基于鱼类完整性指数的瓯江口水域生态系统健康评价

摘要：评价瓯江口水域生态健康状况，为该水域渔业资源保护和恢复提供科学依据。2021年5月和8月对瓯江口进行渔业资源调查，共采集到鱼类59种，隶属10目23科，较2007年历史资料减少了22种，新增9种。针对瓯江口鱼类种群结构及特征，选取鱼类总种类数、数量密度、重量密度、重量多样性指数、中上层鱼类比例、底层鱼类比例、石首鱼科鱼类比例、暖水性鱼类比例、底栖生物食性、鱼类比例、游泳动物食性鱼类比例、产浮性卵鱼类比例等11个指标构建了瓯江口鱼类完整性指数（F-IBI）评价体系。根据2021年渔业资源调查数据，参考历史资料确定评价标准，评价瓯江口水域健康状况。结果表明，在瓯江口18个采样点中，鱼类完整性健康等级为“较好”的有3个，“一般”的有10个，“较差”的有5个。与2007年相比，瓯江口鱼类生物完整性整体呈下降趋势，过度捕捞、大规模围填海等人类活动可能是造成该现象的重要因素。

关键词：鱼类完整性指数；健康评价；鱼类群落；瓯江口

中图分类号：S932.4 " " " "文献标志码：A " " " "文章编号：1674-3075（2024）06-0047-10

河口生态系统处于咸淡水交汇区，受径流和潮流相互作用，是河流与海洋物质相互交换的重要通道，兼具河流与海洋生态系统特征（牛明香和王俊，2014；彭涛和陈晓宏，2009），丰富的资源使得河口海岸成为人类活动最密集的地带（陈吉余和陈沈良，2002），过度的资源开发造成了河口环境污染加剧、生物多样性衰减、生境丧失与变迁等一系列河口生态问题（彭涛和陈晓宏，2009），开展河口生态修复迫在眉睫。健康评价是生态修复的前提，国外对水域生态系统评价研究较早，Karr（1991）最先使用了生物完整性指数（index of biotic integrity，IBI）来评价河流健康，采用鱼类作为指示生物并提出了鱼类生物完整性指数（the fish-based biotic integrity index，F-IBI）。鱼类处于水域生态系统食物链的顶级，具有生活史长、对水环境改变反应敏感等特征（张亚等，2021）。与传统基于理化参数的水域生态系统健康评价相比，F-IBI以鱼类为指示生物，能更好地体现出生态系统的完整性和健康状况，具有综合性和客观性强的特点，并已在应用中得到完善（Breine et al，2004；王学锋等，2016；张芮等，2017；Yang et al，2020；林群等，2021）。

瓯江口位于温州瓯江与东海的交汇处，受海洋暖流和浙江沿岸流影响，水质肥沃、营养盐丰富，是诸多鱼类产卵、索饵的优良场所，也是温台渔场的组成部分（徐兆礼，2008）。近年来，由于围填海、过度捕捞等人类活动的影响，瓯江口渔业资源日益衰退，生物种类组成及多样性遭到严重破坏。开展瓯江口鱼类健康评价研究，对于确定生态恢复目标、制定生态修复计划具有重要意义。本研究基于2021年5月、8月的渔业资源数据，构建瓯江口水域F-IBI指标体系，结合历史资料，评价该海域生态系统健康状况，以期为瓯江口水域渔业资源的保护和恢复提供科学依据。

1 " 材料与方法

1.1 " 调查区域及采样方法

2021年5月和8月对瓯江口渔业资源进行调查，共设置调查站点18个（120°50′～121°30′ E；27°70′～28°15′ N） ，站位布设如图1。使用底拖网捕获游泳生物，调查网具网口规格为500目×60 mm，囊网网目尺寸20 mm，每站拖曳时间为0.5 h。

现场采集的大型鱼类当场鉴定种类，并测量和记录鱼的全长（叉长）、体长及体重；中小型鱼类冷冻带回实验室，标本鉴定参考《东海鱼类志》《长江口鱼类志》《福建鱼类志》等资料。鉴定好的标本测量全长（叉长）和体长，精确至1 mm；用电子天平称量体重精确至 0.1 g；解剖采集标本，记录性腺成熟度等生物学数据；参考已有的食性研究成果并结合国际水生资源管理中心网站 （Fish Base） 综合确定鱼类食性。

1.2 " 分析方法

采用鱼类资源密度、相对重要性指数（index of relative importance，IRI），Shannon-Wiener指数（H'）和Pielou均匀度指数（J'）分析鱼类群落结构，并构建F-IBI体系分析瓯江口海域生态的完整性。

鱼类资源密度的估算采用扫海面积法（詹秉义，1995），运用公式计算重量密度和数量密度，公式如下：

ρi=Ci/aiq " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "①

式中：ρi为第i站的鱼类资源密度（重量：kg/km2；数量：103尾/km2）；Ci为第 i 站每小时拖网渔获物中鱼类资源量（重量：kg/h；数量：尾/h）；ai为第 i 站网具每小时扫海面积（km2/h）（计算公式：网口水平扩张宽度×拖网速度×实际拖网时间）；q为网具捕获率（可捕系数＝1-逃逸率），依据本文拖网网具逃逸率取0.5 。

采用Shannon-Wiener 多样性指数（Shannon et al，1949）和Pielou 均匀度指数（Pielou，1975）分析鱼类物种多样性，公式如下：

H′ = - [iSPi×lnPi] " " " "②

J′ =H′ /lnS ③

式中：S为种类数，Pi为第i种鱼所占总渔获量的比例。

相对重要性指数用来研究鱼类优势种与主要种（Pinkas et al，1971），公式如下：

IRI=（N+W）×F×104 " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " "④

式中：IRI 为相对重要性指数IRI值 ；N为某一物种数量占总数量的百分比；W为该物种重量占总重量的百分比；F为该物种在拖网总次数中出现的频率，即出现站位数与调查总站位数的百分比。本文将IRI≥1 000定义为优势种，500≤IRIlt;1 000为重要种，100≤IRIlt;500的为一般种，10≤IRIlt;100为少见种，IRIlt;10为稀有种（付贵权等，2021）。

1.3 " 评价指标设置及筛选方法

根据瓯江口的鱼类种类组成、生态学特征和数据的可获得性等因素，参考相关文献（毛成责等，2011；梁海，2019；张翔等，2020）和Fish Base信息等对鱼类进行划分，从种类组成和丰度、适温类型、繁殖共位群、营养结构中初步确定了20项指标（表1）。

瓯江口鱼类生物完整性指标筛选步骤（武晶，2015；邓明星，2018；卢丽锋，2018；严太明等，2021）如下：（1）分布范围筛选，移除在95%的采样点中得分为0的指标；（2）判别能力筛选，利用统计软件SPSS分析生成的箱体图进行判别，比较参照点和采样点的值在25%～75%分位数重叠的情况，保留重叠少和没有重叠的指标；（3）利用统计软件SPSS进行Pearson相关性检验，保留|R|lt;0.9的指标，若|R|≥0.9，则在2个指标中选取1个。

1.4 " 参照点选取及完整性指数计算

通过查阅瓯江口的资料，基于2007年的历史调查（沈盎绿和徐兆礼，2008；徐兆礼，2008）以及部分相关文献，选取与本次调查相对应的站点为参照点，共计18个参照点。

为了消除各指标间差异对评价结果的影响，参考Karr等（1986）、朱迪等（2023）、张亚等（2021）使用的赋值法，对每个指标在所有站点测得的值从高到低划分为3个区域。对于随着干扰响应下降的指标，最高区域记为5分，表示与期望值最接近，最低记为1分；中间区域记为3分；对于随着干扰响应上升的指标则相反。各指标的得分相加即为该站点的鱼类完整性指数值。

参考裴雪姣等（2010）、张翔等（2020）的方法，以参照点F-IBI得分的25%分位数值作为瓯江口健康评价的标准值。参考Karr（1981）、崔保山和杨志峰（2002）的评价等级，大于参照点25%分位数值的记为“健康”，小于标准值的进行4等分，分别记为“较好”“一般”“较差”“极差”。

2 " 结果与分析

2.1 " 瓯江口鱼类组成

调查期间共采集到鱼类59种，隶属10目23科。与历史资料相比，瓯江口鱼类种类组成发生了较大变化，沈盎绿和徐兆礼（2008）在2007年夏秋季共采集到鱼类72种，隶属13目36科，本次调查较历史资料减少了3目13科13种。历史资料记载的单指虎鲉（Minous monodactylus）、短棘银鲈（Gerres lucidus）、吉氏豹鲂鮄（Dactyloptena gilberti）、眼镜鱼（Mene maculata）等共有22种鱼未采集到，但新增花鰶（Clupanodon thrissa）、黄鳍棘鲷（Acanthopagrus latus）、吉打副叶鯵（Alepes djedaba）、青鳞小沙丁鱼（Sardinella zunasi）等9种鱼。

本次调查共采集到软骨鱼类 2种（2目2科），占本次调查鱼类总种数的 3.4%；硬骨鱼类57种 （8目21科），占总种数的 96.6%。硬骨鱼类中以鲈形目鱼类最多，共有26种，占研究水域鱼类物种数的44%；鲱形目鱼类次之，共有13种，占比为22%。5月和8月的多样性指数分别为2.40和2.72。

按照适温类型划分，暖温性鱼类有13种，暖水性鱼类有46种，分别占鱼类总种数的22.0%、78.0%；按照鱼卵类型划分，产浮性卵鱼类52种，粘性卵鱼类5种，卵胎生鱼类2种，分别占88.1%、8.5%、3.4%；按照生态类型划分，中上层鱼类16种，中下层鱼类12种，底层鱼类31种，分别占27.1%、20.3%、52.5%；按照食性划分，浮游生物食性鱼类16种，游泳动物食性鱼类14种，底栖生物食性鱼类17种，杂食性鱼类12种，分别占27.1%、23.7%、28.8%、20.3%。具体的生态特征见表2。

瓯江口鱼类优势物种分析结果见表3。不同月份优势物种组成不同，5月优势种为康氏侧带小公鱼（Stolephorus commersonnii）、龙头鱼（Harpadon nehereus）和镰鲳（Pampus echinogaster），其中康氏侧带小公鱼数量密度超过其他鱼类的2/3，经过个体生物学特征测定， 这些康氏侧带小公鱼基本由幼鱼组成，由此推测，3-4月可能是康氏侧带小公鱼一个重要的产卵期。8月的优势种为龙头鱼，其重量密度和数量密度接近其他鱼类的一半，并且在每个站位均有出现。

本次调查与2007年瓯江口海域鱼类资源对比见表4。本次调查的鱼类数量密度为457.54×103尾/km2，重量密度为7.46×103 kg/km2；重量多样性为2.67，数量多样性为2.01；重量均匀度为0.62，数量均匀度为0.47。

2.2 " 指标筛选

通过分布范围筛选，M20从初选指标中删除，对其余指标做箱体图进行判别能力筛选（图2），根据筛选原则，删除指标M2、M6、M8、M11、M14、M17，最后对余下指标进行Pearson 相关性分析（表5），最终筛选出11个指标：鱼类总种类数（M1）、鱼类尾数密度（M3）、鱼类重量密度（M4）、重量多样性指数（M5）、中上层鱼类比例（M7）、底层鱼类比例（M9）、石首鱼科鱼类比例（M10）、暖水性鱼类比例（M12）、底栖生物食性鱼类比例（M15）、游泳动物食性鱼类比例（M16）、产浮性卵鱼类比例（M18）。

2.3 " 瓯江口水域生物完整性评价

基于瓯江口2007年的历史数据，选择对应评价指标的历史结果作为参照值，依照筛选后保留的11个指标对外界干扰的响应，采用1、3、5赋值法，构建瓯江口水域鱼类完整性指标体系及评分标准，见表6。

以参照点的25%分位数值为“健康”建立分级标准，再采用4分法进行分级，瓯江口鱼类生物完整性指数体系分级标准见表7。

将参照点和采样点按照各指标的分数进行累加得到F-IBI值，根据分级标准得到健康评价等级，2007年参照点和2021年采样点的F-IBI值分布见图3。该体系的评价结果表明，2007年瓯江口海域健康状况整体处于“较好”水平，等级评价为“一般”的1个，“较好”的15个，“健康”的2个；2021年瓯江口海域健康水平整体处于“较差”到“一般”状况，等级评价为“较差”的有5个，“一般”的10个，“较好”的3个。

2021年瓯江口海域的18个采样点F-IBI评价结果见表8。结果表明，处于“较好”水平的采样点共3个，分别是S3、S4、S11，处于“一般”水平的采样点共有10个，分别是S1、S2、S5、S8、S9、S12、S14、S15、S16、S17、S18，处于“较差”水平的采样点共有5个，分别是S6、S7、S10、S13、S14。

3 " 讨论

3.1 " 瓯江口鱼类多样性

鱼类是评价水域生态系统完整与健康的重要指标，本研究于2021年对瓯江口开展渔业资源调查，共采集鱼类59种。根据历史调查数据，瓯江口具有丰富的鱼类资源，2007年沈盎绿和徐兆礼（2008）研究记录鱼类共72种，本次调查作业方式与其作业方式相同均为底拖网，调查站位布设和调查时间基本一致，相比2007年，本次调查鱼类资源密度、多样性指数和均匀度指数均有所下降，但下降幅度较低。鱼类多样性主要受到人为干扰和环境因子的共同作用，主要的影响因子也在不断发生变化（石磊等，2020）。根据社会调查，目前瓯江流域内陆渔捕捞渔船共计500多艘，海洋捕捞渔船共计400多艘，高强度捕捞可能是导致瓯江口渔业资源下降的原因；另一方面，人类干扰下的生境变化也可能是造成瓯江口渔业资源下降的原因，据《浙江省滩涂围垦总体规划（2005-2020年）》显示，2004年温州市共围垦滩涂面积约1.27 hm2，而2020年温州市滩涂围垦建设项目29处，规模高达3.20 hm2。瓯江南口抛筑潜坝、温州浅滩围涂工程建设、灵霓北堤等瓯江口滩涂围垦工程不仅改变原有水动力环境、影响盐度分布，对鱼类生境造成严重破坏，也影响了洄游性鱼类的产卵、索饵等活动。

本次调查5月和8月的鱼类群落多样性指数分别为2.40、2.72，夏季鱼类群落多样性明显高于春季。原因可能在于水温升高促使鱼类生长加快和数量增加，且部分洄游性种类洄游至此产卵、育肥；同时，东海伏季休渔措施使鱼类得到了生息繁殖与生长的机会（闫丽娜等，2013）。

优势种类在生态系统中占据重要地位， 其改变能影响群落的数量变化和能量流动（孙典荣等，2012）。本次调查显示，2021年5月优势种为康氏侧带小公鱼、龙头鱼、镰鲳，其中康氏侧带小公鱼在数量密度上占绝对优势，而重量密度却很低，表明该时间段瓯江口康氏侧带小公鱼绝大多数为幼鱼。8月优势种为龙头鱼，其不仅是瓯江口重要的经济鱼类，同时也是5月的优势种。在相同的计算方式和对优势种的定义下，2007年6月的优势种为白姑鱼，其作为重要的经济鱼类在2021年仅采集到少数幼鱼。根据资料显示，瓯江口外侧禁渔线以东海域为白姑鱼的产卵场，瓯江口海域为白姑鱼的索饵场（陈伟峰等，2021）。2007年白姑鱼成为优势种可能是6月形成了一定洄游群体。2007年与2021年共有优势种为龙头鱼，其他鱼类存在些许差异，可能是调查偶发因素所致。

3.2 " 瓯江口水域F-IBI健康评价体系

本研究应用鱼类生物完整性指数（F-IBI）法对瓯江口的健康状况进行评价，随着国内外对水域生态系统健康的重视，该方法体系逐渐发展、完善，是一种简便、灵敏、高效的水域生态系统健康评价的方法之一（邓明星，2018）。目前，F-IBI指标在国内外尚无统一标准，本研究根据鱼类群落组成特征及水生态系统类型特点，主要参考了河口（张芮等，2017；毛成责等，2011）、海湾（林群等，2021；王学锋等，2016）鱼类生物完整性的研究，并结合瓯江口实际鱼类资源特征初步确定了20个F-IBI候选指标。本研究对瓯江口的 F-IBI 指标筛选同湛江湾（王学锋等，2016）一致，逐步进行了分布范围筛选、判别能力筛选、相关性分析筛选，有效区分参照点与采样点之间的差异，并确保各指标间不存在重复，彼此具有相对独立性，共筛选出11个指标构建了瓯江口F-IBI体系。参照点的选择是F-IBI研究的关键，尤其影响评价结果的准确性。目前参照点筛选的方法有2种：（1）若研究区域具有充足的鱼类资源数据，则选用历史数据；（2）若研究区域历史数据缺乏，则选择人为干扰少、生境受损小的区域为参照点。瓯江口鱼类资源调查的历史数据较为全面，调查海域和作业方式相同，因此本研究选择用历史数据为参照点。

比较瓯江口各采样点之间的健康水平，瓯江口洞头列岛附近水域S13、S14总体健康状态较差。其原因可能在于这2个站点受人类活动干扰较多，水域破坏较为严重。一方面，在调查期间发现该海域布满流刺网，人类捕捞活动密集，同时该站点位于洞头风景名胜区附近，旅游经济的发展对生态环境也会造成一定影响。另一方面，该水域开阔，不利于定居性鱼类活动，洄游性的经济鱼类往往会在更宽阔的外海水域索饵，这也导致该站点鱼类种类和生物量较少、健康水平较差。另外，从瓯江口整体健康水平来看，北侧水域的健康水平高于南侧，可能是由于瓯江南口是温州城市污水的排污口（胡成业等，2015），大量污水排入水域，对水质产生了一定的影响，再加上附近大规模围填海与水利工程对水域健康影响颇大，滨海湿地丧失严重，鱼类索饵场、育幼场大面积减少，洄游性鱼类通道被阻断。此外，瓯江口北侧靠近乐清湾的水域岛屿较多，海底地形及水流环境的多样性使得游泳动物种类更具有多样性，因此瓯江口北侧水域的健康水平高于南侧水域。

F-IBI健康评价结果能较好地区分出各采样点的健康状况，并能反映出瓯江口水域生态的实际情况，对于开展生态修复工作、制定生态修复目标具有一定参考价值。

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（责任编辑 " 郑金秀）

Ecosystem Health Assessment of Oujiang River Estuary Using

the Fish-based Index of Biotic Integrity （F-IBI）

ZHANG Xin‐yi 1，2，3， LIU Wei‐cheng2，3， ZHANG Chuan1，2，3， FAN Qing‐song2，3，

YE Shen2，3， ZHENG Chun‐fang1

（1.College of Life and Environmental Sciences， Wenzhou University ， Wenzhou " 325035， P.R. China;

2. Zhejiang Mariculture Research Institute ， Wenzhou " 325005， P.R. China;

3. Zhejiang Key Laboratory of Exploitation and Preservation of Coastal Bioresource ，

Wenzhou " 325005， P.R. China）

Abstract： Oujiang River estuary provides excellent fish spawning and foraging due to rich nutrients， and it is an important part of the Wentai fishing ground. However， fishery resources in the Oujiang River estuary have gradually declined in recent years， leading to a decrease in biodiversity. In this study， we constructed a fish-based index of biotic integrity （F-IBI） for evaluating the health of Oujiang River estuary. We aimed to provide a scientific reference to support ecological restoration and conservation of fishery resources in the estuary. F-IBI construction was based on bottom trawl survey data of fish resources at 18 sampling stations in Oujiang River estuary in May and August 2021. The biological measurements of the fish samples were recorded， and the community structure was analyzed， using fishery survey data from 2007 as the reference point. Of 20 candidate metrics， 11 metrics were selected， based on fish population structure and characteristics. The F-IBI metrics included： total number of fish species， fish number density， fish weight density， Shannon-Wiener diversity index by weight， and the proportions of pelagic fish species， benthic fish species， pelagic Sciaenidae species， warm water fish species， fish species feeding on benthic animals， fish species feeding on swimming animals， and fish species with floating eggs. The F-IBI value of Oujiang River estuary was calculated using a scale of 1， 3 and 5， and five grades of biological integrity were set according to the F-IBI value. A total of 59 fish species from 23 families and 10 orders were collected in 2021， with 22 species not collected and 9 new species collected compared to the historical data from 2007. Among the 18 sampling stations in Oujiang River estuary， the health status was good at three stations， fair at ten stations， and poor at five stations. Since 2007， the F-IBI in Oujiang River estuary has decreased and is attributed to human activities such as overfishing and large-scale reclamation projects. The F-IBI based evaluation of Oujiang River estuary health was generally consistent with observed river conditions， indicating that the F-IBI method well reflects river health， and will be useful for planning and implementing ecological restoration.

Key words：fish integrity index; health assessment; fish community; Oujiang River estuary