《Fishes》：Assessment of Ecological Status of Standing Water Bodies in Bulgaria: Calibration of a New Multi-Metric for Macroinvertebrates
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可靠的静水水体生态状况评估是有效实施《水框架指令》（WFD）并支持水资源管理与保护的关键。生物质量要素（BQEs），包括底栖大型无脊椎动物，通过反映环境压力随时间的累积影响，提供了生态条件的综合度量。然而，为流水水体开发的评估方法并不直接适用于静水水体，这凸显
可靠的静水水体生态状况评估是有效实施《水框架指令》（WFD）并支持水资源管理与保护的关键。生物质量要素（BQEs），包括底栖大型无脊椎动物，通过反映环境压力随时间的累积影响，提供了生态条件的综合度量。然而，为流水水体开发的评估方法并不直接适用于静水水体，这凸显了针对特定水体类别开发方法的必要性。研究人员在保加利亚境内对有代表性的静水水体（湖泊和水库）进行了大规模调查，旨在基于大型底栖动物（macrozoobenthos）开发一种相关的、针对特定类型的静水水体生态状况评估方法。研究人员于2020年5月至11月期间，通过对欧洲AQEM/STAR项目框架内开发的多栖息地采样方法进行改编，并依据适用标准，对79个监测湖泊点位进行了采样。从湖泊和水库的沿岸带采集了一个复合样本，该样本代表了每个地点可用基质的类型。这些点位涵盖了19种湖泊类型。研究人员计算了11项湖泊生物指数和7项河流生物指数，以确定最适宜的度量指标。针对每项度量指标，评估了其压力-响应关系。作为首个基于大型底栖动物运行的国家级指数，所提出的保加利亚湖泊多指标指数是对匈牙利多指标大型底栖动物指数（HMMI）的改编版本。它由三项度量指标组成，这些指标早在2011-2012年间就已分别在保加利亚用于监测目的，并在后续的科学研究中得到应用。确定了每种水体类型的生态质量等级边界。保加利亚多指标指数（BMMI）与现有国家监测计划的兼容性将有助于其未来融入生物水质评估体系。
研究背景与现存问题
《水框架指令》（WFD）的实施将地表水质量评估的重点转向了以生物群落为核心的综合性生态评估。生物质量要素（BQEs），特别是底栖大型无脊椎动物（macrozoobenthos），因其能整合多种环境压力的累积效应而被广泛用作生态系统健康的指示生物。然而，针对流水（河流）开发的评估方法无法直接应用于静水（湖泊、水库）水体，因为后者的沿岸带群落同时受到自然环境和人为压力的塑造。因此，迫切需要为静水水体开发专门的、基于多指标的综合评估方法。在保加利亚，此前虽有尝试使用针对缓流水体的生物指数（BI）、总分类单元数（TNT）等指标进行评估，但这些单一指标或未经充分验证的指数难以提供客观、灵敏且类型特异性的生态状况评估，尤其缺乏一个经过校准的国家级多指标指数。
研究目标与结论
为填补这一空白，本研究旨在开发和校准一个适用于保加利亚静水水体的、基于大型底栖动物（macrozoobenthos）的多指标指数——保加利亚多指标指数（Bulgarian Multi-Metric Index, BMMI），并建立类型特异性的参考条件和生态等级边界。研究人员假设，与单一指标相比，一个综合性的多指标指数能为保加利亚静水水体提供更明确、更灵敏的评估，并且压力-响应关系因湖泊类型而异，需要类型特异性的生态边界。研究得出的主要结论是，所开发的BMMI是一个由三个分指标（香农多样性指数H'、科级分类单元数和生物学监测工作组指数BMWP）等权组合而成的有效工具，能够反映综合环境压力对底栖动物群落的影响。尽管当前数据集有限导致压力-响应关系的解释力（R2）略低于理想阈值，但该指数已显示出显著的统计相关性，并于2023年起被纳入保加利亚国家法规，用于实际监测。其重要意义在于，这是保加利亚首个基于大型底栖动物的国家级静水水体生态状况评估运行指数，与现有监测计划高度兼容，为有效实施WFD提供了关键技术支撑。
主要技术方法
- 1.
样点布设与采样：覆盖保加利亚全境，于2020年5月至11月对79个监测湖泊点位（代表19种湖泊类型，包括23个天然湖和56个水库）进行采样。采样采用改编自欧洲AQEM/STAR项目的多栖息地采样法，在沿岸带可涉水区域（水深≤1米）沿100米河段按基质类型比例采集10个子样本构成一个复合样本，使用500μm孔径的网具。
- 2.
生物与理化指标测定：对底栖动物样本进行实验室分类鉴定至可能的最低分类水平（科、属或种）。计算了11项湖泊生物指数和7项河流生物指数，最终筛选出香农多样性指数（H'）、科级分类单元数和生物学监测工作组指数（BMWP）作为BMMI的组成指标。同时收集了水温、电导率、溶解氧、pH、总磷（TP）、总氮（TN）、铵氮（NH?-N）、硝酸盐氮（NO?-N）、亚硝酸盐氮（NO?-N）及五日生化需氧量（BOD?）等理化参数。
- 3.
压力指数构建与数据分析：构建了一个包含土地利用（Corine土地覆盖）、水文形态压力（HabAlt）、水产养殖以及化学参数（TP和双倍权重的NH?-N）的综合压力指数。数据分析采用了非度量多维尺度分析（nMDS）、相似性分析（ANOSIM）、Mantel检验、Spearman相关分析和线性回归模型等方法，以评估群落结构差异、筛选指标并建立压力-响应关系。
研究结果
3.1 生物群落的描述性分析
通过nMDS和ANOSIM分析发现，不同湖泊类型（尤其是过渡性咸淡水体L07-L10与其他淡水湖库之间）以及高海拔湖泊（>1800米）与中低海拔湖泊之间的底栖动物群落组成存在显著分离，而其他分组（如流域管理局、天然vs.人工水体）间的差异不显著。
3.2 生物指数之间的关系
Spearman相关分析显示，所测试的各项生物指数（标准化后）之间存在强相关性。Mantel检验表明，生物指数（BI、ASPT、科级分类单元数和香农多样性H'）与底栖动物群落组成（基于分类组成和丰度）之间存在显著但较弱的相关性。同时，多项环境压力变量（如电导率、营养盐、水文形态改变和土地利用）也与群落组成显著相关。
3.3 保加利亚多指标指数（BMMI）的提出
基于Mantel分析结果以及与匈牙利多指标指数（HMMI）的一致性，研究选取了香农多样性指数（H'）、科级分类单元数和生物学监测工作组指数（BMWP）三个分指标，分别以其第10和第90百分位数作为下、上锚点进行标准化，再通过等权平均计算得到BMMI值。
3.4 压力-响应关系
线性回归分析显示，BMMI与综合压力指数之间存在显著负相关（p=0.0008327），但决定系数R2仅为0.14，低于常用的0.25阈值。通过引入类型特异性偏移量（offset）对BMMI进行基准校正后（得到cbBMMI），R2提升至0.23，但仍未达到0.25。研究认为这表明存在显著的压力相关生物响应，但关系强度较弱，部分原因归结于有限的样本量、类型特异性差异以及较宽的采样时段（5月至11月）。
3.5 参考条件与生态等级边界
由于符合条件的参考点位数量极少（仅5个），研究采用专家判断将连续基准化的BMMI参考值设定为0.8。随后，采用等距法将所有类型水体的高/好（H/G）、好/中（G/M）、中/差（M/P）和差/劣（P/B）生态质量比（EQR）边界分别确定为0.8、0.6、0.4和0.2。对于过渡性咸淡水体（L09、L10），由于淡水BMMI不适用，其计算值不被推荐用于生态评估。对于人工和严重改造水体，则提出了实现最大和良好生态潜势的一套减缓措施清单。
讨论与结论
讨论部分指出，BMMI的开发遵循了欧洲推荐的步骤，其显著的压力-响应关系证实了大型底栖动物群落能整合多种环境压力的累积效应。尽管单一指标也曾被使用，但多指标方法能更全面、客观地评估静水水体的生态状况。研究的局限性主要在于数据集规模不足，导致参考条件、类型特异性偏移量和等级边界均带有一定的暂定性。结论强调，尽管存在局限，新开发的BMMI符合WFD要求，并被推荐用于保加利亚湖泊和水库的生态状况评估。其与现有国家监测计划的兼容性是重要优势。未来，通过年度国家监测收集更多样本，实施“空间和时间平均化”策略，有望使评估更加可靠。
