不同大型底栖动物快速生物评价指数对河流水质指示比较

大型底栖动物是河流健康评价中最常用的生物类群,鉴于在大区域/流域进行大量生物样品采集与生物评价时需要消耗大量的野外调查时间、实验室内鉴定时间等时间成本的问题,基于浑太河流域98个采样点的大型底栖动物数据(如物种、丰度、敏感值等)和环境因子〔ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)、ρ(TN)、EC(电导率)等〕,选择比较常用的5种大型底栖动物快速生物评价指数〔SIGNAL指数(stream invertebrate grade number-average level)、EPT-Fa指数(Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera)、BMWP指数(biological monitoring working party)、ASPT指数(average score per taxon)和BP指数(Berger-Parker index)〕和1项生物完整性指数(benthic index of biotic integrity,B-IBI)进行比较. 通过Spearman秩相关性分析、主成分分析、线性拟合回归分析等方法比较6种生物评价指数的相关性,构建水环境污染梯度,识别出主要的水环境影响因子,并探讨5种大型底栖动物快速生物评价指数对主要水环境影响因子指示程度的差异性. 结果表明:①5种快速生物评价指数以及B-IBI指数之间均呈两两显著相关(|R|为0.35~0.94, P<0.01),说明它们在评估河流健康状况时具有较高的一致性. ②主成分分析结果显示,轴1的解释率为59.14%,可以有效表征主要的压力梯度,并且5种快速生物评价指数与轴1的线性拟合度均较高(R2为0.23~0.31, P<0.01). ③各快速生物评价指数与不同水质指标的线性拟合结果差异性较高,其中BMWP、EPT-Fa、SIGNAL和ASPT指数对ρ(COD_Mn)的线性拟合度均较高,BMWP指数对ρ(COD_Mn) (R2=0.47, P＜0.01)、ρ(NH₃-N) (R2=0.31, P＜0.01)、ρ(TN) (R2=0.27, P＜0.01)的线性拟合度较高,BP指数对ρ(BOD₅) (R2=0.22, P＜0.01)、EC (R2=0.24, P＜0.01)的线性拟合度较高. ④BMWP指数与B-IBI指数的相关性最为显著,并且二者对水质健康评价的结果最为接近;在浑太河流域河流水质状况评估中,BMWP指数应当作为首选快速生物评价指数.      

基于底栖动物完整性指数的河口健康评价

建立底栖动物完整性（B-IBI）评价指标体系和评价标准评价长江口及毗邻海域健康.根据2005年7月长江口及毗邻海域41个站位的底栖动物数据（参照点13个,干扰点28个）,通过对14个生物参数的分布范围、判别能力和相关关系分析,筛选出了多样性指数、种类数、总栖息密度、总生物量、甲壳类的密度百分比和棘皮动物的密度百分比等6个生物参数构成B-IBI指标体系.采用比值法统一参数量纲,直接累加得到B-IBI指数值.根据参照点B-IBI值的50%分位数值确定健康等级标准,建立了评价长江口及毗邻海域健康的B-IBI标准：＞2.48为健康,1.86～2.48为亚健康,1.24～1.86为一般,0.62～1.24为差,＜0.62为极差.评价结果表明,长江口及毗邻海域41个站位中,7个为健康,2个为亚健康,8个为一般,8个为较差,16个为极差.用2006年6月底栖动物数据进行评价结果验证,准确率为89%.     

基于大型底栖动物生物完整性的洱海健康评价

为了解洱海水生态系统健康状况,该研究于2021年3月、6月、9月和12月对洱海11个断面共27个采样点开展为期1年的底栖动物群落结构调查,并在此基础上构建洱海底栖动物生物完整性评价指数（B-IBI）体系。结果表明,共获得底栖动物56属种,隶属4门6纲28科54属。经过分布范围、判别能力及相关性分析等筛选,得出由总分类单元数、摇蚊类个体数百分比和BMWP指数3个核心参数组成的洱海B-IBI评价指标体系。采用比值法统一量纲,将洱海健康状况按评分分为5个等级：>2.61为健康,2.10～2.61为亚健康,1.82～2.10为一般,1.42～1.82为差,<1.42为极差。结果表明,2021年洱海整体健康状况评价结果为一般。其中,有5个点处于健康状态,占18.5%;6个点处于亚健康状态,占22.2%;5个点处于一般状态,占18.5%;9个点处于差状态,占比33.3%;2个点处于极差状态,占比7.4%。     

底栖动物完整性指数评价西苕溪溪流健康

根据浙江安吉县西苕溪的64个底栖动物样点数据,对36个生物参数的分布范围、Pearson相关性和判别能力进行分析,确定B-IBI指数由总分类单元数、EPT分类单元数、鞘翅目%、前3位优势分类单元%、(纹石蛾科/毛翅目)%、滤食者%和BI指数构成.用比值法统一参数量纲,采用直接累加、变异系数权重法和熵值权重法分别计算B-IBI值并进行B-IBI健康标准的准确性检验,结果表明,熵值权重法的准确性(92.9%)优于直接累加(85.7%)和变异系数权重法(78.5%).建立了评价西苕溪健康的B-IBI标准:B-IBI＞0.69健康,0.52～0.68亚健康,0.35～0.51一般,0.18～0.34差,B-IBI＜0.17极差.B-IBI指数与栖境指数(r=0.62,p＜0.01)、水温(r=-0.64,p＜0.01)和海拔(r=0.64,p＜0.01)显著相关.     

应用大型底栖动物污染指数评价杭州湾潮间带环境质量

采用大型底栖动物污染指数(macrozoobenthos pollution index, MPI)对杭州湾生态监控区2006年和2007年的潮间带底栖动物相关参数进行分析,探讨了该区潮间带环境质量的现状和变化趋势.结果表明:2006～2007年,杭州湾生态监控区潮间带环境质量总体下降,6个潮间带断面环境质量从好到差依次为镇海港、慈溪十塘、嘉兴乍浦、慈溪庵东、上虞港和海宁尖山,各断面高、中、低3个潮带环境质量相比,中潮带好于高潮带和低潮带.围填海工程对潮间带底栖生物的生存环境的破坏逐年加剧,是该区生态环境质量下降的重要原因.杭州湾强烈的潮流作用导致的潮间带底质分布不均匀,以及底栖生物在潮间带的自然生态分布,是潮间带环境质量变化的部分原因.     

基于大型底栖动物生物完整性的流域水生态健康评价—以辽河流域为例

大型底栖动物完整性指数（B-IBI）在国际水生态健康评价中应用广泛,但需要结合各流域生态环境特征分别构建。以辽河流域为例,以流域99个点位水生态调查数据为基础,综合运用水质和生境质量作为参照点与受损点筛选标准,通过分布范围检验、判别能力检验和冗余性检验获得B-IBI核心参数,利用比值法进行核心参数标准化,等权求和计算B-IBI得分,最终构建适用于辽河流域的B-IBI评价体系。结果表明：辽河流域大型底栖动物包含74个分类单元,以昆虫纲为主（占总分类单元数的81.1%）,个体数量最优势物种为缺尾高原纹石蛾（Hydropsyche kozhantschikovi）;经筛选获得5个参照点和6个受损点,从28个备选参数中筛选出总分类单元数、毛翅目分类单元数、端足目+软体动物分类单元数、直接收集者相对丰度、黏附者分类单元数、Pielou均匀度指数6个核心参数用于计算B-IBI;B-IBI评价发现,调查时段的数据集中,4个点位处于健康等级,15个点位为亚健康等级,25个点位为一般等级,41个点位为差等级,14个点位为极差等级,流域水生态健康整体水平较差,超过1/2河段存在大型底栖动物群落结构退化现象。检验分析发现,B-IBI对水质变化具有较好的指示作用,且能有效区分出受损河段,表明B-IBI评价体系能准确表征辽河流域水生态健康状况,建议今后管理中作为辽河流域生物评价工具。

     

永定河底栖动物生物完整性指数构建与健康评价

构建大型底栖动物生物完整性指数是河流健康评价与河流修复的重要步骤.根据2017年4月永定河流域23个采样点的大型底栖动物生物监测数据,基于监测点水质状况与栖息地质量综合评估指数得分,选择潮白河水系大型底栖动物类群相似且人为干扰较小的5个监测点作为参照区域,构建永定河B-IBI（大型底栖动物生物完整性指数）.通过对大型底栖动物33个生物参数的分布范围检验、判别能力分析和Spearman相关性检验,最终确定永定河B-IBI由总分类单元数、蜉蝣目（E）-襀翅目（P）-毛翅目（T）个体相对丰度、优势分类单元个体相对丰度、摇蚊科个体相对丰度、敏感类群分类单元数、科级耐污指数（family biotic index,FBI值）等6个核心参数构成.采用生物完整性研究中常用的比值法和三分法构建的B-IBI评价得分体系.结果表明,两种方法计算出的B-IBI均具有较高的判别能力,均能较好地判别参照水体和受损水体的健康状况,二者具有较高的相关性和一致性（R>0.90）.永定河河流健康评价结果表明,洋河、桑干河和永定河干流监测点B-IBI平均得分分别为1.97、1.86和1.78,妫水河B-IBI平均值为2.48,23个采样点中有16个处于较差状态,7个处于一般状态.相关性分析表明,B-IBI指数与栖息地质量综合评估指数得分、ρ（DO）呈显著正相关,与ρ（NH₄+）、浊度、电导率呈显著负相关,表明B-IBI指数对于栖息地人为干扰和水质污染均具有较强的指示作用.研究显示,永定河大型底栖动物生物完整性基本丧失,全流域底栖动物群落呈现全面退化趋势,识别影响大型底栖动物群落的关键要素、恢复永定河河流生态系统结构和功能研究亟待开展.      

基于大型底栖动物多度量指数的河流多尺度评价

研究大型底栖动物群落特征并构建适当的环境生物指数是评估河流生态系统健康状况的重要途经. 2017年1月对漓江上中下游3个区域41个采样点的大型底栖动物和水体理化指标进行了监测调查,采用主成分分析、分布范围检验、敏感性检验和冗余检验等方法,分析大型底栖动物对流域主要环境压迫的响应关系,筛选出最适宜的生物参数构建多度量指数进行环境评估.主成分分析结果表明,影响漓江流域环境的主要因子为p H、电导率和浊度,结合底栖动物的PMA(百分比模式相似性指数)确定了7个环境相对较好的参照点和34个受损点;分布范围检验、敏感性检验和冗余检验表明,总分类单元数、Shannon-Wiener多样性指数、敏感类群数量百分比和刮食者分类单元数能够有效反映环境差异;采用比值法统一量纲后构建了MRMI(major reaches multi-metric index,MRMI),并采用四分法确定了评价标准,即MRMI 3. 02为健康,MRMI 2. 27～3. 02为良好,MRMI1. 51～2. 27为一般,MRMI0. 76～1. 51为差,MRMI≤0. 76为极差.通过构建的MRMI对漓江3个河段进行河流健康评价:上游14个采样点中有12个健康级别在良好以上;中游14个采样点中有8个健康级别在良好以上,有1个采样点的健康级别为差,健康状况较上游相比略有下降;下游13个采样点中仅有4个健康级别达到良好以上,在3个采样区域中健康状况最差.研究显示,在流域尺度上河流健康总体呈现从上游至下游逐渐变差状况,在河段尺度上同一河段内的健康评价结果存在较大差异.总体看来,大型底栖动物多度量指数在流域尺度与河段尺度均能较好地反映河流健康状况.     

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.      

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.     

基于鱼类完整性指数的滦河流域生态系统健康评价

生物完整性指数作为评价河流健康的重要工具,对流域管理有明确的指导作用.为全面掌握滦河流域生态系统健康状况,构建F-IBI（鱼类完整性指数）,开展滦河流域生态系统健康评价.于2016年10-11月对滦河流域58个采样点收集了鱼类与环境数据,根据栖息地质量评分与水质等级来确定参考点（12个）和受损点（7个）.利用分布范围检验、敏感性分析及冗余检验对20个候选指标进行筛选,以获得构建F-IBI的核心指标.采用1、3、5赋分法对核心指标进行赋分,并计算F-IBI最终得分.利用分位数法将F-IBI划分为"健康" "亚健康" "一般" "差" "极差"5个等级.利用非参数检验对F-IBI的适用性进行校验.结果表明:①鱼类物种数、个体数、Shannon-Wiener多样性指数、底栖食性鱼类个体百分比、耐受性鱼类个体百分比、产黏性卵鱼类个体百分比、产沉性卵鱼类个体百分比、上层鱼类个体百分比和广布种鱼类个体百分比等9个指标被筛选出,其适合作为构建F-IBI的核心指标.②F-IBI计算结果表明滦河流域58个采样点中,"健康"和"亚健康"等级采样点有22个,"一般"等级采样点22个,"差"和"极差"等级采样点14个.滦河干支流上游地区健康状况较好,干流中下游及部分独流入海河流健康状况较差,这主要受到不同地区社会经济发展的影响.③Mann-Whitney U检验发现,F-IBI在参考点与非参考点之间有显著差异,栖息地综合得分随F-IBI评价等级降低而下降,在"健康"与除"亚健康"外的其他等级以及"极差"与除"差"外的其他等级之间有显著差异.研究显示,构建的F-IBI适用于滦河流域生态系统健康评价.      

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.     

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.      

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.     

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.