張翔，周?chē)?guó)棟，王雷

（1.江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 常州 213001；2.江蘇省環(huán)境保護(hù)水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213001）

太湖魚(yú)類(lèi)記述始于二十世紀(jì)初，F(xiàn)owler[1]記述太湖魚(yú)類(lèi)29 種。之后，我國(guó)學(xué)者逐步研究了太湖魚(yú)類(lèi)，二十世紀(jì)五十年代起開(kāi)始系統(tǒng)地研究太湖魚(yú)類(lèi)。2005 年《太湖魚(yú)類(lèi)志》[2]成書(shū)記述了107 種魚(yú)類(lèi)。二十世紀(jì)八十年代后期，太湖水生態(tài)環(huán)境狀況變差，藍(lán)藻水華頻發(fā)，江湖阻隔、過(guò)度捕撈及水生植被資源退化等諸多因素，使得太湖魚(yú)類(lèi)群落結(jié)構(gòu)變化巨大。近十幾年的單次調(diào)查均未發(fā)現(xiàn)太湖魚(yú)類(lèi)超過(guò)40 種[3]。

1981 年Karr[4]用生物完整性指數(shù)（Index of Biotic Integrity，IBI）來(lái)評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量，最早以魚(yú)類(lèi)作為指示生物進(jìn)行評(píng)價(jià)。美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（US EPA）編制的《生物快速評(píng)估草案（Rapid Bioassessment Protocols）》[5]中，魚(yú)類(lèi)草案（Fish Protocols）的方法及原理均基于Karr 提出的魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)（F-IBI）?！笆濉逼陂g江蘇省政府已發(fā)布文件[6]在太湖流域的水生態(tài)環(huán)境健康評(píng)估體系中使用浮游藻類(lèi)、底棲動(dòng)物的生物完整性指數(shù)監(jiān)測(cè)與評(píng)估水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)水生態(tài)環(huán)境健康狀況，但研究主要集中于較小型的生物類(lèi)群，而食物鏈更高層生物的應(yīng)用研究尚缺失。

1 材料與方法

1.1 太湖魚(yú)類(lèi)樣品采集與處理

考慮太湖湖區(qū)之間環(huán)境差異，囊括“十二五”水專(zhuān)項(xiàng)和漁業(yè)管理部門(mén)在2014—2018 年太湖魚(yú)類(lèi)調(diào)查點(diǎn)位，同時(shí)基于網(wǎng)格化布點(diǎn)的要求，增加點(diǎn)位設(shè)置，在生態(tài)環(huán)境部門(mén)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位附近均設(shè)置了魚(yú)類(lèi)采集點(diǎn)位，方便水質(zhì)數(shù)據(jù)獲取。依此原則，設(shè)置了24 個(gè)魚(yú)類(lèi)采集點(diǎn)，包含東部湖區(qū)（廟港、東太湖、東西山鐵塔、胥湖南、浦莊、漁洋山、漫山）、南部湖區(qū)（小梅口、澤山、湯溇）、西部湖區(qū)（大浦口、大雷山、十四號(hào)燈標(biāo)）、竺山灣（竺山湖中、竺山湖南、椒山）、梅梁灣（閭江口、梅梁湖心、拖山）、貢湖灣（貢湖口、金墅港、沙墩港）、湖心區(qū)（平臺(tái)山、西山西），具體位置見(jiàn)圖1。單個(gè)采集點(diǎn)使用3 頂多目刺網(wǎng)和3 頂定制地籠相結(jié)合的方式定量采集魚(yú)類(lèi)。多目刺網(wǎng)和地籠規(guī)格為：浮刺網(wǎng)（高1.5m×長(zhǎng)50m，網(wǎng)目12cm）；半沉刺網(wǎng)（高1.2m×長(zhǎng)50m，網(wǎng)目7cm）；沉刺網(wǎng)（高1.0m×長(zhǎng)50m，網(wǎng)目3cm）；地籠（高30cm×寬30cm×長(zhǎng)10m，網(wǎng)目1.6cm），單點(diǎn)總計(jì)網(wǎng)長(zhǎng)180m。每次網(wǎng)具放置20～24h。本次分析數(shù)據(jù)選用2018 年12 月魚(yú)類(lèi)調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，參照點(diǎn)選擇參考漁業(yè)管理部門(mén)2014—2018 太湖魚(yú)類(lèi)調(diào)查結(jié)果。

采集的大型魚(yú)類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)鑒定種類(lèi)，測(cè)量和記錄魚(yú)全長(zhǎng)、體長(zhǎng)、體質(zhì)量，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查魚(yú)類(lèi)是否畸形、是否受傷、是否感染寄生蟲(chóng)的健康狀況，選擇有代表性的和健康狀況存疑的數(shù)尾冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室；中小型魚(yú)類(lèi)全部冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)依據(jù)HJ710.7-2014《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則·內(nèi)陸水域魚(yú)類(lèi)》和HJ 628-2011《生物遺傳資源采集技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行魚(yú)類(lèi)解剖分析，依《太湖魚(yú)類(lèi)志》、《江蘇魚(yú)類(lèi)志》鑒定魚(yú)類(lèi)至種，依據(jù)解剖狀況、文獻(xiàn)記錄[7-11]標(biāo)明其生活垂直位置、產(chǎn)卵狀況、原產(chǎn)屬性、食性等生理學(xué)特性。

1.2 太湖魚(yú)類(lèi)數(shù)據(jù)資料收集與參照點(diǎn)、受損點(diǎn)的選擇

本研究選擇2014—2018 年間魚(yú)種類(lèi)數(shù)和數(shù)量靠前的魚(yú)類(lèi)資源點(diǎn)為參照點(diǎn)篩選的背景。再通過(guò)向太湖漁政部門(mén)問(wèn)詢(xún)，走訪太湖周邊漁民，掌握2018年太湖魚(yú)類(lèi)狀況，以此為選擇受損點(diǎn)的基礎(chǔ)。

1.3 太湖水質(zhì)及生境數(shù)據(jù)收集

采集魚(yú)類(lèi)時(shí)收集了太湖29 項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)：透明度、水溫、濁度、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、總磷、總氮、葉綠素a、富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)；其他參數(shù)有銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類(lèi)、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群。依據(jù)《流域水生態(tài)-環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)指南》[12]從湖岸組成、湖濱帶底質(zhì)、湖岸穩(wěn)定性、水量、湖岸形態(tài)、湖岸植被、大型水生植物、水質(zhì)狀況、人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度和土地利用類(lèi)型10 個(gè)方面得出了太湖物理生境指數(shù)（PHI）。

表1 太湖魚(yú)類(lèi)完整性評(píng)價(jià)候選參數(shù)及對(duì)干擾的預(yù)期相應(yīng)表Tab.1 Candidate metrics for F-IBI and their expected responses to environmental stresses in Taihu Lake

1.4 候選參數(shù)選擇與篩選

參照文獻(xiàn)[13,14]及太湖魚(yú)類(lèi)群落特征，納入F-IBI的候選參數(shù)包括5 大類(lèi)27 個(gè)，具體見(jiàn)表1。候選參數(shù)的篩選步驟包括：分布范圍分析，即剔除結(jié)果差異不明顯的參數(shù)；箱體判別分析，即運(yùn)用箱體圖剔除參照點(diǎn)和受損點(diǎn)差異不明顯和對(duì)干擾預(yù)期響應(yīng)不正確的參數(shù)；相關(guān)性分析，即將前2 步剩下的參數(shù)進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析，綜合選擇|R|＞0.8[15]的兩者之一參數(shù)。

1.5 分值、公式、健康分級(jí)與數(shù)據(jù)分析

篩選后留下的參數(shù)即構(gòu)成F-IBI 的參數(shù)，用比值法計(jì)算F-IBI 的參數(shù)分值：對(duì)干擾響應(yīng)“下降”的參數(shù)，以參照點(diǎn)95%分位數(shù)為最佳期望值，分值=實(shí)際值/最佳期望值；對(duì)干擾響應(yīng)“上升”的參數(shù)，以參照點(diǎn)5%分位數(shù)為最佳期望值，分值=（最大值-實(shí)際值）/（最大值-最佳期望值）。將各項(xiàng)F-IBI 的參數(shù)分值相加即為F-IBI 值，使用參照點(diǎn)F-IBI 值分布的25%分位數(shù)作為“優(yōu)”的等級(jí)線，以四分法劃分“良”、“中”、“一般”、“差”等級(jí)。

數(shù)據(jù)結(jié)果錄入、統(tǒng)計(jì)分析和分析圖表制作在Excel 2016 及Origin 2019 中完成，點(diǎn)位及結(jié)果圖在Arcmap 10 中構(gòu)建。

2 結(jié)果與分析

2.1 太湖魚(yú)類(lèi)群落狀況

2018 年冬季在太湖采集到1765 尾魚(yú)類(lèi)，計(jì)1門(mén)1 綱6 目8 科28 屬37 種，總質(zhì)量94017.7g。個(gè)體優(yōu)勢(shì)種為刀鱭Coilia ectenes taihuensis，優(yōu)勢(shì)度為43.23%，重量?jī)?yōu)勢(shì)種為鯉Cyprinus carpio，優(yōu)勢(shì)度為37.57%。參照歷史文獻(xiàn)[16-18]，刀鱭為太湖魚(yú)類(lèi)的個(gè)體優(yōu)勢(shì)種類(lèi)沒(méi)有改變，而鯉科魚(yú)類(lèi)作為太湖的重量?jī)?yōu)勢(shì)種類(lèi)也沒(méi)有變化。太湖為長(zhǎng)江下游淺水型湖泊，初級(jí)生產(chǎn)力強(qiáng)、浮游生物豐富，以浮游生物和有機(jī)碎屑為食的魚(yú)類(lèi)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。

臨床治療COPD急性加重期一般以吸氧、止咳平喘、維持酸堿平衡、抗感染、支氣管舒張劑和糖皮質(zhì)激素等支持治療為主。COPD急性加重期患者呼吸道受病毒或細(xì)菌感染,其支氣管黏液中極易聚集大量炎性細(xì)胞,而炎性細(xì)胞的代謝產(chǎn)物或抗原成分會(huì)激活局部肺泡的巨噬細(xì)胞而產(chǎn)生IL-6、IL-8、TNF-α等炎性介質(zhì)[2]。IL-6屬于白細(xì)胞介素中的一種,該細(xì)胞因子是由多種細(xì)胞分泌。研究表明[3],IL-6水平升高與組織受損后的炎癥反應(yīng)有關(guān)。IL-8和TNF-α通過(guò)激活中性粒細(xì)胞而釋放溶酶體及類(lèi)脂介質(zhì),從而參與了COPD急性加重期反復(fù)的炎癥過(guò)程,因此,IL-8和TNF-α也是患者炎癥程度的重要標(biāo)志。

表2 候選參數(shù)在參照點(diǎn)的分布情況Tab.2 Distribution of the candidate metric values for the reference sites

選取覆蓋所有物種的152 尾魚(yú)解剖，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)健康狀況檢查，共發(fā)現(xiàn)寄生魚(yú)虱、線蟲(chóng)的病魚(yú)20尾，畸形魚(yú)類(lèi)8 尾，患病率為1.13%，畸形率為0.45%，畸形表現(xiàn)主要是脊椎彎曲和尾部變形。

2.2 分布范圍分析

結(jié)合太湖魚(yú)類(lèi)數(shù)據(jù)資料和實(shí)際生境狀況，選擇東太湖、東西山鐵塔、金墅港、沙墩港為參照點(diǎn)，平臺(tái)山、西山西、十四號(hào)燈標(biāo)為受損點(diǎn)，候選參數(shù)在參照點(diǎn)的分布情況見(jiàn)表2。其中M2、M13、M17 分布情況和對(duì)干擾的預(yù)期響應(yīng)相違背，M20 在太湖沒(méi)有區(qū)分 度，M3、M5、M6、M7、M9、M10、M11、M14、M19、M21、M22 和M26 的值域區(qū)間相對(duì)狹窄，將這些參數(shù)舍棄，其余的進(jìn)入箱體判別分析。

2.3 箱體判別分析

M4、M15 和M25 在參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的箱體分布狀況見(jiàn)圖2。M25 的四分位數(shù)間距區(qū)分度低，首先被舍棄；M15 的受損點(diǎn)箱體上下限均為0%，范圍窄，予以舍棄；M4 的四分位數(shù)間距區(qū)分度達(dá)3，符合要求，其余M1、M8、M16、M18、M23、M24 和M27 的四分位數(shù)間距值均為3，區(qū)分度高，故全部入選相關(guān)性分析。

2.4 相關(guān)性分析

8 個(gè)候選參數(shù)的Pearson 相關(guān)分析見(jiàn)圖3。候選參數(shù)M4 和M16 相關(guān)系數(shù)為0.911，相關(guān)性高，M4為銀魚(yú)科魚(yú)類(lèi)占總類(lèi)數(shù)的百分比，M16 為肉食性魚(yú)類(lèi)個(gè)體百分比，M16 反映出的數(shù)據(jù)更為全面，舍棄M4，選擇M16 選入F-IBI 參數(shù)組成。

2.5 公式、健康分級(jí)構(gòu)建與評(píng)價(jià)

27 個(gè)候選參數(shù)經(jīng)過(guò)篩選，最終確定M1、M8、M16、M18、M23、M24 和M27 共7 個(gè)參數(shù)之和構(gòu)成太湖魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)（F-IBI）。其參數(shù)計(jì)算公式見(jiàn)表3。

表3 太湖魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)參數(shù)計(jì)算公式Tab.3 Formulas for calculation of 7 metrics scores using the ratio method in Taihu Lake

評(píng)價(jià)以參照點(diǎn)的25%分位數(shù)值為“優(yōu)”的健康分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，再采用4 分法進(jìn)行分級(jí)，太湖魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)體系分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表4 太湖魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)體系分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Classification of F-IBI in Taihu Lake

將得出的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)帶入?yún)⒄拯c(diǎn)和受損點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)（圖4）。結(jié)果表明：參照點(diǎn)處于“優(yōu)”～“良”狀態(tài)，受損點(diǎn)處于“一般”狀態(tài)，結(jié)合太湖整體狀況來(lái)看，參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的選擇有一定的合理性。太湖體受損極嚴(yán)重的狀況往往只出現(xiàn)在某個(gè)特定的時(shí)段，如藍(lán)藻水華爆發(fā)水體有異味時(shí)。魚(yú)類(lèi)活動(dòng)能力強(qiáng)，會(huì)做出一定程度的回避。

由圖4 可知：太湖不同湖區(qū)的魚(yú)類(lèi)生物完整性評(píng)價(jià)結(jié)果有明顯的差異，體現(xiàn)出各自的環(huán)境特征。太湖各湖區(qū)魚(yú)類(lèi)生物完整性狀況由差到好的順序依次為：西部湖區(qū)和湖心區(qū)的F-IBI 評(píng)價(jià)為一般，最差；南部湖區(qū)和梅梁灣的F-IBI 評(píng)價(jià)為中，其中梅梁灣為重要的“引江濟(jì)太”通道，水流速較大，嚴(yán)重影響湖灣棲息地；竺山灣較為特殊，從竺山湖中、竺山湖南到椒山的，F(xiàn)-IBI 評(píng)價(jià)點(diǎn)分屬優(yōu)、良和中，這凸顯出湖灣棲息地的優(yōu)勢(shì)和逐步靠近湖心區(qū)域健康度下降；東部湖區(qū)和貢湖灣的F-IBI 評(píng)價(jià)普遍為優(yōu)和良。

表5 太湖各湖區(qū)魚(yú)類(lèi)生物完整性和物理生境狀況Tab.5 F-IBI and PHI in lake zoning in Taihu Lake

由圖5 和表5 可知，貢湖灣和東部湖區(qū)魚(yú)類(lèi)數(shù)量、種類(lèi)、F-IBI、物理生境指數(shù)均較其他各湖區(qū)豐富，貢湖灣的物理生境指數(shù)與F-IBI 相關(guān)性極高，表明太湖的出水區(qū)域水生態(tài)完整性高，尚有一定的自?xún)裟芰?，而西部湖區(qū)則問(wèn)題最為突出和嚴(yán)重，急需通過(guò)一系列措施進(jìn)行生態(tài)保護(hù)和修復(fù)。

3 討論

3.1 太湖F-IBI 構(gòu)建、適用和整合狀況

F-IBI 原適用于溪流與可涉水河流等小型水體，在湖泊這種大型水體中使用難度較大。Beck 和Hatch[19]指出主要原因有三點(diǎn)：（1）湖體不同湖區(qū)基礎(chǔ)生境條件差異較大；（2）F-IBI 指標(biāo)體系構(gòu)建時(shí)使用的參考資料與現(xiàn)在魚(yú)類(lèi)群落組成有一定差異；（3）F-IBI 評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)需要“盡量捕撈評(píng)價(jià)水體位置中全部種類(lèi)魚(yú)類(lèi)”，如使用“抽樣調(diào)查”，足夠量、可操作、標(biāo)準(zhǔn)化的采樣程序至關(guān)重要。

在構(gòu)建太湖F-IBI 時(shí)考慮了這些問(wèn)題：（1）湖區(qū)的物理?xiàng)l件對(duì)魚(yú)類(lèi)生活至關(guān)重要，在此次構(gòu)建中，很明顯太湖東部、北部三灣（除梅梁灣）的F-IBI 評(píng)價(jià)均高于湖心、西部和南部湖區(qū)，這與僅以水質(zhì)為環(huán)境評(píng)價(jià)的結(jié)果不同。將來(lái)用F-IBI 評(píng)價(jià)和管理太湖水生態(tài)環(huán)境時(shí)應(yīng)隨實(shí)際基礎(chǔ)生境而浮動(dòng)確定目標(biāo)值;（2）《太湖魚(yú)類(lèi)志》中記載的太湖魚(yú)類(lèi)種類(lèi)較全，在構(gòu)建參數(shù)時(shí)，收集了相關(guān)的漁業(yè)記錄。在漁業(yè)管理部門(mén)的運(yùn)行下，太湖的魚(yú)類(lèi)群落相對(duì)穩(wěn)定，但近年出現(xiàn)多種入侵物種，如本次在水溫7℃條件下監(jiān)測(cè)到的麥瑞加拉鯪Cirrhinus mrigala 需格外關(guān)注；（3）在著手制定標(biāo)準(zhǔn)化采樣及分析程序，后期將結(jié)合DNA 條形碼工作，以確保F-IBI 評(píng)價(jià)的適用性和穩(wěn)定性。

現(xiàn)江蘇省太湖流域水生態(tài)功能分區(qū)健康評(píng)價(jià)方法，提出的水生態(tài)健康指數(shù)綜合了水質(zhì)指標(biāo)和生物指標(biāo)。生物指標(biāo)包含了浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物，但未納入魚(yú)類(lèi)，主要原因是魚(yú)類(lèi)采集難度高、采樣方法存在偶然性，將來(lái)要納入水生態(tài)健康指數(shù)（M-IBI）必須在規(guī)定的采集方法和評(píng)價(jià)方法下科學(xué)地給與一定系數(shù)來(lái)整合。將來(lái)使用DNA 條形碼技術(shù)來(lái)提高便利性、縮小偶然性、增加科學(xué)性，以便科學(xué)地與水生態(tài)健康指數(shù)（M-IBI）接軌。

3.2 太湖F-IBI 評(píng)價(jià)狀況

將太湖F-IBI 評(píng)價(jià)結(jié)果與各點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)、水生態(tài)健康指數(shù)（綜合指數(shù)，包含湖泊綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、浮游藻類(lèi)完整性指數(shù)、大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物完整性指數(shù)）進(jìn)行相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表6。由表6 可知，F(xiàn)-IBI 結(jié)果與水生態(tài)健康指數(shù)、物理生境指數(shù)的相關(guān)性好，而與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性不高，贛江[20]、漓江[21]流域F-IBI 與參數(shù)之間的狀況類(lèi)似。這表示魚(yú)類(lèi)作為湖泊近頂級(jí)生物類(lèi)群，活動(dòng)能力強(qiáng)，其狀況反映出水體物理、化學(xué)、生物等多種環(huán)境要素的綜合結(jié)果，而水生態(tài)健康指數(shù)不涉及魚(yú)類(lèi)，但囊括了水質(zhì)、浮游植物、底棲動(dòng)物三者綜合狀況，驗(yàn)證了太湖魚(yú)類(lèi)完整性體系的合理性。

表6 水質(zhì)參數(shù)及水生態(tài)健康指數(shù)與F-IBI 結(jié)果分析Tab.6 Spearman analysis between water quality,PHI,MIBI,P-IBI,B-IBI,TLI and F-IBI

太湖魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)（F-IBI）的提出目的是為科學(xué)評(píng)價(jià)太湖水生態(tài)健康狀況而進(jìn)行的探索，將來(lái)會(huì)在監(jiān)測(cè)手段、科學(xué)性、便于管理的方向繼續(xù)優(yōu)化后再進(jìn)入考核，支撐環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理。