简 文 杰,张 斌 兴,罗 洪 波,万 雷,马 祥 元

(长江空间信息技术工程有限公司(武汉),湖北 武汉 430010)

0 引 言

长江源位于“世界第三极”青藏高原腹地,是国家生态安全的重要屏障。近年来,由于旅游业的迅速发展,人为干扰使得长江源生态遭受了一定程度的破坏。长江源生态系统脆弱,系统自然恢复能力差,多年来长江源缺乏定量化的健康评价分析,导致无法对长江源生态健康进行针对性的保护,因此开展长江源健康评价工作对于保护长江源生态环境具有重要意义。

生物完整性指数(index of biotic integrity,IBI)自提出以来,经过多年的发展,目前已经成为水生态健康定量评价最普遍使用的指标之一[1]。IBI基于具有不同敏感性的指标筛选出相对敏感的核心生物指标,能够反映水生态健康状态,因此十分适合河湖水生态健康定量评价。IBI在中国河湖健康评价过程中运用广泛。左新宇等利用浮游植物完整性指数(P-IBI)对长江流域大宁河进行了生态健康评价[2]。王备新等应用底栖动物完整性指数(B-IBI)评价溪流健康[3]。朱迪等基于鱼类生物完整性指数(F-IBI)对长江流域部分河湖进行了健康评价[4]。

底栖动物的种类、种群结构、生物量等参数能够反映环境因子的长期变化,是目前公认的最理想的水质生物监测指标[5]。底栖动物完整性指数(B-IBI)由Karr[6]和Kerans[7]等提出,通过构建B-IBI可以对河湖水生态状况进行较为全面和科学的健康评价。近年来,利用底栖动物完整性指数进行河流、湖泊和水库生态健康度评价的研究也越来越多[8-11]。

本文通过实地调查和水生生物监测,采集了2022年8月(丰水期)和10月(枯水期)长江正源沱沱河和长江南源当曲7个监测断面的大型底栖无脊椎动物样本,获取了各个断面的底栖动物定量数据。经判别能力分析和冗余度分析,选取了总分类单元数、摇蚊个体数百分比、优势类群个体数百分比和粘附者个体数百分比4个参数,计算了底栖动物完整性指数(B-IBI),构建了基于B-IBI的长江源健康评价体系和标准,对长江源整条河流、各河段以及各断面的生态健康现状分别进行了定量评价。

1 材料和方法

1.1 监测方法

1.1.1采样时间与断面设置

2022年8月(丰水期)和10月(枯水期)分别开展了底栖动物调查监测,基于前期对长江源水生态环境现状的了解,共设置7个调查监测点位,采样点位分布见表1和图1。

图1 底栖动物监测点布置Fig.1 Layout of monitoring points for benthic animal

表1 监测断面基本情况Tab.1 Basic information of monitoring sections

1.1.2检测方法

河心区采用改良式彼得森采泥器或带网夹泥器采集,近岸浅水或硬底区域使用D型网或手抄网辅助采集。采集后用40目网筛将底质清洗干净,将筛上全部肉眼所见的动物用摄子挑出以及吸管吸出。为减小误差,每点要采集两个平行样(包括用改良式彼得森采泥器和带网夹泥器),即在一个点位上同时采集两次,以减少因底栖动物在底质中分布不均造成的误差。挑出的底栖动物立即放入5%的甲醛溶液或75%的酒精溶液中固定。固定液需为动物体积的10倍以上,固定前应先记录标本的颜色,以备鉴定标本时使用[12-15]。

1.2 B-IBI构建

参照相关文献[16-19],经判别能力分析和冗余度分析,最终选取了总分类单元数、摇蚊个体数百分比、优势类群个体数百分比和粘附者个体数百分比4个参数作为本次健康评价大型底栖无脊椎动物生物完整性指数评价的参数,综合反映底栖动物多样性和丰富度、群落结构组成、耐污能力和功能摄食类群与生活型(见表2)。

表2 B-IBI评价指标Tab.2 B-IBI evaluation index

1.3 B-IBI赋分方法

大型底栖无脊椎动物生物完整性指数(B-IBI)通过对比参考点和受损点大型底栖无脊椎动物状况进行评价。基于候选指标库选取核心评价指标,对评价河湖底栖生物调查数据按照评价参数分值计算方法,计算B-IBI指数监测值,根据河湖所在水生态分区B-IBI最佳期望值,按照式(1)计算B-IBI指标赋分。

(1)

式中:BIBIs为评价河湖大型底栖无脊椎动物生物完整性指数赋分;BIBIo为评价河湖大型底栖无脊椎动物生物完整性指数监测值;BIBIe为河湖所在水生态分区大型底栖无脊椎动物生物完整性指数最佳期望值。

根据此方法以及水利部批复的《河湖健康评价指南》,对各断面生态状况进行B-IBI指数的计算、赋分和等级划分。将样点生态状况等级分为“非常健康、健康、亚健康、不健康、劣态”5个级别,其健康等级划分标准见表3。

表3 健康等级的划定标准Tab.3 Criteria for delimitation of health level

2 结果和讨论

2.1 监测结果

根据底栖动物监测分析结果,长江源干流7个监测点位获取的底栖动物情况如下。

2.1.1沱沱河-1监测点

种类组成方面,沱沱河-1监测点共计监测到底栖动物5目5科6属,其中,双翅目1科2属,占33%。现存量方面,沱沱河-1监测点底栖动物的密度均值为41 ind./m2,生物量均值为0.05 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明沱沱河-1监测点生物多样性指数为1.39。按照密度超过20%为优势种进行统计,沱沱河-1监测点以四节蜉属为优势种,占比达42%,多足摇蚊属为次优势种,占比达32%。

2.1.2沱沱河-2监测点

种类组成方面,沱沱河-2监测点共计监测到底栖动物3目3科5属,双翅目1科2属,占40%。现存量方面,沱沱河-2监测点底栖动物的密度均值为36 ind./m2,生物量均值为0.05 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明沱沱河-2监测点生物多样性指数为0.93。按照密度超过20%为优势种进行统计,沱沱河-2监测点以四节蜉属为优势种,占比达67%。

2.1.3沱沱河-3监测点

种类组成方面,沱沱河-3监测点共计监测到底栖动物3目3科4属,其中,双翅目摇蚊科2属,占50%。现存量方面,沱沱河-3监测点底栖动物的密度均值为75 ind./m2,生物量均值为0.12 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明沱沱河-3监测点生物多样性指数为1.31。按照密度超过20%为优势种进行统计,沱沱河-3监测点以多足摇蚊属为优势种,占比达40%。

2.1.4当曲-1监测点

种类组成方面,当曲-1监测点共计监测到底栖动物2目3科4属,其中,双翅目直突摇蚊亚科2属,占50%。现存量方面,当曲-1监测点底栖动物的密度均值为52 ind./m2,生物量均值为0.04 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明当曲-1监测点生物多样性指数为1.20。按照密度超过20%为优势种进行统计,当曲-1监测点以中华河蚓属为优势种,占比达38%,直突摇蚊属为次优势种,占比达35%。

2.1.5当曲-2监测点

种类组成方面,当曲-2监测点共计监测到底栖动物4目4科6属,双翅目1科3属,均占50%。现存量方面,当曲-2监测点底栖动物的密度均值为48 ind./m2,生物量均值为0.24 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明当曲-2监测点生物多样性指数为1.45。按照密度超过20%为优势种进行统计,当曲-2监测点以四节蜉属为优势种,占比达42%,河蚓属为次优势种,占比达30%。

2.1.6当曲-3监测点

种类组成方面,当曲-3监测点共计监测到底栖动物1目2科5属,其中,双翅目摇蚊科3属,占60%。现存量方面,当曲-3监测点底栖动物的密度均值为162 ind./m2,生物量均值为0.05 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明当曲-3监测点生物多样性指数为1.16。按照密度超过20%为优势种进行统计,当曲-3监测点以乌烈摇蚊属为优势种,占比达63%。

2.1.7长江-1监测点

种类组成方面,长江-1监测点共计监测到底栖动物3目3科4属,其中,蜉蝣目1科2属,占50%。现存量方面,长江-1监测点底栖动物的密度均值为50 ind./m2,生物量均值为0.02 g/m2。多样性方面,香农-维纳生物多样性指数分析表明长江-1监测点生物多样性指数为1.22。按照密度超过20%为优势种进行统计,长江-1监测点以侧枝纹石蛾属为优势种,占比达48%。

2.2 底栖动物监测结果分析

根据7个监测点位的底栖动物监测结果,对比分析长江源不同河段大型底栖无脊椎动物特征。

2.2.1种类组成

沱沱河监测断面共计监测到底栖动物6目8科10属,当曲监测断面共计监测到底栖动物4目6科11属,长江-1监测点共计监测到底栖动物3目3科4属,其中,沱沱河-1和当曲-2是监测断面中种类数最为丰富的断面,具体如图2所示。整体上看,长江源底栖动物种类数较为丰富。

图2 各监测点底栖动物种类数Fig.2 Numbers of benthos at each monitoring point

2.2.2平均密度

与种类组成类似,当曲-3监测点底栖动物平均密度最高,为162 ind./m2;沱沱河-2监测点平均密度最低,为36 ind./m2,具体如图3所示。

图3 各监测点底栖动物平均密度Fig.3 Average density of benthos at each monitoring point

2.2.3多样性指数

长江源底栖动物的香农-维纳多样性指数介于0.93～1.45,均值为1.24,具体如图4所示。整体上看,长江源底栖动物生物多样性较高,说明长江源上游环境较适宜底栖动物生存。

图4 各监测点底栖动物多样性指数Fig.4 Diversity index of benthos at each monitoring point

2.3 B-IBI赋分

根据大型底栖无脊椎动物生物完整性指数评价指标,计算各监测点位生物完整性指数,最后以各评价河段长度为权重计算得到长江源大型底栖无脊椎动物生物完整性指数赋分为87.2分,具体如表4所列。

表4 B-IBI赋分Tab.4 B-IBI scoring

从整体上来看,长江源处于“健康”状态,这是由于长江源区海拔高,平均海拔5 km左右,人口稀疏,大部分河段处于天然状态,基本未受到人类活动干扰。从分段上来看,沱沱河源头至波陇曲汇入口河段和巴青村至查吾曲汇入口河段处于“非常健康”状态,其他河段都处于“健康”状态。其中波陇曲汇入口至唐古拉山镇河段评分较低,为77.2分,这是由于该河段经过唐古拉山镇,并且G109国道穿过此河段,属于人口较为密集区域,进出藏的游客以及过往的货车大多会在唐古拉山镇停留,污染物负荷较大,导致评分较低。

3 结 论

本文通过构建大型底栖无脊椎动物生物完整性指数评价体系,对长江源河流整体、河段和各断面进行健康评价赋分。本次评价长江源总体处于健康状态,整体受损较轻。受损最严重的河段为波陇曲汇入口至唐古拉山镇河段,初步推断,该河段经过唐古拉山镇以及G109国道,人口密集,污染物负荷大,可能是其受损较为严重的重要原因,应当予以重点关注,加强排污控制和污染物处理。

长江源地处生态环境脆弱的高海拔区,生态系统结构简单,生态系统脆弱,系统自然恢复能力差。随着西藏旅游业的发展,藏北高原的人为干扰也越来越严重,加之人们生物多样性保护意识差,必然面临着生物多样性降低的问题。随着旅游资源的开发,过往的人员和车辆较多,道路建设不可避免地对区域生态景观产生分割和破碎作用,道路附近的植被已遭受较多干扰,使得生物栖息地遭受破坏。长江源流域部分区域面临生态环境退化、功能减退、生物多样性受到威胁等问题,亟待加强保护。