渭河流域河流着生藻类的群落结构与生物完整性研究

以渭河流域为研究范例,调查了全流域范围河流内45个样点的着生藻类群落和水环境理化特征,并在此基础上应用着生藻类生物完整性评价指数(P-IBI),对渭河流域水生态系统进行健康评价.同时讨论了水环境理化因子与着生藻类群落结构的相互关系,并对比分析了渭河流域不同区域水生态系统健康水平差异的原因.结果表明,渭河流域着生藻类群落结构具有明显的空间异质性,典范对应分析结果显示,驱动着生藻类群落结构形成的水环境因子为电导率和流量.P-IBI结果表明,渭河干流的上游及渭河干流的右岸支流健康状况较好,而渭河干流中下游区域及左岸支流的健康状况较差.泾河全流域及洛河下游地区健康状况较差,而洛河中上游区域永生态系统着生藻类生物完整性较高.     

基于eDNA的硅藻群落时空异质性及生态健康评价

近年来,环境DNA技术广泛应用于水生态生物多样性监测,如何基于环境DNA数据建立河流生态健康评价方法是当前研究的热点.拟开发基于环境DNA的分子硅藻指数来指示人类活动影响下的河流生态健康状况.首先通过环境DNA技术监测了沙颍河流域春秋两季硅藻群落组成和结构变化,解析了春、秋两季群落的驱动环境因子;进一步比较了4种基于环境DNA宏条形码数据的计算策略(OTU-分类、OTU-无分类、ASV-分类和ASV-无分类),构建了适合于评估沙颍河流域生态健康状况的分子硅藻指数.结果表明:①硅藻群落结构存在季节性差异,其中Discostella pseudostelligera、Nitzschia amphibia和Diatoma vulgaris等类群是区分春、秋季硅藻群落季节差异的主要因素;②重金属Mn、Fe和TN (总氮)是影响春季硅藻群落结构变化的主要环境因子,COD和Cu是影响秋季硅藻群落结构变化的主要环境因子;③在4种计算策略中,基于OTU-无分类数据计算的硅藻指数更好地反映了环境梯度变化;硅藻指数显示,沙颍河流域生态健康状况在时间上秋季优于春季,而在空间上上游优于下游.综上,通过eDNA技术监测了沙颍河春、秋两季硅藻群落,构建了沙颍河流域分子硅藻指数,促进了环境DNA技术在河流生态健康评价中的应用.     

澜沧江硅藻的地理分布模式与关键驱动因素

硅藻作为重要的初级生产者,在水域生态系统中发挥重要作用,然而目前对于大型河流中硅藻的地理分布特征和驱动因素知之甚少.本文以我国西南地区典型大河澜沧江干流1200 km河段为研究区域,基于真核微生物高通量测序数据集,探究浮游硅藻和底栖硅藻在不同河段的分布特征和关键驱动因子.结果表明,澜沧江浮游硅藻和底栖硅藻的物种多样性在上游自然河段较高,两类硅藻的群落结构在不同河段间存在显著差异,建坝对两类硅藻的优势属相对丰度均产生显著影响.方差分解分析结果表明,扩散限制是浮游硅藻和底栖硅藻地理分布的主导驱动因子,解释率分别为16.7%和29.8%.共现网络分析结果表明,相比底栖硅藻,浮游硅藻的种间竞争关系和网络连通性较强;梯级库区段两类硅藻的网络连通性均高于上游自然河段.本研究补充了大型河流硅藻地理生态分布的认知不足,同时揭示了河流硅藻群落对水电开发的响应.     

滦河流域浮游生物与底栖动物分布特征调查研究

基于2010年7月、10月两次对滦河流域的上游高原、中游山区以及下游平原河段21个典型断面水生生物调查,并采用Shannon-Wiener多样性指数、Pielou群落均匀度指数和Simpon指数对各区域的浮游生物与底栖动物的群落组成、生物多样性以及空间异质性进行生物多样性评价。结果表明:滦河流域浮游植物的优势种整体上以绿藻门和硅藻门为主,浮游动物以轮虫和桡足类为主要类群,底栖动物的主要类群为水生昆虫和软体动物;滦河流域浮游植物生态群落结构较稳定;浮游动物生态群落结构较不稳定;底栖动物种类以摇蚊科居多,生态结构较单一;滦河流域的水生生物类群组成及分布与水流、泥沙、水质等河流水文特征及河床底质类型密切相关,并可在一定程度上反映河流水环境状况。     

滇池流域入湖河流丰水期大型底栖动物群落特征及其与水环境因子的关系

研究了滇池流域入湖河流丰水期大型底栖动物群落特征及其与水环境因子的关系.在滇池流域29条入湖河流2009年7～8月进行大型底栖动物群落调查,并在2008年9月～2009年8月进行逐月17项水环境指标监测,目的是阐明滇池流域入湖河流丰水期大型底栖动物群落特征,识别影响大型底栖动物群落特征的主要水环境因子,比较大型底栖动物群落Shannon-Weaver多样性指数与水环境质量评价空间分布格局的特点.滇池流域入湖河流丰水期共检出大型底栖动物3门7科8属(其中环节动物门4科5属,软体动物门2科2属,节肢动物门1科1属),群落结构以环节动物门的水丝蚓属(耐污生物)为优势属;TN、 NH⁺₄-N、 TP和DO是影响大型底栖动物群落特征的主要水环境因子,分别为2.03～32.00、 0.34～26.66、 0.09～3.20、 0.10～6.80 mg/L;大型底栖动物群落Shannon-Weaver多样性指数与水环境质量评价的空间分布格局一致,均为流域北部入湖河流(王家堆渠、新运粮河、老运粮河、乌龙河、大观河、西坝河、船房河、采莲河、金家河、盘龙江、大青河、海河、六甲宝象河、小清河、五甲宝象河、虾坝河、老宝象河、新宝象河和马料河)污染状况严重程度>流域南部入湖河流(淤泥河、老柴河、白鱼河、茨巷河、东大河、中河和古城河)>流域东部入湖河流(洛龙河、捞鱼河和南冲河).     

北京市北运河水系底栖动物群落与水环境驱动因子的关系及水生态健康评价

底栖动物可反映多种生态威胁对水环境的积累效应,与河流水生态系统健康状态密切相关.本研究以北京市典型流域北运河流域为例,基于2015年夏季野外采样调查34个站点水生态数据,对底栖动物群落特征进行分析,采用典型对应分析筛选得到水质驱动因子,利用临界点指示类群分析方法探究关键影响因子的指示物种及其阈值,并基于底栖动物完整性指数和综合指数法对水生态系统健康状况进行评价.结果表明,底栖动物群落以耐污的水生昆虫和软体动物为主,多样性水平较低,位于0～1.01之间;氟化物、生化需氧量、氨氮和总磷为底栖动物群落的关键水质影响因子;氨氮有4种正响应指示物种,其阈值范围为1.09～6.94 mg·L^-1,总磷有3种正响应指示物种,其阈值范围为0.48～1.27 mg·L^-1;健康评价结果表明全流域水生态健康评价结果总体较差,中上游健康状况相对较好,健康状况最好地区主要位于昌平区山区,健康状况最差地区主要位于朝阳区及中心城区.本研究结果可为河流生态修复和污染物控制提供依据,同时也为其他城市水生态文明建设提供参考.     

滦河流域土地利用对大型底栖动物生物指数的路径分析

基于滦河流域65个样点的河流景观与大型底栖动物调查数据,分别采用回归分析、排序分析等统计方法和结构方程模型,探讨了流域尺度的土地利用格局对大型底栖动物群落及其重要生物指数的影响路径.结果表明:1)对大型底栖动物群落结构产生影响的主要水环境和物理生境是电导率、全氮含量和细粒物质比例;2)基于关键因子构建的结构方程模型,分别对底栖动物生物完整性指数、香农-威纳多样性指数和总分类单元数指数的总体解释度达到47%、33%和47%,其路径分析结果指出,流域土地利用格局(耕地%、草地%)影响水环境状况(氨氮、总磷、电导率),进而影响了大型底栖动物群落结构及生态功能.研究表明结构方程模型可有效探讨流域尺度土地利用格局对河流大型底栖动物影响的路径,相关结果可为了解不同尺度人类活动对河流生物的影响过程,以及河流生态修复提供重要的参考依据.     

海河流域河流生态系统健康评价

随着经济发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.本研究以海河流域2010年73个采样点的水质、营养盐和底栖动物指标为例,采用指标体系法,从化学完整性和生物完整性两方面评价了流域内河流生态系统健康.结果表明,海河流域河流生态系统健康状况整体较差,有72.6%的样点处于"极差"健康状态,同时表现出明显的地区集聚效应;河流水质与人类活动强度密切相关;海河流域水体富营养化趋势明显;流域内底栖动物多样性低,清洁物种较少.氨氮、总氮、总磷等营养盐指标是影响河流生态系统健康的关键因子,应从控制上述指标入手,遏制海河流域河流生态系统健康恶化.对于河流生态系统健康评价,多因子的综合评价法优于单因子评价法.     

硅藻指数在嫩江支流甘河的适用性评估

为了筛选出适用于甘河水生态评价的硅藻指数,合理评价甘河水生态健康状况,2018年8月在嫩江支流甘河调查了19个点位的着生硅藻群落结构和水环境特征.应用21种硅藻指数对甘河水生态健康状况进行评价,采用箱体图法分析了所选硅藻指数的适用性,使用Spearman相关分析研究了硅藻指数与环境因子的相关性,最后应用多元线性回归方法分析了不同因素对硅藻指数在甘河评价正确率的影响.结果表明:①所选硅藻指数中,IBD（biological diatom index,硅藻生物指数）、EPI-D（diatom eutrophication pollution index,富营养污染硅藻指数）和IPS（specific pollution sensitivity index,特定污染敏感指数）的评价结果区分度最好,最适用于甘河水生态健康状况评价.②甘河丰水期水生态健康状况总体较好,约70%的点位水生态健康状况为健康、较好和一般,约30%的点位水生态健康状况为较差和极差,极差的点位全部位于甘河下游区域.③硅藻指数与COD_Cr的相关性对硅藻指数评价正确率有显著影响（P < 0.01）,硅藻指数与COD_Cr相关性越强,评价的正确率越高;物种覆盖度对硅藻指数评价的正确率也有影响,但不显著,各点位最小物种覆盖度高于65%时,物种覆盖度对藻指数评价的正确率影响较为明显.研究表明,硅藻指数可以有效地评价水生态健康状况,但硅藻指数与环境因子之间的相关性等因素会影响评价的正确率,因此选择合适的硅藻指数进行研究区域的水生态健康状况评价尤为重要.      

乌江中上游底栖硅藻群落与阴阳离子、重金属间的关系

首次对乌江中上游底栖硅藻群落组成特点进行定量系统研究,得知其组成基本上呈种类多、丰度小,种类少、丰度大的分布状况。对底栖硅藻丰度和八种离子、重金属间关系进行定量分析后知Hg元素是影响底栖硅藻丰度的第一显著因子,建立了底栖硅藻丰度-汞元素曲线回归方程。可为用硅藻监测、评价河流水质提供理论基础,并为水质预警的硅藻生物指标的研究提供科学依据。     

综合硅藻指数的建立及其在淡水生态评价中的应用

硅藻在水生态系统中具有重要作用,具有分布广泛、繁殖周期短、对环境变化反应敏感等特点,被广泛用于水体质量监测. 为建立适用于我国水体生态评价的硅藻指数,2017年8月—2018年8月调查了长江下游主要湖泊和青弋江水系的着生硅藻群落结构及环境特征,使用Speraman相关分析研究硅藻指数与环境因子的关系,使用箱形图分析硅藻指数的适用性. 结果表明:①通过研究长江下游主要湖泊和青弋江水系硅藻与环境因子的关系,确定了114种硅藻对水体TP、TN和COD_Mn浓度变化的最优值和耐受值及环境指示,建立了一个适用于青弋江和长江下游湖泊水体环境评价的综合硅藻指数(comprehensive diatom index, CDI). ②Spearman相关分析结果显示,无论在河流水体还是在湖泊水体中,CDI与TP、COD_Mn、TSP和TN的浓度均呈显著相关. ③箱形图结果显示,CDI在河流和湖泊中均呈现随水质梯度增加而变大的趋势,说明CDI可以很好地反映水体的环境质量. 研究显示,使用CDI评价长江下游湖泊及青弋江水系水体质量,得到较好的结果,是一种评价水体质量较好的生物评价方法.      

拉林河水环境质量现状与污染源分析研究

为了解拉林河流域的水环境质量及污染物来源,在平水期,对拉林河干流沿线进行现场勘查及断面水质监测。结果表明:拉林河上游沙河子镇断面水质呈Ⅰ类~Ⅱ类(除总氮外),中游五常市下游断面呈Ⅲ类~劣Ⅴ类,下游入松花江口断面呈Ⅲ类~Ⅳ类。拉林河黑龙江省境内沿河村镇每年排放的生活污水、垃圾、畜禽粪污、化肥、农药产生的CODcr、氨氮、总氮、总磷的贡献量分别为10万吨、1.69万吨、2.96万吨、2 881吨。     

北京市河流生态系统健康评价

伴随经济的快速发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.以北京市河流水系为例,于2020年秋季至2021年夏季在区域内101个样点进行了4个季度的野外调查,选取涵盖水文、水质、水生生物和栖息环境质量的34个评价指标,采用主成分分析和相关分析进行筛选,利用熵权法确定各评价指标权重,构建北京市河流生态系统健康评价指标体系,并对其健康状况进行评价.结果表明,北京市河流生态系统健康评价指标体系包括：水温、流速、BOD₅、NH₄⁺-N、Cu、浮游植物密度、浮游动物密度、底栖动物Shannon指数和BMWP指数、鱼类Shannon指数和栖息地质量指数11项指标.北京市河流101个点位中,健康状态占比4.95%,亚健康占比23.76%,一般及以下占比71.29%.河流健康状况具有较强的空间异质性,北部和西部地区河流健康状况良好,而中部及东南地区健康状况相对较差.单项指标评价结果显示,北京市河流水质状况整体尚可,为"亚健康-一般"状态,生物和栖息地状况评价均为"一般-差"状态,但水文状况堪忧,为差状态.北京市各水系评价结果显示,潮白河水系健康状况最好,永定河、大清河和蓟运河水系健康状态一般,北运河水系健康状况最差.维持河流生态基流,保障河流水系连通性,改善和恢复河流栖息地环境是今后北京市河流进行生态修复与保护需要重点关注的方面.     

澜沧江梯级水坝库区大型底栖动物群落结构及水质生物学评价

梯级水电开发虽然可以最大程度地利用河流的水能资源,但同时也是对河流生态系统的大规模扰动.大型底栖动物被认为是开展梯级水坝水生态系统变化和演替研究的指示生物类群.本文选取澜沧江中下游水电基地为研究区,于2016年开展漫湾和大朝山梯级水坝库区大型底栖动物群落采样调查,分析梯级库区大型底栖动物的群落结构和分布格局,基于生物指数(BI)开展水质生物学评价.结果表明:大型底栖动物物种组成以寡毛纲、软体动物门及昆虫纲的摇蚊类为主,优势种则以软体动物门的河蚬占绝对优势;群落密度和生物量分布格局表现为静水区显著高于过渡区;静水区功能摄食群密度组成以收集者(GC)和滤食者(FC)占优势,生物量组成则以滤食者(FC)占优势;ABC曲线和生物指数分析表明,上游漫湾库区群落稳定性及水质优于下游大朝山库区,反映了梯级水坝沿着河流纵向梯度水环境逐渐变差的趋势,澜沧江梯级水坝库区大型底栖动物群落结构、分布格局和库区水质状况受梯级水坝运行影响表现为明显的累积效应和富营养化效应.     

Integrated assessment of river health based on water quality, aquatic life and physical habitat

The health conditions of Liao River were assessed using 25 sampling sites in April 2005, with water quality index, biotic index and physical habitat quality index. Based on the method of cluster analysis (CA) for water quality indices, it revealed that heavily polluted sites of Liao River are located at estuary and mainstream. The aquatic species surveyed were attached algae and benthic invertebrates. The result showed that the diversity and biomass of attached algae and benthic index of biotic integrity (B-IBI) were degrading as the chemical and physical quality of water bodies deteriorating. Physiochemical parameters, BOD5, CODCr, TN, TP, NH3-N, DO, petroleum hydrocarbon and conductivity, were statistically analyzed with principal component analysis and correlation analysis. The statistical results were incorporated into the integrated assessing water quality index, combining fecal coliform count, attached algae diversity, B-IBI and physical habitat quality score. A comprehensive integrated assessing system of river ecological health was established. Based on the systimetic assesment, the assessed sites are categorized into 9 “healthy” and “sub-healthy” sites and 8 “sub-sick” and “sick” sites.     

应用生物完整性指数评价我国河流的生态健康

河流生态健康评价是开展流域水生态健康评估和管理的重要技术基础,生物完整性是评估流域生态完整性的重要构成指标.基于生物群落特征参数的多参数指数（MMI）和预测模型的样点物种组成观测值与期望值比值的O/E指数（O,观测值;E,期望值）,是应用最广泛的评价生物完整性的两个重要指数;美国和欧盟等都已建立完善的基于生物完整性指数评价水生态健康的国家和地方规范.本文综述了MMI和O/E指数的基本概念和构建方法,比较了两者的共同点和优缺点;回顾了两者的发展简史和国内外的应用现状,分析了目前我国对MMI和O/E指数研究与应用的现状和不足,并提出了国内未来研究和应用MMI与O/E指数的建议.