应用物种DNA条形码识别太湖流域部分底栖无脊椎动物种类

将物种DNA条形码实际应用于太湖流域底栖无脊椎动物分类,并与形态学分类结果比对,结果表明,DNA条形码技术可应用于本流域底栖无脊椎动物分类,但现阶段无法替代形态学鉴定,主要原因是太湖流域底栖无脊椎动物的绝大多数物种COⅠ基因特征序列是未知的或是BLAST所拥有的分类程度不够,提出在今后的研究中应探索建立太湖流域底栖无脊椎动物COⅠ基因数据库。     

滦河流域大型底栖动物生物完整性指数健康评价

生物完整性指数能够综合反映河流健康状况,是管理者制定科学保护恢复策略的有效评价工具。为全面了解滦河流域水生态健康状况,于2016年10—11月在滦河流域布设53个采样点,同时监测环境数据和大型底栖动物物种数据。通过构建底栖动物生物完整性指数(B-IBI)体系,对53个采样点进行生物完整性健康评价。B-IBI计算结果显示,滦河流域53个采样点中,"健康"和"亚健康"等级共有24个,"一般"等级有12个,"差"等级有10个,"极差"等级有7个。"健康"和"亚健康"的采样点多分布在承德市上游和冀东地区的部分干流和支流,而中下游大部分采样点表现为"差"和"极差"的健康状况。非参数检验结果显示,参照点B-IBI要显著高于受损点,表明所构建的B-IBI评价体系适用于在滦河流域开展河流健康评价。     

瓯江源头区龙泉溪底栖大型无脊椎动物多样性和群落特征

源头区溪流是河流生态系统最脆弱的部分,也是淡水底栖大型无脊椎动物(简称底栖动物)集中分布的热点区域,在流域物种库的形成和生态系统的多样性维持过程中具有不可忽视的作用。然而,目前国内对源头区溪流底栖动物多样性的系统调查研究较少。笔者对位于浙江省丽水市瓯江源头区的龙泉溪进行了底栖动物多样性调查研究,分别于2021年丰水期和平水期在覆盖龙泉溪主要山溪河流的18个样点采样,共采集获得底栖动物标本3 700余号。通过联合使用传统形态分类和DNA条形码技术,共鉴定出底栖动物165种,隶属5门、9纲、19目、68科、124属。联合使用DNA条形码可使底栖动物科、种水平的分辨力提升28.3%和34.1%。调查研究表明:龙泉溪底栖动物多样性丰富,物种组成以节肢动物为主(占比高达87.9%,145种),其中水生昆虫占绝大多数(共计8目、48科、140种,占84.8%),主要优势种为鞘翅目的狭溪泥甲属1种Stenelmis sp.1、毛翅目的纹石蛾属Hydorpsyche和短脉纹石蛾属Cheumatopsyche各1种;底栖动物群落多样性丰富,且在丰水期和平水期均维持在较高的水平;海拔和底质类型等微生境条件对底栖动物多样性分布的影响分析显示,底质类型对底栖动物分布密度的影响显著。对水生态状况的生物评估结果显示:Biotic Index污染生物指数更适合龙泉溪流域的水质健康状况评估,龙泉溪流域整体的水生态状况健康,水质属清洁或极清洁。该研究使用传统形态学和DNA条形码技术相结合的鉴定方式,提高了底栖动物物种鉴定的精度,所获得的多样性调查和水质评价结果为瓯江源头区溪流乃至整个流域的生态保护和长期监测提供了本底基础资料。     

基于底栖动物完整性指数的常州武南区域水生态健康评价

通过2018年对常州市武南区域26个点位的水质和底栖动物的调查及分析,并基于底栖动物完整性指数（B-IBI）对该区域水生态健康状况进行评价。结果表明：武南区域中部及京杭运河以北氮、磷污染严重。该区域共发现底栖动物78种,隶属3门7纲21目36科62属,物种数和个体密度均表现出显著的时空变化性,耐污种霍普水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）为优势种。该区域水生态健康评价等级以一般和中为主。B-IBI与TN、TP存在显著相关性,NH3-N与底栖动物的群落结构显著相关。氮、磷污染是影响底栖动物多样性及水生态健康评价等级提升的重要因素。     

松花江流域生物完整性时空变化分析

采用大型底栖动物生物完整性指数(B-IBI)法对松花江流域的水生态环境质量进行研究分析。结果表明,2015年松花江流域各点位水生态环境质量17.24%为优、10.34%为良好、24.14%为一般、41.38%为较差、6.90%为很差。与2012年松花江流域水生态环境质量的比较和趋势分析表明,松花江干流下游、第二松花江、松花江支流的水生态质量均出现不同程度的改善,松花江干流下游改善尤为显著,松花江干流上游生态质量基本保持不变,嫩江水生态质量有下降迹象。流域总体水生态环境质量得到进一步改善,总物种数和清洁指示类群EPT丰度均有增加。     

松花江流域大型底栖动物生物完整性指数构建及其适用性

利用生物完整性指数评价河流健康状态,对于水环境管理决策具有重要的实践意义。基于大型底栖动物构建生物完整性指数(B-IBI),并评价松花江流域的水生态系统健康状况。在松花江主要干支流设定37个采样点,分别于2016年6、9月进行环境因子和大型底栖动物调查研究。最终从28个候选参数中确定了种类总数、摇蚊种类数、敏感种百分比、Hilsenhoff指数、Marglef指数作为核心参数构建B-IBI。通过0～10赋分法,计算得到了松花江流域全部采样点的生物完整性评价得分。结果显示,松花江流域内60%区域生物状态存在不同程度的损害。另外,B-IBI能够综合反映松花江大型底栖动物群落多样性、生境质量、理化水质等,具有一定的适用性。     

基于底栖动物完整性指数的长江口-杭州湾潮间带水生态状况评价

利用生物完整性指数评价流域水生态状况,所得结果对水环境管理决策有重要指导意义。以2006年崇明东滩底栖动物监测数据为参照状态数据,利用长江口1991—2019年和杭州湾2004—2019年潮间带底栖动物监测数据构建底栖动物完整性指数(B-IBI),最终从56个候选指标中确定了6个核心指标:Marglef指数、软体动物相对多度、甲壳动物+多毛纲相对多度、ASPT、科级生物指数和捕食者相对多度。B-IBI评价结果显示:优秀等级样本有44个,良好等级72个,中等等级31个,较差等级7个,很差等级4个;杭州湾北岸水生态状况显著优于长江口南岸(P<0.05)。经验证,B-IBI与水质综合污染指数呈极显著相关(P<0.01),能够有效指示研究区域的水生态状况。     

长江干流南京段底栖动物群落特征及环境因子相关性研究

于2019-2021年春、秋季在长江干流南京段设置6个调查点位对水体理化因子、底栖动物群落特征开展调查研究。采用典范对应分析方法(CCA)分析了底栖动物与环境因子的响应关系。结果表明,共检出35种底栖动物,分属3门6纲12目19科30属,昆虫纲为优势纲。各监测点位的底栖动物检出种类数相差较大,最多检出21种,最少检出11种。春季优势种为霍甫水丝蚓,秋季优势种为齿吻沙蚕。底栖动物物种密度为2~176个/m^(2),春季的底栖动物平均密度(139个/m^(2))略高于秋季(125个/m^(2)),底栖动物平均密度年度排序为:2019年>2020年>2021年。各监测点位的香农威纳(Shannon-Wiener)多样性指数为2.9~3.5,水质状况处于良好和优秀之间。CCA分析结果表明,高锰酸盐指数和溶解氧对南京段底栖动物群落结构物种时空分布影响较大且大部分群落特征物种分布在含氮营养盐较低的水域,高浓度的含氮营养盐已经对南京段底栖动物产生了负面影响。     

浮游藻类环境DNA宏条形码监测引物的比较与验证

环境DNA (eDNA)宏条形码技术通量高、重复性好,在未来生态环境监测中有巨大的应用潜力。目前,浮游藻类环境DNA监测仍处在发展阶段,尚缺乏统一的浮游藻类扩增引物。利用同一个野外环境样本,比较8对通用引物在浮游藻类环境DNA监测中的差异,为初步建立规范化的浮游藻类环境DNA监测方法提供支撑。结果表明,不同引物对浮游藻类扩增存在明显偏好性,靶向扩增16S rDNA的引物主要检出硅藻,其次是隐藻和绿藻;靶向扩增18S rDNA的1391、AD3和ANF 3对引物具有较高的浮游藻类扩增效率和物种辨识度,分别检出67、62、63个浮游藻属,其检出的浮游藻类的相对丰度排序均为硅藻>绿藻>隐藻>金藻>甲藻,可以作为通用引物用于浮游藻类环境DNA宏条形码监测。     

江苏地表水体大型底栖无脊椎动物生物多样性状况研究

大型底栖无脊椎动物群落结构与水体水质和水生态系统健康状况关系密切,其受外界干扰后群落结构的变化趋势可以反映水体受污染的性质和程度。2008年,对江苏省主要饮用水源地,长江、京杭大运河等主要河流及太湖等重点湖泊开展底栖动物调查与评价研究,共设置调查点位154个。江苏主要饮用水源地底栖动物的物种数量为78种,主要河流发现底栖动物96种,主要湖泊底栖动物发现65种。从物种多样性指数评价结果看,主要湖泊的底栖生物多样性状况优于地表水源地和主要河流,丰富和较丰富所占比例合计达58%;主要河流的评价结果最差,丰富和较丰富所占比例合计仅达30.7%,存在11.3%物种多样性极贫乏的点位,且大部分水体底栖动物组成以耐污种为主,优势种为极耐污的霍甫水丝蚓,水质状况劣于饮用水源地和主要湖泊。     

江苏省太湖流域大型底栖无脊椎动物完整性业务化评价指数构建

为支撑流域水生态目标的业务化管理,提高水生态监测和评价的可操作性,突破物种分类鉴定的技术瓶颈,以大型底栖无脊椎动物为研究对象,在江苏省太湖流域布设120个采样点,于2013年1—3月、7—8月和10—11月开展3次监测。以最小干扰为参照状态,对涉及物种丰度、物种多度组成、耐污能力和摄食类群的72个候选指数进行分布范围、判别能力及相关性分析,结合指数获取的便利性及物种分类的难易程度,最终筛选出3个核心指数构成大型底栖无脊椎动物完整性业务化评价指数,其中湖荡、河流和水库的指数为软体动物分类单元数、优势分类单元相对多度和BMWP指数,溪流的指数为ETO分类单元数、前三位优势分类单元相对多度和BMWP指数。经验证,业务化指数与环境梯度有较好的响应关系,且可操作性强,具备开展业务化应用的前景。但目前的流域水生态目标管理尚处于摸索阶段,技术体系还须在业务化过程中不断修正和完善。     

环境DNA宏条形码监测水生态系统变化与健康状态

开展快速可靠的水生态监测并预测其变化趋势,对保护水生态环境具有重要的价值。近年来,环境DNA宏条形码技术(简称环境DNA技术)的快速发展弥补了传统形态学生物监测的缺陷,显著提升了水生生物群落的监测能力。与机器学习、遥感和云服务等技术结合,环境DNA技术不仅能大尺度、高频率、高灵敏度、自动化地获取生态监测信息,而且能准确地识别水生态系统的变化趋势,进而改变对水生态系统的认识与管理方式。因此,研究着重总结了环境DNA技术在水生态监测中的应用,分析了环境DNA技术与机器学习、卫星遥感等跨学科合作的潜在机遇,基于环境DNA技术简单、便捷的优势,提出了社会公民参与水环境保护的生态监测新思路。     

中国北方河流底栖动物群落季节性演替对水生态环境质量评价的影响

大型底栖动物是评价水生态质量最常用的生物类群,鉴于水生昆虫的生活史特点,在一年当中群落结构会发生季节性变化,如何利用底栖动物数据准确评价水生态质量状况,反映客观实际,值得探讨。将黑龙江省2012—2015年水生生物试点监测47个采样点的108组底栖动物数据进行比较,对群落结构的相似性、物种的更替率和BMWP指数评价结果进行分析,探讨群落的演替及BMWP指数的变化规律。结果表明不同时间采集的样品底栖动物群落之间存在较大差异,评价的结果也存在差异,越是水环境质量好的区域,这种差异越明显。利用底栖动物评价水生态状况,宜选择长时间段的多个采集数据,经统计整理后,利用复合样方(年均值)的特征,评价一段时间内(如以年为单位)的水生态质量状况,使评价结果更具准确性。     

城镇化对西苕溪大型底栖动物群落的影响

于2004—2010年5月对西苕溪流域20个参照点,5个中度干扰点以及2个重度干扰点的底栖动物进行了调查,共鉴定出74科190属226个种;受干扰后,底栖动物群落物种丰富度、EPT物种丰富度、Shannon-wiener多样性指数和B-IBI指数显著下降,BI指数显著升高。CCA分析结果表明,参照、中度和重点干扰样点的底栖动物群落差异明显。城镇化引起的溪流水温上升、营养盐升高、泥沙输入量增多和堤岸固化是导致溪流底栖动物群落退化的主要原因。     

中国淡水大型底栖无脊椎动物条形码数据库构建

大型底栖无脊椎动物是得到广泛应用的水质生物监测和评价指示生物,但在实际应用过程中,受类群多样性高、形态鉴定专业性强、鉴定资料不全等影响,难以将其精确鉴定到种.新兴的DNA条形码技术能够快速、精确地鉴定物种,在生物多样性调查和监测等领域被寄予厚望.该方法的有效性与准确性依赖于完整、全面的参考数据库,然而现有公共数据库无法...     

Benthic Macroinvertebrate Responses to Increasing Levels of Cattle Grazing in Blue Ridge Mountain Streams, Virginia, USA

The relationship between benthic macroinvertebrate assemblages and cattle density was assessed from fall 2002 through spring 2004 in five small streams that represented a gradient of cattle grazing intensity. All study stream reaches were in pasture with no woody riparian vegetation, but varied in the intensity of cattle grazing (0 cattle ha⁻¹ at site 1 to 2.85 cattle ha⁻¹ at site 5). Regression analysis indicated highly significant and strong macroinvertebrate metric responses to cattle density during most sampling periods. The majority of metrics responded negatively to increased grazing, while a few (total taxa richness, number of sensitive taxa, and % collector filterers) increased along the gradient before declining at the most heavily grazed sites. Total number of sensitive taxa and % Coleoptera had the strongest relationship with cattle density throughout the study period. During some sampling periods, nearly 80% of the variation in these metrics was explained by cattle density. The elmid beetle, Oulimnius, had a particularly strong negative response to the grazing gradient. Study site groupings based on taxa composition, using detrended correspondence analysis (DCA), indicated that benthic samples collected from the reference site and light rotational grazing site were more similar in macroinvertebrate taxa composition than samples collected from the intermediate grazing and heavy grazing sites. Our findings demonstrate that biological integrity, as measured by benthic macroinvertebrate metrics and assemblage composition, is highly related to cattle density in small streams in the Blue Ridge mountains, Virginia, USA. This suggests that the degree of agricultural intensity should be given consideration in stream assessments, as well as land use planning and regulatory decisions.     

Ecosystem Responses to Extreme Natural Events: Impacts of Three Sequential Hurricanes in Fall 1999 on Sediment Quality and Condition of Benthic Fauna in the Neuse River Estuary, North Carolina

A study was conducted in November 1999 to assess sediment quality and condition of benthic fauna in the Neuse River Estuary (NRE), North Carolina, USA, following the passage of three Atlantic hurricanes during the two months prior. Samples for analysis of macroinfauna (>0.5 mm sieve size), chemical contamination of sediments, and other abiotic environmental variables (salinity, dissolved oxygen, pH, depth, sediment granulometry) were collected at 20 sites from the mouth of the Neuse River at Pamlico Sound to approximately 90 km upstream. Results were compared to those obtained from the same area in July 1998 using similar protocols. Depressed salinity, caused by extreme rainfall and associated high freshwater flow, persisted throughout much of the estuary, which had experienced periods of water-column stratification and hypoxia of underlying waters. Fifteen of the 20 sites, representing 299 km² (76% of the survey area), also showed signs of benthic stress based on a multi-metric benthic index of biotic integrity (B-IBI). Benthic impacts included reductions in the abundance, diversity, and numbers of species and shifts in taxonomic composition, with a notable increase in dominance of the opportunistic polychaete Mediomastus ambiseta as other former dominant species declined. There was no significant increase in the extent of chemical contamination compared to pre-hurricane conditions. Storm-related reductions in dissoved oxygen and salinity were the more likely causes of the observed benthic impacts, though it was not possible, based on these results, to separate storm effects from seasonal changes in the benthos and annual episodes of summer anoxia and hypoxia.