孟昊杰　王正君　李鐵男　張檸　郝旭東

摘要：為探討嫩江（黑龍江省境內(nèi)）水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，對(duì)嫩江（黑龍江省境內(nèi)）進(jìn)行魚(yú)類(lèi)與底棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)（F - IBI指數(shù)），用RDA分析影響底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。結(jié)果表明：嫩江（黑龍江省境內(nèi)）總體處于健康狀態(tài)，Pearson相關(guān)性結(jié)果表明影響嫩江（黑龍江省境內(nèi)）魚(yú)類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子是高猛酸鹽指數(shù)，電導(dǎo)率與溶解氧。RDA結(jié)果表明COD、pH值、TN、NH3 -N、水溫、Cond是影響底棲動(dòng)物群落的主要環(huán)境因子，結(jié)果可為嫩江健康評(píng)價(jià)和保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)；RDA分析；群落結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

嫩江是松花江的北源，發(fā)源于大興安嶺，在三岔河口匯入松花江。黑龍江省境內(nèi)嫩江流域面積有10.3萬(wàn)平方公里，長(zhǎng)度1 177. 97公里。

生物完整性指數(shù)被廣泛運(yùn)用于河流健康評(píng)價(jià)。1981年，Karr在評(píng)價(jià)河流中最先引入了魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)。研究在Karr的基礎(chǔ)上，參考袁立來(lái)論文，構(gòu)建嫩江（黑龍江省境內(nèi)）的F - IBI體系，評(píng)價(jià)嫩江（黑龍江省境內(nèi)）水生態(tài)健康狀況，為嫩江（黑龍江省境內(nèi)）河流健康評(píng)價(jià)提供參考。

冗余分析（redundancy analysis，RDA）是一種回歸分析結(jié)合主成分分析的排序方法，也是多響應(yīng)變量（multiresponse）回歸分析的拓展。從概念上講，RDA是響應(yīng)變量矩陣與解釋變量之間多元多重線性回歸的擬合值矩陣的PCA分析。

1 研究過(guò)程

1.1 研究區(qū)域與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

此次調(diào)查為嫩江（黑龍江省境內(nèi)）黑龍江省內(nèi)的河段，用全面布局、重點(diǎn)突出、實(shí)地采樣結(jié)合歷史調(diào)查進(jìn)行站位布設(shè)，充分考慮嫩江（黑龍江省境內(nèi)）地理情況從上至下按適當(dāng)間距設(shè)置采樣斷面。監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)、監(jiān)測(cè)方法和采集的數(shù)據(jù)及鑒定精度符合監(jiān)測(cè)方法符合SL 167、HJ 710.8或SC/T 9102.3的規(guī)定。共設(shè)置16個(gè)魚(yú)類(lèi)監(jiān)測(cè)斷面，28個(gè)底柄生物監(jiān)測(cè)斷面。見(jiàn)表1。

1.2 魚(yú)類(lèi)與底棲生物數(shù)據(jù)收集

根據(jù)魚(yú)類(lèi)種類(lèi)組成研究方法，結(jié)合嫩江（黑龍江省境內(nèi)）魚(yú)類(lèi)種類(lèi)、生活習(xí)性及季節(jié)分布規(guī)律等特點(diǎn)，選擇了以流刺網(wǎng)（捕獲中上層魚(yú)類(lèi)）和地籠（主要捕獲底層魚(yú)類(lèi)）2種網(wǎng)具相結(jié)合的方式進(jìn)行魚(yú)類(lèi)種類(lèi)組成調(diào)查。魚(yú)類(lèi)用福爾馬林溶液固定帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。編制出魚(yú)類(lèi)種類(lèi)組成名錄。

采集各樣點(diǎn)大型底柄無(wú)脊椎動(dòng)物，對(duì)其種類(lèi)、數(shù)量進(jìn)行鑒定統(tǒng)計(jì)。

1.3 水質(zhì)測(cè)定

按照HJ/T 91標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量水溫（℃）、pH、溶解氧（DO）、電導(dǎo)率（Cond）、高猛酸鹽指數(shù)（IMN）、五日生化需氧量（BODs）、總磷（TN）、總氮（TP）、化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH3 -N）等10個(gè)指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用香農(nóng)一維納指數(shù)（Shanno - Wiener）（日）、Margalef豐富度指數(shù)（dM）、Pielou均勻度指數(shù)（J）來(lái)分析群落結(jié)構(gòu)。

香農(nóng)-維納指數(shù)（Shanno - Wiener）（H'）．

H=-∑PiInPi 式（1）

Margalef豐富度指數(shù)（dM）：

dM=（S-1）/lnN 式（2）

Pielou均勻度指數(shù)（J）：

J= -∑lnPi/lnS 式（3）

式（1） -式（3）中，Pi物種i的個(gè)體數(shù)占個(gè)體數(shù)的比例，i=1，2…S。S物種數(shù)；Ⅳ群落中所有物種的個(gè)體數(shù)。

1.5 F-IBI指標(biāo)設(shè)置、篩選及構(gòu)建

結(jié)合嫩江（黑龍江省境內(nèi)）的情況，擬定指標(biāo)：（1）指標(biāo)值存在零值過(guò)多或者分布范圍過(guò)窄，則去除該指標(biāo)；（2）對(duì)剩余指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，刪除有相關(guān)性的指標(biāo)，保留信息量大的指標(biāo)。

文章構(gòu)建了5大類(lèi)19個(gè)初選指標(biāo)（見(jiàn)表2）。

1.6 參照點(diǎn)、指標(biāo)賦值及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)評(píng)價(jià)河流所在水生態(tài)分區(qū)，選取相應(yīng)的參照點(diǎn)和受損點(diǎn)。參照點(diǎn)為人類(lèi)干擾強(qiáng)度小，河岸帶土地利用無(wú)耕作土壤的棲息地；受損點(diǎn)為具有明顯的人為活動(dòng)痕跡，河岸帶有耕作或耕作廢棄土壤的棲息地。此次調(diào)查采樣斷面選取3、4、6號(hào)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，將其余調(diào)查斷面作為受損點(diǎn)。將各指標(biāo)實(shí)測(cè)值從低到高分為三等，分別用1分、3分、5分表示。對(duì)F -IBI總分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：F-IBI總分=（各指標(biāo)總分／指標(biāo)個(gè)數(shù)）×12。參考Karr，劃分河流的5個(gè)等級(jí)：劣態(tài)（0 -22），不健康狀態(tài)（28- 34），亞健康狀態(tài)（40 - 44），健康狀態(tài)（48 -52），非常健康狀態(tài)（58 -60），評(píng)價(jià)河流健康狀況。

1.7 群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系

選取底柄動(dòng)物豐度排名靠前的物種，運(yùn)用canoco軟件進(jìn)行冗余分析（RDA）分析環(huán)境因子對(duì)底柄生物群落密度的影響。除pH值外其他環(huán)境指標(biāo)均需經(jīng)過(guò)log10（x+1）變換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量綱統(tǒng)一。運(yùn)用spss軟件對(duì)環(huán)境因子和嫩江（黑龍江省境內(nèi)）魚(yú)類(lèi)群落密度、生物量、均勻度、豐度和多樣性指數(shù)等進(jìn)行相關(guān)性分析。研究用冗余分析（RDA）探討對(duì)嫩江（黑龍江省境內(nèi)）底柄生物豐度與28個(gè)采樣點(diǎn)位的水環(huán)境因子之間的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 魚(yú)類(lèi)與底棲生物數(shù)量

嫩江（黑龍江省境內(nèi)）干流捕撈采集調(diào)查到魚(yú)類(lèi)56種，隸屬于7目14科。鯉科魚(yú)類(lèi)種類(lèi)34種，占到總種類(lèi)數(shù)的60.71%；鰍科5種，占8.93%；鱗科4種，占7. 14%；鲇科和胡瓜魚(yú)科分別為2種，占3. 57%；銀魚(yú)科、鮨科、鱈科和七鰓鰻科等均為1種，占1.79%。此次調(diào)查共采集到底柄動(dòng)物24目87種，共3 320個(gè)。

2.2 F-IBI初選指標(biāo)的篩選

對(duì)19個(gè)初選指標(biāo)進(jìn)行篩選。對(duì)初選后的指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，其中，M2與M4均存在顯著相關(guān)性（P＜0.05），保留信息量較大的M2；另外，M17與M18、M19存在顯著相關(guān)，由于M19為“多樣性”，包含信息量較大，因此只保留M13。最終篩選得到6個(gè)指標(biāo)：MI、M2、M7、M9、M11和M19。

2.3 指標(biāo)賦值

依據(jù)保留的6個(gè)指標(biāo)，將各指標(biāo)實(shí)測(cè)值進(jìn)行賦分，并計(jì)算F - IBI總分，以2011年嫩江數(shù)據(jù)為期望值。結(jié)果見(jiàn)表3。

2.4 健康評(píng)價(jià)結(jié)果

如表4所示，16個(gè)采樣斷面樣點(diǎn)中，“非常健康”采樣斷面有2個(gè)，占12. 5%。“健康”采樣斷面有13個(gè)，占81. 25%。“亞健康”采樣斷面有1個(gè)，占6.25%。

按照《黑龍江省健康評(píng)價(jià)指南》6.3.2和5.4.2的計(jì)算方法，魚(yú)類(lèi)指標(biāo)采取整體評(píng)價(jià)方法，綜合所有監(jiān)測(cè)斷面調(diào)查到的魚(yú)類(lèi)種類(lèi)，計(jì)算得出魚(yú)類(lèi)保有指數(shù)和賦分分別為82%、76分。也是處于健康狀態(tài)，與文章結(jié)果一致。

2.5 環(huán)境因子的相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)性分析表明：高猛酸鹽指數(shù)與魚(yú)類(lèi)生物量與均勻度呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。電導(dǎo)率與魚(yú)類(lèi)多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。溶解氧與魚(yú)類(lèi)生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（p＜0.05）。因此嫩江（黑龍江省境內(nèi)）影響?hù)~(yú)類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子是高猛酸鹽指數(shù)，電導(dǎo)率與溶解氧。（見(jiàn)表5）

從調(diào)查結(jié)果來(lái)看，大型底柄無(wú)脊椎動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)主要有：小劃蝽、紋石蠶屬、秀麗白蝦、多足搖蚊屬等。從結(jié)果來(lái)看數(shù)據(jù)共解釋了24%物種與環(huán)境因子的相關(guān)性，其中化學(xué)需氧量，pH值與小劃蝽，紋石蠶屬，蜉蝣屬呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，總磷，氨氮與秀麗白蝦和細(xì)蜉屬呈顯著正相關(guān)關(guān)系，水溫，電導(dǎo)率，總磷、扁蜉屬呈顯著正相關(guān)關(guān)系?？偟芙庋?，五日生化需氧量，高猛酸鹽指數(shù)相關(guān)性不大。由此可以看出影響嫩江（黑龍江省境內(nèi)）底柄生物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子有COD、pH值、TN、NH3 -N、水溫、Cond。（見(jiàn)圖1）

3 討論

3.1 嫩江（黑龍江省境內(nèi)）魚(yú)類(lèi)與底棲生物分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)與1985年歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，嫩江（黑龍江省境內(nèi)）魚(yú)類(lèi)種類(lèi)減少11種達(dá)16%左右。分析原因可能是因?yàn)閮纱握{(diào)查的采樣方法及魚(yú)類(lèi)種類(lèi)鑒定方法有所差異。同時(shí)，此次調(diào)查并未發(fā)現(xiàn)冷水性魚(yú)類(lèi)，上述魚(yú)類(lèi)生活的環(huán)境具有含氧量高、水質(zhì)清澈及水文較低等特點(diǎn)，此次調(diào)查未發(fā)現(xiàn)說(shuō)明嫩江（黑龍江省境內(nèi)）流域水質(zhì)環(huán)境發(fā)生變化，部分流域已不適合該種魚(yú)類(lèi)生存。

3.2 嫩江（黑龍江省境內(nèi)）河流健康F-IBI評(píng)價(jià)體系的建立和應(yīng)用

研究結(jié)合嫩江（黑龍江省境內(nèi)）水生態(tài)環(huán)境及魚(yú)類(lèi)組成，從19個(gè)初選指標(biāo)中最終確定了6個(gè)指標(biāo)：魚(yú)類(lèi)總物種數(shù)（M1）、鯉科物種數(shù)占比（M2）、底層魚(yú)物種數(shù)占比（M7）、定居型魚(yú)物種數(shù)占比（M9）、雜食性魚(yú)物種數(shù)占比（M11）、魚(yú)類(lèi)多樣性（M19），構(gòu)成嫩江（黑龍江省境內(nèi)）河流健康F -IBI評(píng)價(jià)體系，因采樣時(shí)間，地點(diǎn)，方法可能存在差異，得到的結(jié)果可能有偏差，在之后可進(jìn)行其他河流F - IBI評(píng)價(jià)與文章進(jìn)行比較。

3.3 魚(yú)類(lèi)與底棲生物群落結(jié)構(gòu)

在平常的研究中，一般運(yùn)用底柄生物作為評(píng)價(jià)河流生態(tài)的重要指示生物，一個(gè)原因是活動(dòng)能力和范圍都小，另一個(gè)重要原因是對(duì)環(huán)境變換比較敏感。文章用RDA分析2021年環(huán)境對(duì)嫩江（黑龍江省境內(nèi)）底柄生物群落密度的影響。因文章只對(duì)一個(gè)月的環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)量，可能存在局限性和偶然性，今后可測(cè)量多月的指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證與比較。

3.4 嫩江（黑龍江省境內(nèi)）生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及保護(hù)建議

尼爾基水庫(kù)大壩未修建過(guò)魚(yú)設(shè)施，阻隔魚(yú)類(lèi)的洄游，嫩江（黑龍江省境內(nèi)）干流在1-3、12月份生態(tài)流量不能滿(mǎn)足瓦氏雅羅魚(yú)、黑斑狗魚(yú)、鳡魚(yú)、縱帶鮠、青鳉、雷氏七鰓鰻、烏蘇里鮠等嫩江（黑龍江省境內(nèi)）代表性魚(yú)類(lèi)生態(tài)流量需求，具有明顯洄游特性的瓦氏雅羅魚(yú)在尼爾基水庫(kù)以下未見(jiàn)其蹤跡。大型底柄無(wú)脊椎動(dòng)物空間分布差異較大。嫩江（黑龍江省境內(nèi)）市下游段至泰來(lái)縣段，類(lèi)群相對(duì)完整；其中：杜蒙段、肇源段水體Ⅳ類(lèi)（嫩江黑吉緩沖區(qū)），河段長(zhǎng)度206公里，耐污能力極強(qiáng)的類(lèi)群占比26%，未發(fā)現(xiàn)襀翅目、蜉蝣目等反映水體清潔的敏感類(lèi)群。

4 結(jié)論

調(diào)查期間在嫩江（黑龍江省境內(nèi)）共采集到魚(yú)類(lèi)56種，隸屬于7目14科。水生昆蟲(chóng)53種，軟體動(dòng)物19種，環(huán)節(jié)動(dòng)物7種，甲殼動(dòng)物8種。魚(yú)類(lèi)主要以鯉科目為主。大型底柄無(wú)脊椎動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)主要有：小劃蝽、紋石蠶屬、秀麗白蝦、多足搖蚊屬等。基于魚(yú)類(lèi)完整性指數(shù)對(duì)嫩江（黑龍江省境內(nèi)）進(jìn)行生物學(xué)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明嫩江（黑龍江省境內(nèi)）基本處于健康狀態(tài)。Pearson相關(guān)性結(jié)果表明影響嫩江（黑龍江省境內(nèi)）魚(yú)類(lèi)群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子是高猛酸鹽指數(shù)，電導(dǎo)率與溶解氧。冗余分析結(jié)果顯示，影響底柄生物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子主要有COD、pH值、TN、NH3 -N、水溫、Cond。嫩江保護(hù)任重而道遠(yuǎn)。

基金項(xiàng)目：黑龍江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃指導(dǎo)類(lèi)科研項(xiàng)目（GZ20220138）；黑龍江省生態(tài)環(huán)境廳科研項(xiàng)目（HST2022GF004）