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2025 , Vol. 23 >Issue 6: 1146 - 1157

DOI: https://doi.org/10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240228

Health assessment of Dongliangzhu River based on benthic index of biotic integrity

  • Wang Yan , 1, 2 ,
  • Zhao Zhangguo 3 ,
  • Yao Yanling 4 ,
  • Shi Jinbin 5 ,
  • Wang Tianliang 5 ,
  • Gao Zhongsi 2 ,
  • Wang Huibo 2 ,
  • Zhao Chen 2 ,
  • Wang Le 2 ,
  • Huo Tangbin , 1, 2, *
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Received date: 2024-08-16

  Revised date: 2024-09-25

  Online published: 2026-03-12

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Copyright ©2025 Wetland Science. All rights reserved.
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Abstract

To assess the ecological health status of rivers in the Dongliangzhu River Basin of Songhuajiang River, 20 sampling sites were deployed across the basin. Macrobenthos community surveys were conducted in July (summer) 2023, October (autumn) 2023, and April (spring) 2024. Through analyses of the distribution range, discriminant ability, and correlation of 27 candidate indicators, three core indicators were finally selected to construct the evaluation system for the benthic-index of biotic integrity (B-IBI), namely the total number of taxa, the number of Plecoptera taxa, and the Biotic Index (BI). The ratio method was used to unify the dimension of each biological index, and the B-IBI value was obtained by summing the scores of individual indices. Based on the 25th percentile of B-IBI values at reference sites, the health assessment criteria for the Dongliangzhu River were ultimately established. Among the 20 sampling sites, 4 were classified as "healthy", 4 as "sub-healthy", 4 as "average", 5 as "poor", and 3 as "very poor". The average B-IBI score was 1.39, which fell into the "average" category according to the established assessment criteria. Water physicochemical indicators were identified as key environmental factors affecting the B-IBI assessment results of the Dongliangzhu River, with total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), ammonia nitrogen (NH3-N), nitrate nitrogen (NO3−-N), nitrite nitrogen (NO2−-N), permanganate index (CODMn), dissolved oxygen (DO), and electrical conductivity (EC) showing significant correlations with B-IBI values. Additionally, land use types had significant impacts on both the B-IBI assessment results and water physicochemical indicators of the basin, among which the area proportions of forestland and cropland were the critical land use type indices. Furthermore, human activity disturbances, as important drivers of land use changes, were also the main environmental factors leading to variations in the B-IBI assessment results of the Dongliangzhu River.

Cite this article

Wang Yan , Zhao Zhangguo , Yao Yanling , Shi Jinbin , Wang Tianliang , Gao Zhongsi , Wang Huibo , Zhao Chen , Wang Le , Huo Tangbin . Health assessment of Dongliangzhu River based on benthic index of biotic integrity[J]. Wetland Science, 2025 , 23(6) : 1146 -1157 . DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.20240228

河流生态系统是地球上最复杂的系统之一[1]，在物质、能量与信息交换中发挥着重要作用[2-3]，其健康与人类生存发展密切相关[4]，因此河流生态健康评价已成为众多学者研究的热点之一。目前，以理化指标监测来评价河流健康状况已有较为成熟的手段和方法，能够快速且有效地检测出污染物的种类和数量，但这种检测结果只能反映瞬时的污染物浓度[5]。与常规传统的理化监测评价相比，水生生物监测能够较好地反映一段时间内水体受干扰和胁迫的累积效应，更能体现水体环境的优劣程度[6-7]。生物完整性指数(index of biotic integrity，IBI)是评价河流健康状况的重要指标，其本质属于多参数生物指数，是通过生物群落组成、生物多样性、功能性状等多类型生物参数来评价河流生态健康状况。Karr[8]最早以鱼类作为指示生物构建了生物完整性指数，对北美河流生态系统进行了健康评价。后来指示生物也扩展至其他生物类群，如藻类、维管束植物、浮游生物等，在众多水生生物类群中，大型底栖动物作为河流生态系统中分布最为广泛的物种之一，具有生命周期长、行动缓慢、易于采集、种类丰富且对多种人为干扰响应敏感的特点[9-11]，是水生态系统的主要组成部分，其变化与生态系统的完整性因子间具有良好的指示关系[12]，大型底栖动物响应河流生态系统物理、化学、生物因子的变化[6]，是构建生物完整性指数的理想对象。大型底栖动物完整性指数(B-IBI)能够定量地描述人类干扰与生物特征之间关系，表征水生态健康状况[13]。因此，基于大型底栖动物完整性指数(B-IBI)对河流健康状况的评价被广泛应用[14]。
不同区域、不同类型河流系统的大型底栖动物生物状况差异较大，为了使B-IBI体系在不同的流域有较好的适用性，需要建立独立的B-IBI体系。东亮珠河是松花江右岸二级支流，为山区河流。本研究于2023年7月、10月和2024年4月，在东亮珠河设置20个采样点，调查大型底栖动物群落特征，在此基础上构建B-IBI评价体系，科学评价河流水生态环境质量状况，以期为加强流域水生态保护治理、切实维护流域生物多样性、水源涵养等重要功能提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与采样点布设

东亮珠河为松花江右岸二级支流，位于黑龙江省东南部，发源于张广才岭西麓，流经尚志市、延寿县、方正县，在延寿县利民村北注入蚂蚁河[15]。干流全长122.85 km，流域面积为2 608 km2[16]。主要支流有东南岔河、老母漠河、西亮珠河、小西河、老母猪河、小黄泥河、扶安河、细鳞河、万江河、驿马河、寒冲河等[17]。东亮珠河为山区河流，驿马河屯和庆阳以上河段位于山区，森林覆盖率较高；以下河段位于丘陵和河谷平原[18]。该流域气候属温带季风气候，冬季漫长寒冷，春季风大干旱，夏季短，年降水量约为620 mm，年内温差较大，年平均气温约为3 ℃[19]。
根据生境特点，在东亮珠河流域共设置了20个采样点(图1)。在采样周期内，不同河段底质类型呈现显著空间分异特征，具体表现为：在林地覆盖度较高的上游，人类活动干扰弱，底质主要为卵石和砾石；中下游底质则主要为细沙和砾石，越靠近中下游耕地和建设用地占比越多，受人类活动干扰越强，其中下游少部分采样点为细沙和淤泥的混合底质。
1 Distribution of sampling sites in Dongliangzhu River

东亮珠河采样点分布

1.2 大型底栖动物样品采集与分析

分别于2023 年7月11—14日(夏季)、10月17—20日(秋季)和2024年4月22—25日(春季)，开展野外生态调查。在每个采样点，进行大型底栖动物样品的采集。采集方法包括2种：对于不可涉水的区域，使用1/16m2彼得森采泥器，采集底泥，每个采样点采集3~5次，根据采样器开口面积计算出1 m2内的大型底栖动物密度；对于可涉水区域，使用D形抄网采集(直边长度0.3 m)或采用刷石法取样，通过D形抄网采集长度及附着面石头的面积进行定量计算。底泥经60目筛网筛洗后，置于白色瓷盘中进行现场挑拣。样品用4%甲醛溶液固定后，带回实验室，再移入75%酒精中长期保存。在实验室中对样品进行分拣、计数、称量和种类鉴定，最终换算出各采样点大型底栖动物各分类单元的密度(ind./m2)和生物量(g/m2)[1,10,20-21]。

1.3 水质数据采集

使用便携式多参数水质分析仪(YSI6600-02，USA)，在现场直接测定水温、电导率(Cond)、溶解氧( DO)、pH 等。同时，使用有机玻璃采水器，随机采集2 L水下约0.5 m的表层水样，低温保存，于48 h内带回实验室，根据《水和废水检测分析方法》(第四版)[22]，测定总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、硝态氮(NO3−-N)、亚硝态氮(NO2−-N)、高锰酸盐指数(CODMn)等指标。

1.4 B-IBI 评价体系构建

1.4.1 参照点的选择

参照点的选择是影响生物完整性评价质量的关键因素，基于人类活动干扰程度，将采样点分为无干扰采样点、干扰极小采样点和干扰采样点。按照Morley和Karr[23]、Bloeksom等[24]和王备新等[25]的方法，建立适用于本流域的健康评价标准。以无明显受人类活动干扰迹象，其上游无污染源，且上、下游5 km之内无村庄，两侧100 m宽、5 km长的范围内无农田且有较好的沿岸植被带，森林覆盖率接近 90%的标准设定参照点；以已明显受人类活动的干扰的标准设定受损点。按照以上标准，本研究的20个采样点中，最终确定了5个采样点作为参照点，包括采样点1、2、3、10、12，其他15个采样点则为受损点。

1.4.2 候选参数的确定

参考相关文献[3,25-27]，结合东亮珠河大型底栖动物群落的实际状况，本研究最终选取了群落丰富度、各类群相对丰度、耐污能力、功能摄食类群、群落多样性5种类型共27个候选指标，用于构建东亮珠河B-IBI指数(表1)。
1 Candidate metrics for B-IBI and their expected direction of response to disturbance

构建B-IBI指标体系的候选指标及对干扰的反应

指标类型 指标
序号		 候选指标 对干扰的
反应
注：EPT中的E为蜉蝣目Ephemeroptera，P为襀翅目Plecoptera，T为毛翅目Trichoptera。
群落丰富度 M1 总分类单元数 减小
M2 蜉蝣目分类单元数 减小
M3 毛翅目分类单元数 减小
M4 襀翅目分类单元数 减小
M5 摇蚊科分类单元数 增大
M6 软体动物分类单元数 减小
M7 EPT 分类单元数 减小
各类群相对丰度 M8 优势分类单元个体相对丰度 增大
M9 蜉蝣目个体相对丰度 减小
M10 毛翅目个体相对丰度 减小
M11 襀翅目个体相对丰度 减小
M12 摇蚊个体相对丰度 增大
M13 寡毛类个体相对丰度 增大
M14 软体动物个体相对丰度 减小
M15 EPT 个体相对丰度 减小
耐污能力 M16 敏感类群分类单元数(耐污值≤3) 减小
M17 敏感类群个体相对丰度 减小
M18 耐污类群个体相对丰度 增大
M19 BI指数(Biotic Index) 增大
功能摄食类群 M20 滤食收集者个体相对丰度 减小
M21 直接收集者个体相对丰度 增大
M22 刮食者个体相对丰度 减小
M23 捕食者个体相对丰度 减小
M24 撕食者个体相对丰度 增大
群落多样性 M25 Shannon-Wiener多样性指数 减小
M26 Margalef丰富度指数 减小
M27 Pielou均匀度指数 减小

1.4.3 候选指标的筛选

大型底栖动物生物完整性指数候选指标的筛选主要包括以下3个步骤：
(1)生物指标对干扰的分布范围分析。通过分析参照点处候选指标的数值分布区间，判断其对外部干扰的敏感程度，进而剔除3类不符合要求的指标：①若候选指标数值随干扰强度升高而降低，且自身基础数值过小，会导致受干扰后数值可变化的区间过窄，无法精准体现水体受干扰的程度，因此不适合纳入 B-IBI 指标体系；②若候选指标数值随干扰强度升高而增大，但数值波动幅度过大或完全无波动，同样难以准确反映水体受干扰的实际情况，也需排除在 B-IBI 指标体系之外；③若候选指标数值的标准差过大，表明数据离散程度高、指标稳定性差，此类指标也不适用于 B-IBI 指标体系构建[28]。
(2)判别能力分析。采用箱形图法，比较候选指标参照点与受损点在25%~75%分位数范围(即箱体范围)。按箱体重叠情况(用 IQ 表示)赋予对应分值。如果IQ=3，箱体无重叠；如果IQ=2，箱体存在重叠，但各自的中位数均处于对方箱体范围之外；如果IQ=1，仅1个中位数值在对方箱体范围内；如果IQ=0，各自中位数均在对方箱体范围内。选择IQ≥2 的指标，进一步分析[29]。
(3)相关性分析。对余下的指标进行相关性分析，相关系数作为判断各指标间的信息重叠程度，若相关系数|r|>0.75时，表明候选指标之间反映的信息高度重叠，只选择其中1个保留即可。经过以上3个步骤，确定构成B-IBI评价体系的核心指标。

1.4.4 B-IBI指标的计算及评价标准

采用比值法[24]统一量纲，对于随干扰增强而降低的指标，以95%分位数为最佳期望值，各指标的分值等于指标实际值除以最佳期望值；对于随干扰增强而升高的指标，则以5%分位数为最佳期望值，各指标的分值等于(最大值−实际值)/(最大值−最佳期望值)。规定经计算后分值的分布范围为0~1，若>1，则均记为1。
将各指标的分值用比值法计算后，再对分值进行加和，即得到B-IBI得分。以参照点B-IBI 得分的25% 分位值作为健康等级评价标准，对低于此标准的B-IBI 得分范围进行4等分，分别得到亚健康、一般、差和极差4个等级的评价标准[30-31]。

1.5 数据处理

将各采样点3次采样获取的大型底栖动物定量数据求平均值，即将每个采样点作为独立的样本进行候选生物指标的计算。土地利用数据来源于国家基础地理信息中心的全球30 m地表覆盖产品(http://www. globallandcover.com/)，经裁剪、重分类得到东亮珠河流域2020年土地利用数据；按照《生态环境状况评价技术规范》(HJ 192-2015)[32]，分为林地、耕地、草地、建设用地、湿地、水域和未利用地7种土地利用类型。以采样点为圆心，取半径为1 000 m的圆形缓冲区，得到缓冲区内的各土地利用类型占比。运用Excel2010和Origin 2024 软件，对大型底栖动物数据进行统计并绘制相关图表。运用Primer E-v5，完成多样性指数计算。运用SPSS 23.0软件，完成Spearman相关性分析。对B-IBI体系各指标与水体理化指标的关系进行冗余分析(redundancy analysis, RDA)，进行RDA分析之前先对 B-IBI 体系各指标进行去趋势对应分析(detrended correspondence analysis, DCA)，根据最长排序轴长度(0.91<3)，选择线性模型，RDA和DCA分析在Canoco 5.0软件中完成。

2 结果与分析

2.1 水质指标的变化特征

根据《地表水环境质量标准》GB3838-2002[33]，对东亮珠河20个采样点的水体理化指标进行评价，结果如表2所示。
2 Variation range and evaluation result of water quality index in the Dongliangzhu River Basin

东亮珠河水质指标变化范围及评价结果

总磷质量
浓度/
(mg/L)		 总氮质量
浓度/
(mg/L)		 氨氮质量
浓度/
(mg/L)		 硝态氮质量
浓度/
(mg/L)		 亚硝态氮
质量浓度/
(mg/L)		 正磷酸盐
质量浓度/
(mg/L)		 高锰酸盐
指数/
(mg/L)		 水温/℃ pH 溶解氧
质量浓度/
(mg/L)		 电导率/
(μS/cm)
注：–表示《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中未做规定的项目。
范围 0.05~0.23 1.14~3.44 0.05~0.62 0.81~3.19 0.00~0.02 0.01~0.07 2.63~12.19 5.60~12.03 6.73~7.52 8.90~14.41 44.50~130.30
评价结果 Ⅱ~Ⅳ类 Ⅲ~Ⅴ类 Ⅰ~Ⅲ类 − − − Ⅰ~Ⅱ类 − − Ⅰ 类 −

2.2 土地利用类型变化特征

在东亮珠河所有采样点周围1 000 m 的缓冲区内，耕地面积平均占比最大，为61.81%，其次为林地，在缓冲区内的面积平均占比为 31.26%(图2)。建设用地、湿地、水域、草地、未利用地的平均面积占比为6.02%、0.52%、0.24%、0.11%和 0.03%。耕地在缓冲区内的面积占比主要集中在中下游(采样点5~9、采样点13~20)，林地在缓冲区内的面积占比主要集中在上游(采样点1~4、采样点10~12)。
2 Proportion of land use types in the 1000 m buffer zones of the sampling points in the Dongliangzhu River Basin

东亮珠河各采样点1 000 m缓冲区内土地利用类型面积占比

2.3 大型底栖动物种类组成

在东亮珠河共记录到大型底栖动物12目39科79种，分别隶属于昆虫纲(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目、双翅目、蜻蜓目、鞘翅目和半翅目)、腹足纲(基眼目)、蛭纲(咽蛭目、吻蛭目、颚蛭目)、寡毛纲(颤蚓目)。其中，水生昆虫最多(66种)，隶属7目32科，占总物种数的83.54%；软体动物有9种，隶属1目4科，占总数的11.39%；环节动物有4种，隶属4目4科，占总数的5.07%(图3)。
3 Community composition of macrobenthos in Dongliangzhu River

东亮珠河大型底栖动物群落组成

2.4 B-IBI 评价体系

2.4.1 生物指标分布范围分析

计算27个候选指标在5个参照点的平均值、标准差、25%分位数、中位数和 75%分位数，识别候选生物指标随干扰程度增强而体现的单向变化趋势。根据上文所述标准，剔除摇蚊科分类单元数(M5)、摇蚊个体相对丰度(M12)、耐污类群个体相对丰度(M18)、软体动物分类单元数(M6)、寡毛类个体相对丰度(M13)、软体动物个体相对丰度(M14)、刮食者个体相对丰度(M22)。剩余20个指标进行判别能力分析。

2.4.2 判别能力分析

根据IQ≥2的筛选原则，对剩余的20个候选指标箱线图进行检验。毛翅目分类单元数(M3)、蜉蝣目个体相对丰度(M9)、毛翅目个体相对丰度(M10)、滤食收集者个体相对丰度(M20)、直接收集者个体相对丰度(M21)、撕食者个体相对丰度(M24)和 Pielou 均匀度指数(M27)的IQ<2，予以剔除，其他IQ≥2的13个候选指标将用于下一步相关性分析(图4)。
4 Box plots of candidate metrics between the reference and impaired sites of B-IBI in the Dongliangzhu River

东亮珠河流域B-IBI评价候选指标在参照点和受损点的箱线图

2.4.3 相关性分析

对经过判别能力筛选后的指数进行Spearman相关分析(图5)，总分类单元数(M1)、蜉蝣目分类单元数(M2)、EPT 分类单元数(M7)的相关性较大(|r|>0.75)，且3个指标均可以表现群落的丰富度，其包含的信息重叠，但是M1所包含信息更多，因此保留 M1；襀翅目分类单元数(M4)与襀翅目个体相对丰度(M11)、M11与BI指数(M19)相关性较大(|r|>0.75)，但反映大型底栖动物耐污能力的指标仅有4种，且M19是数值与干扰强度呈正相关的指标，因此保留M4和M19。综合B-IBI评价指标的信息独立性和多样性，最终确定B-IBI的指数构成体系为总分类单元数(M1)、襀翅目分类单元数(M4)和BI指数(M19)3个核心指标。
5 Correlation analysis of thirteen candidate indicators

13个候选生物指标的相关性分析

表1。]]>

2.4.4 分值计算

根据各指标值随干扰增强的变化趋势，采用比值法确定筛选后的3个核心指标的计算公式(表3)，并依此计算各采样点的指数分值，计算后分值的分布范围为0~1，若>1，则都记为1。
3 Formulas for calculating 3 metrics scores by ratio scoring method

采用比值法计算3个指标分值的公式

指标 分值计算公式
总分类单元数 总分类单元数/28.05
襀翅目分类单元数 襀翅目分类单元数/4
BI指数 (6.79−BI指数)/(6.79−2.27)

2.4.5 B-IBI 指标体系的评价标准

B-IBI的指数值由各指标的分值进行加和得来。以参照点B-IBI值分布的25%分位数值建立健康评价体系标准，对小于25%分位数值的分布范围进行4等分，确定了东亮珠河流域的B-IBI指数值的评价标准(表4)。
4 Criteria of health assessment of B-IBI for Dongliangzhu River

东亮珠河流域B-IBI健康评价标准

评价等级 评分范围
健康 >2.07
亚健康 >1.55~2.07
一般 >1.03~1.55
较差 0.52~1.03
极差 <0.52

2.4.6 河流健康评价

对东亮珠河的水体健康状况进行初步评价，在20个采样点中，4个采样点健康状况为健康，4个为亚健康，4个为一般，5个为较差，3个为极差(表5)。其中，评价等级为健康的采样点主要分布在河流上游，评价等级为亚健康和一般的采样点主要分布在上游的部分支流和河流中段，评价等级为较差和极差的采样点主要分布在河流下游。
5 Statuses of aquatic ecological health of sampling sites in Dongliangzhu River

东亮珠河各采样点的水生态健康状况

采样点
序号		 采样点
性质		 分值 健康
状况		 采样点
序号		 采样点
性质		 分值 健康
状况
1 参照点 2.86 健康 11 受损点 1.71 亚健康
2 参照点 2.95 健康 12 参照点 2.07 健康
3 参照点 2.75 健康 13 受损点 1.12 一般
4 受损点 1.59 亚健康 14 受损点 0.94 较差
5 受损点 1.22 一般 15 受损点 1.10 一般
6 受损点 1.03 较差 16 受损点 0.45 极差
7 受损点 0.92 较差 17 受损点 1.73 亚健康
8 受损点 1.02 较差 18 受损点 1.29 一般
9 受损点 0.14 极差 19 受损点 0.91 较差
10 参照点 1.57 亚健康 20 受损点 0.43 极差

2.5 B-IBI与水体理化指标的关系

不同水体理化指标与东亮珠河B-IBI体系各指标和评分相关性分析结果如表6所示。总分类单元数(M1)与水温、溶解氧含量显著正相关(n=20，p<0.05)，与总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、高锰酸盐指数、和电导率显著负相关(n=20，p<0.01)；襀翅目分类单元数(M4)与溶解氧含量显著正相关(n=20，p<0.05)，与总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、高锰酸盐指数和电导率显著负相关(n=20，p<0.05)；BI指数(M19)与总磷、亚硝态氮、高锰酸盐指数和电导率均显著正相关(n=20，p<0.05)；B-IBI评分与溶解氧含量显著正相关(n=20，p<0.05)，与总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、高锰酸盐指数和电导率显著负相关(n=20，p<0.05)。
6 Spearman correlation coefficients between core indicators of B-IBI in the Dongliangzhu River and water physicochemical indicators

东亮珠河B-IBI 评价体系核心指标与水体理化指标的Spearman相关系数

理化指标M1M4M19B-IBI评分
注：*和**分别表示在p<0.05和p<0.01水平显著相关。各指标含义见表1。
总磷含量−0.47*−0.67**0.70**−0.69**
总氮含量−0.71**−0.56**0.34−0.58**
氨氮含量−0.74**−0.75**0.39−0.70**
硝态氮含量−0.65**−0.44*0.09−0.44*
亚硝态氮含量−0.68**−0.72**0.60**−0.76**
正磷酸盐含量−0.41−0.290.24−0.31
高锰酸盐指数−0.80**−0.61**0.54*−0.75**
水温0.47*0.030.33−0.02
pH−0.36−0.110.22−0.38
溶解氧含量0.52*0.46*−0.350.55*
电导率−0.65**−0.71**0.51*−0.69**
RDA 分析结果显示，前两轴对B-IBI 指标体系的累计解释贡献率为77.04%，其中第一排序轴为64.99%，第二排序轴为12.05%(图6)。对B-IBI指标体系影响显著的环境因子为总氮含量(F=17.9，p=0.002)和高锰酸盐指数(F=3.0，p=0.042)，总氮和高锰酸盐指数均与M19呈正相关，总氮和高锰酸盐指数均与M1、M4和B-IBI评分呈负相关。这表明总氮和高锰酸盐指数是影响大型底栖动物分布差异的主要环境因子。
6 Redundancy analysis of B-IBI index system and environmental factors

B-IBI指标体系与环境因子冗余分析

东亮珠河土地利用类型比例与B-IBI评分值和水质指标的相关分析表明(表7)，B-IBI值与采样点1 000 m缓冲区内耕地、湿地和水域的面积占比显著负相关，与林地面积占比显著正相关(n=20，p<0.01)；总磷含量与耕地、湿地和水域的面积占比显著正相关，与林地面积占比显著负相关(n=20，p<0.05)；总氮含量与耕地的面积占比显著正相关，与林地面积占比显著负相关(n=20，p<0.05)；氨氮含量与耕地、湿地和未利用地的面积占比显著正相关(n=20，p<0.05)；与林地面积占比显著负相关(n=20，p<0.05)；高锰酸盐指数与耕地、湿地和水域的面积占比显著正相关，与林地面积占比显著负相关n=20，p<0.05)；电导率与耕地、湿地、未利用地和水域的面积占比显著正相关，与林地面积占比显著负相关(n=20，p<0.01)。
7 Spearman correlation coefficients among land use types in the 1 000 m buffer zone of sampling sites in the Dongliangzhu River, B-IBI values, and water physicochemical indicators

东亮珠河采样点1 000 m缓冲区内土地利用类型与B-IBI值和水体理化指标的Spearman相关系数

土地利用
类型面积		 B-IBI
得分		 总磷
含量		 总氮
含量		 氨氮
含量		 高锰酸盐
指数		 电导率
注：*和**分别表示在p<0.05和p<0.01水平显著相关。
耕地 −0.75** 0.49* 0.58** 0.73** 0.64** 0.71**
林地 0.76** −0.56** −0.52* −0.57** −0.51* −0.61**
草地 0.09 0.07 0.02 0.10 0.05 0.10
湿地 −0.73** 0.59** 0.24 0.48* 0.59** 0.66**
建设用地 −0.36 0.31 0.11 0.26 0.19 0.29
未利用地 −0.35 0.34 0.00 0.51* 0.39 0.58**
水域 −0.62** 0.63** 0.10 0.40 0.46* 0.62**

3 讨　论

3.1 大型底栖动物完整性指数在东亮珠河水质健康评价中的适用性

利用参照点和受损点进行对比来评价河流健康受损程度，是河流健康评价中广泛应用的方法[34]。但是目前对于参照点的选择及确立方法仍没有具体的统一标准，在实际操作中对采样点周围生境的调查及使用何种调查方法来确立采样点是否能够作为参照点，不同的学者往往采用不同的规则与方法，但仅仅是凭借学者的经验作为判断的主要依据，可能会致使理论与实际产生偏差，其方法大大限制了B-IBI完整性指数的应用性[35]。然而，参照标准的确立是构建B-IBI体系的核心，它直接决定了评价结果的准确性[10]。Barbour[29]提出，无干扰点标准是指样点上游无农田分布、森林覆盖率 90% 以上，干扰极小样点的标准是样点上游无点源污染、样点上游 5 km 之内无村庄、上游两侧 100 m 宽 5 km 长的范围内无农田。由于东亮珠河为山区河流，干流全长较短，流域面积较小，因此，基于东亮珠河自身特性及采样点周围1 000 m缓冲区内土地利用类型和水环境调查结果，适当降低了此标准，确定了东亮珠河流域的参照标准，主要是以森林覆盖率接近 90%为标准选择参照点，干扰样点的确定主要是人类活动频繁的样点。
在大型底栖动物生物完整性评价中，生物指标体系的构建也非常重要，通过对各指标的计算，能够综合体现大型底栖动物生物类群结构和功能对干扰的反应[36]。不同的指标所包含的信息各不相同，对干扰的反馈也不同，如何使筛选的生物指标更具科学性和适用性是关键[37]。本研究最终筛选出总分类单元数(M1)、襀翅目分类单元数(M4)和BI指数(M19)这3项指标用于东亮珠河流域B-IBI完整性指数构建，其中反映群落丰富度的指标2个，反映生物耐污能力的指标1个，且其中的M1指标和M19指标与东北地区的辽河流域[38]和松花江流域[10]中的相同、与其他地区如永定河流域[21]中的也相同，说明这2个指标在河流水生态健康评价的适用性已经得到认可。但是仍与其他的研究存在一定差异，尤其是襀翅目分类单元数(M4)指标，在其他研究中出现的概率相对较小。主要是因为本研究区为山区河流，森林覆盖率相较于其他土地利用类型较高，河流水质和生境环境相对较好，襀翅目大型底栖动物成为研究区域内的优势类群之一。同时，襀翅目作为大型底栖动物的清洁指示生物，也表明本研究所构建的B-IBI指数符合东亮珠河流域上游河流生态健康评价[39]。筛选得出的这3项指标用于构建东亮珠河流域B-IBI完整性指数具有较好的适用性。

3.2 B-IBI 评价体系与环境因子

为了提高大型底栖动物生物完整性评价结果的准确性，应当建立评价结果与环境影响因子的联系。相关性分析结果表明(表6)，B-IBI评分值及3个核心指标都与总磷、亚硝态氮、高锰酸盐指数和电导率显著相关(p<0.05)。RDA分析结果显示，B-IBI评分值及3个核心指标与环境因子的前2个RDA轴解释度为77.04%，对B-IBI指标体系影响显著的环境因子为总氮和高锰酸盐指数，这表明东亮珠河B-IBI体系对环境因子具有较高的解释度。总磷和总氮含量能够反映水体富营养化水平；亚硝态氮含量和高锰酸盐指数能够反映水体有机污染状况；电导率可以表征水环境中总溶解离子量，通常电导率越高，人为活动对流域的干扰强度越高[35]。由此可见，水质环境是影响东亮珠河B-IBI评价结果最主要的环境因素。
大型底栖动物群落结构对生境依赖性强、响应程度高[40]。底质组成的异质性决定了大型底栖动物空间分布的异质性[41-42]。在本研究中，东亮珠河流域大部分底质类型以卵石、砾石和细沙为主，其种类组成上以水生昆虫为优势类群，这些便于昆虫附着和栖息的基质有利于多样的水生昆虫生存，为其提供了较为稳定的栖息环境[43]；下游采样点H8、H9的底质以细沙和淤泥为主，生物类群也变为以摇蚊幼虫为主，因此也在一定程度上反映了下游河段的污染情况。

3.3 东亮珠河生态系统健康评价

东亮珠河B-IBI指数健康状态标准值为2.07(表4)，在20个采样点中，4个采样点为健康，4个为亚健康，4个为一般，5个为较差，3个为极差，B-IBI评分平均值为1.39，按照评价标准属于“一般”状态。从空间分布上看，河流是一个连续的系统，河流的理化环境和生物类群从上游到下游会呈现一定的纵向格局变化[44]，表现为B-IBI指数健康状态自上而下逐渐变差。
生物类群的变化是由自然因素和人类干扰因素的变化共同主导的[45]。土地利用格局主要通过影响河流的水环境状况和河道内底质微生境质量，进而影响大型底栖动物的分布[46]。相关分析结果显示(表7)，林地的面积占比与总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数和电导率显著负相关，茂密的林区主要分布在流域上游，受人为活动干扰影响较小，为大型底栖动物提供了适宜的栖息环境；同时，耕地的面积占比与总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数和电导率显著正相关，表明农业污染是影响东亮珠河水体质量和富营养化的主要原因之一，耕地占比主要集中在流域中下游段，受人为活动干扰严重，如农业开发影响了河岸带的植被情况，使生境结构趋于简化[47]，东亮珠河流域随着降水和径流等外力作用，大量泥沙进入沟渠、河道，增加了流域氮、磷的含量，造成水体污染，使大型底栖动物群落结构从上游到下游呈现由敏感类群向耐污类群演替的现象。
本研究在春季、夏季和秋季对东亮珠河进行生态系统健康评价，东亮珠河虽然平均评价标准属于“一般”状态，但是仍然存在不可预估的影响因素，如植被恢复、建立保护区、建立抽水蓄能电站、渔业捕捞和河道清淤等以及这些干扰活动的遗留效应[20]，这些干扰活动对大型底栖动物群落结构都有着一定影响，进而影响生态系统健康评价结果。想要对河流进行科学、准确的健康评价，需要进行连续观察，获得多时序、跨季节且包含干扰前后对比的数据。

4 结　论

通过对东亮珠河B-IBI候选指标进行生物指标分布范围分析、判别能力分析和相关分析，最终确定东亮珠河流域B-IBI体系由总分类单元数、襀翅目分类单元数、BI指数3个核心指标组成。
B-IBI评价结果表明，东亮珠河流域4个采样点的健康等级为健康，4个为亚健康，4个为一般，5个为较差，3个为极差。B-IBI评分平均值为1.39，按照评价标准处于“一般”状态。流域上游森林覆盖率较高，评价等级中“健康”和“亚健康”的健康状况主要集中在流域上游，中下游健康状况相较于上游较差，且流域整体各采样点呈现一定差异。水体理化指标和人类活动干扰是健康状况出现差异的主要原因。
B-IBI评分值与溶解氧含量显著正相关，与总磷、总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、高锰酸盐指数和电导率显著负相关，总氮和高锰酸盐指数是影响评分值的主要环境因子。林地和耕地面积占比对B-IBI值和水体理化指标存在显著影响，B-IBI值、总磷、总氮、氨氮、高锰酸盐指数和电导率与林地面积占比显著负相关，与耕地面积占比显著正相关，人为活动干扰通过土地利用方式的改变，成为影响该流域 B-IBI 评价结果的主要环境诱因。

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