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.     

基于微生物生物完整性指数的北京市城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数（IBI）是河道生态系统健康评价的重要且被广泛应用的指标,然而,基于水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的研究较少。针对北京市城市河道生态系统健康状况开展评价,探索微生物生物完整性指数(M-IBI)评价流程与标准构建方法。基于沉积物中微生物Illumina高通量测序信息,筛选出关键环境因子（水质指标TN、TP、NH₃-N、NO₃-N和NO₂-N）确定候选生物指标,根据判别能力分析结果,确定Shannon指数、拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度、绿弯菌门（Chloroflexi）相对丰度、蓝藻门（Cyanobacteria）相对丰度、COD_Cr耐受属相对丰度和NH₃-N清洁属相对丰度6个指标,提出了指标标准化公式和健康评价标准。结果表明,以自然水体为补水的永定河各采样点评价结果均为健康状态,其他3条以城镇再生水厂出水为补水的河道中,清河4个采样点为健康至亚健康状态,凉水河5个采样点为健康至一般状态,大龙河4个采样点为亚健康至一般状态。M-IBI可以有效区分不同程度的受损点位,较合理地评价城市河道生态系统健康状况。

     

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.     

基于浮游植物生物完整性指数的洱海水生态健康评价

文章应用浮游植物种属生物量和群落结构特征,构建生物完整性指数（P-IBI）,评价洱海水生态健康质量。通过参照点设置、箱线图、Pearson相关性分析确定了5个核心参数：浮游植物细胞密度、水华束丝藻细胞密度、挪氏微囊藻细胞密度、直链藻细胞密度和硅藻GDI指数,统一量纲并划分健康评价标准。洱海总体水生态健康评价结果为“较健康”;6个水华风险较高的湖湾中,才村为“较健康”;小普陀、马久邑、桃源、双廊和挖色为“中等”。评价结果表明,P-IBI指数构建的洱海水生态健康评价体系,对水生态环境响应的敏感程度较高,特别是与水质类别高度吻合,能够准确评价洱海的生态系统健康状况。     

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.      

基于硅藻完整性指数的辽河上游水质生物学评价

年9月对辽河上游12个采样点的着生硅藻进行了生物调查,同时测定了ρ(DO)、pH、ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(COD_Cr)和ρ(BOD₅)等水质参数. 共检测到硅藻16属,以针杆藻属(Synedrasp.)、舟形藻属(Naviculasp.)、异极藻属(Gomphonema sp.)、桥弯藻属(Cymbella sp.)为优势种. 根据硅藻香农多样性指数确定了5个相对清洁采样点和7个受污染采样点,对10个硅藻生物指数进行了辨别力分析和Pearson相关分析. 结果表明,硅藻香农多样性指数、敏感性硅藻百分比和IDP硅藻指数最适合辽河上游的水质生物学评价. 采用5、3、1生物指数记分法统一量纲后,获得变化范围在3～15的D-IBI(硅藻完整性指数). 利用四分法划分辽河流域水质级别的标准,13～15为较好,10～12为一般,7～9为较差,3～6为差,并对12个采样点进行了重新评价,评价结果与水质参数的评价结果一致. 总体看来,该D-IBI基本适宜于评价辽河上游的水质状况. 收稿日期:┣┣(中)收稿日期┫┫2011-12-08修订日期:2012-03-08┣┣(中)修回日期┫┫基金项目:┣┣(中)基金项目┫┫国家水体污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07528-002)作者简介:┣┣(中)作者简介┫┫李国忱(1985-),男,辽宁阜新人,liguochen1001@126.com.*责任作者,┣┣(中)通信作者┫┫ 刘录三(1975-),男,山东莒县人,副研究员,博士,主要从事水生生物多样性、生态系统健康评价方面研究,liuls@craes.org.cn      

湿地生态完整性评价方法研究进展

系统介绍了目前湿地生态完整性评价方法,包括湿地评价技术、水文地貌分类法、生物完整性指标法、生境适宜性指标法、指示生物法、环境清单法和河流保护评价系统等,讨论了每种方法的优缺点,并指出由于传统湿地监测需要花费大量的时间与财力,加之许多湿地地理位置较为偏远,因此建立湿地快速评价指标体系的评价方法成为当今主要发展趋势.     

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.      

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.     

基于浮游细菌生物完整性指数的河流生态系统健康评价——以滇池流域为例

生物完整性指数(IBI)已被广泛运用于河流生态系统的健康评价中.然而,现存的IBI缺少基于分解者的评价方法.因此,基于浮游细菌的T-RFLP结果,通过对关键环境因子与候选生物参数的筛选和确定,建立浮游细菌生物完整性指数(BP-IBI)评价体系,对滇池流域入湖河流生态系统健康状况进行评价.评价结果表明,作为参照点的11个滇池流域入湖河流水源地或上游出水口样点健康状况为Ⅰ级健康(8个)或Ⅱ级亚健康(3个),27个下游入湖口样点健康状况分别为Ⅰ级健康(4个)、Ⅱ级亚健康(14个)、Ⅲ级一般(7个)和Ⅳ级较差(2个),无V级极差点.对BP-IBI的可行性验证结果表明,与底栖IBI、着生藻IBI和综合污染指数相比,BP-IBI结果能够更好地反映各主要环境因子、不同土地利用方式以及上游的来水方式对生态系统的影响,对退化生态系统的健康状况具有良好的表征作用.因此,BP-IBI是评价受损河流生态系统健康的一种良好方法.     

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.