大型底栖动物生物评价指数比较与应用

采用不同生物指数评价河流健康,结果往往有差异,如何识别各种生物指数的关系和适用性成为亟待解决的问题.基于太子河流域大型底栖动物群落研究,比较了5种大型底栖动物生物指数评价结果的差异.结果表明,5种指数具有极显著的相关性,但由于健康等级划分标准差异,造成不同指数的健康评价等级存在一定差异.同时分析了不同指数对不同类型人为活动影响的敏感性,研究其在河流健康评价中的适用性.结果表明在太子河流域中,BI指数与土地利用类型和溶氧具有较好的相关关系,对这两类的干扰具有较好的指示作用;FBI指数对酸污染和氨氮污染具有较强的指示作用;ASPT指数与耗氧相关的水质指标有较强的负相关;B-IBI指数与总氮呈显著的负相关关系,可较好指示氮污染,而且B-IBI指数与其他类型人为干扰活动均呈显著的相关关系,对土地利用和水质污染也具有较好的指示作用.综上所述,大型底栖动物BI指数和ASPT指数应该分别适用于评价流域土地利用和水化学指标对河流生态系统的影响,而B-IBI可用于评估多种类型人为干扰活动.     

基于野外数据建立大型底栖动物电导率水质基准的可行性探讨

科学合理地设定水质基准是水生生物保护和水生态系统恢复的基础。水体电导率数值的高低由溶解于其中的各种阴阳离子的浓度所决定,而较多的研究也证明电导率能够显著地影响水生生物类群,特别是大型底栖动物物种存活和群落结构的稳定性。离子组成的复杂性,导致无法开展基于室内实验的水生生物电导率基准值的推导。本文借鉴美国环境保护局基于野外调查数据建立电导率基准值的方法,采用流行病学打分方法,分别从电导率是否对大型底栖动物敏感物种存在毒性效应、人为干扰的增强是否会通过电导率产生毒性作用,以及其他环境因子是否对电导率基准值的制定产生影响3个方面,探讨了基于野外数据建立我国电导率基准的可行性。研究区域为辽河流域的浑河及太子河,野外调查数据采集于2009年8月至2010年5月。研究结果表明,电导率的升高显著降低了大型底栖动物敏感物种的出现频率。通过分析研究区域土地利用方式同电导率之间的相关性,证明了农业和城镇建设用地比例的增加显著地增加了水体中电导率的数值。对有可能引起物种消失的其他环境因子进行分析,结果表明电导率是引起大型底栖动物消失的主要原因。综合以上结果,基于野外调查数据来建立大型底栖动物电导率基准值是可行的,为我国水质基准的研究提供了新的思路和方法。     

北运河底泥中异养硝化菌的筛选及其脱氮特性

通过富集培养、梯度稀释涂平板、平板划线分离等方法,从北运河底泥中筛选出6株具有异养硝化作用的细菌。其中,1株细菌HNM-4在初始ρ(NH_3-N)为140 mg/L,丁二酸钠为碳源,C/N为6的异养硝化培养基中培养48 h时,对NH3-N去除率为75. 67%。经16S rDNA测序鉴定,菌株HNM-4为假单胞菌(Pseudomonas sp.)。单因素实验表明:HNM-4发挥异养硝化作用的最适环境条件为初始ρ(NH_3-N)为140 mg/L,碳源为丁二酸钠,C/N为9～18,温度为30℃,初始pH值为7～8,盐度为0～0. 5%。在反硝化培养基中培养48 h时,HNM-4对NO_3~--N和TN去除率分别为100%和12. 05%。     

浑河流域底质类型对硅藻群落分布特征的影响

河流底质可以为硅藻提供附着的基质,不同的底质类型对硅藻群落结构有一定的影响.本研究对浑河流域上23个采样点位进行调查研究,并运用多响应置换过程、典范对应性分析、线性回归分析等,分析河流底质类型对硅藻群落的影响.多响应置换过程结果显示,苏子河、红河和英额河、浑河中游及浑河下游水系之间硅藻群落空间差异显著;香农多样性指数、均匀度指数与物种丰富度的平均值分别为2.57、0.69和15;典范对应性分析结果显示,IOS指数、电导率、总氮和总磷是显著影响硅藻群落结构的环境因子;相关分析结果显示,香农多样性指数、均匀度指数和物种丰富度与IOS指数呈正相关.本研究中,河流底质类型为大石块、鹅卵石等类型时,硅藻多样性较高;而底质类型为淤泥和细沙时,硅藻多样性较低.     

流域水生态安全评估方法

为建立合理的流域水生态安全评估指标体系,以流域为对象,对水生态安全内涵进行了阐释,并对流域水生态安全评估指标进行了系统分析.基于“压力、状态、功能、风险”四要素,构建了“目标层-方案层-要素层-指标层”的评估体系,其中方案层包括水生态压力、水生态状况、水生态功能和水生态风险4个方面,涵盖土地利用、水资源利用、污染物排放、栖息地状态、水生态质量、水产品供给、休闲娱乐、水环境净化、重金属风险等9个评估要素18个评估指标,并详尽表述了各评估指标的内涵及其计算方法.采用综合指数法计算ESI(生态安全指数),并根据ESI得分将水生态系统的安全评级分为安全(3.5≤ESI≤4.0)、较安全(2.5≤ESI<3.5)、一般(1.5≤ESI<2.5)、不安全(0.5≤ESI<1.5)和很不安全(0≤ESI<0.5)5个级别,构建了多指标的流域水生态安全评估方法.      

太子河流域水生态功能Ⅱ级区的划分

流域水生态功能Ⅱ级区是实施流域层面水生生物多样性保护的重要依据. 以太子河流域为研究对象,开展分区指标筛选技术方法研究,通过指标的空间变异性、主导性及其与水生态因子相关性分析,从年均气温、年降水量、年蒸发量、高程、坡度、坡向和NDVI(归一化植被指数)等备选分区指标中筛选出适宜分区指标,在此基础上采用ISODATA(迭代自组织数据分析方法)非监督分类方法划分了太子河水生态功能Ⅱ级区. 结果表明,高程和NDVI具有良好的空间敏感性、主导性以及与水生态因子的相关性,可以反映地貌和植被对太子河水生态系统的影响,是太子河流域水生态功能Ⅱ级区划分的适宜指标. 采用上述指标可将太子河流域划分为3个水生态功能Ⅱ级区:①上游山地森林河流水生态亚区,平均海拔511m,区内以浅水性鱼类和激流性大型底栖动物为主;②中游丘陵森林河流水生态亚区,平均海拔282m,区内以溪流性鱼类和缓流性大型底栖动物为主;③下游平原农业河流水生态亚区,平均海拔65m,区内多受人类活动干扰,以耐污性大型底栖动物为主,少见鱼类.      

太湖西苕溪流域地表水、地下水硝酸盐污染特征及来源

为探寻西苕溪流域地下水中NO₃--N的污染来源,对西苕溪流域地表水、地下水体的NO₃--N污染状况进行了调查,并结合水化学与NO₃--N同位素对其来源进行解析. 结果显示,西苕溪流域地表水的ρ(NO₃--N)为1.07～3.45 mg/L,ρ(NO₂--N)为0.15～0.35 mg/L;地下水中ρ(NO₃--N)为3.24～15.31 mg/L,平均值达9.26 mg/L. 下游地区地下水的ρ(NO₂--N)较高(0.26～4.25 mg/L),平均值达3.00 mg/L. ρ(NO₃-)与ρ(Cl-)的关系显示,西苕溪地表水、地下水存在比较稳定的NO₃--N输入来源. NO₃--N同位素分析结果显示,地表水的δ15N为7.0‰～16.7‰,说明上游NO₃--N主要来源于土壤有机氮的矿化,中下游则主要受到农业施用化肥与人类生活污水二者的共同影响;地下水的δ15N为14.3‰～27.1‰,说明调查区域内的地下水受人畜粪便和生活污水的影响可能更为强烈,另外,地下水中存在的反硝化作用也是造成地下水δ15N增高的原因.      

太子河流域水库建设对河流水文情势的影响

水库建设所导致的河流水文情势变化是造成河流生态系统退化的重要原因之一.在河流水文指标生态学意义分析的基础上,建立了反映基流量、断流、高流量及涨退水率等特征的指标体系,提出了各类指标的计算方法.利用太子河53 a的日流量数据,计算并分析了水库建设前后水文指标的变异,反映水库建设对河流水文情势乃至生态系统的影响.结果表明:①太子河流域水库建设改变了河流的基流过程,减少了汛期基流,增加了汛前基流;②增加了辽阳河段断流的频率和历时;③减少了汛期洪水的发生次数,增加了汛后中小型脉冲流频率和历时.太子河水库建设导致了显著的水文变化,具有负面生态效应.      

ITS高通量测序研究黄海微型真核浮游生物多样性及分布特征

微型真核浮游生物是海洋生物群落的重要组成部分,对维持海洋生态系统的稳定发挥着重要的作用.本研究对黄海水环境样本的标记基因ITS进行Illumina高通量测序,探讨了黄海微型真核浮游生物的多样性及群落结构特征,并分析了其与环境因子之间的关系.结果表明:(1)基于标记基因ITS的高通量测序技术可获得较丰富的真菌、浮游植物、浮游动物种类,其中真菌OTUs浮游植物OTUs浮游动物OTUs,真菌reads数浮游动物reads数浮游植物reads数.(2)不同水域微型浮游生物的物种丰度及多样性程度不同,Ace指数及Chao1指数表现为南黄海北黄海东海北部冷水团,Simpson指数及Shannon-Wiener指数表现为东海北部北黄海南黄海冷水团,冷水团水域的物种丰度及多样性最低.(3)随着温度的升高,真菌、浮游植物、浮游动物reads数、OTUs均呈现出上升的趋势;随着盐度的增加,真菌的reads数、OTUs升高,而浮游植物、浮游动物的reads数、OTUs下降,其中浮游植物的reads数、OTUs显著下降(P0.05);在北纬30°~40°范围内,随着纬度的升高,真菌、浮游动物的Shannon-Wiener指数上升,而浮游植物Shannon-Wiener指数下降;与海岸线的距离越大,真菌、浮游植物、浮游动物Shannon-Wiener指数越低.本研究首次以ITS为扩增子高通量测序研究海洋微型真核浮游生物,丰富了微型真核浮游生物的认识,揭示了高通量测序技术在该海域研究的可行性,为其他海域微型真核浮游生物的研究提供了借鉴.     

2009年与2014年太子河流域附石藻群落结构变化及其与水环境的关系

为了解近年来太子河流域附石藻群落结构和水环境状况的变化趋势及二者的响应关系,于2009年和2014年对太子河全流域的附石藻群落和水环境因子进行调查分析,并探究了基于附石藻群落保护的主要水环境因子浓度限值.结果表明:①与2009年相比,2014年太子河流域的附石藻密度、物种丰富度、群落多样性均显著升高（P < 0.05）;群落组成中对不良环境干扰呈负响应的藻属相对多度普遍升高,对不良环境干扰呈正响应的藻属相对多度普遍降低.②与2009年相比,2014年水环境因子中ρ（TDS）（TDS为总溶解性固体）、ρ（SS）、ρ（TN）、和ρ（NO₃--N）显著降低（P < 0.05）,ρ（DO）显著升高（P < 0.05）.典范对应分析（canonical correspondence analysis,CCA）显示,2009年ρ（TN）和ρ（NH₄+-N）是影响太子河流域附石藻群落的重要水环境因子;2014年ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TDS）对附石藻群落结构有重要影响.③经局部加权回归散点修匀法（locally weighted scatterplot smoothing,LOWESS）和独立样本t检验得出,当ρ（TDS）、ρ（TN）和ρ（NH₄+-N）分别为185.00、1.00和0.22 mg/L时,其与P-IBI构成的拟合曲线存在拐点,且拐点两侧的P-IBI差异性显著（P < 0.05）.研究显示,2009—2014年太子河流域的附石藻群落和水环境状况整体有所改善,合理控制ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TDS）对该流域的附石藻群落保护有重要意义.