基于微生物完整性指数的河流健康评价 ——以无锡市为例

生物完整性指数（Index of biotic integrity,IBI）被广泛运用于河流的健康评价.然而,随着人类活动对河流影响的增加,传统指示生物多样性的损失降低了评价的准确性.在高度受影响的水体环境中,微生物群落被证明是更敏感的生态健康指标.本研究采用Illumina高通量测序技术,于2018年冬季和2019年春季对无锡市境内8条河流的微生物群落组成进行了分析,从群落组成/相对丰度、丰富度/多样性、敏感性/耐受性3个角度确定了候选指标.并对传统的核心指标筛选方法进行了改进,通过差异性分析、箱线图检验、Speraman相关性分析,建立了冬、春两季的微生物生物完整性指标框架.评价结果表明,M-IBI能有效区分不同程度的受损位点,且与水质状况和物理生境存在显著的相关性.总体而言,M-IBI为城市河流生态状况提供了一种新的评价工具.     

底栖生物完整性指数的构建及生物基准的确定

基于2009～2013年7个航次渤海湾天津段的大型底栖动物和水质、沉积物环境数据,结合国内外已有的研究结果,首次尝试采用AZTI海洋生物指数以及水质和沉积物质量确定参考点,同时采取标准化方法筛选生物指标,确定各指标的阈值分级标准,从而构建出生物完整性指数.取参考点生物完整性指数值的90%分位数作为基准值,得出该海域生物基准值为5.适用性验证结果表明,生物完整性指数能够较好地指示研究区受干扰的生态质量状况,较为敏感地响应营养盐及重金属压力,也适用于评价该区域的底栖生态质量状况.因此,采用生物完整性指数法来确定生物基准是合理可行的.     

基于微生物生物完整性指数的城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数(index of biotic integrity,IBI)已被广泛运用于河流生态系统的健康评价.然而,目前基于微生物的IBI评价方法很少,针对城市河道的相关研究更是缺乏.本研究采用Illumina高通量测序技术,对浙江省内5条城市河道的微生物群落多样性及组成进行了分析.通过典型相关分析(canonical correlation analyses,CCA)和Spearman相关性分析水质对微生物组成的影响,明确受水质变化影响显著的微生物类群,与特定功能菌群一并作为备选指标.对备选指标进行分布范围、判别能力及Pearson相关性分析,筛选出香农多样性指数、微生物分类单元数、疣微菌门相对丰度、绿菌门相对丰度和分支杆菌属相对丰度等参数指标,初步构建了适合浙江城市河道的微生物生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)指标体系.采用比值法对生物指标计分,评价结果显示:总计22个样点中,9个样点为"健康"等级,占总样点的40. 9%;10个样点为"亚健康"等级,占总样点的45. 5%; 2个样点为"一般"等级,占总样点的9. 1%; 1个样点为"较差"等级,占总样点的4. 5%.各采样点M-IBI值可有效反映水体受干扰程度,且与水质状况基本吻合(R=0. 753,P 0. 01),表明M-IBI可以较合理地评价城市河道生态系统健康状况.     

An index of ecosystem integrity for Northern Chesapeake Bay

We propose a theoretical approach to evaluating the quality of large ecosystems under anthropogenic stress, and present a partial application of these ideas. We synthesized data from a variety of Chesapeake Bay monitoring programs into composite variables expressing ecosystem integrity. The analysis spanned most of the larger Maryland tributaries to the Bay (tidal fresh to mesohaline areas) for nine years (1986–1994). An index modeled on the Index of Biotic Integrity (IBI) and a multivariate ordination and ranking method combined information on aquatic plant, plankton, benthic and fish assemblages with water quality-based habitat goals. The multivariate method proved superior to the IBI approach in discriminating ecosystem integrity. A logistic regression model with watershed land use characteristics and water depth as independent variables explained a significant amount of variation in the multivariate rank index. Urban land use had the most negative effect on the index, whereas forested land had the most positive effect.     

上海市闸北区城市河道水质演变规律和新出现的问题

通过对十年来上海市闸北区范围内彭越浦、走马塘和西泗塘三条河道上的四个监测断面的水质监测数据,选取高锰酸盐指数、化学需氧量、生化需氧量、氨氮、石油类、总磷和挥发酚七项指标,运用水质综合指数法探讨了水质变化趋势、时空变化特征、主要污染因子及其变化趋势,在发现水质显著改善的同时,对新出现的问题进行了探讨。     

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.     

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.      

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.      

永兴岛及七连屿浅水礁区珊瑚礁鱼类多样性探讨

根据2005年~2013年对西沙群岛中永兴岛及七连屿浅水礁区珊瑚礁鱼类监控数据,利用分类学多样性指数、相对丰富度及相似性指数等对浅水礁区珊瑚礁鱼类种类组成及生物多样性进行研究。结果显示,永兴岛及七连屿浅水礁区珊瑚礁鱼类隶属于4目25科61属131种,科级多样性平均值为3.03,属多样性指数平均值为2.71,标准化的G-F指数平均值为0.13;鲈形目珊瑚礁鱼类种类及相对丰富度均占有绝对优势,永兴岛及七连屿浅水礁区珊瑚礁鱼类具种类较多、相似性较低特征,随着珊瑚礁环境质量下降、西沙群岛渔业活动的频繁以及超负荷的捕捞导致鱼类数量及密度减少,珊瑚礁鱼类密度呈下降趋势,平均鱼类密度从2005年的3.10尾/m2,下降到2013年1.23尾/m2,个体较小、游泳能力较强的礁栖鱼类更适合礁区生存,平均体长在6.00~10.00 cm。     

基于聚类和多重评价法的河流质量评价研究

采用多重评价方法与聚类分析法对研究很少的大型江河——沅江下游的水质情况开展了调查、分析和质量评价。主成分分析法评价该江段的水质均属于Ⅰ类~Ⅱ类;加权的Topsis法、综合指数评价法、模糊识别评价法和判别分析法计算也均属于Ⅰ类~Ⅱ类,且方法间重复性较高,相互补充。UPGMA聚类分析发现,沅江桃源江段的水质可分为三个亚区;从修正TSI来看,所调查样点多为中营养水体;Ross法评判发现江段下游水质有变差趋势,除下游靠近县城水体外,多数仅为轻度污染水。总之,采用多重评价法综合对比才能弥补单一方法存在的漏洞,采用主成分分析法+加权的Topsis法+判别分析的水质评估以及TSIm河流富营养化评估和Ross法评估的多重评价和聚类分析等的评价体系能综合水质指标的不同侧重点,能更真实开展水质评价工作。     

Multi-scale evaluation of river health in Liao River Basin, China

Previous studies on river health evaluation mainly focused on characterizations at a river-corridor scale and ignored the complex interactions between the river ecosystem and other components of the river basin. Based on the consideration of the interactions among rivers, associated river basin and habitats, an assessment framework with multi-scale indicators was developed. An index system divided among these three scales to characterize the health of river ecosystems in China’s Liao River Basin was established. Set pair analysis was applied to integrate the multi-scale indicators and determine the health classes. The evaluation results indicated that the rivers in the western and eastern zones of the Liao River were classified as sick, and rivers in the main stream of the Liao and Huntai rivers were classified as unhealthy. An excessive level of disturbances, such as large pollution loads and dense construction of water conservation projects within the river basin, were the main causes of the river health deterioration.     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

冬小麦种植面积空间抽样单元尺寸优化设计

抽样单元尺寸是空间抽样调查方案设计过程中的关键要素。合理的抽样单元尺寸对降低抽样调查费用、改善抽样外推总体精度具有重要意义。为实现农作物种植面积空间抽样调查中抽样单元尺寸的优化设计,论文以河南省为研究区,以冬小麦种植面积为研究对象,选取正方形网格作为抽样单元,遵循传统抽样理论中抽样单元间相互独立原则,通过分析不同抽样单元尺寸与对应该尺寸下的抽样框内总体单元间全局空间自相关指数(Moran’s I)的相关关系,进行了抽样单元尺寸的初选。为最终实现抽样单元尺寸优选,基于初选的8种抽样单元尺寸,分别构建抽样框,采用以抽样单元内冬小麦面积占单元面积比例(麦土比)为分层标志的分层抽样方法进行了研究区冬小麦种植面积空间抽样样本抽选、总体外推及误差估计试验研究,结果表明:抽样比随抽样单元尺寸的增大而增大;8种抽样单元尺寸下的外推总体相对误差和变异系数均较小,变化范围分别为3.82%~5.75%和3.76％~4.69％;以抽样调查费用和抽样误差为抽样效率评价指标,优选出抽样单元尺寸为20 000 m×20 000 m时,进行研究区冬小麦种植面积抽样调查的效率最高。     

流域水质目标管理技术研究(Ⅲ)——水环境流域监控技术研究

总结发达国家在水环境监控技术方面的先进经验的基础上,分析了我国当前流域水环境监控技术体系的特点,指出与发达国家相比,我国在水环境监控技术上存在的问题影响了监测的效度和效率. 提出了完善我国流域水环境监控技术体系的设计原则:监测对象与流域生态功能的一致性、监测指标与水环境污染特征的一致性、监测方法与质量控制的一致性以及监测方式与监测目的的一致性;同时提出了流域水环境监控的系统设计思路,即流域水环境监测对象与监测指标筛选、监测布点与采样技术、监测分析方法、监控质量保证、监测网络与监控信息管理等6个方面.       

2005年夏季环渤海16条主要入海河流的污染状况

2005-07-01～2005-07-05对环渤海的黄河等16条主要河流的入海污染同步调查显示,13条河流断面的水质属于Ⅳ类以上,其中子牙新河等8条河流水质属于劣Ⅴ类,通过污染分担率分析,环渤海河流的首要污染物为石油类（11条河流）,其次为营养盐,高锰酸盐指数仅位居第3.采用综合营养状态指数法评价,大辽河、黄河等7条河流处于富营养状态,而小清河、蓟运河等7条河流处于重度富营养状态,可见环渤海河流的富营养化现象非常严重.有机污染物的调查显示,16条河流断面采样点TOC的平均值为16 .41 mg/L,高锰酸盐指数的平均值为6 .04 mg/L,其中易降解有机物所占比例平均为15 .61%,表明虽然环渤海16条河流中的化学需氧有机物质的污染严重,但总有机物的入海通量更大,这一点必须引起足够的重视.     

夏季东海北部近海鱼类群落结构变化

根据1964、1982、1999和2005年6月渔业生物资源底拖网监测资料,分析了东海北部近海鱼类群落结构的变化。结果表明,1964、1982、1999和2005年间,4次监测中出现的鱼类种类数分别为64、78、64和47种;4次监测中主要优势种类均为带鱼,但其资源量正逐渐降低;其它优势种类由20世纪60年代的底层优质鱼类,转变为80年代的中上层鱼类,随后转变为现在的群落结构简单、底层和中上层鱼类均较少的状况;鱼类生物多样性指数均呈现由1964年到1982年升高,随后又逐渐降低的趋势;1964-2005年间鱼类群落长度谱变化状况表明,该海域内的鱼类呈现小型种类和小个体增多,大个体减少,且长度范围变小的趋势。     

滇东南矿区河流底泥重金属污染潜在生态风险评价

根据滇东南矿区河流底泥重金属数据,应用HANKANSON潜在生态危害指数法对重金属的潜在生态风险进行评价。结果表明:①该地区河流底泥中产生生态危害的主要重金属是Cd和As;②从上游到下游A~G 7个断面多重金属潜在生态风险指数(R I)从小到大排列依次为:A相似文献   

南京河流夏季水-气界面N2O排放通量

利用静态箱-气相色谱法对南京4条河流(内秦淮河、外秦淮河、金川河、团结河)和1座水库(金牛湖)的夏季水-气界面N2O气体通量进行24 h连续观测.结果表明,4条河流24 h内均为N2O的排放源,而金牛湖作为本底对照则表现为N2O的吸收汇.受水利条件变化的影响内秦淮河N2O在20:00达到排放峰值.金川河和团结河N2O排放通量均在夜间水中溶解氧饱和度极低的时候达到最低值.外秦淮白天的硝化作用和夜间的反硝化作用导致其N2O呈现出双峰的排放趋势.金牛湖N2O的排放量主要受风速影响,呈现出夜高昼低的排放趋势.在常规观测中,团结河、金川河、外秦淮河及金牛湖这4种水体能代表全天平均值的采样时间段均在08:00~12:00之间,但对于受外界影响较大的内秦淮其适宜的时间段则为14:00~16:00.     

海河流域浮游植物物种组成与丰富度水平分布格局

通过对海河流域八大水系197个采样点的采样调查,发现海河流域浮游植物共8科95属505种.北三河水系与子牙河水系浮游植物物种数、限制种比例高于其他水系;而徒骇马颊河水系与滦河水系浮游植物物种丰富度最高.通过一元线性回归分析发现除滦河水系外的7个水系浮游植物物种丰富度具有显著的纬度、经度分布格局(p＜0.05)通过绘制海河流域浮游植物物种丰富度分布图,分析发现:除永定河水系外,海河流域浮游植物丰富度整体上呈现出由上游向下游递减的趋势.采用SPSS软件对八大水系浮游植物物种丰富度进行系统聚类分析,结果显示,八个水系被聚为3类,其中徒骇马颊河水系与黑龙港水系聚为一类.Sprensen相似性系数计算结果发现徒骇马颊河水系与滦河水系浮游植物物种组成最为相似.     

Effect of short-term regional traffic restriction on urban submicron particulate pollution

During the 2013 and 2015 Lanzhou International Marathon Events(LIME1 and LIME2),the local government made a significant effort to improve traffic conditions and air quality by implementing traffic restriction measures. To fill the gap in information on the effect of short-period(several hours)traffic control on urban air quality,submicron particle size distributions and meteorological data were measured simultaneously during June 2013 and June 2015 in urban Lanzhou. The number and surface area concentrations of particles in the100–200 nm range declined by 67.2% and 65.0% for LIME1 due to traffic control,while they decreased by 39.2% and 37.1% for LIME2. The impact of traffic restriction on air pollution near the sampling site lagged behind the traffic control period for LIME2. In addition,the effect of traffic restriction on air pollution near the sampling site was dependent on the distance between the relative orientation of the sampling site and traffic-restricted zones,as well as meteorological conditions such as wind direction. The influence of traffic restrictions on the particle concentrations differed for different particle sizes. The size range most affected by traffic restriction was 60–200 and 60–300 nm for number and surface area concentrations in the urban environment,respectively,while for the particle volume concentration it was the 100–600 nm range. This study will provide a basis for implementation of future urban traffic-induced particulate pollution control measures.