应用鱼类生物完整性指数评价松花江干流健康状况

河流生态系统健康评价作为水体环境监测与诊断的重要手段，对于准确把握水生态系统的健康状态、及时发现潜在问题并指导受损生态的修复与保护具有不可替代的重要作用[1]。在此背景下，建立科学合理的河流健康评价体系已成为当前河流健康修复研究的重要方向。生物完整性指数(index of biological integrity，IBI)由Karr[2]提出后，因其能够通过生物群落特征有效弥补传统理化指标在全面表征生态过程方面的不足，可更准确地反映生态系统的健康状况，现已成为水生态系统健康评价的核心指标[3-4]。其中，鱼类作为水生生态系统的顶级消费者，具有分类体系完善、生活史周期长、对环境变化敏感性强及群落结构具有显著地域特异性等特点，被广泛作为理想的生物指示类群[5]。基于鱼类群落的完整性指数(F-IBI)评价体系，能够系统反映水生态系统的健康状况、生境演变动态及其发展趋势，尤其在受人类活动强烈干扰的水体评价中展现出独特优势，对实现河流生态系统的可持续管理具有重要实践意义[6-7]。目前，国内学者已在辽河[8-9]、长江[10]、黄河[11-12]等主要流域采用F-IBI体系开展生态系统完整性评估。然而，受流域地理异质性及人类干扰强度空间分异的影响，不同流域鱼类群落结构存在显著差异，这使得基于某一流域建立的F-IBI体系在其他流域应用时可能无法准确反映当地水生态系统的真实状况，导致现有F-IBI体系普遍面临流域适应性的挑战[8，13-14]。这一现实问题迫切需要在跨流域或大尺度空间评价中建立具有流域针对性的F-IBI评价体系，以提高评价结果的准确性和可靠性，为不同流域的河流生态保护和管理提供更有效的支持。

松花江作为黑龙江最大支流，全长1 927 km，流域面积55.68×104 km2，流经吉林、黑龙江两省主要经济发展区域，其生态环境状况对区域经济发展和生态安全具有重要影响[15]。资料显示，该流域曾有鱼类90余种[16-18]，丰富的鱼类资源是该流域水生态系统健康的重要标志之一，然而在水利工程阻隔效应、过度捕捞等人为干扰下，鱼类群落结构的复杂性降低、稳定性下降[17，19-20]，这不仅影响了鱼类自身的生存和繁衍，也破坏了水生态系统的平衡和稳定，由此松花江生态系统健康状况备受关注[16-18，21]。尽管近年来通过流域综合治理使水环境质量显著提升[22-23]，但基于生物完整性指数评价该流域健康状况的研究相对缺乏。本研究中基于2024年春夏两季松花江干流系统性渔获物及生境质量调查数据，通过解析松花江干流鱼类物种组成及多样性分布格局，筛选适应性指标构建松花江干流F-IBI体系，并定性评估了该河流水生态健康水平，以期为松花江鱼类资源保护提供管理决策依据，同时为鱼类生物完整性评价范式发展提供流域案例参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域与采样点

松花江发源于长白山天池，流经吉林、黑龙江两省，下游河曲发育、湿地广布，是东北地区重要生态廊道[15]。根据河流地势地貌特征及人类活动干扰强弱在其干流共设置9个采样点，以两大水利枢纽(哈达山和大顶子山水利枢纽)为界线，分为3个调查区段：上游段(哈达山水利枢纽以上)包括十八盘和镇江口采样点，中游段(哈达山水利枢纽与大顶子山航电枢纽之间)包括孟克里和老山头采样点，下游段(大顶子山航电枢纽以下)包括新甸、汤原、桦川、富锦及同江采样点(图1)。

1.2 方法

1.2.1 样品采集与种类鉴定本研究分别于2024年4、5、7、8月在松花江干流进行4次调查取样。鱼类样品采集主要在当地渔民协助下进行，在采样点上下游0.5 km范围内进行连续采样。采用不同规格定置刺网(网具尺寸为80 m×1 m，网目尺寸为1、2、3、5 cm)、流刺网(网具尺寸为200 m×1 m，网目尺寸为1、3、5、7、9 cm)、地笼(网具尺寸为15 m×40 cm×35 cm，网目尺寸为0.5 cm)进行鱼类样品采集。刺网作业时间2 h，地笼作业时间12 h。参照《黑龙江省鱼类志》[24]、《黑龙江省鱼类原色图鉴》[25]和《东北淡水鱼类》[26]等文献资料对鱼类样品进行分类鉴定，对不能现场鉴定的鱼类样本，采用5%～10%的福尔马林溶液固定后带回实验室鉴定。对所有渔获物进行生物学测量，体长测量精确到0.1 mm，体质量测量精确到0.1 g。

1.2.2 参考点选择参考点选择是构建IBI的核心前提[27]。根据淡水生态系统健康评价规范，理想情况下应选取未受或仅受轻度人为干扰的采样点作为参考点[28]。然而，松花江干流作为东北地区重要水系，沿岸人口密集、渔业活动频繁，人类干扰强度大，导致流域内几乎不存在符合传统标准的理想参考点。同时，松花江干流鱼类历史资料相对较少。因此，本研究中根据Bozzetti等[29]提出的方法，采用假设的参照数值作为期望值，即将实际采样中某一指标的最优数据作为该指标的期望值。

1.2.3 候选指标体系构建根据松花江干流的鱼类种类组成及生态功能群划分，本研究借鉴Karr[2]的完整性指数构建范式，初步设置了5大类22个初选指标(表1)，包含物种组成和丰度、营养结构、耐受性、繁殖共位群、鱼类数量和健康状况。在各指标值的统计和筛选分析中，参考已有指标筛选方法和原则[27-29]，结合松花江的实际情况，拟定了初选指标的筛选标准：在数据预处理阶段，进行分布范围检验，对采样点中超过88.9%为零值或取值范围过窄的候选指标视为不适用于构建F-IBI，予以删除；随后将候选指标进行正态检验，对符合正态分布的指标进行Pearson相关性检验(|r|>0.75，P<0.01)，实施指标冗余度优化，优先保留信息熵值最大的候选指标；不符合正态分布的指标使用Spearman相关性检验(|r|>0.75，P<0.01)实施指标冗余度优化，优先保留信息熵值最大的候选指标[30]；最后将候选指标经冗余检验后最终获得构建松花江干流F-IBI体系的指标。

1.2.4 评价指标构建参数标准化处理流程采用三分位法：对各监测指标实测值进行三分位区间划分，基于生态质量梯度原理将指标量程划分为三个区间[31]。最优生态区间(十分接近期望值)赋5分，一般生态区间(接近期望值)赋3分，临界生态阈值区间(远离期望值)赋1分。各监测站位IBI指数通过多维指标赋分加权求和获得，其计算式可表述为F-IBI总分=(各指标总分/指标个数)×12[32]。依据Karr[2]基于鱼类完整性划分河流的6个等级：无鱼(0)，极差(12～22)，差(28～34)，一般(40～44)，好(48～52)，极好(58～60)。若某采样点的F-IBI总分介于2个评价等级的分值之间，则该河段的健康状况也处于2个评价等级之间。

1.2.5 群落多样性采用Margale丰富度指数(D)、Pielou均匀度指数(J)和Shannon-Wiener多样性指数(H′)分析群落多样性特征[33]。上述指数的计算公式为

式中：S为种类数；N为渔获总个体数；Pi为第i种鱼类的数量占总渔获物数量的百分比。

1.3 数据处理

物种数据通过Excel软件完成；相关性分析运用SPSS 26.0软件进行处理；采样点图绘制借助ArcGIS Pro软件完成，显著性差异设为0.05，极显著性差异设为0.01。

2 结果与分析

2.1 鱼类物种组成及多样性特征

本研究调查过程中共监测到鱼类71种，隶属于8目18科(附表1)。总体而言，鲤形目占据绝对优势地位，包含48种，占总种类数的67.6%；鲈形目、鲇形目和鲑形目次之，分别拥有9、5、4种，占比依次为12.7%、7.0%和5.6%；七鳃鳗目2种，占比2.8%；而刺鱼目、鳕形目与鲟形目为稀有种群，各仅包含1种，各占1.4%。空间分布上，物种丰度差异明显，下游(65种)>上游(48种)>中游(47种)(附图1)。季节差异同样明显，春季的物种数高于夏季，春季记录物种69种，而夏季则为56种。就鱼类多样性而言，松花江干流鱼类的Shannon-Wiener 多样性指数、Margalef 丰富度指数和 Pielou 均匀度指数分别为3.78、0.70和3.62。空间差异明显，同江的Shannon-Wiener 多样性指数和 Pielou 均匀度指数均最高，分别为4.65和0.85；新甸的Margalef 丰富度指数最高，为4.62。相反，老山头的Shannon-Wiener 多样性指数和 Pielou 均匀度指数均最小，分别为3.13和0.58；镇江口的Margalef 丰富度指数最小，为3.17。

2.2 F-IBI参考指标分析及筛选

基于鱼类生态功能群划分原则，将静水/缓流适应型物种(鲇形目、鲿科、沙塘鳢科、鲤科、鳅科)中具有高度环境耐受力的个体划分为耐污种；急流/清水指示型物种[(如湖鱥(Rhynchocypris percnurus )、黑鳍鳈(Sarcocheilichthys nigripinnis)、马口鱼(Opsariichthys bidens)等)]则归类为敏感种[5]。依据预设指标筛选准则，对22项初筛指标实施多维度评估：首阶段通过数据质量控制模型，剔除监测缺失率≥90%的指标(M20和M21)；根据取值范围宽窄[29，31]，删除取值范围过窄的M3、M5、M7、M12、M15、M16、M17和M18指标。对余留指标执行正态检验，均符合正态分布并进行Pearson相关性检验，相关系数矩阵(表2)显示：M2与M13和M22存在显著相关性(P<0.05)，因此选择只保留信息量较大的M2；另外，M8与M9和M19存在显著相关性(P<0.05)，同时M19与M11存在显著相关性(P<0.05)，保留信息量较大M19。综合以上分析，最终筛选得到7个指标：M1、M2、M4、M6、M10、M14、M19。

2.3 指标赋值及健康评价

依据筛选的7个鱼类生物完整性指标的环境响应特征，按生态响应梯度采用三分位法进行指标赋分，标准见表3。参照Karr[2]的评价等级和内容对松花江干流实施生态系统健康诊断。生态评估表明(表4)，松花江干流生态健康状况整体达到“好”水平，但区域差异明显。具体表现为松花江干流有77.8%的采样点生态状态处于“一般”以上水平(IBI>44)。下游生态状况最好，所有监测采样点均达到“好”及以上水平(IBI≥48)。中游呈现过渡特征，生态健康状况整体较好，但存在采样点间差异。老山头采样点达到“好”水平(IBI≥48)，而孟克里采样点处于“一般～好”过渡状态。上游地区生态状况相对平稳，但整体处于“一般”水平，生态质量有待提升。综合来看，松花江干流生态健康状况呈现“下游优质、中游过渡、上游待提升”的梯度分布特征。

3 讨论

3.1 松花江干流鱼类组成

本次调查共记录鱼类71种，与魏春凤等[17]在同流域的调查结果相比，本次物种记录更丰富，其原因可能是此次调查采样点设置的辐射范围更广，但两者均以鲤科种类为优势鱼类，这也符合中国淡水鱼类资源的特点。空间格局上，下游物种丰富度(8目17科65种)显著高于中上游(6目12科58种)，主要因为黑斑狗鱼(Esox reicherti)、花羔白点鲑(Salvelinus malma)、乌苏里白鲑(Coregonus ussuriensis)、江鳕(Lota lota)及史氏鲟(Acipenser schrenckii)等鱼类仅在下游采集到，中上游均未采集到样本。分析表明，松花江干流中上游多个梯级水利枢纽(如大顶子山水利枢纽、哈达山水利枢纽)的建设，阻断了洄游性鱼类的传统洄游通道，是导致中上游缺失上述物种的生态限制关键因素。鱼类的季节动态与空间格局呈现明显协同变化，春季调查的鱼类种类数量(69种)显著高于夏季(56种)。这一差异可能由两方面驱动：一方面松花江春季禁渔期(5月16日—7月31日)减少了捕捞压力，有效保护了产卵群体；另一方面春季正值黑斑狗鱼等冷水性鱼类的繁殖期，活动强度大，易于被采集。而夏季禁渔期结束后，高强度渔业捕捞对资源量产生干扰，部分经济鱼类(如鲢、鳙)群体密度下降，导致夏季物种记录减少。综上，松花江鱼类资源时空分布受自然繁殖节律与人为工程(水利枢纽)的双重影响，未来需加强洄游通道修复、优化禁渔期管理，以维护干流鱼类生物多样性。另外，由于本次调查采样时间有限，缺乏秋冬季数据，因此未能采集到大马哈鱼(Oncorhynchus keta)、细鳞鲑(Brachymystax lenok)和哲罗鲑(Hucho taimen)等松花江特色冷水性鱼类，未来研究需补充秋冬季采样以全面评估其资源动态。

3.2 松花江F-IBI体系的建立及应用

参照点选取是河流F-IBI评价体系建立的关键。目前应用较多的有以下方式：(1)采用水域的历史数据，选取人类干扰较小的点位作为参照点；(2)采用定量标准化方法选取参照点；(3)可根据评价目的选取某一区域或某区域内的一个采样点作为对照点。然而需要指出的是，松花江干流作为东北地区关键的水系廊道，其沿岸人口密度大、渔业活动强度高，叠加持续的高强度人类扰动，使得流域范围内基本不存在满足传统筛选标准的理想参考样点。更关键的是，松花江干流虽然已开展了阶段性鱼类资源普查，但依然缺少系统完整的定量数据。因此，只能在实际采样中将各个采样点某一指标的最优值作为参照值。本研究中筛选得到松花江干流的F-IBI核心指标，体现了种类组成与丰度、营养结构和繁殖共位群3方面的生物状况信息，与已有研究相比[8]，在属性层面具有相似性。从种类组成与丰度和营养结构方面看，本研究中筛选得到的指标分别有鱼类总种类数、Shannon-Wiener多样性指数、鲈形目鱼类种类数占比、鳅科鱼类种类数占比、中下层鱼类物种数占比和杂食性鱼类个体数占比，体现了松花江干流鱼类群落的物种组成特征。因此，本研究中构建的F-IBI指标体系能够较全面地反映松花江干流鱼类群落结构的特征。由于本研究中仅对两季节、9个采样点的指标进行了分析，可能存在一定的局限性和偶然性误差，因此，今后应不断补充调查时间和频次，进行更加准确的季节性和年度连续变化的研究。

3.3 松花江干流生态环境现状及保护建议

本研究中基于松花江干流F-IBI评价结果，对松花江干流生态健康状况展开系统性评估并提出针对性保护建议。评估显示，松花江干流生态健康整体达到“好”水平，但区域差异明显，呈现“下游优质、中游过渡、上游待提升”的梯度分布特征：下游区域的所有采样点均达到“好”及以上水平(IBI≥48)；同时，在全部监测采样点中，达到“好”及以上水平的采样点均分布于下游区域。这主要得益于其与黑龙江水系的良好连通性——水系交互为鱼类提供了广阔栖息空间，支撑了高物种多样性与繁殖活性；中游呈现过渡特征，老山头采样点因水利枢纽调蓄导致流水生境部分转为静水环境，栖息地功能受一定影响但仍达“好”水平(IBI≥48)，而孟克里采样点因局部水文或干扰因素处于“一般～好”过渡状态；上游生态相对平稳但整体处于“一般”水平(IBI>44)，其面临河道采砂与违规渔具使用(如密网捕捞)等人为干扰压力，生态质量有待提升。

针对松花江干流生态系统的空间异质性特征，建议分区域实施精准保护：下游应重点维持水系连通性，加强珍稀物种监测与核心区保护，防范外来物种入侵；中游需重点打造近岸缓冲带微生境系统，通过生态廊道建设提升生境斑块连接度，实施污染物总量控制与动态溯源管理；上游应严格规范采砂与打击违规渔具，同时在破坏集中区人工投放产卵基质、种植本土水生植物，恢复河道自然形态。通过“维持优势-修复过渡-规范干扰”的分级策略，可有效提升松花江干流生态系统整体健康与可持续性。

4 结论

1)通过调查松花江干流鱼类群落组成，构建了包含鱼类总种类数(M1)、Shannon-Wiener多样性指数(M2)、鲈形目鱼类种类数占比(M4)、鳅科鱼类种类数占比(M6)、中下层鱼类物种数占比(M10)、杂食性鱼类个体数占比(M14)和产漂流性卵鱼类物种数占比(M19)等7个核心指标的松花江干流鱼类生物完整性指数(F-IBI)，能较好地反映了松花江干流生态系统健康状况。

2)松花江干流生态健康整体达到“好”水平，但区域差异显著。下游生态质量最优，所有采样点均达“好”及以上水平；中游呈过渡状态，部分点位达“好”水平，部分处于“一般～好”过渡阶段；上游整体处于“一般”水平，受人为干扰影响，生态质量有待提升。综合来看，松花江干流生态健康状况呈现“下游优质、中游过渡、上游待提升”的梯度分布特征。

3)针对健康状况差异，建议实施分级保护策略。下游重点维持水系连通性、监测珍稀物种；中游打造近岸缓冲带、控制污染物总量；上游规范采砂行为、恢复河道自然生境。通过“维持优势-修复过渡-规范干扰”，可有效提升流域生态系统整体健康与可持续性。

(附表参见网址https：//xuebao.dlou.edu.cn)

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