应用大型底栖动物完整性指数评价呼兰河的生态健康状况

宋聃，都雪，王乐，王慧博，窦乾明，金星，邵长浩，霍堂斌

（1.中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，寒地水域水生生物保护与生态修复重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150070；2.黑龙江流域渔业生态省野外科学观测研究站，黑龙江 哈尔滨 150070；3.东北农业大学，黑龙江 哈尔滨 150038）

河流是连接陆地和海洋的纽带，在地球物质迁移和循环中发挥了重要作用[1]。河流生态系统与人类文明息息相关，人类利用河流生态系统的同时也持续改变着河流生态系统的结构和功能，造成诸如水环境污染、生境破坏等生态问题[2,3]。加强河流健康管理，保护未受损河流和修复受损河流成为生态学关注的热点问题之一[4]。河流健康包括河流生态系统完整性、稳定性，以及能够发挥生态系统服务功能等内容[5,6]。应用指示生物法、综合指数法和数学模型法等方法科学地评价河流健康[7]是进行河流生态系统管理和恢复的前提，也是实现流域可持续发展目标的重要措施。

Karr1981 年[8]提出应用生物完整性指数（Index of Biological Integrity,IBI）评价河流生态系统生物学，其本质是通过生物群落组成、性状、功能参数等指标反映河流生物资源现状，评估河流的生态完整性[9]。该方法能够弥补单个生物指标敏感范围的局限，减少具有强相关性的同类指标，对于准确评价复杂的河流生态系统具有重要作用，广泛应用于美国、英国、加拿大等国家的河流健康评价中[10,11]，其研究对象也由最初的鱼类逐渐发展到底栖动物、浮游生物等多种生物[8-11]。大型底栖无脊椎动物完整性指数（Benthic Macroinvertebrate Index of Biological Integrity,B-IBI）是通过底栖动物群落结构特征反映河流健康状态的方法。我国自王备新[12]应用该方法评价安徽黄山地区溪流生态系统健康后，辽河[13]、海拉尔河[14]、淮河[15]、滦河[16]等河流，滇池[17]、太湖[18]、鄱阳湖[19]等湖泊，以及渤海湾[20]等水域也先后使用该方法评价了河流健康，成为我国河流健康评价的重要方法之一。

呼兰河是松花江左岸一级支流，发源于小兴安岭西麓，于哈尔滨市附近汇入松花江，全长506 km，流域总面积31 424 km2。呼兰河流域地处温带大陆性季风气候区，多年平均气温1.6 ℃～3.3 ℃，极端低温-44.9 ℃，平均结冰期162 d[21]。呼兰河地处高纬度森林冻土地带，生态系统独特且脆弱，面临诸如城市化、农药残留、家畜驯养等多方面威胁，河流健康现状逐渐引起关注。已有研究对呼兰河污染物[22]、生物群落[23,24]等进行监测和报道，在流域生态环境保护、污染控制和生物多样性保护等方面发挥了积极作用。而有关呼兰河生态系统健康的研究则较少。赵文超[23]等利用底栖动物多样性指数评价水环境；张明月等[25]基于层析分析法通过指标赋分的形式构建了呼兰河健康评价体系。这些评价弥补了呼兰河健康评价的空白，但指标构成单一。因此，构建基于多指标筛选的大型底栖动物完整性指数，定量评价呼兰河健康状况，能够为更全面地理解呼兰河健康现状和影响因素提供新的视角。

Hawkins 等[26]研究表明，底栖动物分布与地理区域或生态区关系密切，不同的生态区应该建立独立的B-IBI 体系，而我国地域辽阔，地理和气候条件相差悬殊，区域间生物组成差异较大，缺乏明确的基于生物分布的生态区划分。因此，应用B-IBI评价河流生态系统健康仍需大量实证研究以构建具有区域适应性的B-IBI 体系。呼兰河流域具有高寒生态区河流生态系统的共性特征，构建B-IBI 体系和评价标准对呼兰河生态系统进行健康评价，能够为我国寒温带气候区B-IBI 体系构建和生态区区划积累数据资料。本研究通过构建呼兰河大型底栖动物群落B-IBI 体系评价呼兰河健康现状，分析指标体系与环境因子的相关关系，探讨呼兰河生态系统健康面临的主要威胁，以期为呼兰河流域生态系统管理和恢复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域及采样点布设

根据呼兰河干支流等级和生态环境特征，全流域设置28 个采样点（图1）。2018 年夏季（8 月）、秋季（10 月）和2019 年春季（5 月）采集了呼兰河流域大型无脊椎底栖动物和水环境样品。

图1 呼兰河流域土里利用及采样点分布图Fig.1 Land use and distribution of sampling sites in Hulan River Basin

1.2 样品采集

用便携式水质分析仪（YSI6600-02，USA）现场测定水温（WT，℃）、pH 和溶解氧含量（DO，mg/L），用流速仪（Global water FP211，USA）记录采样点流速（WS，m/s），塞氏盘法测定水体透明度（Tra，m），便携式测深仪（DECCA SM-5A，USA）测定水深（WD，m）。5 L 有机玻璃采水器随机采集水下约0.5 m 表层水样，低温保存。实验室内依据《水和废水监测分析方法（第四版）》测定总氮（TN，mg/L）、总磷（TP，mg/L）、氨氮（NH3-N，mg/L）含量和化学需氧量（COD，mg/L）。参照Barbour[27]对采样点底质特征、河岸状况、覆盖度、生境复杂性和周边土地利用等情况进行定性调查和记录，并按河流底质状况对底栖动物进行定量和半定量采样。所有采样点使用D 型网（宽0.3 m，网深0.2 m，40 目尼龙纱材质）进行长度为1 m 的样方采集；上游溪流砾石底质区域采用刷石法取样，测量并记录采样石头表面积；中下游河段使用1/16 m2彼德森采泥器采集底泥，随机采集5次并混合；沿岸水草丰茂处，使用D 型网进行手抄3 次并混合；河岸和浅水处，人工拾取较大个体的底栖动物种类[14,27]。所有采集的样品和底泥置于60 目分样筛内，用清水反复冲洗后，挑拣底栖动物置于500 mL 塑料瓶内，用4%甲醛溶液固定，48 h 后再移入95%酒精中保存。依据《淡水微型生物与底栖动物图谱》[28]鉴定采集的底栖动物到种，并计数和称重。

1.3 B-IBI 指数构建

1.3.1 参照点和干扰点区分

参照Morley 和Karr[29]和Bloeksom 等[30]，根据采样点受人类活动干扰程度的强度不同，区分参照点和干扰点。根据呼兰河流域土地利用现状和水环境调查结果，干扰最少的采样点表现为森林覆盖度大于85%，上游无农田和城镇，5 km 内无点源污染；而干扰较强的点位则主要表现为森林覆盖率较低，上游有农田和人类聚居区或受到强烈的点源污染。因此，选择河流上游森林覆盖率最高，干扰强度最小，开发率最低的点位S1、S2、S23、S25（图1）作为指数评价的参照点，其余24 个采样点为干扰点。

1.3.2 生物指数筛选

合理的生物完整性指数应该包括尽可能全面的参数类型[31,32]，根据呼兰河底栖动物群落结构特征，选用了33 个对生态环境改变响应敏感的生物参数作为候选参数（表1），分别代表河流生态系统大型底栖动物的物种丰度、种类组成、耐受性、功能摄食类群、生物多样性指数以及其生境质量6 种特征，反映了目标生物种群的数量、结构和功能对环境变化和人为干扰的响应。

表1 构建B-IBI 指标体系的候选指标及对干扰的反应Tab.1 Candidate metrics for B-IBI and their expected direction of response to disturbance

参照Barbour[27]，分析采样点生物指数的数值分布范围，排除自身变动范围较小的不敏感指标；比较生物指数在参照点和干扰点的分布，利用箱线图比较参考点与干扰点的中位数与对方的25%～75%分位数之间的关系，以各自中位数值在对方25%～75%分位数范围之外为标准，判断该指标在参照点和干扰点之间敏感[30,33]，保留敏感指标以做进一步筛选。

不同生物指标可能包含了相同的信息，为降低信息重叠对评价结果的影响，对候选指标进行相关性分析，以相关性作为判断生物指标间信息重叠程度的指标，相关性较高的参数（|r|>0.75）只选择其中最具代表性的指标予以保留[34,35]。

1.3.3 B-IBI 分值计算

根据参数对干扰的响应将指标分成正、负相关指标两个类型，正相关指标随着干扰强度增加，指标值升高，负相关指标随干扰强度增强而降低（表1）。统一不同指标值量纲，采用比值法按下式分值计算不同类型指标：

其中，公式（1）为与干扰强度负相关的指标的得分计算公式；公式（2）为正相关指标计算公式；公式（3）为B-IBI 指数计算公式，Sij表示第i 个采样点第j 个指标的得分，mij表示第i 个采样点第j 个指标的实际值，mmax表示第j 个指标的最大值，ε1表示负相关指标的最佳期望值，既指标值分布的95%分位数值，ε2表示正相关指标的最佳期望值，既指标值分布的5%分位数值。为避免单个指标值的权重过大，规定0≤Sij≤1，若Sij在该范围内则保留原得分，若Sij＞1，则Sij校正为1[30]，表示校正后的Sij，B.IBI 表示B-IBI 指数得分。

1.3.4 生态健康评价标准

以参照点B-IBI 得分的25%分位数值为标准，B-IBI 得分大于参照点25%分位数值表示采样点受到较小的干扰，否则表示受到较大干扰，并将参照点B-IBI 分值的25%分位数四等分，按照得分高低依次表示健康、亚健康、一般、较差和极差5 个河流健康等级。

1.3.5 核心指标贡献率计算

计算6 个核心指标校正后的分值（Sij）占相应点位B-IBI 得分的百分比，以分析不同核心指标对B-IBI 得分的贡献率。计算公式为：

公式（4）中Cij表示第i 个点第j 个指标对第i个点位B-IBI 指数的贡献率。

1.3.6 集水区面积计算

土地利用数据下载自全国地理信息资源目录服务系统（National Catalogue Service for Geographic Information,https://www.webmap.cn），采用全球30 m地表覆盖数据库（GlobeLand30）数据；不同采样点的土地利用类型比例用该点位集水区土地利用面积进行换算，集水区土地利用类型面积使用ArcGIS（version 10.2）软件进行提取。

1.4 数据处理

文中涉及的数据分析使用R 软件（version 2.15）完成，用Shapiro-Wilks 检验数据正态性；相关性分析使用Hmisc 数据包完成；样本量较小的数据间显著性检验使用t 检验；冗余分析（Redundancy analysis,RDA）使用vegan 数据包完成；使用ggplot2数据包绘制图形。

2 结果与分析

2.1 底栖动物种类组成

在呼兰河共调查大型底栖动物14 目32 科58种（表2），分别隶属于昆虫纲（蜉蝣目、襀翅目、毛翅目、双翅目、鞘翅目、半翅目和蜻蜓目）、腹足纲（基眼目、中腹足目）、瓣鳃纲（帘蛤目、蚌目）、蛭纲（无吻蛭目）、寡毛纲（颤蚓目）和甲壳纲（十足目）。其中水生昆虫最多（41 种），隶属7 目24 科，占总物种数的70.69%；软体动物11 种，隶属4 目4 科，占总数的18.97%；环节动物4 种，隶属2 目2 科，占总数的6.90%；甲壳动物2 种，隶属1 目2 科，占总数3.45%。

表2 呼兰河大型底栖动物种类组成Tab.2 Species composition of benthic macroinvertebrates in Hulan River

2.2 B-IBI 指标筛选

使用箱线图分析候选指标在干扰点和参照点的数据分布（图2），襀翅目分类单元数（M2）、襀翅目个体相对丰度（M11）、鞘翅目个体相对丰度（M16）和撕食者个体相对丰度（M29）在干扰点或者参照点的数据分布中，其25%分位数、75%分位数和中位数相等且为0，表明指标自身变动范围较小，对干扰的响应不敏感，予以筛除。对比各指标在干扰点和参照点的数据分布范围，蜉蝣目分类单元数（M3）、毛翅目分类单元数（M4）、EPT（蜉蝣目、襀翅目和毛翅目）分类单位数（M9）、EPT 个体相对丰度（M19）、敏感类群个体相对丰度（M20）、耐污类群个体相对丰度（M21）、耐污类群分类单元数（M23）、BI指数（M24）和刮食者个体相对丰度（M27）在参照点和干扰点间敏感，进入下一步筛选。

图2 参照点和干扰点候选指标数据分布（M1-M33 见表1）Fig.2 Box plots of candidate metrics between reference and impaired sites（M1 -M33 defined in Table 1）

对筛选出的9 个指标（M3、M4、M9、M19、M20、M21、M23、M24 和M27）进行相关性分析（图3）。结果显示：M3 与M9、M19 与M20、M21 和M24 相关性较大（|r|≥0.75），而M4、M23、M27 则与其他候选指标相关性较低（|r|<0.75）。蜉蝣目分类单元数（M3）和EPT 分类单元数（M9）同样是表征物种丰度的指标，M9 包含更丰富的信息，予以保留；EPT 个体相对丰度（M19）与敏感类群个体相对丰度（M20）、耐污类群个体相对丰度（M21）、BI 指数（M24）高度相关，M19 作为唯一一个表征物种组成的指标可以保留，而M20、M21 和M24 作为表征群落对污染的耐受能力的指标，M24 包含的信息量相对较大；最终确定以M4、M9、M19、M23、M24 和M27 作为呼兰河B-IBI 指标体系的核心生物指标。

图3 9 个候选生物指标的相关性分析Fig.3 Correlation analysis of nine candidate indicators

2.3 基于B-IBI 的河流健康等级区划与评价

按照公式计算各采样点的B-IBI 分值，参照点B-IBI 分值的25%分位数值为4.42，对小于95%分位数值的分布范围进行4 等分，得到基于B-IBI 指数的呼兰河健康评价标准（表3）。根据呼兰河流域的28 个采样点的B-IBI 得分和评价标准，呼兰河流域28 个采样点中，“健康”点位5 个，占调查位点总数的17.9%，“亚健康”点位各4 个，占调查点位总数的14.3%，“一般”点位7 个，“差”点位9 个，“极差”点位3 个，“一般”及其以下等级共占采样点位数的67.9%。不同点位健康评价结果如图4 所示。

表3 呼兰河B-IBI 健康评价标准Tab.3 Criteria of health assessment of B-IBI for Hulan River

图4 不同点位B-IBI 评价结果空间分布示意图，气泡颜色表示健康评价登记，气泡大小表示指数值大小Fig.4 Schematic diagram of B-IBI evaluation results at different sampling sites.The different color of bubble represents the evaluation grade,and the size represents the B-IBI value

2.4 B-IBI 体系与环境因子的关系

不同环境因子与呼兰河B-IBI 体系各指标和评分相关性的分析表明，毛翅目分类单元数（M4）与pH、溶解氧、化学需氧量、总磷显著相关（P<0.05）；EPT 个体相对丰度（M19）与pH、溶解氧、化学需氧量、总磷、总氮、氨氮、透明度显著相关（P<0.05）；而耐污类群分类单元数（M23）则与流速显著正相关；I-IBI 得分与所有环境因子显著相关（表4）。

水环境参数与B-IBI 指标体系的冗余分析（Redundancy analysis,RDA）结果（图5）显示，RDA前两轴对B-IBI 指标体系的解释率为74.81%，其中第一排序轴与pH、溶解氧（DO）、透明度（Tra）负相关，与总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、化学耗氧量（COD）正相关，其对评价指标变异的解释量为49.14%；第二排序轴则与流速（WS）和采样点至河口距离（DE）正相关，与水深（WD）负相关，其对评价指标变异的解释率为25.67%；评价指标与RDA 排序轴位置关系表明，EPT 种类丰度指标（M9、M19）与第一轴负相关，污染耐受性指标（M23、M24）则与第一轴正相关，而刮食者个体相对丰度（M27）与第二轴呈负相关，毛翅目丰度指标M4 与第二轴正相关。

图5 底栖动物完整性指数指标体系与环境因子冗余分析Fig.5 Redundancy analysis of B-IBI and environmental variables

呼兰河水质参数和B-IBI 指数与土地利用类型比例的相关性分析表明（表5），B-IBI 指数与采样点集水区耕地、人造地表显著负相关，而与森林显著正相关（P<0.01）。同时，反映水体富营养化水平的总磷，以及反映水污染状况的化学需氧量和氨氮与采样点集水区耕地、人造地表显著正相关，并与森林比例显著负相关（P<0.01）。

表5 呼兰河采样点集水区耕地面积与B-IBI 指数、总磷、总氮含量的相关性分析Tab.5 Pearson correlation coefficient between percent of arable land area in the catchment area of different sample site and B-IBI,and concentrations of total phosphorus,total nitrogen in the Hulan River

3 讨论

3.1 B-IBI 指标体系与评价标准构建

在构建B-IBI 体系中，最重要内容是参照点选择和指标筛选。参照点影响评价指标筛选和健康状况评价结果，是B-IBI 评价体系构建的关键。人类活动强度和范围增大，完全不受干扰的标准点很难获得或者到达。因此，选择河流受干扰强度较弱、生态环境保持良好的位点作为参照点是目前采用较多的方法。河流生态环境受气候、人类活动、土地利用等多种因素影响，不同河流的参照点选择标准不具备普适性[32]，土地利用、生境特征和水环境质量是参照点选择的重要参考指标[35]。在基于B-IBI 评价河流生态系统健康的研究中，参照点大多参照Barbour 等[27]所使用的方法，通过对森林覆盖面积和人口密度定量划分进行参考点筛选。呼兰河所在的小兴安岭地区是我国重要的林区，人口密度较低，生态环境保持相对较好，但过度采伐和开荒导致区域林地逐渐演变为耕地，2005 年后区域全面禁伐，流域上游区域林地覆盖面积得以维持和恢复[36]，森林覆盖率能够较好地反映该地区生态环境受干扰现状。因此，本文适当降低了Barbour 等[27]所采用的标准，以森林覆盖率达到85%以上为标准选择参考点。

生物指标是底栖动物类群结构和功能对干扰和环境因子的综合响应，不同指标反映的信息类型和囊括的信息量不同，对单一干扰变化的响应区间也不同。如何筛选生物学意义相对重要、判别能力最优的参数是评价体系构建的关键[9]。由于环境和生物区系组成的差异，不同河流构建的B-IBI 评价体系和评分标准差异较大[12-16]。因此，尽可能全面的候选指标有利于更全面准确地反映底栖生物类群对干扰的响应信息[32]。通过指标值分布能够筛除对干扰响应较小且不稳定的一类指标，筛选出最具判别能力的指标，而相关性分析则能够筛除信息重叠的指标，有利于分析河流生态系统健康所受到的主要威胁。本文通过对物种组成与丰度、污染耐受性、摄食功能类群、生境质量和生物多样性指数6 类33个指标进行筛选，构建了以毛翅目分类单元数、EPT分类单位数和个体相对丰度、生物指数、耐污类群分类单元数和刮食者个体相对丰度为标准的B-IBI评价体系，计算得到呼兰河生态系统健康评价标准值为3.81。

底栖动物区系组成与地理区或者生态区密切相关[12]。Blocksom 等[30]认为，同一生态区的B-IBI评价体系可以应用于生物组成相似的河流，仅需构建不同的评价标准[30]。刘帅磊等[37]通过比较不同气候区河流B-IBI 体系核心指标，发现不同气候区河流B-IBI 体系构成没有统一的规律，也证实气候差异并非影响B-IBI 体系的唯一因素。与同为寒温带河流的海拉尔河相比[14]，EPT 种类分类单元和个体丰度变化仅在呼兰河被作为核心评价指标。分析认为，呼兰河河床底质以卵石和石砾为主，水质现状相对较好，生物多样性较高，水生昆虫在上下游广泛分布可能是造成两条寒温带河流B-IBI 评价指标组成差异的原因，也表明河流环境特征和健康现状可能是影响B-IBI 评价指标体系构建的重要原因。

3.2 影响呼兰河健康评价的主要环境因子

相关性分析结果表明，B-IBI 指数与环境因子显著相关（P<0.05）。RDA 结果显示，环境因子对B-IBI 指标体系变异解释率为74.81%，且第一排序轴与溶解氧、透明度等反映水质现状的参数显著相关，而第二排序轴则与流速、水深等反映生境特征变化的指标相关，对B-IBI 体系变异的解释率为25.67%（图5）。由此可见，水质环境是影响呼兰河B-IBI 评价结果最主要的因素，而生境特征差异也是影响呼兰河底栖动物群落组成和空间分布的重要原因。

水环境质量影响水生生物的生理状态和生态分布，是影响河流健康状况的重要因素之一，许多基于B-IBI 的河流健康评价结果均证实了这一点[12-19]。本研究中，B-IBI 指数与表征水体富营养化指标TP、TN，表征水体污染的指标pH、NH3-N、COD显著负相关（P<0.001），而与表征水质良好的指标溶解氧、透明度显著正相关（P<0.001），也表明环境污染是影响呼兰河B-IBI 评价结果的重要因素（表4），这与已有的研究结果一致。耐污类群分类单元数M23 对呼兰河B-IBI 评分的贡献度最高，显著高于除BI 指数（M24）以外的其他指标（图6-A），对环境敏感的EPT 种类（M19）则在参照点和干扰点差异明显。这表明耐污种群和EPT 种类的空间分布差异是影响呼兰河B-IBI 评价结果的最重要原因。河流生态系统中溶解氧是底栖动物生存的必要条件和影响底栖动物类群分布和丰度的重要环境因子[40,41]；氨氮则对底栖动物具有毒害作用[42,43]，其含量升高将导致对水环境要求较高的物种密度和生物量下降，水环境中总磷和总氮含量增加会刺激耐污类群丰度增加[44]。因此，本研究认为，环境污染是造成呼兰河底栖动物群落空间差异的原因之一，随着呼兰河水体溶解氧和透明度降低，氨氮等有害物质含量升高，营养物质富集，水环境质量下降，耐污力较强的种类丰度逐渐增大，而对环境敏感的种类丰度则逐渐下降，影响河流健康评价结果。

底栖动物是水域生态系统的重要组成部分，种类繁多、分类差异大[38]，不同种类的生境需要差异明显，因此生境也是影响底栖动物空间分布的重要因素。现有的基于B-IBI 的河流评价中，有关生境特征对B-IBI 的讨论较少，本文简单探讨了水温、水深、流速等比较易得的生境参数与B-IBI 体系之间的关系。结果显示，RDA 第二排序轴与反映生境特征的指标关系密切，对B-IBI 核心指标变异解释率为25.67%（图5）；呼兰河B-IBI 核心指标与生境特征之间的相关性分析表明（表4），EPT 种类丰度M19 与水温关系密切，而耐污染种群M23 和刮食者类群丰度M27 则与流速相关性显著（P<0.01）。B-IBI 指数也与水温、流速、水深等反映生境特征的指标显著负相关（P<0.05）。呼兰河是发源于小兴安岭的山区河流，随着纬度和海拔的降低，逐渐由山区溪流演变为平原河流（图1），小尺度生境特征也发生相应改变，如水温升高、水流减缓、水深增大等。生境特征变化致使底栖动物生活史类型发生适应性改变，水生昆虫丰度逐渐降低，以软体动物为代表的刮食类群逐渐成为优势种群，造成底栖动物组成和丰度的空间变异，影响B-IBI 指数评价结果。B-IBI 指数与采样点距河口的距离之间的显著正相关关系（r=0.64，P <0.001）也证实了这一点。生境特征对B-IBI 评价的影响可能是双向的，一方面生境特征改变引起的底栖动物群落结构变化会对B-IBI 评价结果带来负面的影响，如河流下游往往由于泥沙淤积致使底质环境发生改变，水生昆虫种类数量减少，水丝蚓等种类逐渐增加，必将导致B-IBI 指数降低，但该结果并不完全由环境质量下降引起，也反映了底栖生物对物理环境变化的适应；但另一方面，生境与水环境质量具有一致性，河流生境往往与水环境质量密切相关，如泥沙淤积的河流下游水环境往往较上游差。因此，定量分析更多更广泛的生境特征，可能是今后基于B-IBI 河流健康评价应该考虑的问题之一，但河流生境的复杂性，可能会成为阻碍其实现的关键。

3.3 呼兰河生态系统健康评价

呼兰河B-IBI 指数健康状态标准值为4.42，28个调查点位中，“一般”及以下等级指标占所有点位的67.9%，所有采样点的B-IBI 评分均值为2.75，按照评价标准属于“一般”状态。B-IBI 评价结果的空间分布显示（图4），评价为“健康”和“亚健康”等级的采样点主要分布在森林覆盖率较高的上游区域，除个别采样点外，整体上表现出自上而下逐渐变差的趋势。

相关性分析结果显示：总磷、总氮、氨氮、化学需氧量与呼兰河B-IBI 显著负相关（r<-0.79，P<0.001），总磷和总氮是富营养化的重要指示指标，氨氮、化学需氧量则反映了水体受污染的程度。由此可见，呼兰河健康面临着水体富营养化和水质污染的双重胁迫。水质参数与土地利用类型之间的相关性分析（表5），表明，采样点集水区耕地面积比例和人造地表面积比例与TP、COD、NH3-N 显著正相关，表明城市化和农业污染是呼兰河水质污染和富营养化的重要成因；另一方面，尽管总氮与土地利用类型密切相关（|r|>0.61），但相关性并不显著（P>0.05），分析认为呼兰河地处黑土地地带，土壤氮含量较高，土壤中氮元素在地表水冲刷渗透的作用下，导致呼兰河水体中氮元素基值偏高，可能是造成这一结果的原因。

尽管呼兰河健康水平整体表现为沿河流走向自上而下逐渐下降的趋势，但河口区域的健康等级与中游区域相似，且B-IBI 评价为“极差”的点位也出现在流域中游区域。分析认为，自然河流能够通过沉积、过滤、渗透、滞留、稀释等物理作用，以及氧化、生物降解等生物化学过程发挥自我净化和自我修复的生态功能[39]。呼兰河生态系统自身所具有的净化恢复能力仍然发挥作用，生态系统仍然保持相对完整，可能是河流中下游采样点B-IBI 评分相似的原因；进一步调查显示，B-IBI 指数最低的3 个采样点分别位于采沙场和城市下游，区域底质扰动覆盖和污染物直接排放可能是造成这些点位B-IBI评分较低的原因，也表明点源污染是造成河流区域性环境急剧恶化的重要因素。因此，底栖动物完整性指数评价河流健康状态需要与水文、河道形态、底质特征等环境指标相结合，尽可能密集地设置采样点，才能减小因为生境异质性引起整体评价结果偏差。

3.4 结论

本研究用B-IBI 评价了寒温带典型山区河流——呼兰河生态系统的健康，探讨了影响呼兰河流域生态健康的主要环境因子和面临的主要威胁，为丰富我国高寒生态区山区河流健康评价指标的选择提供了参考。通过调查呼兰河环境和底栖生物群落结构，构建了呼兰河B-IBI 评价体系，得到如下结论：以毛翅目分类单元数、EPT 分类单位数、EPT 个体相对丰度、耐污类群分类单元数、BI 指数和刮食者个体相对丰度6 个指标构成的B-IBI 评价指标体，比值法健康评价标准值为4.42，流域“健康”点位占17.9%，“亚健康”点位占14.3%，“一般”及以下等级的点位占67.9%，调查点位B-IBI 均值2.75，河流整体健康状态一般；影响呼兰河生态系统健康的最主要因素是水环境污染，水质参数、B-IBI和土地利用之间的相关性分析表明，呼兰河流域农业生产和城市化是威胁呼兰河生态系统健康的最主要因素。