近年来，随着人类活动对河流生态系统影响的加剧，已造成全球范围的河流生态系统破坏［1-4］。河流生态健康问题引起各国政府与学术界重视，国内外学者开展了大量相关研究［4-14］。河流生态健康评价机理已成为近年来国际研究热点的问题之一［4，14］。生物完整性指数(IndexofBioticIntegrity，简称IBI)，最早由Karr提出，用多个生物参数综合反应水体的生物学状况，评价河流乃至整个流域的健康［2］。目前，澳大利亚、美国等广泛使用IBI方法评价河流生态健康［15-19］。我国应用B-IBI方法评价河流健康方面起步较晚，王备新、李强、张远等分别根据底栖动物参数，建立了祁门县溪流、西苕溪、辽河生态系统健康评价的IBI标准［20-24］。河流生态系统中，大型底栖无脊椎动物因其不易移动，具有较长生活周期，能够稳定反映水体污染变化，成为水环境评价的最佳选择［25］。为进一步探求河流健康评价机理，本研究选择大型无脊椎动物为河流健康评价的指示生物，以北京温榆河为例，根据B-IBI指数构建方法，研究构建北京温榆河B-IBI评价指标体系与健康评价标准，刻画温榆河底栖动物群落完整性，评价河流生态健康状况。 1研究区域概况 温榆河，又称北京市的“母亲河”，发源于北京燕山南麓的昌平、延庆、海淀一带，属于北运河水系，是北京市五大水系之中唯一发源于境内且常年有水的河流，全长约47．5km，流域面积2478km2。温榆河流域内降雨量年际和年内分配极不均衡，多年平均降水量约为600mm，其中80%集中在汛期6—9月，多年平均径流量约3．5亿m3，其中污水量占60%—70%［26］。温榆河流经地区经济发达，人口稠密，担负着排洪和城市排污的任务，其水质受到严重污染［27］。 2数据来源 根据《水和废水监测分析方法》的采样原则，结合实际进行样点布设。温榆河上游分布11个样点、中游分布5个样点、下游分布3个样点，共22个样点(图1)。依据Barbour无干扰样点和干扰极小样点作为参照点的评价标准［28］，结合实地考察，研究区确定了4个参照点，18个受损点。本研究采用的底栖生物数据为2011年3月春季样。底栖生物样品采集是以采样点(小于1m深的河岸区)为中心，在约30m长的采样断面内选择不同生境类型，采用定量和定性相结合方法进行采样。定量采样使用彼德逊采泥器(采样面积为1/16m2)进行底栖生物样品采集，每个样点做3个重复。同时进行定性采样，使用手抄网(0．3m宽，40目尼龙纱)采集3个小样方，总面积约为1m2左右。标本直接在野外筛选并合在一起，每个样点按软体动物与水生昆虫分类分别装入样品瓶，加酒精固定，并放入便携式冰箱，带回实验室进行鉴定。标本尽量鉴定到种。同期进行水体理化指标的监测。溶解氧、温度和pH均采用便携式分析仪在现场直接测定。另取水样进行水化指标室内实验，按照《水和废水监测分析方法》(第4版)(国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会，2002)相关规定进行分析，项目包括悬浮物、电导率、CODmn、BOD5、总氮、总磷、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等。3研究方法 3．1B-IBI方法 3．1．1候选生物学指标的确定 用于建立B-IBI(Benthic-IndexofBioticIntegrity，简称B-IBI)指标体系的生物学指标很多，参照相关文献［20-24］，研究选用了反映群落丰富度(M1—M5)、个体数量比例(M6—M13)、生物耐污程度(M14—M19)和小生境质量(M20)等4类的20个指标作为备选指标(表1)，以反映环境变化对目标生物(个体、种群、群落)数量、结构和功能的影响，从而有效监测和评价水环境质量。 3．1．2生物学指数筛选 1)分布范围分析对参照点的生物指数值在平均值、标准差、25%分位数、中位数和75%分位数的分布范围进行分析(表2)，随干扰加强而减小的候选生物指数，若上述分值变化不明显，说明表现的信息指示作用不强，如M8、M13、M18，故予以删除;随干扰加强而增大的候选生物指数，若上述分值变化较大，对信息的波动性较大，但随干扰增强的7个生物指数，波动性不大，故予以保留。2)判别能力分析据Barbour方法［28-29］，比较参照点和受损点在25%—75%分位数范围即箱体IQ的重叠情况，并分别赋予不同的值:没有重叠，IQ=3;部分重叠，但各自中位数值都在对方箱体范围之外，IQ=2;仅一个中位数值在对方箱体范围之内，IQ=1;各自中位数值都在对方箱体范围之内，IQ=0。只有IQ≥2的参数才作进一步分析，故删除M4、M10、M11、M12和M15。3)相关性分析基于SPSS11．8统计分析软件，对余下12个参数进行正态分布检验，结果显示，除M19外(直接列入指标体系)，其余11个参数均不符合正态分布，故对这11个参数进行spearman相关分析(表3)，使最后构成IBI指标体系的每个指数都至少提供一个新的信息，避免重复信息。如果两个指数间的相关系数r＞0．75，表明两个指数间所反应信息大部份是重叠的，选其中一个指标即可。根据相关系数(表3)，考虑指数重要性，并结合指标体系需反映群落丰度、个体数量比例、生物耐污能力和小生境质量4方面信息，最终确定温榆河B-IBI的指数包括总分类单元数、总生物量、优势分类单元个体相对丰度、敏感类群单元数、生物指数和粘附者个体相对丰度6个指标。 3．1．3生物学指标记分标准的建立 如何建立B-IBI指标体系评价标准，王备新等［20］对比了3分制，4分制和比值法，发现比值法具有更高的稳定性及准确度，故研究采用比值法进行指标体系计算，即干扰越强，指数值越低的指数，以95%分位数值为最佳值，各指数的分值等于指数值除以95%分位数值。对于干扰越强，指数值越高的指数，则以5%分位数值为最佳值(表4)。该法规定，经计算后的分值的分布范围为0—1，如果大于1，则都记为1，对于计算结果求和。按照参照点B-IBI值分布的25%分位数法进行指标体系的最终划分，如果样点的B-IBI值大于等于25%分位数值，则表示该样点受到的干扰很小，是健康的。小于25%分位数值的分布范围，根据需要可以4等分，分别代表不同的健康程度，最终确定温榆河底栖动物完整性评价标准(表5)。#p#分页标题#e# 3．2多元统计分析 采用SPSS11．8统计软件，对温榆河水质指标进行主成分分析，分析该河流的主要污染因子，其详细计算方法另在文献30中介绍。另外，为验证B-IBI指数作为河流健康评价方法的合理性，以及在水体评价中是否需要进行水生态健康评价，研究对温榆河水质与B-IBI指数进行了相关性分析。首先，为避免水质指标量纲对结果的干扰，对19个样点的水质理化指标进行最大最小值标准化处理，即(具体水质指标值－MIN)/(MIX－MIN)，对各样点标准化值进行累加，获得河流不同样点的综合水质数据。然后，采用SPSS11．8对各样点综合水质数据与其对应的B-IBI指数进行相关分析。 4研究结果 4．1温榆河流域底栖动物群落特征 温榆河流域底栖动物物种丰富度为46种，其中水生昆虫36种(摇蚊科21种)，寡毛类4种，蛭类2种，甲壳动物1种，软体动物3种。优势物种为浅白雕翅摇蚊，其所占百分比为32．8%，其耐污值为8［31］，为强耐污类群，主要集中在北沙河桥北与土沟村桥。全流域范围内，60．9%的底栖生物为耐污类群，TV≥7;23．9%的底栖生物为中间类群，TV为3—7;仅有15．2%的底栖生物为敏感类群，TV≤3。温榆河以耐污类群为优势物种，其污染情况较为严重，敏感类群很难生存。总体上，温榆河流域底栖生物物种丰富度较高，但全流域范围内底栖动物组成以耐污类群为主，说明水体生态环境质量较差。 4．2温榆河流域河流生态健康状况 温榆河底栖生物完整性评价结果表明，温榆河采样点中27．3%为健康，9．1%为亚健康，13．6%为一般，13．6%为差，36．4%为极差(表6)。采用克里金插值法对全流域河段进行健康状况评估，获得全河段生态健康状况的分布状况(图2)。温榆河水系支流样点大多为较差和极差状况，表明该流域范围内人类活动对水环境和生态系统的胁迫作用相对比较严重。温榆河上游及源头地区(S8朝宗桥，S9响潭水库，S10羊台子东，S11羊台子西，S12羊台子混合)河流生态健康状况较好(图2)，该区受人类活动影响相对较小，而温榆河中下游地区河流生态健康状况处于极差和较差状态，其中下游主要分布在海淀，昌平，朝阳3个城区，受城市化的影响较重。 4．3河流水质状况及其与B-IBI的相关关系 水质分析结果显示，温榆河流域属于有机污染类型，主要污染因子为TN、NH3-N、TP、CODMn、BOD5等［27］。温榆河综合水质与B-IBI相关分析结果表明，二者具有负相关，相关系数为－0．549。但相关系数较低，这可能说明无法完全用水质理化指标代表河流生态健康状况。目前，国家水质标准中仅规定了水体的理化指标表针，本研究表明，河流水质理化指标与底栖生物完整性的相关系数较低，即水质理化指标较好的河段，其底栖生物群落完整性不一定较好，因此，在水体评价中既要考虑水质理化性质也需考虑河流生态健康状况。 5讨论 5．1参考点的选择 参照点位的确定是制定标准的关键性因素［22］，原则上依据Barbour无干扰样点和干扰极小样点作为参照点的评价标准。无干扰点标准是指样点上游无农田分布、森林覆盖率90%以上，干扰极小样点的标准是样点上游无点污染源、样点上游5km之内无村庄、上游两侧100m宽5km长的范围内无农田［23］。由于温榆河为城市河流，划分时适当降低了此标准，结合水质状况，确定温榆河流域的参照点位选取条件。研究发现，参照点选择不同，对研究结果具有一定影响，因此，需对参考点选择方法的科学性进行深入研究，利于河流生态健康的进一步科学定量评价。 5．2B-IBI指数构成 通过B-IBI候选指数分布范围分析、判别能力分析和相关分析等过程，筛选出研究区B-IBI指数的6个指标。国内不同学者研究结果来看(表7)，辽河与祁门县溪流的指标构成5个指标基本相同，其他地区的B-IBI指标均呈现较大差异性。候选指标的筛选结果受多种因素影响，其中影响最大的是研究区所处的生态区，另外，采样方法、鉴定方法的准确性和数据处理的准确性也会在一定程度上对筛选结果造成一定影响。综合国内现有研究成果，总分类单元数在各河流健康评价中均作为评价指标，而前3位优势分类单元个体相对丰度和BI指数在多数河流健康评价中应用，此3个指标可作为其它河流健康评价的推荐指标。因指标确定受研究河流具体底栖生物群落差异影响较大，因此，在实际评价中，必须对候选指标进行科学筛选，以确保评价指标选择的准确性。 5．3B-IBI指数的适用性 国内外学者一般选用级别较高的河流为对象建立底栖动物完整性评价标准，而温榆河属于级别较小的城市河流。Paller等人的相关研究表明运用底栖生物监测水质与溪流的级别不存在显著相关关系［32］，表明运用IBI指数评价城市河流的合理性。本研究对温榆河流域的底栖生物完整性指数及其标准进行了初步分析，尽管评价结果与水质具有一定相关性，能够反映出城市河流健康状况，但仍需要进行长期观测和研究，健全IBI指数评价河流健康的理论体系与实证研究。 6结论 本研究以北京温榆河为例，探讨了B-IBI指数在河流生态健康评价中应用的合理性和可行性，为丰富河流健康评价指标的选择提供了科学依据。通过B-IBI候选指数分布范围、相关关系和判别能力分析等过程筛选，温榆河流域B-IBI指数由总分类单元数、总生物量、优势分类单元个体相对丰度、敏感类群分类单元数、生物指数和粘附者个体相对丰度6个指标构成;研究区底栖生物群落特征表现为物种丰富度为46，其中，60.9%的底栖生物为耐污类群，23．9%的底栖生物为中间类群，15．2%的底栖生物为敏感类群。温榆河流域底栖生物群落的优势物种为浅白雕翅摇蚊，为强耐污类群;温榆河流域B-IBI评价结果表明，河流采样点的50%为较差和极差，均位于干流及城区，受乡镇城市化影响强烈;27．3%为健康，9．1%为亚健康，主要位于温榆河上游及源头地区。B-IBI指数与河流水质相关系数为－0．549，说明生物指标需作为河流水体评价的指标，B-IBI指数应用于温榆河流域具有可行性。#p#分页标题#e#