漓江中下游基于鱼类生物完整性指数的河流健康评价体系

丁洋， 吴志强, 2*， 黄亮亮， 封文利， 师瑞丹

(1. 桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541004； 2. 广西大学，南宁 530004)



DOI:10.11984/j.issn.1000-7083.20150289

漓江中下游基于鱼类生物完整性指数的河流健康评价体系

丁洋1， 吴志强1, 2*， 黄亮亮1， 封文利1， 师瑞丹1

(1. 桂林理工大学环境科学与工程学院，广西桂林 541004； 2. 广西大学，南宁 530004)

2014年4月—2015年1月，按季度对漓江中下游进行了4次鱼类物种采样调查，通过对22个初选指标的筛选，建立了基于鱼类生物完整性指数(IBI)的河流健康评价体系，最终确定了7个评价指标，即鱼类总物种数、鲤科鱼类占总类数的百分比、亚科鱼类种数、亚科鱼类种数、杂食性鱼类数量百分比、敏感性鱼类占总类数的百分比、耐受性鱼类占总类数的百分比。采用1、3、5赋值法计算各采样点IBI值，并将鱼类完整性划分为6个等级对河流进行评价，具体为：极好(58～60)、较好(48～52)、一般(40～44)、较差(28～34)、极差(12～22)、无鱼(0)。结果显示，漓江中下游以及各分段河流(桂林段、阳朔段、平乐段)的鱼类IBI总分均在40分以上，处于一般或一般以上水平。

鱼类；生物完整性指数；漓江

生物完整性(biological integrity)是生物群落自身具有的维持平衡、保持结构完整性和应变环境的能力，在一个区域内天然栖息地中包括该群落所有种类组成、多样性和功能结构特征。Karr和Dudkey(1981)首次提出生物完整性的概念，并以鱼类为研究对象，用生物完整性指数(index of biological integrity，IBI)评价水环境的健康状况。IBI评价法已在欧美等发达国家得到广泛应用，其指示物种的选取也扩展到底栖无脊椎动物、着生藻类等(Karretal., 1986; 黄亮亮等，2013)。而鱼类对生态环境变化的感知能力及直接的指示作用具有其他水生生物无法比拟的优势，使其成为河流健康评价的主要指示生物(廖静秋,黄艺,2013)。

目前我国的生物完整性研究尚处于起步阶段，有关基于IBI的河流健康评价的研究大多集中在长江及其附属湖泊，辽河流域和广西河池地区，由于IBI评价法的局限性，在一个新地区建立和应用该方法时，要因地制宜考虑各个环节的制定。漓江沿江河床多为卵石，水质清澈，两岸多为岩溶地貌。本研究以漓江中下游鱼类为研究对象，初步构建漓江中下游基于鱼类的IBI评价指标体系，通过对初选指标进行筛选和赋值，并将其用于该地区的河流健康评价，为漓江生态环境质量评价和管理提供重要数据。

图1 漓江中下游采样点分布图

Fig. 1 Distribution of sampling sites in the middle and lower reaches of Lijiang River

1 材料和方法

1.1 研究区域

漓江位于中国广西壮族自治区南岭山脉西南部，属珠江水系，发源于广西东北角兴安县与资源县交界处的猫儿山，在平乐县与恭城河交汇，最后流入桂江。地理坐标110°18′17.2″～110°38′10.6″E、24°37′56.0″～25°17′20.0″N，全长214 km，干流160 km，总流域面积6 050 km2。

2014年4月—2015年1月，按季度赴漓江中下游进行鱼类资源采样调查，选择在漓江中下游的桂林市、大圩镇、草坪乡、杨堤乡、兴坪乡、高洲村、阳朔县、福兴镇、平乐县等地进行实地采样(图1)。并将研究区域分为3个评价区域，即桂林段、阳朔段、平乐段，采用IBI进行评价。

1.2 采样方法

走访渔民和市场，掌握渔获物情况，并于2014年4月—2015年1月在漓江中下游区域采集鱼类标本，共设置9个采样点(图1)。采用地笼、拖网、撒网等渔具捕鱼或到市场收集鱼类标本，并用10%的福尔马林溶液固定后带回实验室保存。

1.3 参照点的确定和指标赋值

1.4 指标设置及筛选原则

初选指标设置遵循全面性和适用性原则，综合目前国内外基于鱼类IBI研究报道，同时结合漓江中下游流域的鱼类物种组成特征及实际情况，共设置22个初选指标(表1)，可归类为种类组成与丰度、营养结构、外来入侵种和健康状况、繁殖共位群、耐受性5个项目层指标。

根据国内外IBI研究的经验，拟定了3条指标筛选标准：①种类数指标，若各采样点或评价区域的指标结果均小于5，应取消；百分比指标，若各采样点或评价区域之间的差异小于5%，应取消；任何一个指标，若90%以上采样点或评价区域指标值均为0，应取消。②取消因研究水平不足和资料收集不全、没有得出调查结果的指标。③对高度相关的指标，只保留信息包含量最大的一个指标(Bozzetti & Schulz, 2004;刘恺等,2010; 孟伟等,2011)。

表1 漓江中下游鱼类生物完整性指数候选指标及历史数据

1.5 综合评价

2 评价指标的筛选与赋值

2.1 评价指标的初选

根据郑海涛(2006)对不同国家和地区鱼类IBI指标体系的总结概括，本研究共设置22个初选指标(表2)，根据乐佩琦(2000)、广西水产研究所和中国科学院动物研究所(2005)、郑海涛(2006)研究资料确定鱼类的耐受性、营养结构和繁殖共位群。本研究将适应缓流或静水的鲌亚科鱼类视为耐受性强的鱼类，野鲮亚科、鲃亚科、亚科和平鳍鳅科等激流性鱼类视为敏感性鱼类。对已列入濒危野生动植物种国际贸易公约、世界自然保护联盟和《中国动物红色名录》的鱼类则视为敏感性鱼类(刘恺等，2010)。

2.2 参数指标再筛选

种类组成和丰度:野鲮亚科鱼类种数和鲃亚科鱼类种数在各河段的采样值均小于5，应删除这2个指标；鳅科、平鳍鳅科、鲿科、雅罗鱼亚科、下层鱼类占总类数的百分比在各个评价河段之间的差异均小于5%，应删除这7个指标。

营养结构:去除在各评价河段对比中百分比差异均小于5%的指标，即去除植食性鱼类、鱼食性鱼类、无脊椎动物性食性鱼类3个指标。

鱼类数量与外来入侵物种:鱼类总个体数和外来鱼类个体数由于缺乏历史数据，没有得出调查结果，应删除。

繁殖共位群:由于鱼类基础生态学研究的困难和不足，本研究调查到的相当一部分鱼类无法获知其产卵类型，因而对于该项目下的2个初选指标无法获得足够的数据，应删除。

表2 漓江中下游鱼类生物完整性指数候选指标及调查结果

耐受性:由于敏感性和耐受性强的鱼类包括上层鱼类、下层鱼类，只保留信息量大的指标，应将上层鱼类占总类数的百分比、下层鱼类占总类数的百分比2个指标删除。

2.3 赋值标准的确定

根据指标筛选结果，本研究最终确定7个IBI指标。

表3 漓江中下游鱼类完整性指标赋值标准

3 综合评价结果

根据指标的调查结果和评分标准，通过计算得出了漓江中下游的3个河段以及中下游全段的鱼类IBI分值(表4)。在本研究中，参照Karr等(1986)的评价等级和评价内容对漓江中下游及3个河段的鱼类完整性进行评价。结果显示漓江中下游鱼类的IBI总分为46.3，处于较好与一般之间，但敏感性鱼类的减少、种类和丰度下降，杂食性和耐受性强的鱼类比例升高，使鱼类营养结构偏斜，表明环境恶化的讯号增加；在各河段评价结果中，桂林段鱼类的IBI总分最高，为49.7，健康等级处于较好水平；阳朔段处于较好与一般之间；平乐段处于一般水平。综合3个河段的情况来看，各河段之间数据相差不大，说明各河段的鱼类完整性变化不大；另外，鱼类总物种数、鲤科鱼类占总类数的百分比、亚种鱼类种数、亚科鱼类种数、敏感性鱼类占总类数的百分比这5个指标的值均低于期望值，杂食性鱼类数量百分比、耐受性鱼类占总类数百分比这2个指标的值高于期望值，说明3个河段的鱼类完整性较历史记录水平发生了较大变化。

4 讨论

4.1 评价结果与实际情况的符合程度

历史数据作为指标设置和初步筛选的重要依据，在IBI评价研究中起着非常重要的作用，因此使用IBI评价时应重视对历史数据的搜集。漓江作为国内外游客的旅游胜地，随着桂林旅游业的发展，漓江桂林至阳朔段每年接待游客300多万人次(孟伟等,2011)，旅游在给当地带来经济收入的同时也给漓江生态环境带来了巨大压力。船舶航运，渔业的不合理开发利用，以及河岸景观建设等形式的人类活动对漓江生态环境仍然存在较大影响。

表4 漓江中下游鱼类完整性指数的评分

本文共设置22个初选指标，分属于物种组成与丰度、营养结构、鱼类数量与外来入侵物种、繁殖共位群、耐受性5个项目层。研究结果显示：①桂林段鱼类IBI评分最高，为49.7，鲤科鱼类占总类数的百分比，亚科、亚科鱼类种数，杂食性鱼类占总类数的百分比，耐受性鱼类占总类数的百分比5个指标评分较高，对评价结果贡献较大；②阳朔段耐受性鱼类占总类数的百分比最低为55%，只有鲤科鱼类占总类数的百分比，亚科、亚科鱼类种数，杂食性鱼类占总类数的百分比4个指标评分为满分；③由于只有亚科、亚科鱼类种数，杂食性鱼类占总类数的百分比3个指标评分较高，所以平乐段鱼类IBI总分只有42.9分，为3个河段最低；④漓江中下游鱼类IBI总分为46.3，处于较好与一般之间，但敏感性鱼类占总类数的百分比评分只有1分，说明敏感性鱼类比例不及历史数据，与历史数据的43.8%相比呈下降趋势。

结合当地实际环境状况来看，相比于平乐段，漓江桂林段和阳朔段航运虽然较为频繁，对鱼类栖息地影响较大，但同时由于政府对中游(桂林段和阳朔段)的重视和保护，使中游河流状况较好，相反下游(平乐段)渔业管理较为宽松，电鱼、炸鱼、毒鱼等非法捕鱼活动较为严重。综合上述情况来看，评价结果与河流受人为干扰的实际情况是较为符合的。

4.2 IBI评价法的局限性和适用性

由于只考虑物种的丰度，而没有考虑其均匀性，并且该方法较适用于有一定规模的河流，对小型河流难以完全适用，所以IBI评价法有自身的局限性。尽管如此，基于以下3点，IBI评价法还是值得推广使用的：①我国目前大多使用理化指标等非生物指标进行河流环境评价，而IBI评价法可以直接地反映环境变化对生物造成的影响，相比之下IBI评价法更直观；②虽然IBI评价法自身的局限性，但这也正好符合我国的国情。在我国人类活动主要集中于大的江河流域，因此这些地方较小河流受到的人为干扰更为严重，也更需要借助IBI之类的评价方法；③在国外IBI的研究和应用已经有30多年的历史，形成了准确、完善的研究体系。

由于我国基于鱼类IBI研究资料的缺乏，所以在使用IBI评价法以鱼类为研究对象时，应选择有一定研究基础的河流进行。由于漓江鱼类历史分布资料较完整，所以本文共设置22个初选指标，其中14个指标建立在物种组成与丰度项目下；而在其他4个项目下由于研究资料的不足，可选择和使用的指标受到限制，不够全面。

4.3 研究河段其他评估方式的比较讨论

历史上有关漓江的调查、科学研究数不胜数，但关于漓江河流健康评价的科学研究却寥寥无几。漓江有文献记录的河流评价方法有2种：一种为IBI评价法，另一种为溪流状况指数(index of stream condition, ISC)评价法。蔡德所等(2011)在对漓江中下游河段河流健康的调查中采用了ISC评价法，综合反映了河流水文学、河流物理构造特征、河岸区状况、水质及水生生物5个要素，采用打分的方法对河流进行对比性评价。与IBI评价法相比，该方法的特点是涵盖面广、周期长、涉及学科众多，但也正是由于这种方法的复杂性，不适宜作为一种常用的检测手段。河流健康状况直接影响着鱼类等水生生物的生存繁衍，例如广西贺江水污染事件被指死鱼比环境监测站可靠。IBI评价法正是利用鱼类这种重要的指示作用，省去了中间繁杂的采样、化验、分析等环节，可以快速、准确地评估指定河段河流的健康状况。

5 结论

通过对22个初选指标的筛选最终确立7个评价指标，分别为鱼类总物种数、鲤科鱼类占总类数的百分比、亚科鱼类种数、亚科鱼类种数、杂食性鱼类占总类数的百分比、敏感性鱼类占总类数的百分比、耐受性鱼类占总类数的百分比，建立了漓江中下游鱼类生物完整性指数评价体系。

调查结果显示，漓江中下游鱼类IBI为46.3，处于一般和较好之间；中下游各河段的IBI水平也均在一般或一般以上水平，没有发现差、极差以及无鱼的情况；鲤科鱼类占总类数的百分比、杂食性鱼类数量百分比与历史数据接近，但鱼类总物种数、亚科鱼类种数、亚科鱼类种数减少，杂食性鱼类比例和耐受性强的鱼类比例相比历史记录明显上升，敏感性鱼类占总类数的百分比减少，表明漓江生态环境仍然面临很大压力。

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Application of Index of Biological Integrity Based on Fish to Assess the River’s Health in the Middle and Lower Reaches of Lijiang River

DING Yang1, WU Zhiqiang1, 2*, HUANG Liangliang1, FENG Wenli1, SHI Ruidan1

(1. College of Environmental Science and Engineering, Guilin University of Technology, Guilin,Guangxi Zhuang Autonomous Region 541004, China; 2. Guangxi University, Nanning 530004, China)

Four quarterly samplings for fish species were carried out during the period from April 2014 to January 2015. By the filtration of 22 primary indices, the evaluation system was established on the basis of index of biological integrity (IBI) with 7 evaluation indices selected, including total number of species, ratio of cyprinid species with total number of species, the number of Gobioninae, the number of Coltrinae, ratio of omnivorous species with total number of species, ratio of sensitive species with total number of species, and ratio of tolerant species with total number of species. The IBI value of each sampling site was then calculated using 1, 3, 5 approximation of value assignment, and the values were classified into 6 levels to assess the biological integrity of fish: extremely good (58～60), good (48～52), normal (40～44), bad (28～34), and extremely bad (12～22), no fish (0). The results showed that, the IBI score of the middle and lower reaches of Lijiang River was over 40, as well as that in each river segment (Guilin segment, Yangshuo segment, and Pingle segment), indicated that an average level and above.

fish; index of biological integrity; Lijiang River

研究参照点(

ite)的选取尚未见相应的规范，通常选择不受人类干扰或受干扰相对较少的河段，或者以历史数据为参照点。由于漓江中下游不受人类干扰或受干扰相对较少的河段难以寻觅，所以本研究尽可能以历史数据为参照点确定期望值。根据目前应用最多的评价方法,即传统的1、3、5赋值法：将各指标分为1分、3分、5分3个层次，分值越高表示调查得出的数据与期望值越接近，即5分表示采样所得数据与期望值十分接近；3分属于中等；1分表示与期望值相差大。

2015-09-21 接受日期：2015-11-21

国家自然科学基金(51379038, 51509042); 广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻1355007-14); 广西教育厅高校科学研究项目(YB2014151); 广西自然科学基金(2014GXNSFBA118072); 广西高等学校高水平创新团队及卓越学者计划项目(002401013001)

丁洋(1991—), 男, 硕士研究生, 主要从事环境生态研究, E-mail:1101882622@qq.com

*通信作者Corresponding author， 教授, 博士生导师, 主要从事鱼类生态学研究, E-mail:zqwu@glut.edu.cn

Q959.4

A

1000-7083(2016)02-0288-06