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。

     

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%。     

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.      

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.     

太湖流域平原水网区底栖动物完整性健康评价

基于75个采样点的底栖动物监测数据,应用生物完整性的理论和方法,对太湖流域平原水网区进行水生态健康评价. 以采样点环境所承受的干扰程度为标准,确定参照点13个、受损点62个. 对涉及底栖动物群落丰富度、组成、耐污能力及摄食功能的21个候选指数进行分布范围、判别能力及相关性分析,筛选出有较强预判能力且相对独立的6个核心指数构成B-IBI(底栖动物完整性指数)健康评价体系,包括总分类单元、软体动物分类单元、Shannon-Wiener多样性指数、前3位优势分类单元相对丰度、BI指数、滤食者相对丰度. 通过比值法统一各指数的量纲,以参照点B-IBI值的25%分位数作为健康基准值,运用四分法划分B-IBI健康分级标准:B-IBI≥2.84,为健康;2.13≤B-IBI<2.84,为亚健康;1.42≤B-IBI＜2.13,为一般;0.71≤B-IBI＜1.42,为差;B-IBI＜0.71,为极差. 应用B-IBI对太湖流域平原水网区进行健康评价,结果显示:太湖东部、南部沿岸湖区以及太湖上游水库健康状况相对较好,总体处于健康或亚健康水平;太湖北部三湾、西部湖区较差,基本处于差或极差水平;太湖上游洮滆水系生态状况也不容乐观,从上游至下游沿程呈逐步恶化趋势;京杭大运河的监测断面均表现为极差水平. B-IBI健康评价结果与基于水质及富营养化评价的结果高度吻合, 但今后仍需加强该评价体系的标准化及本土化等方面的研究.      

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.      

辽河流域氨氮水质基准与应急标准探讨

水质基准是水质标准制/修订的科学依据,针对我国流域状况进行水质基准研究,并以此为依据制/修订我国相关水质标准已成为迫切需求.针对辽河流域的水生生物分布和水质状况,借鉴美国氨氮基准方法学,对氨氮毒性数据进行分析,得出了以水体温度和pH值为自变量的辽河流域氨氮急性和慢性基准函数方程,由方程可知,pH值8.0,25℃时,辽河流域的氨氮急性和慢性基准分别为3.06,0.364mg/L.利用荷兰和澳大利亚的水质基准技术对推算结果进行了验证和比较,结果表明3种方法得值在同一数量级,且荷兰基准技术方法相对保守.此外,基于生态风险评估对氨氮水质基准向应急水质标准的转化进行了探讨.     

辽河河流水体污染源解析

利用2009~2010年的地表水体理化监测数据,采用因子分析(PCA)和绝对主成分多元线性回归分析(APCS-MLR)方法,在分区基础上分析了辽河流域9种理化因子的空间分布和污染源特征.通过主成分分析,根据变量的因子载荷与采样点的因子得分,识别出了污染地表水体的天然和人为污染源信息;其中,I区87.11%污染来源于点源、有机物和营养物质,其次为土壤风化、侵蚀,Ⅲ区72.10%来源于农业面源的农业营养物质,其次为矿物质污染和生物化学影响,IV区77.83%的污染来源于点源有机物,其次为点源的营养物质.通过主成分多元线性回归分析,获得了每种水质指标对污染类型的贡献率,较好地估计了主要因子对水质的污染程度,可以为科学合理的河流水质管理提供技术支持.     

辽河流域水生态分区研究

依据河流生态学中的格局与尺度理论,对流域水生态分区的内涵进行辨析,从理论上对区划方法进行了研究.通过对辽河流域自然要素及水生态特征的分析,建立了辽河流域水生态分区体系.明确了各级分区的主要内容与分区依据,提出了各级分区的特征指标,从而建立了流域水生态分区的指标与方法体系.结果表明,辽河流域包括2级水生态区,一级区可根据流域水资源空间特征差异进行划分,其目的是反映大尺度水文格局对水生态统的影响规律,二级区是根据地貌、植被、土壤和土地利用等自然要素进行划分,目的是反映流域尺度的地形、地貌及植被对河流栖息地环境特征的影响.在GIS技术支持下,采用多指标叠加分析和专家判断方法,将辽河流域划分为3个一级区、14个二级区,对不同分区的水生态系统特征及其所面临的生态环境问题进行了总结.对水生态分区在流域管理中的应用进行研究,提出了基于水生态区的环境管理技术支撑体系.     

辽河流域河流生态系统健康的多指标评价方法

多指标综合评价是当前河流生态系统健康评价的发展趋势. 根据辽河流域2005年水生态监测数据,构建了涵盖水体物理化学、水生生物和河流物理栖息地质量要素的健康候选指标体系. 采用主成分分析与相关性分析方法对评价指标进行了筛选,以此构建了由五日生化需氧量、溶解氧、电导率、总氮、总磷、高锰酸盐指数、粪大肠菌群数、着生藻类Shannon-Weaver多样性指数、底栖动物完整性指数、河流物理栖息地质量综合指数等10个指标构成的河流健康综合评价指标体系. 以改进的灰色关联方法作为评价方法,评判多指标下的河流健康等级状况. 结果表明,辽河流域的25个采样点中有3个达到“健康”等级,14个达到“亚健康”等级,其余则为“较差”和“极差”等级,其中健康与亚健康等级采样点均位于辽河源头以及支流上游区,受人类活动干扰较小,而较差和极差等级主要位于辽河中下游河段;城市和工业排污是影响河流健康的主要原因.      

应用B-IBI和UAV遥感技术评价辽河上游生态健康

采用B-IBI(benthic index of biotic integrity,底栖动物完整性指数)结合UAV(unmanned aerial vehicle,无人机)遥感技术,对辽河保护区干流上游河流生态系统健康进行评价. 根据16个采样点的UAV遥感正射影像、水质参数、水体理化指标和土地利用类型等信息,从中筛选出4个采样点作为参照点,其余为受损点;通过分布范围、判别能力和相关性分析,从32个候选生物指标中筛选出6个核心指标,包括总分类单元数、摇蚊分类单元数、寡毛类分类单元数、敏感类群、前3位优势分类单元和均匀度指数. B-IBI评价结果显示,辽河干流上游处于健康(B-IBI>3.90)的河段占0.82%,亚健康(2.93相似文献   

辽河流域河流栖息地评价指标与评价方法研究

建立了由底质、栖息地复杂性、速度-深度结合特性、堤岸稳定性、河道变化、河水水量状况、植被多样性、水质状况、人类活动强度和河岸土地利用类型所构成的河流栖息地评价指标体系,确定了各指标的等级划分以及栖息地综合指数的计算方法.结合2005年辽河流域河流生态调查结果,对流域内所调查的28个河段的栖息地质量状况进行了具体评价,并进一步分析了河道栖息地综合指数与河流理化因子、底栖生物以及小流域土地利用状况的相关关系.结果表明:①辽河流域28个河段的栖息地质量状况差异显著,其中10个河段达到了较好等级以上,6个仅为中等水平,12个河段为较差等级以下;②栖息地质量与理化因子、底栖生物指标具有显著相关性,表明栖息地质量是影响水质与生物状况的重要因素;③小流域的人类未利用土地比例与栖息地质量显著相关,表明小流域土地利用程度对栖息地环境质量影响较大,是恢复与保护河流栖息地质量的重要条件.     

辽河流域浑河、太子河生态需水量研究

针对浑河和太子河的鱼类栖息地环境需求,构建了由流速、水深、水面宽率、湿周率和过水面积率5个河道参数组成的栖息地适宜性指标体系.分别选择浑河的沈阳、邢家窝棚和太子河的辽阳、本溪和唐马寨5个河段,通过分析河道形态特征以及水位与流量的相关关系,建立了河道流量与每个栖息地指标间的经验关系公式,并确定指示鱼类在不同生活期的最小栖息地适宜标准,计算出为满足不同栖息地标准所需要维持的河道最小生态需水量,并采用最大值原则确定出各河段为满足鱼类生存的河道最小生态需水量.结果表明,浑河的最小生态流量4月～11月介于9.59～12.78 m3·s-1,分别占年平均天然径流量的17.13%～23.72%,12月～3月为5.70 m3·s-1,占天然径流量的10.59%;太子河的4月～11月介于9.83～19.83 m3·s-1,占天然径流量的23.33%～37.01%,12～3月为3.84～6.47 m3·s-1,占天然径流量的8.83%～9.82%.     

不同形态的砷水生生物基准探讨及在辽河流域的初步应用

有毒元素砷在我国各流域分布广泛,主要包括三价和五价两种价态,其毒性差别很大,目前我国缺乏本土的砷水质基准研究,而国外的砷水质基准多以总砷表示,科学性有待商榷.因此,本文分别搜集了三价砷、五价砷和总砷对我国本土水生生物的毒性数据,共获得三价砷12属12种,五价砷18种23属,以及总砷25属29种的合格数据.利用美国环保局推荐的物种敏感度排序法,通过数据分析得出,三价砷的急性和慢性基准阈值分别为84.26μg·L-1和56.55μg·L-1,五价砷的急性和慢性基准阈值分别为1171μg·L-1和633.3μg·L-1,总砷的急性和慢性基准阈值分别为264.4μg·L-1和150.7μg·L-1;总砷的基准阈值与美国现行砷基准值相当,而五价砷基准阈值与三价砷基准阈值体现出数量级的差异,因此,需要分价态考虑砷基准的制定.基于推算的砷基准阈值,用商值法评价了辽河流域枯水期总砷暴露的生态风险.检测结果表明,辽河的总砷暴露浓度范围在2.6~82.4μg·L-1之间,全部位点均无风险,但西辽河段上游支流两点位的砷浓度分别超出三价砷慢性基准阈值的1.20和1.45倍,表明可能存在潜在的砷暴露风险.