基于O/E模型和化学-生物综合指数的淮河流域关键断面生态健康评价

由于人类对河流的过度开发利用,河流生态系统逐步退化,部分河流甚至已丧失生态服务功能.因此,客观评价河流生态系统健康状况,加强河流生态保护与修复是水环境管理的重要工作.本研究于2014—2015年度在淮河流域典型河段的9个关键断面展开了4次水生态状况调查,根据四季水质现状和底栖动物群落结构特征,分别应用O/E模型和化学-生物综合指数法对淮河流域河流生态健康进行评价.结果表明:淮河流域总氮污染严重,处于劣Ⅴ类标准;底栖动物群落结构简单,生物多样性较低,主要以腹足纲和昆虫纲为主且物种分布呈现显著的季节性差异;O/E指数在pc≥0和pc≥0.5阈值条件下的评价结果显示所有断面的健康等级均处于差或极差;除夏季外,化学-生物综合指数评价结果与O/E指数评价结果呈现较好的一致性.水质恶化是物种锐减的重要诱因,是水生态健康状况较差的主要限制因素.     

澜沧江小湾水坝运行前后大型底栖动物群落及水质评价

为探究大型河流建坝前后大型底栖动物群落动态及水生态系统的变化情况,选取澜沧江中游小湾水坝库区及下游河段为研究区,结合流域梯级水坝建设规划,分别于2008年、2010年、2011年和2016年开展大型底栖动物定点采样调查,分析水坝运行前后大型底栖动物群落物种组成、密度、生物量、功能摄食群的变化,并开展水质评价和库区总生物量分析.结果表明:大型底栖动物群落优势种由适应自然河流急流生境的昆虫纲蜉蝣目、襀翅目和毛翅目（EPT种类）演变为适应水库静水环境的双翅目摇蚊科和寡毛纲种类;密度和生物量与蓄水前相比显著降低,表现为坝前静水区低于上游过渡区的分布格局;功能摄食群由掠食者种类占优势演变为收集者占优势;基于Goodnight-Whitley指数的水质评价结果表明,库区水质相比蓄水前有逐渐变差的趋势,坝前静水区与过渡区相比水质相对较差;库区大型底栖动物总生物量显著低于蓄水前自然河流时期.研究显示,由于澜沧江小湾水坝蓄水后生境条件的变化,库区大型底栖动物群落及其分布格局发生了明显变化,同时受澜沧江上游河段梯级开发的影响,库区大型底栖动物群落还处于动态变化过程中.      

中国北方河流底栖动物群落季节性演替对水生态环境质量评价的影响

大型底栖动物是评价水生态质量最常用的生物类群,鉴于水生昆虫的生活史特点,在一年当中群落结构会发生季节性变化,如何利用底栖动物数据准确评价水生态质量状况,反映客观实际,值得探讨。将黑龙江省2012—2015年水生生物试点监测47个采样点的108组底栖动物数据进行比较,对群落结构的相似性、物种的更替率和BMWP指数评价结果进行分析,探讨群落的演替及BMWP指数的变化规律。结果表明不同时间采集的样品底栖动物群落之间存在较大差异,评价的结果也存在差异,越是水环境质量好的区域,这种差异越明显。利用底栖动物评价水生态状况,宜选择长时间段的多个采集数据,经统计整理后,利用复合样方(年均值)的特征,评价一段时间内(如以年为单位)的水生态质量状况,使评价结果更具准确性。     

CHANNEL MODIFICATION AND MACROINVERTEBRATE COMMUNITY DIVERSITY IN SMALL STREAMS1

ABSTRACT: The principal objective of this study was to investigate the long-term, temporal effect of channel modification in the diversity of macroinvertebrates. Correlation analyses suggest that aquatic macroinvertebrate communities stabilize shortly after channel modification. This conclusion is based on correlation analyses including five widely accepted diversity indices for stream reaches that have undergone channel work from less than 1 year to more than 30 years prior to the study.     

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.      

不同尺度下人类活动对浑太河流域鱼类和大型底栖动物群落特征的影响

为了确定鱼类和大型底栖动物群落结构对多重人类活动压力响应是否一致,以浑太河流域为例,采用典范对应分析和冗余分析方法,以自然环境因子(包括海拔、坡度、流域面积、经纬度)为协变量,比较流域(各土地利用类型面积所占比例)、河岸带(各土地利用面积所占比例)和河段尺度(水质、水力形态、水文、栖息地质量、底质类型等)下人类活动因子对鱼类和大型底栖动物群落特征的影响. 结果表明:在流域尺度上,林地和农村聚落用地面积所占比例解释了8.09%的鱼类群落特征空间变异,林地、旱地、城镇建设用地和农村聚落用地面积所占比例解释了18.28%的大型底栖动物群落特征空间变异;在河岸带尺度上,城镇建设用地面积所占比例解释了4.26%的鱼类群落特征空间变异,没有环境因子对大型底栖动物群落特征产生显著影响;在河段尺度上,电导率、ρ(TDS)、ρ(NH₄+-N)、ρ(COD_Mn)、河宽、QHEI(a qualitative habitat evaluation index,栖息地评估指数)、ρ(DO)、ρ(TN)、硬度和pH解释了36.60%的鱼类群落特征空间变异,电导率、ρ(TDS)、ρ(NH₄+-N)、ρ(COD_Mn)解释了14.65%的大型底栖动物群落特征空间变异.河段尺度人类活动因子对鱼类群落特征的直接影响最为显著,其次为流域尺度,河岸带尺度的影响最小;流域尺度和河段尺度人类活动因子对大型底栖动物群落特征影响大致相同. 河段尺度的水力形态和水质状况主要受流域尺度土地利用变化的影响,其次是河岸带尺度. 土地利用变化对水力形态的影响较水质更大.      

THE EFFECTS OF URBAN AREAS ON BENTHIC MACROINVERTEBRATES IN TWO COLORADO PLAINS RIVERS

Water demands in arid and semi-arid areas, coupled with increased human populations and concomitant changes in land use, can greatly alter aquatic ecosystems. A good example of this type of system occurs along the eastern slope of the Colorado Rocky Mountains, U.S.A. Long-term macroinvertebrate metric data from the Big Thompson and Cache la Poudre Rivers, Colorado, were collected at one site above, and three sites in and downstream from urban areas. These data were compared both with regional reference and single reference sites in the respective rivers. Using the surrogate variables of potential urban impact (population and housing units), and the environmental gradient represented primarily by chemical factors, it was determined that there was an effect of urban land use that was reflected in the macroinvertebrate assemblages in both rivers. The most robust results were usually seen when regional reference data were used. However, even using only the upstream reference site in either river indicated some negative impacts from the urban areas. The long-term data, particularly in the Cache la Poudre River, showed that water quality has not been getting worse and there is some evidence of a slight improvement in downstream reaches, even with increased urban development.     

INFLUENCES OF WATERSHED URBANIZATION AND INSTREAM HABITAT ON MACROINVERTEBRATES IN COLD WATER STREAMS1

ABSTRACT: We analyzed data from riffle and snag habitats for 39 small cold water streams with different levels of watershed urbanization in Wisconsin and Minnesota to evaluate the influences of urban land use and instream habitat on macroinvertebrate communities. Multivariate analysis indicated that stream temperature and amount of urban land use in the watersheds were the most influential factors determining macroinvertebrate assemblages. The amount of watershed urbanization was nonlinearly and negatively correlated with percentages of Ephemeroptera‐Plecoptera‐Trichoptera (EPT) abundance, EPT taxa, filterers, and scrapers and positively correlated with Hilsenhoff biotic index. High quality macroinvertebrate index values were possible if effective imperviousness was less than 7 percent of the watershed area. Beyond this level of imperviousness, index values tended to be consistently poor. Land uses in the riparian area were equal or more influential relative to land use elsewhere in the watershed, although riparian area consisted of only a small portion of the entire watershed area. Our study implies that it is extremely important to restrict watershed impervious land use and protect stream riparian areas for reducing human degradation on stream quality in low level urbanizing watersheds. Stream temperature may be one of the major factors through which human activities degrade cold‐water streams, and management efforts that can maintain a natural thermal regime will help preserve stream quality.     

平原河网地区大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

大型底栖无脊椎动物是河流生态系统的重要组成生物,具有活动范围相对固定、生命周期较长、生活习性相对稳定等特点,可有效指示河流水质和水生态系统健康状况。有关大型底栖生物群落结构特征及其与水环境之间的关系研究一直是河流生态系统的研究热点。底栖动物具有较强的地域性,其群落结构特征受当地的自然环境特征和社会经济发展程度的双重因素影响。为研究典型平原河网地区的底栖动物群落结构及对水环境状况的响应特征,在上海市选取了83个河道断面进行大型底栖动物采样分析,共获取底栖动物20个分类单位（种）,其中软体动物10种,环节动物6种,节肢动物4种。上海河道底栖动物群落结构总体呈现结构单一、物种丰富度低、高度耐污性等显著特征,环节动物的栖息密度和出现频率均最高。城市化水平的空间差异性直接影响底栖动物空间分布的异质性,由市区至近郊、远郊,物种数从11种逐渐上升至15种,而栖息密度则由8 776.3个/m2下降至690.3个/m2。底栖动物群落结构的空间分布特征与水质理化指标的空间分布特征具有良好的对应性,水质空间变化导致环节动物和软体动物、节肢动物的空间分布存在一定交错性,耐污性较强的环节动物主要分布在有机污染重、溶解氧低的市区河道断面,而喜清洁环境的软体动物和节肢动物主要分布在水质较好的郊区断面。寡毛纲物种的栖息密度与溶解氧质量浓度呈显著负相关性。     

广西红水河大型底栖动物群落结构时空分布特征

为了解广西红水河流域大型底栖动物群落结构状况,于2013年春季(4月)、夏季(7月)、秋季(11月)对红水河流域13个采样点进行了调查. 采集并鉴定出大型底栖动物179个分类单元,隶属7纲20目66科. 其中水生昆虫种类数所占比例最高(79.3%),软体动物次之(15.1%). 各季节大型底栖动物个体数表现为夏季>春季>秋季. 依据大型底栖动物群落组成相似性,利用聚类分析将13个采样点分为2组. 组1采样点主要分布于岩滩水库和红水河干流,组2采样点主要分布于各个支流,2组采样点在无度量多维标定排序轴上分布差异明显. 指示种分析结果显示,组1指示种为马速达多足摇蚊(Polypedilum masudai),组2指示种以宜兴似动蜉(Cinygmina yixingensis)敏感物种为主. 功能摄食类群研究结果表明,红水河大型底栖动物以刮食者占绝对优势,其个体数占总个体数的比例为36.45%,撕食者(6.15%)和杂食者(3.25%)所占比例较小. 单因素方差分析结果显示,其他类(包括软甲纲、蛭纲以及蜱螨亚纲)和捕食者相对丰度存在季节性差异(P<0.05). T检验结果表明,收集者、捕食者和杂食者存在组间差异(P<0.05).