引言
河流生态系统作为连接海洋与陆地的重要纽带,在生物圈的物质循环和生态系统服务等方面有着重要作用[1,2],但由于经济和社会的不断发展,人类对河流生态系统的干扰日益加剧,多种污染物排入河流导致生态系统完整性受到严重破坏,因此,对河流生态系统进行完整性评价具有重要意义[3]。近年来生态系统完整性评价已成为各界学者的研究重点和热点,目前,运用生物完整性指数进行评价已得到广泛认可并在多条河流进行应用[4-6]。因此本文通过对生物完整性指数进行发展历程的详细梳理与回顾,以期为河流生态系统评价的研究提供理论支撑。
1. 生态系统完整性的概念及内涵
从严格意义上来讲,生态系统完整性并不是一个严格的概念,因此学术界目前尚未达成共识,1972年美国的《清洁水法》首次提到河流完整性的内涵为:完整性指维持生态系统的自然结构和功能的状态,在此基础上,Karr在1991年时提出:化学、物理和生物完整性的综合等同于生态完整性[7],后来也陆续有学者对于生态系统完整性的内涵提出自己的见解[3,8],但总而言之生态系统完整性的核心是对水生生物群落结构和功能的保护,生态系统完整性也为水生态保护提供了目标和方向。
2. 浮游生物完整性评价方法的发展历程
2.1生物完整性指数体系的发展历程
Karr在1981年提出用生物完整性指数(Index of Biotic Integrity,IBI)来评价河流健康,IBI最初出现时的研究对象为鱼类,如今随着IBI的不断发展,还有浮游生物完整性指数(P-IBI),大型底栖动物完整性指数(B-IBI)等[9]。
随着研究的深入,现阶段构建 IBI基本步骤为:研究区现状分析、参照点选择、参数筛选、分值计算以及评价标准选取,各界学者也针对这五个方面进行研究。如廖静秋整理出目前F-IBI、B-IBI和P-IBI的数百种主要参数[10]。
2.2浮游生物完整性指数的应用
浮游生物完整性指数起步较晚,应用较多的是以着生藻类为研究对象的生物完整性指数[11]。 1998年, Stevenson以硅藻类作为研究对象运用IBI方法反映河流和湿地生物完整性和生态系统压力源的周边生物指标时其仅有数量和多样性等5个基础指标[12]。随着体系的不断发展,指标的不断完善,沈强[13]等通过对P-IBI指数对2009年对浙江省4座大中型水库水源地的浮游生物进行调查,得出评价结果可以较好的反映水生态健康状况。随着评价体系的成熟,P-IBI 也逐渐运用到河流生态系统中,马芊芊[14]通过浮游生物完整性指数评价长江上游干流河流健康得出从上游到下游长江干流的健康状况逐渐下降的结果。
3. 研究展望
经过国内外学者的近50年的研究,IBI体系已经不断完善,越来越多的学者开始将IBI方法运用与不同的水库、湖泊和河流中,评价体系广泛的运用也体现出该方法的可行性,但仍旧存在一些问题需改进:
(1)评价指标数量局限,目前评价指标主要集中在生物量、优势种和密度方面,这些指标均是表现群落特征的基础指标,未来,IBI方法的完善可以向着开发更多指标发展,拓宽方法的适用范围和对象。
(2)参考样点和受损样点的选择没有明确规定,参考样点和受损样点的选择代表着评价的基准,但在构建时并没有明确规定。
(3)评价等级的划分尚不成熟,目前国内外学者多用比值法进行等级划分,但比值法并不适用于每一个生态系统,因此应当结合研究对象周围的多个生态系统综合分析,进行等级划分。
参考文献
[1]马芊芊.以浮游生物完整性指数评价长江上游干流宜宾至江津段河流健康度 [D],2015.
[2] TOLKKINEN M J,MYKRÄ H,VIRTANEN R,et al. Land use impacts on stream community composition and concordance along a natural stress gradient[J]. Ecological Indicators,2016,62:14-21.
[3]王锦东,苏海磊,李会仙等.典型流域生态完整性评价和应用研究进展[J].环境工程,2022,40(10):233-241.
[4]盛祥锐,罗遵兰,孙光等.基于浮游植物的生物完整性指数开发与验证——以永定河北京段为例[J].环境科学学报,2023,44(2):489-500.
[5]郜星晨,张琪,苏巍等.基于浮游植物生物完整性指数的金沙江下游河流生态健康评价[J].水生态学杂志
[6]冯治远,侯易明,阴琨等.基于底栖动物生物完整性指数的黄河干流生态健康评价[J].湖泊科学,2023,36(2):512-522.
[7]Karr J R. Defining and measuring river health[J].Freshwater Biology,1999,41:221-234.
[8]WOODLEY S. Monitoring and measuring ecosystem integrity in Canadian National Parks [M] . Boca Rotan: CRC Press, 2020: 155-176.
[9]TAN X, MA P M, BUNN S E, et al. Development of a benthicdiatom index of biotic integrity ( BD-IBI ) for ecosystem healthassessment of human dominant subtropical rivers, China [J] .Journal of Environmental Management, 2015, 151: 286-294.
[10]廖静秋,黄艺.应用生物完整性指数评价水生态系统健康的研究进展[J].应用生态学报,2013,24(1):295-302.
[11]薛浩,郑丙辉,孟凡生等.河流生物完整性指数评价研究进展[J].南水北调与水利科技,2017,15(A02):103-109.
[12]Stevenson R J. Diatom indicators of stream and wetland stressors in a risk management framework[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 1998, 51: 107-118.
[13]沈强,俞建军,陈晖等.浮游生物完整性指数在浙江水源地水质评价中的应用[J].水生态学杂志,2012,33(2):26-31.