李文 滕航 田輝伍 鄧華堂 成必新 楊少榮 劉紹平 陳大慶 段辛斌

摘要：黑水河為金沙江下游一級支流，是白鶴灘庫區(qū)干流魚類的重要替代生境和優(yōu)先保護支流，評價黑水河河流健康狀況，可為黑水河魚類棲息地生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。2018年11月至2019年9月在黑水河23個采樣點開展了4次魚類資源調(diào)查，共采集到魚類45（亞）種，隸屬于4目10科33屬。以黑水河河口、水文站上游和825回水點作為參照點，經(jīng)過分布范圍、判別能力及Pearson相關(guān)性分析等指標構(gòu)建黑水河魚類生物完整性指數(shù)（F-IBI）評價體系。使用1、3、5賦值法和比值法計算各采樣點的IBI分值以評價各采樣點健康狀況，結(jié)果顯示，1、3、5賦值法和比值法的結(jié)果雖不完全相同，但趨勢是一致的。黑水河大部分采樣點的健康狀況處于“較差”和“一般”水平。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，F(xiàn)-IBI分值與海拔呈顯著負相關(guān)（P<0.01）。豐度生物量比較曲線顯示，黑水河魚類群落結(jié)構(gòu)整體上受到中度干擾。

關(guān)鍵詞：魚類生物完整性指數(shù)；河流健康；黑水河

中圖分類號：X826? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1674-3075（2024）02-0073-11

健康的河流對自然生態(tài)系統(tǒng)和社會的發(fā)展至關(guān)重要，它們可以為人類生存和社會發(fā)展提供必要的生態(tài)服務(wù)（Luo et al，2018）。同時，人類活動直接或間接影響到河流生態(tài)系統(tǒng)，例如水文條件、污染物富集和棲息地屬性等，從而導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)不斷惡化（Zhao & Yang，2009；Pinto et al，2013），因此對河流生態(tài)系統(tǒng)的健康評估和合理保護尤為重要。自Karr（1981）首次提出魚類生物完整性指數(shù)（fish index of biotic integrity， F-IBI）以來，生物完整性指數(shù)（IBI）作為一種可靠的工具已廣泛用于全球河流生態(tài)系統(tǒng)健康評估（Novotny et al，2005）。IBI通過對多個能夠反映河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的敏感指標進行賦值或評分，從而間接對河流生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價，避免了單一指標的有限適用性和敏感度不足等問題，可以綜合地反映河流健康狀況（劉猛等，2016）。由于不同地區(qū)的河流及魚類群落結(jié)構(gòu)各不相同，因此運用IBI評價新區(qū)域時需要對其進行調(diào)整（武晶，2015；譚巧，2017）。魚類是進行生態(tài)健康評估常用的指示生物，因其位于河流食物鏈的頂端，生命周期比其他大部分生物更長，而且其遷移和產(chǎn)卵等生命活動使其更加依賴棲息生境，故對魚類的健康評估可以綜合反映河流生態(tài)環(huán)境的整體健康狀況（Karr，1981；Harris，1995；Trautwein et al，2012）。當前，我國對IBI的研究還處在探索階段，自21世紀以來，我國在部分水系開展了應(yīng)用，黃亮亮等（2013）運用魚類生物完整性評價了東苕溪的河流健康狀況，劉猛等（2016）構(gòu)建了渾太河流域的魚類生物完整性指數(shù)，朱召軍等（2016）基于魚類生物完整性對漓江上游進行了河流健康評價，在我國高原地區(qū)，生物完整性指數(shù)也有應(yīng)用，鄭海濤（2006）對怒江中上游進行了魚類生物完整性評價。

金沙江下游是長江上游魚類資源最為豐富的區(qū)域之一，有142種魚類棲息于此江段，其中大部分為喜流水生境魚類（宋一清等，2018）。但由于金沙江下游干流建設(shè)有向家壩、溪洛渡、白鶴灘和烏東德四大梯級電站，造成自然連續(xù)的河流片段化，形成緩流或靜止的水庫環(huán)境，嚴重影響土著魚類的生存和繁殖，導(dǎo)致部分魚類物種消失、生物多樣性和遺傳多樣性下降（張雄等，2014；宋一清等，2018）。因此，在金沙江下游大規(guī)模開發(fā)的背景下，為了彌補干流開發(fā)對魚類造成的部分不利影響，選擇幾條生境較好的支流作為其替代生境進行保護尤為重要。黑水河為金沙江下游白鶴灘庫區(qū)左岸一級支流，全長173.3 km，流域面積3 653 km2，是金沙江下游白鶴灘庫區(qū)干流魚類的重要替代生境和優(yōu)先保護支流（張雄等，2014；楊志等，2017），其流域內(nèi)魚類資源較豐富（孫嘉寧，2013；傅菁菁等，2016），共有45種魚類，隸屬于4目10科33屬，長江上游特有魚類11種，其中以鯉形目魚類種類最多。近年來水域污染、過度捕撈、梯級電站建設(shè)以及采砂等人類活動對黑水河下游魚類資源構(gòu)成了嚴重的干擾和損害（楊志等，2017），黑水河生態(tài)系統(tǒng)健康狀況受到了廣泛關(guān)注（孫嘉寧，2013；張雄等，2014；傅菁菁等，2016；楊志等，2017；宋一清等，2018）。目前，黑水河尚未開展過河流健康評價，金沙江水系也沒有可借鑒的F-IBI研究。本研究以黑水河魚類為指示物種，建立適合該地區(qū)的F-IBI評價指標體系，以客觀評估黑水河河流健康狀況，為黑水河生態(tài)系統(tǒng)保護和魚類棲息地生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1? ?材料與方法

1.1? ?調(diào)查方法

2018年11-12月（冬季）、2019年2-3月（春季）、2019年5-6月（夏季）和2019年8-9月（秋季）在黑水河23個采樣點（圖1，表1）進行魚類標本采集，每個采樣點采用三層流刺網(wǎng)（外層網(wǎng)目7 cm，內(nèi)層網(wǎng)目2～3 cm，網(wǎng)高2 m，網(wǎng)長80 m）和地籠網(wǎng)（網(wǎng)目1 cm，網(wǎng)高0.4 m，網(wǎng)寬0.4 m，網(wǎng)長12 m）進行捕撈（經(jīng)漁業(yè)主管部門批準），所有采樣點所用網(wǎng)具的類型和數(shù)量保持一致，網(wǎng)具設(shè)置13 h。采集到的魚類樣本參照相關(guān)研究（禇新洛和陳銀瑞，1989；禇新洛和陳銀瑞，1990；丁瑞華，1994；陳宜瑜，1998）進行現(xiàn)場鑒定，并統(tǒng)計數(shù)量和健康狀況（畸形、表皮損傷、疾?。瑴y量每尾魚的體重（精確到0.1 g）、體長及全長（精確到1 mm）等生物學性狀。對于部分無法識別的魚類標本，在完成生物學性狀測量后，用95%乙醇或者10%福爾馬林溶液保存，帶回實驗室再利用分子手段或者解剖等方法鑒定。

在每個調(diào)查采樣點進行pH（AZ86031便攜式水質(zhì)檢測儀）、溶解氧（DO）（YSI Pro20i溶解氧測量儀）、流速（V）（ZM-SVR手持式電波流速儀）、河深（D）、河寬（W）（SW-1500A手持激光測距儀）、水溫（WT）（YSI Pro20i溶解氧測量儀）、海拔（H）（彩途F32手持GPS）、總?cè)芙夤腆w（TDS）（AZ8373TDS筆）、透明度（Trans）（透明度盤）和電導(dǎo)率（Cond）（AZ86031便攜式水質(zhì)檢測儀）等環(huán)境因子的測定。將木棍垂直放入河中，觸底時拿出，卷尺測量木棍被水淹沒的長度即為河深。

1.2? ?F-IBI指標構(gòu)建

1.2.1? ?參照點? ?選取黑水河受人類活動干擾相對較小的黑水河河口、825回水點和水文站上游3個采樣點作為參照點。

1.2.2? ?指標設(shè)置? ?結(jié)合國內(nèi)外河流常用的F-IBI評價指標和實際黑水河調(diào)查到的魚類組成及分布特點，綜合考慮采用指標的可靠性和適用性，選取隸屬于魚類種類組成與豐度、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、耐受性、繁殖共位群、魚類數(shù)量與健康狀況等5個項目層的27個對環(huán)境變化較為敏感的候選指標（表2）。同時，參照相關(guān)研究劃分魚類的產(chǎn)卵類型、棲息水層、食性、耐受性和生活習性等（禇新洛和陳銀瑞，1989；禇新洛和陳銀瑞，1990；丁瑞華，1994；陳宜瑜，1998）。

1.2.3? ?候選指標的篩選? ?（1）分布范圍篩選（Barbour et al，1996）：刪除在所有采樣點小于5的物種數(shù)指標；刪除在所有采樣點之間相差小于10%的比例指標；刪除在所有采樣點中90%以上指標值為0的指標。（2）判別能力篩選（劉猛等，2016）：刪除參照點和觀測點中位數(shù)在對方25%～75%分位數(shù)箱體之內(nèi)的指標。（3）Pearson相關(guān)性分析篩選（朱召軍等，2016）：對余下的指標進行相關(guān)性分析，若指標之間相關(guān)性系數(shù)小于0.9，則通過篩選，若2個指標之間相關(guān)性系數(shù)大于0.9，則采用其中1個信息量較多的指標。

1.2.4? ?F-IBI指標的分值計算? ?本研究選取常用的1、3、5賦值法（Karr 1981；鄭海濤，2006）和比值法（Blocksom et al，2002）分別對黑水河的魚類生物完整性指數(shù)（F-IBI）進行評分計算。

（1）1、3、5賦值法? ?對通過篩選的各指標在各采樣點的實測值從最低到最高均分為3個等級，最高的等級記為5分，中間的等級記為3分，最低的等級記為1分。為了避免指標個數(shù)引起IBI總分值的不同，選取如下公式計算F-IBI（Moyle & Randall，1998）：

式中：F-IBI為魚類完整性指數(shù)，Pi為第i個指標的得分，n為指標個數(shù)。

（2）比值法? ?各個指標的標準化分2種方法。

1）隨干擾增強而指標值越小的指標，標準化方法為：

式中：Pij、Ｏij分別為第j個采樣點第i個指標的標準化指數(shù)和原始值，Si95為第i個指標的標準化閾值，取第i個指標在所有采樣點95%百分位的原始值。

2）隨干擾越強而指標值越大的指標，標準化方法為：

各采樣點的F-IBI值為該點各個指標標準化指數(shù)的平均值。

1.2.5? ?健康標準的建立? ?以參照點F-IBI總分值的25%分位數(shù)為健康標準進行劃分，把小于F-IBI總分值的25%分位數(shù)均分為3個等份，對重復(fù)采樣，沒有調(diào)查到魚的采樣點記為“無魚”，以此將河流健康狀況由低到高劃分為“無魚”“極差”“較差”“一般”和“健康”5個等級（Karr，1981；裴雪姣等，2010；武晶，2015；朱召軍等，2016）（表3）。

1.3? ?ABC曲線分析驗證

根據(jù)豐度生物量比較曲線（abundance biomass comparison curve，簡稱ABC曲線）（Warwick，1986；楊志等，2017；徐姍楠等，2020）中生物量和豐度的K-優(yōu)勢度曲線的波動，分析黑水河魚類群落受擾動情況。用W值表示ABC曲線的統(tǒng)計量，公式為：

式中：S為魚類物種數(shù)，Bi和Ai分別為曲線中種類序號對應(yīng)的生物量和豐度的累計百分比。W值與魚類群落受干擾情況的關(guān)系如表4所示。

采用軟件SPSS 19.0進行候選指標分布范圍和判別能力的篩選以及Pearson相關(guān)性分析，采用軟件Microsoft Excel 2019計算各采樣點得分，采用軟件PRIMER 6.0做ABC曲線圖，采用軟件Origin 2018進行圖表的繪制。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?魚類種類組成

2018年11月-2019年9月在黑水河共采集到魚類標本20 817尾，120.4 kg，隸屬于4目10科33屬45（亞）種，長江上游特有魚類11種，入侵物種2種（表5）。其中鯉形目魚類種類最多，3科24屬31種，占總種數(shù)的68.9%；鲇形目次之，4科6屬10種，占22.22%；鱸形目2科2屬3種，占6.67%；合鰓魚目1科1屬1種，占2.22%。

2.2? ?指標篩選與確立

通過對黑水河27個候選指標分布范圍的篩選，將I6、I7、I8、I10、I13、I14、I17、I24、I26等9個指標從候選指標中刪除。其余指標進行判別能力篩選，其中I2、I3、I9、I11、I12、I15、I18、I19、I20、I21、I22、I27等12個指標在觀測點和參照點具有顯著差異，滿足篩選要求進入下一輪篩選（圖2）。對這12個指標進行Pearson相關(guān)性分析檢驗（表6），將I3、I9、I20、I21等4個指標從候選指標中刪除。最終確定隸屬于5個項目層的8個指標作為黑水河河流健康評價體系的評價指標（表7）。

2.3? ?評分與評價

將篩選出的8個指標分別采用1、3、5賦值法和比值法計算各指標評分標準（表8、表9）。用表8、表9的評分標準計算各采樣點得分，2種方法參照點F-IBI總分值的25%分位數(shù)分別為42、67.97，黑水河F-IBI評價標準見表10。

運用F-IBI評價黑水河23個采樣點健康狀況的結(jié)果如表11所示。1、3、5賦值法評價結(jié)果顯示，黑水河23個采樣點中10個為“較差”，8個為“一般”，5個為“健康”；比值法評價結(jié)果顯示，5個為“較差”，15個為“一般”，3個為“健康”。2種方法都無采樣點為“無魚”和“極差”水平（表11）。黑水河大部分采樣點的健康狀況處于“較差”和“一般”的水平。另外，1、3、5賦值法健康狀況為“較差”采樣點所占的比例高于“健康”“一般”采樣點所占比例；比值法健康狀況為“一般”采樣點所占的比例高于“健康”“較差”采樣點所占比例（圖3）?？傮w來看，越接近黑水河下游，F(xiàn)-IBI值越高（圖4）。

2.4? ?F-IBI分值與環(huán)境因子的相關(guān)性

Pearson相關(guān)性分析顯示，1、3、5賦值法和比值法的F-IBI分值與海拔均呈顯著負相關(guān)（P<0.01）（表12）。

2.5? ?ABC曲線評價

ABC曲線如圖5所示，豐度和生物量曲線出現(xiàn)一定程度的相交，且W值接近0，根據(jù)魚類W值與群落受干擾的關(guān)系（表4），表明黑水河魚類群落處于中度干擾狀態(tài)。

3? ?討論

3.1? ?F-IBI評價體系的構(gòu)建

參照點是評價河流健康狀況的標準，是指沒有受人類活動影響或影響較小的采樣點（Hughes et al，1986）。目前，我國河流除了一些國家自然保護區(qū)的中心地帶可能沒有受到人為因素影響外，大部分河流生態(tài)系統(tǒng)均存在一定程度的干擾和破壞（黃亮亮等，2013）。因此，在實際應(yīng)用中，通常選取歷史數(shù)據(jù)和受人類活動影響較小的采樣點作為參照點（朱迪和常劍波，2004）。黑水河歷史研究較少，通過文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)僅開展過黑水河部分河段的魚類資源調(diào)查，未見對黑水河全流域魚類組成和分布的研究報道（孫嘉寧，2013；張雄等，2014；傅菁菁等，2016；楊志等，2017；宋一清等，2018）。因此在本研究中，根據(jù)調(diào)查結(jié)果選取受人類活動影響較小、水生生物較豐富、生境相對復(fù)雜的黑水河河口、水文站上游、825回水點等3個采樣點作為參照點。本研究通過對初步選取的27個候選指標進行分布范圍、判別能力及Pearson相關(guān)性分析篩選，最終確定隸屬于5個項目層的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、特有魚類物種數(shù)、親流型魚類物種數(shù)、土著魚類物種數(shù)、雜食性魚類數(shù)量比例、敏感性魚類物種數(shù)、產(chǎn)黏性卵魚類數(shù)量比例、單位努力捕撈量等8個指標作為黑水河河流健康評價指標，構(gòu)建的F-IBI指標評價體系可以從5個不同的層面來綜合反映黑水河魚類生物完整性變化。有研究表明，天然河流生態(tài)系統(tǒng)中，親流型、敏感性和土著魚類對水體污染、過度捕撈、電站建設(shè)以及河道采砂等人類活動影響十分敏感，受到這些因素干擾時，屬于此類型魚類的生存、繁殖以及魚類群落結(jié)構(gòu)將受到嚴重影響，與此相關(guān)的指標將嚴重下降（郜星晨等，2015；譚巧，2017；孟新翔等，2019）。故本研究構(gòu)建的F-IBI指標評價體系可以相對準確地評估黑水河河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。

3.2? ?不同評分方法的比較

目前，在應(yīng)用F-IBI評價河流健康的研究中，沒有統(tǒng)一的評分方法，常用的評分方法有1、3、5賦值法、比值法、連續(xù)賦值法、3分法、4分法等（徐姍楠等，2020）。本研究采用使用較多的1、3、5賦值法和比值法2種評分方法來計算黑水河各采樣點F-IBI值。2種方法評價結(jié)果顯示，16個采樣點的評價結(jié)果相一致，其中“健康”3個，“一般”8個，“較差”5個。比值法評價結(jié)果主要為“一般”，較少出現(xiàn)“健康”和“較差”，1、3、5賦值法的評價結(jié)果比比值法的“健康”和“較差”出現(xiàn)得多，表明1、3、5賦值法和比值法的評價結(jié)果不完全一致。分析認為出現(xiàn)差異的原因在于評分標準的確定方式不同，1、3、5賦值法是依據(jù)各指標在各采樣點的分布范圍，從最小值到最大值進行三等分，劃分為3個等級，由低到高分別記1、3、5分，采樣點各個指標的得分累計即為該采樣點F-IBI分值（Karr，1981），F(xiàn)-IBI分值之間連續(xù)性較弱，間隔較大，不同等級之間劃分相對明顯（譚巧，2017）；比值法是根據(jù)指標在某采樣點的原始值和該指標在所有采樣點5%和95%百分位原始值，計算采樣點各指標的標準化指數(shù)，各個指標標準化指數(shù)的平均值即為該采樣點F-IBI值，比值法F-IBI分值之間連續(xù)性較強，間隔較小，等級劃分更細致，等級差異相對不明顯（裴雪姣等，2010）。從評價結(jié)果來分析，1、3、5賦值法和比值法所得F-IBI值之間呈顯著正相關(guān)（P<0.01），所以，2種方法表現(xiàn)黑水河各采樣點的健康狀況水平變化趨勢大致相同，且2種方法健康狀況為“較差”“一般”和“健康”的采樣點相同率較高（達69.57%），表明2種方法都能反映出黑水河河流健康狀況，且兩者間并不矛盾，只是比值法在評價等級劃分上更細致，評價結(jié)果更精確，但1、3、5賦值法應(yīng)用得較多，因為等級差異明顯，可以很清楚地區(qū)分不同河段的健康狀況（武晶，2015）。

3.3? ?應(yīng)用F-IBI評價黑水河河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

采用F-IBI評價河流生態(tài)系統(tǒng)的健康水平，可以衡量人類活動對河流各方面的綜合影響情況，F(xiàn)-IBI分值與人類活動影響強度密切相關(guān)，人類影響越大，F(xiàn)-IBI分值越低（朱迪和常劍波，2004；鄭海濤，2006）。本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)-IBI分值較低的采樣點大都分布在受人類影響較大的中上游河段，如西洛河、蘇家灣壩下和公德房壩下，西洛河旁邊是采砂場，河道受到嚴重破壞，魚類組成簡單；蘇家灣壩下和公德房壩下為減水河段，減水河段對河流生境破壞較大，流量和有效棲息地面積相對其他河段較小，所以這2個采樣點健康程度較低。F-IBI分值較高的采樣點如黑水河下游的黑水河河口、水文站上游和825回水點，都離人類居住區(qū)較遠，受人類活動影響較小，且兩岸植被較多，水草較茂盛，生境較多樣化，魚類資源相對豐富，此處所采集到的魚類樣本也較多，所以這3個采樣點F-IBI分值較高。評價結(jié)果表明，黑水河大部分采樣點的健康狀況處于“較差”和“一般”的水平。楊志等（2017）認為黑水河下游漁獲物結(jié)構(gòu)處于嚴重干擾狀態(tài)，而本研究ABC曲線分析結(jié)果表明，黑水河處于中度干擾狀態(tài)。原因可能是從2014年到2018年，黑水河老木河電站大壩拆除、松新電站以下河道連通及生境修復(fù)工程建設(shè)等一系列措施讓黑水河的生態(tài)得到了一定的恢復(fù)。

3.4? ?黑水河河流生態(tài)系統(tǒng)保護建議

由于近年來過度捕撈、梯級電站建設(shè)以及采砂等人類活動，黑水河魚類小型化加劇，魚類資源呈下降趨勢（孫嘉寧，2013；張雄等，2014；傅菁菁等，2016；楊志等，2017；宋一清等，2018）。黑水河是白鶴灘庫區(qū)魚類的重要替代生境和優(yōu)先保護支流，隨著2020年白鶴灘開始蓄水，黑水河下游魚類棲息生境將發(fā)生劇烈改變，當?shù)氐聂~類生物完整性將受到嚴重影響（孫嘉寧，2013；楊志等，2017；宋一清等，2018）。結(jié)合本研究F-IBI評價結(jié)果、ABC曲線分析以及相關(guān)歷史文獻資料（張雄等，2014；傅菁菁等，2016；宋一清等，2018），提出以下保護對策：（1）加強漁政管理，規(guī)范河道砂石的開采，禁止在魚類產(chǎn)卵場分布河段采砂。（2）開展相關(guān)魚類增殖放流，一定程度彌補蓄水對珍稀特有魚類的不利影響。（3）建議將黑水河中下游設(shè)為魚類繁殖保護區(qū)，有效保護長江上游特有魚類種質(zhì)資源。（4）對黑水河減水河段采取疏槽增加水深及改善底質(zhì)等手段修復(fù)生境。（5）在黑水河魚類主要繁殖季節(jié)（11月―5月）開展生態(tài)調(diào)度，促進魚類繁殖。（6）建設(shè)松新、公德房、蘇家灣電站的過魚設(shè)施，恢復(fù)河道連通性。

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（責任編輯? ?熊美華）

收稿日期：2022-01-11? ? ? 修回日期：2023-06-19

基金項目：中國三峽建設(shè)管理有限公司科研項目（JG/18056B， JG/18057B）；國家自然科學基金項目（51909271）；中國水產(chǎn)科學研究院創(chuàng)新團隊項目（2020TD09）。

作者簡介：李文，1998年生，男，碩士研究生，主要從事魚類資源方面研究。E-mail：1339055248@qq.com

滕航，1995年生，男，主要從事魚類生態(tài)學方面研究。E-mail：18234494163@163.com

通信作者：段辛斌，男，研究員。E-mail：duan@yfi.ac.cn