿岸数十个乡镇造纸厂和屠宰场存在偷排暗排生产废水现象，且流域内的乡镇生活废水直接排入河流，对河流水质产生了一定的影响[27]。这些都使得流域内支流的健康状况评价等级较低。结果表明，南河中上游面临着较大的环境压力，而类似的结果在安徽阊江与青弋江[22]和焦村河[23]等山区溪流也同样存在。综上，南河中上游河流健康评价结果与河流受人类活动干扰的实际情况是相符合的。

致谢

本试验渔获物调查期间得到了熊森、蔡跃平、王雄延、李松、何治德、张松培、阮会斌、何亮等同学的大力协助，四川省自然资源研究所丁瑞华研究员在渔获物鉴定方面给予了指导和帮助，在此一并感谢。