1、第 1 期第 53 卷工业微生物作者简介：李琦（1994.11），男，汉族，河南鹤壁人，华北水利水电大学环境与市政工程学院土木水利专业 20 级硕士在读，研究方向：水生态系统风险评估。E-mail：。基于生物完整性指数对水生态健康评价的应用李琦1，闫金霞1，陈锋21.华北水利水电大学，河南 郑州 450000；2.杭州和达市政园林建设有限公司，浙江 杭州 310018摘要：基于 水污染防治行动计划 提出对江河湖泊实施水生态保护和水资源管理，开展流域、河湖的水生态健康评价，有利于我国由水质管理向水生态目标管理转变。生物完整性指数是目前水生态健康评价中应用最广泛的生态指标之一，文章通过梳理生物完整
2、性指数评价体系的构建，简述生物完整性指数的研究进展，为我国水生态健康评价研究发展提供重要参考。关键词：生物完整性指数；水生态健康评价；生态指标doi：10.3969/j.issn.1001-6678.2023.01.0151研究背景随着经济社会的快速发展，水质污染、栖息地破坏等水环境问题不断涌现，引起社会广泛关注。水生态系统是一个社会经济自然复合生态系统，当水生态系统受到的干扰超过其自身的适应能力时，将会出现损伤或者退化，导致水生态系统的健康安全受到威胁。水生态系统的健康评价体系的建立，对于评估水生态系统的健康状况具有重要意义1。国外水生态的健康评价工作开展较早，但早期主要停留在水质评价阶段。
3、直到 20 世纪 70 年代，美国学者意识到水生态系统的健康安全并不能以单一的水质指标来衡量。1972 年，美国通过了清洁水法案（Clean Water Act），首次提出恢复和保持水体的化学、物理和生物完整性2。20 世纪 80 年代，其他国家也开始重视水生态系统健康，河流管理的重点由水质保护转到河流生态系统的恢复，水生态系统的健康评价方法逐渐被多个国家看作环境管理的重要工具。为了满足国内日益增长的流域水生态环境监测与评价方面的技术需求，国家在“十一五”和“十二五”期间均设置了相关研究课题，国家层面的各种法规和任务都指出了开展水生态监测和评价的必要性。2020 年 4 月 14 日，生态环境
4、部正式下发 关于开展 河流水生态环境质量监测与评价技术指南 等28 项标准规范制修订工作的通知，指出常规的理化监测指标（如 COD、氨氮、重金属等）很难准确反映复杂的水环境健康变化趋势，不能满足日益升高的水环境管理评价需求。2生物完整性指数的概念及其构建步骤2.1研究区概况与样品的采集处理研究区概况是结合已有资料，对研究区样点水体理化指标(溶解氧、pH、导电率、总磷、浊度、温度等)和环境质量进行定性评价。样本的采集处理是构建 IBI 最基础的一步，样本的测量直接影响评价结果。同一研究区域，不同的采样方式和采样时间对样品数量、个体大小、种类组成等都会产生差异，导致评价结果不同。学者 Vondra
5、cek3等采用 2 种不同取样方式对明尼苏达州湖泊进行植物 IBI 评价，研究表明带状横断面取样计算出的 IBI 分值高于点拦截取样；学者焦珂伟、周启星4在美国伊利湖的不同时间进行采样，发现浮游生物群落季节性变化明显。综上，研究者应综合考虑取样地点、时间等影响因素，选择合适的取样方式。2.2参照点选择对于参照点位的选择，一般以生态质量状况好的点作为参照点，其他点位设为受损的采样点，然后以参照点为依据与其他受损点进行对比，最后评估河流点位的健 康状况。学者 M.T.Barbour、W.F.Swietlik 等5提出将参照状况的原始概念定义为生物完整性的参照条件，参照条件会根据水体类型变化，这是因
6、为不同生态区的地形、气候、土壤、植被和土第 53 卷第 1 期2023 年 2 月工业微生物Industrial MicrobiologyVol.53 No.1Feb.202348-第 1 期第 53 卷地利用政策都有所不同。选择参照点位的原则：选择尚未受到人类影响的区域。由于实际应用过程中几乎不存在尚未受到人类影响的区域，需要采用一些方法来选择受影响最小的点位作为参照点。参照点应选择两侧植被茂盛，附属沼泽湿地、河流水质等自然生境，无人为干预。目前没有统一的参照点位选取标准，文献中使用较多的方法有专家判读法、水质法、CCA 排序分析法等。2.3参数筛选随着 IBI 指数的发展应用，候选参数的数
7、量及种类也在不断拓展，建立 IBI 的每个参数必须对环境因子的变化反应敏感，应用广泛且入选率较高，所包含的生物学意义必须清楚。参数的筛选没有统一的方法，国内外一般用分布范围分析、判别能力分析（敏感性分析）和相关分析等方法筛选 IBI 的最终参数。2.4计算分值，进行评价分析随着 IBI 研究的发展衍生出的分值计算方法可归纳为两大类：赋值法6和计算法7。各样点 IBI 总分计算出来以后，需要根据分值对样点的健康状况做出评价。通过分析 B-IBI（大型底栖动物完整性指数）值的高低及与水体理化指标等的关系，可以了解水生态系统健康的大体状况，明确引起水生态系统健康退化的主导因素。3生物完整性指数的应用
8、进展3.1 鱼类生物完整性指数作为最早提出的生物完整性指数，经过 35 年的发展，由于其便捷性和高效性，F-IBI（鱼类生物完整性指数）已被世界各国广泛应用。在国外，学者 Mamun 等8认为鱼类是水生态系统中重要的水生生物，生命周期较长、分布范围广、形态特征明显、易于鉴定、活动能力强，能在大多数水生态系统中生存，可以相对全面地反映流域水生态系统的信息及环境变化，提出评估流域水生态系统的健康宜选取鱼类生物完整性指数。在国内，苏州河横贯上海中心城区，曾是城市污染河流，为从生态学角度揭示苏州河的污染程度，学者张亚、余宏昌等9采用鱼类生物完整性指数评价了苏州河水生态系统的健康状况。结果显示，苏州河上
9、游干流的水生态系统已基本恢复，而上游支流和下游干流还未建立健康稳定的水生态系统。3.2大型底栖动物的生物完整性指数大型底栖动物是食物链的重要环节，捕食藻类、浮游动植物等低营养级生物，又被鱼类等更高营养级生物捕食，是河流生态系统的物质循环、能量流动的重要组成部分。底栖动物的群落结构、物种多样性、敏感类群等都可以反映水质的好坏，因此大型底栖动物的生物指标能反映整个河流生态系统的健康状态。学者张宇航、渠晓东等10基于采样点的水质等级、栖息地的质量综合评估指数、人类干扰强度等指标参数，用浑河流域的底栖动物构建生物完整性指数。结果表明，浑河流域受到城市工业区的分布影响，上游区的生态环境质量比中下游区的生
10、态环境质量好，中下游底栖动物群落呈现出明显的退化趋势。学者付岚、江源等11以大型底栖动物为指示生物，系统评价了中国华南地区长江流域生态的健康水平，其河流健康呈现由溪流源头到平原河流逐渐变差的趋势特征，整个流域 B-IBI 评价结果的空间分异规律性较强。目前，底栖动物的生物完整性指数在水生生态系统的健康状况评估中应用频率仅次于鱼类，但鱼类的移动能力强，其作为指示物种不能对水生态系统的变化做出迅速反应；而大型底栖动物具有种类多、分布广且迁徙能力弱等特点，其生物完整性指数正好可以弥补以鱼类为指示物种的缺陷，能较好地指示人类活动的干扰状况和水质的优劣。3.3浮游动物的生物完整性指数浮游动物游泳能力弱，
11、不能进行远距离移动，在河流中分布范围广且种类极多。浮游动物在河流生态系统中具有承上启下的作用，是河流生态系统生物链的消费者，多种浮游动物是鱼类、虾类的重要食物来源。此外，浮游动物对外界环境变化敏感，因此可以用浮游动物的生物完整性指数进行生态健康评价。学者孙永坤12通过在胶州湾建立浮游动物生物完整性指数，从浮游动物角度评估胶州湾的环境质量，为发展和完善海湾生态系统质量综合评价体系奠定良好的基础；学者陈宇飞、严航等13基于江苏太湖流域的浮游动物和水质监测结果，构建浮游动物生物完整性指数体系，评价太湖流域水生态系统受损程度，结果表明太湖流域受到的人为干扰较大，其李 琦等：基于生物完整性指数对水生态健
12、康评价的应用49-第 1 期第 53 卷工业微生物中总磷的干扰影响尤为明显；学者马芊芊14通过筛选浮游动物物种多样性、浮游动物密度百分比构成等指标参数构建浮游动物生物完整性指数评价体系，结果表明长江上游干流宜宾至江津段河流的健康度与浮游动物水质评价结果一致。4展望生物完整性监测和评价能有效反映水生态系统维持自然状态及变化趋势，更真实地展现水生生态系统的健康程度。生物完整性指数是国内外使用最广泛的多度量生物指数之一，可针对鱼类、大型底栖动物、浮游生物等生物类群构建完整性指数并开展评价。区别于单指数，生物完整性指数是在对多个候选单指数进行筛选的基础上，将获得的敏感指标进行整合而成的，因此用 IBI
13、 指标体系评价水体健康明显优于仅使用单一指数。经过不断发展，IBI 的构建及应用日趋成熟，成为目前最常用和最有效的淡水生态系统评价方法，将在水生态管理过程中发挥重要作用。构建生物完整性指数评价体系的研究对践行生态文明思想和山水林田湖草生命共同体理念，对标“美丽中国”，实现高质量发展具有重要意义。参考文献1 李春晖,崔嵬,庞爱萍,等.流域生态健康评价理论与方法研究进展 J.地理科学进展,2008(01):9-17.2 KARR J.R,DUDLEY D.R.Ecological perspective onwater quality goals J.E nvironmental Manageme
14、nt,1980,5(1):55-68.3VONDRACEK B,KOCH J D,Beck M W.A comparison of survey meth ods to evaluat emacrophyte index of biotic in tegrit y per2 formance in M innesota lakesJ.Ecological Indicat ors,2014,36(1):1782185.4 焦珂伟,周启星.基于水质与生物指标的松花江流域水生态健康评价 J.生态学杂志,2015,34(6):1731-1737.5 BARBOUR M.T,SWIETLIK W.F,J
15、ACKSON S.K,et al.Measuring the attainment of biological integrity in theUSA:AcriticalelementofecologicalintegrityJ.Hydrobiologia,2000,422/423:453-464.6 杨柳,李泳慧,王俊才,等.基于 B-IBI 指数的温榆河生态健康评价 J.生态学报,2012,32(11):3313-3322.7 阴琨,李中宇,赵然,等.松花江流域水生态环境质量评价研究 J.中国环境监测,2015,31(4):26-34.8 MAMUN M,AN K.G.The applic
16、ation of chemical andbiological multi-metric models to a small urban stream forecological health assessments J.Ecological Informatics,2019,50:1-129 张亚,余宏昌,毕宝帅,等.基于鱼类生物完整性指数的上海苏州河水生态系统健康评价 J.中国环境监测,2021,37(6):164-177.10 张宇航,渠晓东,王少明,等.浑河流域底栖动物生物完整性指数构建与健康评价J.长江流域资源与环境,2020,29(6):1374-1386.11 付岚,江源,刘琦,等.基于大型底栖动物完整性指数B-IBI 的东江流域水生态健康评价 J.生态环境学报,2018,27(8):1502-1511.12 孙永坤.基于生物完整性指数的胶州湾生态环境综合评价方法研究 D.青岛:中国科学院研究生院(海洋研究所),2013.13 陈宇飞,严航,夏霆,等.基于浮游动物生物完整性指数的太湖流域生态系统评价 J.南京工业大学学报(自然科学版),2022,44(3):335-343
