基于鱼类生物完整性指数的浑河流域水生态健康评价

基于2010年5—6月浑河流域62个采样点的鱼类调查数据,应用F-IBI(鱼类生物完整性指数)体系评价浑河河流的生态健康状况. 从23个候选指标中筛选出适用于构建浑河流域F-IBI体系的6个指标,分别为总渔获量、雅罗鱼亚科种类所占比例、鳅科鱼类所占比例、经济鱼类所占比例、耐污物种所占比例和广布种所占比例. 采用比值法计算各指标的F-IBI值,根据所有采样点F-IBI值的75%分位数确定健康标准,对于小于所有采样点F-IBI值75%分位数的数据进行四等分,以确定浑河流域F-IBI体系的评价标准,依次分为健康、亚健康、一般、差和极差5个等级. 结果表明,处于健康、亚健康、一般、差、极差状态的采样点分别占采样点总数的22.58%、27.42%、24.19%、14.52%、11.59%,其中前三者所占比例为74.19%,健康状况为差和极差的采样点主要分布在以沈阳市区为分界的浑河流域下游. Pearson相关分析可知,F-IBI值与电导率呈负相关,而与栖息地质量指数呈正相关. 研究显示,浑河中上游河段的健康状况基本处于健康、亚健康和一般状态,而浑河下游的健康状况令人担忧,处于差和极差状态. 浑河下游恶劣的水生态状况主要是受到沈阳工业区的影响.      

浑太河流域鱼类生物完整性指数构建与应用

为了解决在不同区域和不同河流类型间等大尺度范围内F-IBI(鱼类生物完整性指数)评价方法体系的建立问题,以浑河-太子河(下称浑太河)流域为研究区域,构建符合区域性特征的生物完整性评价体系并进行应用研究. 于2014年5月对浑太河流域32个采样点的鱼类进行采样调查,根据鱼类群落特征的空间差异和浑太河流域水生态分区,将采样点分为中上游和下游区域两种类型. 通过综合栖息地和水质的标准化方法确定参照点和受损点,依据候选指标分布范围检验、敏感性分析和相关性检验,筛选出浑太河流域中上游F-IBI核心指标包括总物种数、Shannon-Wiener多样性指数、鲤形目鱼类物种数百分比、雅罗鱼亚科个体数百分比、鳅科鱼类物种数百分比、鲈形目鱼类物种数百分比、杂食性鱼类物种数百分比、肉食性鱼类物种数百分比、敏感性鱼类个体数百分比等9个指标;下游筛选出F-IBI核心指标包括总物种数、Shannon-Wiener多样性指数、鮈亚科鱼类物种数百分比、鲈形目鱼类物种数百分比、虾虎鱼科鱼类物种数百分比、中上层鱼类物种数百分比、东北特有鱼类物种数百分比、无脊椎动物食性鱼类物种数百分比、耐受性鱼类个体数百分比等9个指标. 分别提出了浑太河流域中上游和下游的参数标准化公式和健康评价标准,依此将浑太河流域健康状态划分为极好、好、一般、差和极差5个健康等级. 评价结果表明,浑太河流域健康状况整体偏差,在32个采样点中,健康状况处于差和极差的采样点占采样点总数的37.5%,一般的采样点占21.88%,仅有6.25%的采样点处于极好状态. Pearson相关性分析结果显示,F-IBI分值与电导率、ρ(BOD₅)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)和ρ(TN)均呈显著负相关,而与栖息地综合指数呈显著正相关,表明F-IBI可有效评估浑太河流域的健康状况.      

浑太河河流生态系统完整性评价体系的构建

河流健康评价是进行河流管理的重要工具.为了对浑太河进行全面准确的健康评价，基于65个采样点共45个候选指标构建具有生物完整性、物理完整性及化学完整性在内的河流IEI（index of ecological integrity，生态系统完整性）评价体系.根据栖息地综合质量评估和水质等级确定参考样点和受损样点，通过筛选候选指标获得构建IEI评价体系的核心指标并进行标准化处理，按照层次分析法将三部分指标分别赋予不同的权重，运用比值法及分位数法算出各采样点的得分，最终得出浑太河的健康评价结果.为验证IEI评价体系的优势及结果的可靠性，将IEI、SFA（single factor assessment，单因子评价）、F-IBI（fish index of biological intergrity，鱼类生物完整性）3种评价结果进行对比分析.结果表明:①雅罗鱼亚科百分比、鲤亚科百分比、杂食性鱼类百分比、护卵行为鱼类百分比、流速、底质含沙量比例、草地面积、ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（COD_Mn）、电导率及ρ（SS）可作为构建IEI评价体系的12个核心指标.②IEI评价结果显示，"健康"样点占24.62%，"较好"样点占9.20%，"一般"样点占6.15%，"较差"样点占60.03%.浑太河水生态健康状况整体较差，中上游地区的水生态健康状况优于下游地区，太子河的水生态健康状况优于浑河.③IEI、F-IBI、SFA评价结果在一般以下样点分别占66.18%、67.70%、63.08%，3种评价结果在全河流范围内大体一致，但在点源污染的采样点，IEI评价结果更贴近采样点的实际情况，更为客观.研究显示，构建的IEI评价体系适用于浑太河的健康评价.      

辽河流域河流生态系统健康的多指标评价方法

多指标综合评价是当前河流生态系统健康评价的发展趋势. 根据辽河流域2005年水生态监测数据,构建了涵盖水体物理化学、水生生物和河流物理栖息地质量要素的健康候选指标体系. 采用主成分分析与相关性分析方法对评价指标进行了筛选,以此构建了由五日生化需氧量、溶解氧、电导率、总氮、总磷、高锰酸盐指数、粪大肠菌群数、着生藻类Shannon-Weaver多样性指数、底栖动物完整性指数、河流物理栖息地质量综合指数等10个指标构成的河流健康综合评价指标体系. 以改进的灰色关联方法作为评价方法,评判多指标下的河流健康等级状况. 结果表明,辽河流域的25个采样点中有3个达到“健康”等级,14个达到“亚健康”等级,其余则为“较差”和“极差”等级,其中健康与亚健康等级采样点均位于辽河源头以及支流上游区,受人类活动干扰较小,而较差和极差等级主要位于辽河中下游河段;城市和工业排污是影响河流健康的主要原因.      

东苕溪鱼类生物完整性评价河流健康体系的构建与应用

以东苕溪流域为研究区域,建立基于鱼类生物完整性指数(IBI)的河流健康评价指标体系.采样点来自2个不同的生态区,共建立了2套不同的IBI评价指标体系和标准.上游支流样点均来自浙闽山地常绿阔叶林生态区,从而建立了东苕溪上游支流的IBI指标体系:即鱼类总物种数(M1)、平鳍鳅科鱼类物种数百分比(M5)、中国土著鱼类物种数百分比(M6)、Shannon-Wiener多样性指数(M7)、无脊椎动物食性鱼类个体百分比(M13)、植食性鱼类个体百分比(M14)、敏感性鱼类个体百分比(M1)7个参数指标.中下游样点均来自长江三角洲城镇及城郊农业生态区,建立了东苕溪中下游区域的IBI指标体系:即鱼类总物种数(M1)、虾虎鱼科鱼类物种数百分比(M4)、中国土著鱼类物种数百分比(M6)、Shannon-Wiener多样性指数(M7)、上层鱼类物种数百分比(M8)、中上层鱼类物种数百分比(M9)、植食性鱼类个体百分比(M14)、借助贝类产卵鱼类物种数百分比(M21)、鱼类总个体数(M22)、畸形、患病鱼类个体数百分比(M23)等10个参数指标.河流健康状态划分为5个健康等级:即“健康”、“一般”、“较差”、“极差”和“无鱼”.应用IBI指标体系评价东苕溪流域的45个观测点的河流健康状况,结果显示东苕溪流域绝大多数河段的健康状况处于“一般”和“较差”水平.2011年,东苕溪中下游河段的健康状态较2010年有所改善,然而上游支流的健康状态较2010年有所下降.     

基于大型底栖动物完整性指数的新疆额尔齐斯河健康评价

为建立我国西北地区跨境河流生态系统健康的评价指标与标准,应用B-IBI (benthic-index of biotic integrity,底栖动物完整性指数)评价新疆额尔齐斯河流域的健康状况. 于2012年7月、8月、10月及2013年5月在额尔齐斯河全流域设10个典型采样点,进行4次大型底栖动物调查,从23个候选生物指标中筛选出适用于构建额尔齐斯河B-IBI评价体系的参数,主要包括总分类单元数、EPT(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目)分类单元数、前3位优势分类单元个体相对丰度、襀翅目个体相对丰度和黏附者个体相对丰度. 以参照点B-IBI的25%分位数作为健康评价标准来确定B-IBI的评价等级:B-IBI>2.04为极好,1.53＜B-IBI≤2.04为好,1.02＜B-IBI≤1.53为一般,0.51＜B-IBI≤1.02为差,B-IBI≤0.51为极差. 结果表明:在所有采样点中,6个采样点处于健康状况极好或好的状态,3个采样点健康状况一般,1个采样点健康状况较差;各采样点B-IBI在不同月份变化各异. 整体来看,额尔齐斯河的水体健康状况较好,但局部河段水体受到不同程度污染. 基于B-IBI的健康评价结果与其他生物指数〔Chandler计分制生物指数、BMWP(biological monitoring working party)分数系统分值〕评价结果相一致,表明所构建的B-IBI评价指标与标准对额尔齐斯河的健康状况评估具有较好的适用性,可作为额尔齐斯河流域水体环境监测的一种有效手段.      

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.     

基于鱼类和底栖动物生物完整性指数的济南市水体健康评价

F-IBI（fish index of biological integrity,鱼类生物完整性指数）和B-IBI（benthic-macroinvertebrate index of biological integrity,底栖动物生物完整性指数）在大尺度流域范围内应用较广,但在城市水体中的应用研究较少.为了解F-IBI和B-IBI在城市水体中的适用性,分别于2014年和2015年的5月、8月和10月分6次对济南市水体进行野外采样调查,共设46个采样点（其中,12个采样点位于水库,34个采样点位于河流）,采集底栖动物和鱼类,并测定了23个水环境因子.依据生物物种丰富度、种类个体数量比例、敏感性和耐受性、营养结构、繁殖共位群、物种多样性等功能属性,共计算底栖动物生物参数27个、鱼类生物参数22个.采用箱体图法和累计系数法,分别对河流型水体和水库型水体的生物参数进行筛选.根据百分位数法,共划分健康、较好、一般、较差、极差5个等级.通过Pearson相关性检验法判定鱼类和底栖动物评价结果的一致性.结果表明:①底栖动物总分类单元数、BMWP指数、鱼类物种数、鱼类个体数为河流型水体和水库型水体共同核心参数.②鱼类评价结果显示,健康样点6个、较好样点7个、一般样点9个、较差样点12个、极差样点12个,底栖动物依次分别为6、6、8、17、9个.③F-IBI和B-IBI相关系数为0.56,相关性较为显著.研究显示,济南市南部黄河区、小清河区东部生物完整性较高,城区东部及北部徒骇马颊河区生物完整性较差,鱼类和底栖动物评价结果具有较强的一致性.      

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.     

乡镇尺度下河流生态系统健康评价:以宜昌市良斗河为例

为探明乡镇尺度下河流健康状况,采用层次分析法、BP神经网络和赋分法评价良斗河河流健康程度。健康等级评价结果表明:全流域8个样点中,有50%的样点为Ⅰ级,37. 5%为Ⅱ级,12. 5%为Ⅲ级。健康状况较好的样点主要分布在河流上游,随径流河流健康状况逐渐变差,良斗河河流生态系统健康状况具有较强的空间异质性。单因子评价结果显示:引起各乡镇河段生态系统健康状况变化的主要因素各不相同,水环境指标的影响最为突出,是良斗河健康评价中必不可少的指标类型。     

滦河流域鱼类群落结构空间异质性与影响因子分析

掌握鱼类群落结构与环境因子的关系是河流鱼类多样性保护与恢复的基础.基于2016年10月对滦河流域58个采样点的调查数据,通过聚类分析法及NMS（非度量多维标度法,non-matric multidimentionalscaling）分析了滦河鱼类群落空间格局特征,并采用典范对应分析（CCA,canonical correspondence analysis）探讨了影响鱼类群落结构的环境因子.调查期间共采集鱼类15科41属49种,鲤科鱼类最多,为23种.研究表明:①聚类分析发现鱼类空间分布可分为3组,第1组集中在滦河干流中下游及支流汇入干流附近河段,第2组集中在冀东部独流入海的河流,第3组集中在滦河干支流的中上游河段.②NMS结果也证明3组在空间分布上差异明显,第2组与第3组之间没有重叠.③物种数、Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数和Simpson多样性指数在第1组与第3组之间存在显著差异,而Simpson多样性在第2组与第3组之间也存在显著差异.④单因素方差分析（one-way ANOVA）显示,第1组与第2组、第3组相比,水温与两组之间都有显著性差异,第2组与第1组、第3组之间在电导率、TDS（总溶解固体）、栖境复杂性、速度-深度结合、堤岸稳定性和河水水量状况有显著性差异.⑤典范对应分析发现,影响滦河流域的环境因子包括TDS、浊度、pH与水温等4个水体理化参数以及底质与堤岸稳定性2个栖息地质量参数.研究显示,基于对滦河流域鱼类空间异质性和相关环境影响因子的理解,可为该流域鱼类多样性保护及管理对策制订提供方向.      

岷江成都段水生态健康评价研究

为探索城市河流健康评价的有效方法,以岷江（成都段）部分河流为研究对象,通过调查水质、生境、浮游藻类、底栖动物,以底栖动物总分类单元数、毛翅目分类单元数、蜉蝣目分类单元数、EPT百分比、优势分类单元百分比、双翅目百分比6个指标构建底栖动物完整性指数（B-IBI）,并与水生态环境质量综合指数（WQI）进行对比,以验证B-IBI的可行性.结果表明:①B-IBI评价23个河流样点中,5个健康,1个亚健康,5个一般,2个差,10个很差;②相同区域的B-IBI和WQI结果比较发现,二者具有较好的相关性,B-IBI更能全面地反映河流生物学质量;③基于B-IBI评价的若干不同城市河流健康状况,均在远离城市的上游区域相对较好,人口集中区域相对较差.研究显示,B-IBI用于岷江成都段河流健康评价是可行的.      

滦河流域上游地区主要河流水污染特征及评价

在水资源管理与污染控制的研究过程中,进行水质特征分析与评价具有重要意义.本研究选取滦河流域上游地区29个监测站点,在2010年对河流溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数等14项指标进行监测,并分别采用了单因子评价法、综合污染指数法、分级评价法、内梅罗污染指数法、模糊综合评价法及水质标识指数法6种方法对该地区主要河流水污染特征进行分析及评价.结果表明,水质标识指数法比较适于滦河流域上游地区河流的评价.单因子水质标识指数显示,该地区的主要污染物为总氮、氨氮、总磷和高锰酸盐指数,基本呈现富营养化状态;29个站点中小东区水质最差,达到劣Ⅴ类水质,且出现黑臭现象;波罗诺、窑沟门、下板城和平泉4个站点水质最好,均达到Ⅰ类标准;在河流总体评价中,柳河污染最为严重.根据评价结果将所有监测站点分为达标和未达标两类,并应用主成分分析和多元线性回归进行分析,结果表明达标站点和未达标站点的污染物的最大贡献者分别是生活污水和工业废水.研究结果对指导滦河流域水污染防治及水资源管理具有重要意义.     

生物膜法应用于海河流域湿地生态系统健康评价展望

海河流域是我国人为干扰最为强烈的流域之一,流域内许多湿地的结构功能受损严重,鱼类、底栖生物、大型水生植物缺失,因此鱼类、底栖生物完整性指数(F-IBI,B-IBI)不适用于严重受损的湿地健康评价,在流域尺度上应用具有局限性,而生物膜广泛存在于任何水体中,可以用于流域尺度的湿地健康评价.本文根据生物完整性指数理论,在生物膜基本特征和人为干扰对生物膜的效应机制分析基础上,分析了生物膜评价湿地健康研究进展,探讨了生物膜方法应用于强人为干扰下海河流域湿地生态系统健康评价的可行性和应用前景.并从生物膜整合、尺度转换、健康标准制定、主要影响因子和装置与方法改进5个方面对生物膜法应用于海河流域湿地健康评价进行了展望,以期为海河流域的生态修复和环境管理提供新的思路和方法.     

Integrated assessment of river health based on the conditions of 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 reveals 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 shows that the diversity and biomass of attached algae and benthic index of biotic integrity (B-IBI) are 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.