底栖动物在水生生态系统健康评价中的作用分析

从生态系统健康的概念入手,通过对生态系统健康评价方法的研究和分析,对底栖动物尤其是大型底柄无脊椎动物在生态系统健康评价中的作用进行了分析和总结.生物监测法和多指标评价法是水生态系统健康评价的主要手段,而利用指示物种、预测模型和底柄生物的完整性指数等多种方法可以对水生态系统健康进行快速和准确的评价.如何完善底栖动物在生态系统健康评价中的作用并综合运用其他评价技术,以及结合评价结果对受损水生态系统进行生态修复和重建将是这一领域未来研究的重点所在.     

太湖流域水生生物群落结构与水生态质量状况分析

研究水生态环境功能的整体性是树立一个生命共同体的基础。本研究于2020年,对江苏省太湖流域49个水生态环境功能区水生态监控点位进行水质、底栖动物和浮游植物调查;评价了太湖流域水生态环境功能区底栖动物和浮游植物群落结构和其质量状况,分析了水质目标和水生态质量目标达标情况。研究结果表明,太湖流域57个点位共获得底栖动物物种94种,底栖动物群落前二位优势种为霍甫水丝蚓和河蚬,17个湖库点位共获得浮游植物物种247种,隶属7个门113属,硅藻门57种、蓝藻门51种、绿藻门107种、隐藻门7种、甲藻门9种、裸藻门15种和金藻门1种,优势种属于微囊藻属,太湖流域底栖动物、浮游植物群落结构呈向好发展趋势;太湖流域4个水生态功能分区中底栖动物、浮游藻类质量指数评价等级均为“一般”,均低于水质指数评价等级(“中”～“良”);对照2020年管理目标,太湖流域49个水生态环境功能分区水质目标达标率为81.6%,远高于水生态质量达标率(40.8%)。综上所述,本研究结果表明,水环境管理应尽快从水质目标管理向水质、水生态双重管理转变。     

松花江干流底栖动物与水质相关性分析

生物指标监测可以综合反映水体各种污染物质相互作用的结果,具有综合性强、持续性久、敏感性高等特点,能对现行理化监测无法反映污染综合效应的缺陷进行补充.本文通过对松花江干流水体大型底栖无脊椎动物实际状况的调查与分析,结合典范对应分析(CCA)及BIOENV分析对底栖动物群落与环境因子进行相关性分析得出结论,总磷为研究区域内底栖动物群落变化的主要影响因子.为科学评估松花江流域水污染防治规划的实施效果和让松花江休养生息政策措施的绩效,全面评价流域污染物减排效果提供了生物学依据.     

平原河网地区大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

大型底栖无脊椎动物是河流生态系统的重要组成生物,具有活动范围相对固定、生命周期较长、生活习性相对稳定等特点,可有效指示河流水质和水生态系统健康状况。有关大型底栖生物群落结构特征及其与水环境之间的关系研究一直是河流生态系统的研究热点。底栖动物具有较强的地域性,其群落结构特征受当地的自然环境特征和社会经济发展程度的双重因素影响。为研究典型平原河网地区的底栖动物群落结构及对水环境状况的响应特征,在上海市选取了83个河道断面进行大型底栖动物采样分析,共获取底栖动物20个分类单位（种）,其中软体动物10种,环节动物6种,节肢动物4种。上海河道底栖动物群落结构总体呈现结构单一、物种丰富度低、高度耐污性等显著特征,环节动物的栖息密度和出现频率均最高。城市化水平的空间差异性直接影响底栖动物空间分布的异质性,由市区至近郊、远郊,物种数从11种逐渐上升至15种,而栖息密度则由8 776.3个/m2下降至690.3个/m2。底栖动物群落结构的空间分布特征与水质理化指标的空间分布特征具有良好的对应性,水质空间变化导致环节动物和软体动物、节肢动物的空间分布存在一定交错性,耐污性较强的环节动物主要分布在有机污染重、溶解氧低的市区河道断面,而喜清洁环境的软体动物和节肢动物主要分布在水质较好的郊区断面。寡毛纲物种的栖息密度与溶解氧质量浓度呈显著负相关性。     

太子河流域本溪段水生生物的群落特征及其主要水质影响因子分析

着生藻类和底栖动物作为指示生物评价水环境状况已被广泛应用于各类水体状况的监测与评价中,以此对太子河流域的水生生物群落和水环境因子关系进行研究,对整个流域的水环境管理有着极其重要的作用。基于2009年7月丰水期和2010年1月平水期太子河流域本溪段着生藻类和底栖动物的调查数据,通过因子分析和典范对应分析,探讨水生生物群落结构与水质污染因子的空间分布特征。结果表明：太子河本溪段着生藻类为4门22科29属,以硅藻门为优势门类;底栖动物3门10科13属,以环节动物门为优势门类。NH3-N是影响水生生物空间格局的主要水质污染因子,水量是影响太子河流域水生生物群落结构的重要环境因子。     

澜沧江梯级水电开发对漫湾库区大型底栖动物群落及重金属沉积的影响

梯级水电开发对于河流生态系统具有复杂和深远的影响,大型底栖动物及沉积物可以很好地反映水生态系统的变化及演替趋势。结合澜沧江干流梯级水电开发,分别于2011年和2016年在漫湾库区开展大型底栖动物及沉积物定点采样调查,分析梯级水坝运行对库区大型底栖动物群落结构及生物多样性的影响,采用潜在生态风险指数(RI)对库区沉积物重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)的生态风险进行评估,基于CCA和Pearson相关分析研究了大型底栖动物群落与重金属沉积的相互作用关系。结果表明,澜沧江梯级水坝运行后,漫湾库区静水区大型底栖动物群落密度和生物量增加明显,特别是软体动物中的河蚬河蚬(Corbicula fluminea),其密度和生物量在库区静水区占据绝对优势;库区静水区Margalef丰富度指数(d)增加显著,而Shannon-Weaver指数(H′)表现为旱季降低,雨季增加的趋势;库区沉积物重金属主要生态风险来源于Cd,其次为As,重金属潜在生态风险指数(RI)在静水区增加明显,特别是高水位的旱季,而过渡区增加不大;CCA分析表明沉积物中重金属Cr、As、Pb的含量对大型底栖动物群落及物种组成影响较大;Pearson相关分析表明昆虫纲密度与沉积物中Cr的含量呈显著正相关(P0.01),软体动物门密度与Cd、As、Cu、Zn、Pb的含量和重金属潜在生态风险指数(RI)呈显著正相关(P0.01)。随着澜沧江梯级水坝的运行,漫湾库区大型底栖动物群落及沉积物仍处于动态变化过程中,需进行长期的定点监测及深入研究。     

江苏省不同营养状况湖泊底栖动物群落结构与多样性比较

为了解江苏省湖泊底栖动物群落结构和多样性并研究其对水环境质量变化的响应,于2012年春秋两季对江苏省16个湖泊51个采样点湖泊底栖动物群落结构与多样性以及湖泊综合营养状态指数进行调查,分析水质指标与底栖动物指数间Pearson相关关系。结果表明,江苏省16个湖泊营养状态指数范围为35.5~66.4,其中约81.2%的湖泊处于轻度-中度富营养状态,表明水质从好到中度污染;湖泊底栖动物优势种为寡毛类的霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri),优势度为13.0%;香浓多样性指数(Shannon-Wiener diversity index)范围为0.00~2.20,级别范围由极贫乏到较丰富状态,表明水质污染程度从重度到轻度污染。从全省尺度看,水质评价结果与生物学(香浓多样性指数、Pielou均匀度指数和Biotic Index(BI)指数)评价结果存在一定差异。与历史数据相比,江苏省湖泊底栖动物清洁敏感物种减少甚至消失,总体群落结构趋于小型化。16个湖泊水体总氮和总磷与底栖动物密度呈显著负相关,而综合营养状态指数与底栖动物指数(香浓多样性指数、Pielou均匀度指数和BI指数)间关系不显著。上述研究结果表明综合营养状态指数无法完全客观反映湖泊水生态健康状况,因此需要综合水质、水文、水生生物、生境状况等因素发展新的评价指标体系。     

长江下游南京段至河口近岸带底栖动物分布格局及影响因素

长江南京段至河口近岸带底栖动物组成特征是了解长江下游干流生物分布格局和影响机制的重要参考. 2017年4月对长江干流南京段至河口6个江段43个样点的水体理化因子、栖息地和底栖动物开展了调查,共采集和鉴定底栖动物3门7纲17目35科63种.优势类群是节肢动物和软体动物,优势物种是水丝蚓Limnodrilus sp.,发现原分布于河口区域的圆锯齿吻沙蚕Dentinephtys glabra已成为南京段至河口的最常见多毛纲物种.镇江段物种丰富度和香农多样性均为最高,分别为31和1.71,其次为江阴段,长江北支的物种丰富度和香农多样性最低,分别为12和0.90.典范对应分析(CCA)表明水污染、适宜生境的退化或消失以及航运是长江下游干流南京至河口段底栖动物群落组成变化的主要影响因子.因此,长江下游干流底栖动物分布格局明显受人类活动的影响,水污染控制和生境修复等措施有利于底栖动物多样性的保护恢复.(图4表2参40附表2)     

淡水水生态基准方法学研究:数据筛选与模型计算

水生态基准研究的核心是水生态基准方法学,如何鉴于现有的生态毒理学数据推导出科学合理的基准值,并达到切实保护水生生物的目的,是水生态基准研究的重点。论文从淡水水生态基准方法学中数据筛选和模型计算出发,系统地阐述和比较了现有方法学中关于数据的数量和质量、本土物种数据和非本土物种数据、实验室试验数据和野外现场试验数据、常规测试指标和非常规测试指标以及数据的整理等数据筛选原则,并对评估因子法、物种敏感度分布曲线、种间关联预测以及生态毒理模型等水生态基准的计算模型进行比较。参照国外水质基准推导的过程及我国水生态系统的特征,发展我国水生态基准研究中数据的筛选原则以及科学合理的基准计算方法,以期为建立我国淡水水生态基准推导方法学提供研究基础和科学依据。     

浦阳江底栖动物群落特征与水质生物评价

调查了浦阳江流域26个样点的水体物理化学属性和大型底栖无脊椎动物群落结构,并采用Shannon-Wiener多样性指数和生物指数(BI)评价浦阳江水质.共获得4门7纲17目56科104属123个底栖动物分类单元,其中水生昆虫的物种丰富度和个体数均最高,细蜉属(Caenis)为第一优势种,集食者与中性类群的物种丰富度和个体数分别在功能摄食类群和耐污-敏感类群中最高.Shannon-Wiener多样性指数与化学需氧量(COD_(Cr))(r=-0.515,P=0.007)、总磷(TP)(r=-0.665,P=0.000)极显著负相关;BI与COD_(Cr)(r=0.406,P=0.040)显著正相关,与TP(r=0.704,P=0.000)极显著正相关.典范对应分析(CCA)结果表明,TP、Zn、COD_(Cr)、水温(WT)和p H是影响浦阳江流域底栖动物群落结构的主要环境变量,蜉蝣目和寡毛类是该地区环境变化的主要指示生物类群.Shannon-Wiener多样性指数和BI评价结果表明,浦阳江水体生态质量总体为轻污染或中污染,干流河段略优于支流河段,其中上游点位为清洁水平,少数重污染点位出现在中下游河段上.本研究表明水污染是决定浦阳江底栖动物群落组成和结构变化的重要环境问题因子,降低水体中TP和COD_(Cr)等污染物浓度将有助于浦阳江底栖动物群落的恢复.     

流域水体污染的生态学效应及监测预警

从流域生态系统的结构与功能出发,分述流域水体污染引起的生态学效应(结构与功能效应),并归纳目前国内外生物、生态监测预警的特点.生态监测经历了以敏感和耐污种类比例为主的传统简单指数、以群落结构变化为主的单一指数到以群落结构、营养结构为主要特征的复合多参数指数的发展过程.生物预警利用在线生物监测技术,主要形成了鱼类、无脊椎动物和微生物的三大类生物预警系统.目前,生物完整性指数能从群落水平较好地指示水体污染状况,生态预警则缺乏生态系统水平的研究.因此提出以群落结构为主的生态监测以及生态系统整体水平上的生态预警是未来研究方向的重点.     

基于机器视觉的鱼类模式生物在线监测技术方法研究

水污染的防治问题是我国关注的重中之重,现有理化监测方法的实时性和综合性较差,特别是对于一些极端可变化的环境,更需要新的方法以辅助和解决。生物式水质监测方法被提出,通过利用生物对环境污染或变化所产生的反应来直接或间接体现水质的污染情况。然而,观测指标与量化标准是面临的一大难题。文章利用机器视觉的方法,以青鳉鱼为模式生物,并以青鳉鱼的生理特征以及运动特征(呼吸频率、胸鳍摆动频率、摆尾频率)为观测指标,两方面综合评定青鳉鱼应激状态,实时监测与分析。实验结果表明该方法能为生物式水质监测和预警的发展提供一定支持与参考。测得青鳉鱼呼吸频率为3.06 Hz,胸鳍摆动频率为4.83 Hz,尾鳍摆动频率为5.08 Hz,结果与实际指标一致。     

湿地生态风险评价中生物完整性指数研究进展

湿地是陆地与水域之间的过渡地带,是地球上生产力最高的生态系统。湿地生态风险评价的实际应用将使人们更好地理解物理、化学和生物风险源如何影响湿地,并为湿地管理提供科学支撑,这就要求确定湿地生态健康评价指标的完整性。生物完整性指数以环境生态毒理学数据为依据,是进行生态系统健康风险评价的最有力工具。大中型无脊椎动物作为易选择的分类群,可用于湿地评估的生物完整性指数的建立,土壤动物特别是线虫类群作为湿地土壤和水环境健康评价的指示生物具有广阔前景。通过线虫分子毒理学等研究方法,可优化出生物完整性指数体系,建立扰动背景下的湿地生态风险评价模型,为湿地污染的监测、防控和修复,提供理论依据和实践方法。     

重要生态功能区典型生态服务及其评估指标体系的构建

科学评估重要生态功能区的生态服务是管理者制定相关政策的基础,对促进重要生态功能区维护区域生态安全、支撑经济社会可持续发展具有重要意义。依据生态服务的空间转移特性,探索提出了重要生态功能区典型生态服务的概念与内涵,并在此基础上综合运用频度分析法、专家咨询法和层次分析法,构建了重要生态功能区水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护和洪水调蓄等典型生态服务的评估指标体系。结果表明：在指标体系中,影响水源涵养服务的主要是土壤质地和降水量;影响土壤保持服务的主要是植被覆盖度和丰富度指数;影响防风固沙服务的主要是植被覆盖度和大风时速;影响生物多样性服务的主要是植被景观多样性指数;影响洪水调蓄服务的主要是湿地容积和降水量。土壤、植被、地形和气候等生态因子是重要生态功能区典型生态服务产生与发挥的重要基础。     

黄河流域农业水资源与水环境问题及技术对策

对黄河流域农业水资源与水环境现状和存在问题进行了分析,并针对这些问题,提出了改善黄河流域农业水资源利用与水环境安全的技术对策。研究指出,黄河流域水资源贫乏、水质污染严重、灌溉水水质劣化、农业水资源供需矛盾突出,水环境日趋恶化,产生了严重的生态环境问题;而目前我国缺乏有效的农业水资源和水环境监测预警系统,节水农业和水污染防治技术水平低,基础设施落后,信息平台建设不够,农业种植结构和水资源不匹配。今后应加快建立农业水资源与水环境监测预警系统与信息平台,积极推进农业水资源高效利用技术升级,全面提高农业污染防控技术水平,加强农业水环境保护,调整种植结构,建立节水高效种植制度。     

黄河水量统一调度实施前后河口三角洲生态环境变化研究

全流域水量统一调度是缓解黄河断流,维护流域生态环境的重要举措。水量调度效果如何,河口生态环境变化状况是非常重要的衡量指标。文章提出了评价水量调度效果的河口生态环境对比指标,并尝试运用遥感技术、水文数据和调查资料,对比分析了水量调度前后河口三角洲生态环境变化情况。结果表明,黄河水量统一调度后,河口三角洲最小河道生态基流在非汛期基本得到满足,断流现象不再发生,径流入海率和输沙入海量有所增加,淡水湿地面积逐渐增多,物种多样性明显得到改善。这反映出黄河流域水量统一调度后,河口三角洲生态环境正逐步恢复。     

Acute and long-term effects of sucralose on the water flea Daphnia magna on mobility,survival and reproduction at different temperature regimes

Sucralose is a food additive used as a substitute for sugar. Although the risk of negative effects in organisms exposed to sucralose in the natural environment is low, it is expected that the water concentrations of sucralose will continue to increase in the near future. Temperature in the aquatic ecosystem is also expected to increase, and this needs to be considered in ecotoxicological studies. Herein, we investigated if the water flea Daphnia magna could be affected by sucralose exposure both at optimal and elevated temperatures. No increased mortality or effects on mobility and fecundity were observed after sucralose exposure at any exposure temperature during the course of the experiment. An increase in temperature to 26°С reduced the time required to produce four generations of offspring. However, this result was observed across treatments; hence speeding up of life processes was caused by an increased temperature only and not sucralose exposure. A lack of deleterious effects on the acute and chronic endpoints, even at elevated temperatures, suggests a relative robustness of this species to sucralose. However, due to the extensive use of sucralose in combination with rising water temperatures, further investigations on possible long-term effects should be studied to evaluate potential early warning signals.     

DNA宏条形码(metabarcoding)技术在浮游植物群落监测研究中的应用

保护生物多样性和生态系统健康是维持生态系统功能和实现人类可持续发展的必要条件。浮游植物作为水生生态系统的初级生产者发挥着重要的生态功能,同时有毒藻类的爆发也会威胁水生态安全。然而,基于形态学的物种鉴定方法难以满足日益增长的水生态环境监测的需求。DNA条形码技术利用基因组特定基因的DNA序列来鉴别生物物种,目前已被广泛用于快速物种鉴别。然而其在水生生态系统浮游植物群落的监测中才刚刚起步。由于浮游植物物种多样性高,单基因DNA条形码往往难以识别所有浮游植物种类;近年来,采用多基因条形码、全叶绿体基因组序列的超级条形码,以及特定DNA条形码方法在浮游植物种类鉴别中有很大潜力。本文综述了浮游植物DNA条形码技术在物种鉴别研究方面的进展,以及DNA宏条形码技术(DNA metabarcoding)在水生浮游植物环境监测的应用现状及前景。     

DNA宏条形码（metabarcoding）技术在浮游植物群落监测研究中的应用

保护生物多样性和生态系统健康是维持生态系统功能和实现人类可持续发展的必要条件。浮游植物作为水生生态系统的初级生产者发挥着重要的生态功能,同时有毒藻类的爆发也会威胁水生态安全。然而,基于形态学的物种鉴定方法难以满足日益增长的水生态环境监测的需求。DNA条形码技术利用基因组特定基因上、短的DNA序列来鉴别生物物种,目前已广泛用于快速物种鉴别。然而其在水生生态系统浮游植物群落的监测中才刚刚起步。由于浮游植物物种多样性高,单基因DNA条形码往往不足以识别所有浮游植物种类;近年来,采用多基因条形码、全叶绿体基因组序列的超级条形码,以及特定DNA条形码方法在单物种和群落水平上区分浮游植物种类的潜力很大。本文综述了浮游植物DNA条形码技术在物种鉴别研究方面的进展,以及DNA宏条形码技术（DNA metabarcoding）在水生浮游植物环境监测的应用现状及前景。     

Identification and Choice of a Biological Indicator for the Study of the Contamination of a River Environment by Heavy Metals

Biological indicators are efficient tools for establishing pollution levels in a given environment (Phillips, 1980). In this study the organisms used are endowed with the ability to accumulate heavy metals in the river ecosystem, where a biological indicator may be preferable to direct analysis of water samples as a means of monitoring pollution (Popham and D'Auria, 1981). Further, biological indicators provide estimates of the average level of pollution over a given period of time, and can discriminate a given pollutant present in water on the basis of its biological availability. The selection of a suitable organism, however, should fulfil other requirements, thus it must be sedentary, abundant in various environments and longeval. In the Po river a bivalve mollusc (Unio elongatulus) and some macrophytes (Potamogeton crispus, Lagarosiphon major, Miriophyllum verticillatum, Phragmitescornrnunis), known for their bio-accumulative properties (Ravera, 1966, 1973) have been identified as possible biological indicators of heavy metals (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Co, Cr, Mn, Fe).