流溪河底栖动物群落结构及基于完整性指数的健康评价

2015年2月、6月、9月、12月对流溪河21个采样河段底栖无脊椎动物进行了调查。结果表明:4个季节共检出54科95属114种,其中昆虫纲81种,占总数71.05%;软体动物门的腹足纲、瓣鳃纲共23种,占总数20.18%;蛭纲、寡毛纲和甲壳纲等10种,占总数的8.77%。根据6个参照点和15个受损点的底栖动物数据,对21个生物指数进行分布范围、判别能力和Pearson相关性分析,确定流溪河底栖动物完整性指数(B-IBI)指标体系,该体系由多样性指数、EPT分类单元数、摇蚊百分数、颤蚓百分数、敏感类群分类单元数和耐污类群百分数构成。采用比值法计算各生物指数并对各指数值加和得到B-IBI指数值。评价结果表明:在21个河段中,5个为健康,3个为亚健康,10个健康评价为一般,3个较差;总体来看,流溪河处于一般的健康状态;流溪河上游(桂峰水、石坝河、吕田河)等源头支流处于相对健康状态;干流中下游、牛栏河及其他多处支流水质一般或较差。分析表明:上述方法适用于评价流溪河水质健康,可用该方法进行长期监测评价;人类活动程度对底栖动物群落结构影响较大。     

基于大型底栖动物完整性指数的伊犁河健康评价及其对时间尺度变化的响应

大型底栖动物完整性指数（Benthic index of biotic integrity， B-IBI）是广泛应用的河流生态健康评价方法，然而从时间尺度（月份、年际变化）上评价B-IBI适用性的研究较少。有鉴于此，于2013-2015年期间，每年在5月、7月、8月和10月分别对新疆伊犁河大型底栖动物群落结构进行系统调查，并构建底栖动物完整性指数，评价河流水体的健康状况，同时评价其在时间尺度上的影响。非度量多维尺度分析（Non-metric multidimensional scaling， NMDS）显示，伊犁河不同月份的大型底栖动物群落结构相似度较高。通过对群落丰富度、种类个体相对丰度、功能摄食群、耐污能力、小生境质量和生物多样性指数等6个大类共计30个候选参数进行筛选，选取EPT（蜉蝣目、襀翅目、毛翅目）分类单元数、蜉蝣目个体相对丰度、耐污类群的个体相对丰度、生物指数（Biotic index， BI）以及黏附者个体相对丰度为伊犁河流域B-IBI健康评价体系的核心指标。B-IBI的评价等级为：B-IBI>3.38为健康，2.53-3.38为亚健康，1.69-2.53为一般，0.84-1.69为差，B-IBI值≤0.84为极差。结果显示，伊犁河8个典型样点中，6个采样点健康状况为健康或者亚健康，2个采样点为一般。总体上伊犁河健康状况较好，其中支流巩乃斯河和喀什河的健康状况要好于伊犁河干流和支流特克斯河。不同月份的B-IBI值无显著性差异（P>0.05），表明伊犁河流域整体健康状况不受季节变化的重要影响。2013年与2015年B-IBI值差异显著（P<0.05），伊犁河健康状况存在逐年变好的趋势，河流的生物健康评价需要开展长期的监测才能较全面的反映河流健康状况。参照点整体上的B-IBI值显著高于受损点的B-IBI值，表明B-IBI健康评价体系在伊犁河流域的良好适用性。该研究将从时间尺度上为基于B-IBI的河流健康评价方法提供理论参考。     

基于底栖生物完整性指数的赣江流域河流健康评价

底栖生物完整性指数(B-IBI)是最为广泛应用的水生态系统健康评价指数之一。根据2009-2010年期间赣江流域60个采样点的底栖动物数据(15个参照点, 45个受损点), 对17个生物参数进行分布范围、判别能力和Pearson相关性分析, 确定了B-IBI指数体系由总分类单元数、甲壳和软体动物分类单元数、甲壳和软体动物%和BI指数构成。采用比值法统一各生物参数量纲, 将各个生物参数分值加和得到B-IBI指数值。根据参照点的B-IBI值的25%分位数值最终确定赣江流域河流健康评价标准。评价结果表明, 赣江流域60个采样点中19个为健康, 19个为亚健康, 14个为一般, 8个较差。综合来看, 赣江流域河流处于健康-亚健康状态: 上游各支流中绵水、贡江、上犹江和桃江为健康状态, 章水、濂水、梅江和平江为较差状态; 中游各支流健康评价结果多为健康-亚健康状态, 而乌江为较差状态; 下游各支流为健康-亚健康状态; 赣江干流上健康评价的结果均为健康。       

应用底栖动物完整性指数B-IBI评价溪流健康

B-IBI指数是溪流生态系统健康评价常用指标之一。据安徽黄山地区溪流的33个底栖动物样点数据(11个参照点,22个受损点),对21个生物参数进行分布范围、Pearson相关性和判别能力分析,确定B-IBI指数由总分类单元数、EPT分类单元数、前3位优势分类单元%、粘附者%、敏感类群%和BI指数构成。分别用3分制、4分制和比值法统一各参数量纲,B-IBI指数值即为累加各构成指数的分值或比值。B-IBI箱线图分析表明,上述3种方法计算出的B-IBI值有较高判别能力(IQ=3),能很好地判别参照水体和受损水体,且3者之间具高相关性(r>0.90)。分别依据参照样点和所有样点B-IBI值建立健康评价标准,比较3分制、4分制和比值法对评价结果的准确性,表明用比值法统一各参数量纲并依据所有样点的B-IBI值建立的健康评价标准的准确性优于3分制和4分制法。建立了适合祁门县溪流生态系统健康评价B-IBI标准B-IBI>3.59健康,2.7～3.59亚健康,1.8～2.69一般,0.9～1.79差,B-IBI<0.9极差。祁门县21个样点的水体,14个健康,6个亚健康,1个一般。B-IBI与电导率(r=-0.62,p<0.01)和生境质量(r=0.65,p<0.01)显著相关。     

基于B-IBI指数的温榆河生态健康评价

基于温榆河底栖动物和水质采样数据,采用底栖动物完整性指数(B-IBI)方法,进行温榆河生态健康评价,并探求河流水质与B-IBI指数的相关性。通过分布范围、判别能力以及相关性分析等,确定研究区B-IBI指标体系,包括总分类单元数、总生物量、优势分类单元个体相对丰度、敏感类群分类单元数、生物指数和粘附者个体丰度6个指标。根据参照点25%分位数确定温榆河底栖动物完整性评价标准,即B-IBI>1.821为健康,1.366—1.821为亚健康,0.910—1.366为一般,0.455—0.910为较差,0—0.455为极差。结果表明,温榆河27.3%河段处于健康状态,9.1%河段处于亚健康状态,13.6%河段处于一般状态,50%河段处于较差和极差状态。河流水质与B-IBI指数的相关系数为-0.549,表明生物指标作为水体评价的补充指标十分必要。     

应用大型底栖动物完整性指数评价海拉尔河健康

根据海拉尔河26个采样点(11个参照点, 15个受损点)的大型底栖动物数据和水化学指标,对21个生物参数进行分布范围、判别能力和Pearson相关性分析,最终确定了海拉尔河底栖动物完整性指数(B-IBI)指标体系由甲壳动物和软体动物分类单元数、耐污类群和BI指数构成。采用比值法统一各生物参数量纲,将各个生物参数分值加和得到B-IBI指数值。根据参照点B-IBI值的25%分位数值最终确定海拉尔河健康评价标准。结果表明：在26个采样点中,12个为健康,8个为亚健康,5个为一般,1个较差; 总体来看,海拉尔河处于健康和亚健康状态; 各支流中大雁河、库都尔河、特尼河和莫勒格尔河处于健康状态、免渡河为亚健康状态、伊敏河处于一般状态; 海拉尔河干流上游处于健康状态,下游处于亚健康状态,干流中游处于一般和较差状态。B-IBI值与电导率（R²=0.52,P<0.01）、COD（R²=0.46,P<0.01）和铵氮（R²=0.42,P<0.01）显著相关。     

基于流域底栖动物完整性指数评价延河的水生态健康

延河流域位于黄土高原丘陵沟壑区,水土流失严重。流域中下游人类活动干扰强烈导致生态环境脆弱。流域内不同地貌单元(峁梁丘陵沟壑区、峁状丘陵沟壑区、破碎塬区)水土流失状况不同,本研究于2021年4月(春季)和10月(秋季)对流域底栖动物群落进行调查,通过构建底栖动物生物完整性指数(B-IBI)对流域水生态进行健康评价,并探究不同地貌单元对底栖动物生物完整性的影响。共鉴定底栖动物4门73属113种,两季度中水生昆虫均为绝对优势类群。对26个候选指标进行筛选发现：春季B-IBI由优势分类单元个体相对丰度、科级耐污指数(FBI)、捕食者个体相对丰度3个指标构成;秋季B-IBI由蜉蝣目分类单元数、FBI、捕食者个体相对丰度3个指标构成。B-IBI评价结果显示,上游干支流83.3%的采样点处于健康状态,而中下游干支流仅有28.6%的采样点处于健康状态,流域春季健康状况优于秋季。Kruskal-Wallis非参数检验表明,破碎塬区秋季底栖动物密度、物种数和B-IBI均显著低于春季,且在秋季时显著低于峁梁丘陵沟壑区、峁状丘陵沟壑区,丰水期集中降雨导致水土流失加剧是造成这种差异的主要原因。冗余分析结果显示,...     

标准化方法筛选参照点构建大型底栖动物生物完整性指数

依据浑太河流域340个样点的栖息地和水质评价结果,采用标准化方法筛选参照点与受损点,构建大型底栖动物生物完整性评估指数(Benthic Macroinvertebrate Index of Biological Integrity,B-IBI),开展河流健康生物评价研究。标准化方法共筛选出参照点和6个受损点构建B-IBI指数。B-IBI指数包括8个大型底栖动物核心生物指标,涵盖了分类单元、相对丰度、耐污特征、优势类群和功能摄食类群的生物指标。利用构建的完整性指数开展浑太河河流健康评价结果显示,所有样点中"极好"与"好"占24.8%,"一般"占27.8%,"差"与"极差"的占47.4%,表明浑太河健康状况整体上偏差。B-IBI指数分值在参照、测试和受损点间的箱线图分布表明验证结果较为可靠;同时与2009年5月太子河全流域70个样点采用专家经验法构建的大型底栖动物生物完整性指数进行了对比,结果表明两种方法的评价结果一致性较高,健康等级完全一致的占58%,健康等级只相差一个等级的占40.6%。B-IBI与环境要素的回归分析显示,B-IBI指数与栖息地具有较高的直线线性回归关系(R2=0.25,P<0.01),与电导、高锰酸盐指数和氨氮(R2=0.23—0.34,P<0.01)均具有极显著的曲线相关关系。3个水质指标与B-IBI指数的回归方程的拐点分别约为1000μs/cm,5ml/L和1.0mg/L,当3个水质指标低于拐点值时,B-IBI指数表现为显著的下降趋势,当高于拐点值时,B-IBI指数的下降趋势明显减弱。表明高锰酸盐指数和氨氮在从清洁水体下降为III类的过程中,对大型底栖动物生物完整性的影响最为强烈。利用标准化方法筛选参照点构建的大型底栖动物完整性指数及其核心参数具有较好的敏感性,能够指示随人为活动强度增加河流生态系统健康状况的下降,适用于浑太河流域开展河流健康评估研究。     

基于B-IBI评价淮河流域(河南段)河流生态健康

依据2015年4—5月淮河流域(河南段)的67个底栖动物调研点位(13个参照点和54个受损点)数据,对20个候选生物学指数值的分布范围、相关关系和判别能力进行分析,从中筛选出总分类单元数、敏感类群比例、生物指数、端足目+软体动物物种数、端足目+软体动物%、最优势类群相对丰度构成淮河流域(河南段)的底栖动物完整性指数(B-IBI)指标体系。分别用3分制、4分制以及比值法统一各参数量纲,并比较3种方法的评价结果准确性。结果表明:采用4分制统一各参数量纲并依据所有样点的B-IBI值分布的95%分位数法建立的健康评价标准优于3分制法和比值法;建立了适合淮河流域(河南段)河流生态系统的健康评价标准:B-IBI值24,健康;18~24,亚健康;12~18,一般;6~12,差;≤6,极差。评价结果表明:淮河流域(河南段)67个样点中,"健康"的点位占比19.40%;"亚健康"的点位占比26.87%;"一般"的点位占比32.84%;"差"的点位占比10.45%;"极差"的点位占比10.45%,淮河流域(河南段)整体B-IBI与氧化还原电位呈极显著正相关,与NH4+-N呈显著负相关,其余水质指标与B-IBI无显著相关关系。B-IBI与各水质指标之间的相关性在不同的河流上差异较大。     

城市溪流中径流式低坝对底栖动物群落结构的影响

调查了浙江省安吉县内具径流式低坝的城市溪流(6个样点)和参照溪流(3个样点)的底栖动物群落,目的是了解城市溪流底栖动物群落结构退化规律和径流式低坝(2—3 m)对城市溪流底栖动物群落组成与结构的影响。结果表明,参照样点的底质组成以大石块(35.92%)和卵石(33.66%)为主,城市溪流以砾石为主(57.97%)。城市溪流水温和电导率显著高于参照溪流,TN和TP高于参照溪流。底栖动物总分类单元数和EPT分类单元数显著低于参照溪流。城市溪流河道内水坝上下游之间的流速(P=0.273)和宽深比(P=3.92)无显著差异。坝下游水体中的TP高于坝上游,电导率、溶解氧、pH值和水温在坝上下游之间几乎一致。除BI指数坝下游高于坝上游外,坝上下游间底栖动物总分类单元数、EPT分类单元数以及多样性指数、优势度和均匀度指数没有显著差异。但坝下游的耐污类群比例显著高于坝上游,敏感类群比例则显著低于坝上游。与坝上游相比,坝下游捕食者比例上升和集食者比例下降。NMDS结果进一步表明,城市溪流内水坝的建设导致坝上下游底栖动物群落物种组成明显改变。     

Influence of Conductivity Dissipation on Benthic Macroinvertebrates in the North Fork Holston River,Virginia Downstream of a Point Source Brine Discharge during Severe Low-Flow Conditions

The North Fork Holston River (NFHR) was examined in fall 2005 to determine the potential impact of a brine discharge on benthic macroinvertebrates. Conductivity of the discharge ranged from 5900 to 10,930 μ S/cm with a highest measurement of 18,000 μ S/cm. During normal flow, conductivity dissipates rapidly downstream of the discharge; however, low-flow conditions in 2005 hindered dissipation. Benthic macroinvertebrate surveys determined statistically significant differences (p = .05) in all metrices between sites excluding taxa richness. Hydropsychid caddisflies were the predominant taxa at the first two sites below the brine discharge, accounting for 74.3 and 68.8% of the organisms collected. Therefore, Ephemeroptera-Plecoptera-Trichoptera (EPT) abundance minus Hydropsychidae [EPT-H] was the most predictive parameter measured. When hydropsychids were removed from statistical analyses, mean EPT abundance was highest at upstream reference sites 1 and 2 (256 and 297, respectively) and reduced at all downstream sites, ranging from 24 to 52 EPT organisms. Virginia Stream Condition Index (SCI) scores indicated impairment downstream of the discharge with scores of 46.9, 41.8, and 55.8, well below the impairment threshold of 61. These results suggest subchronic, intermittent toxicity occurs under low-flow and may contribute to altered benthic macroinvertebrate assemblages downstream of the brine discharge for approximately 26 miles.     

Developing biological indicators from diverse data: The Potomac Basin-wide Index of Benthic Integrity (B-IBI)

A Basin-wide Index of Benthic Integrity (B-IBI) was developed to uniformly assess aquatic ecosystem health of non-tidal, wadeable streams in the multi-jurisdictional Potomac River basin (US). Multiple datasets were merged and used to identify stream classes and discriminating biological metrics. The index (aggregated metric scores) accurately identified 95% of impaired sites. A jackknife cross-validation procedure confirmed the accuracy of the B-IBI. B-IBI assessments generally compare favorably to basin states’ assessments derived from the same data. A habitat quality matrix which includes an indicator of anthropogenic alterations and disturbances is recommended. The Potomac B-IBI is more useful than existing state-specific indexes for stream health comparisons across jurisdictional boundaries and basin-wide. The Potomac B-IBI can improve understanding of water quality issues in the basin and enhance the abilities of water quality managers to make well-informed decisions concerning the basin's non-tidal waters.     

塔里木河流域生态系统健康评价

通过收集2000 年以来塔里木河流域的生态、经济和社会状况资料,分析影响该流域生态系统健康的因素,采用指标体系分析法和专家咨询法,确立塔里木河流域生态系统健康评价指标体系和评价标准,计算得出流域生态健康评价指标权重,并对流域生态健康状况进行了评价.结果表明:塔里木河源流的阿克苏河、叶尔羌河和开都河-孔雀河流域的山区生态系统的健康状态处于"中等"级别,和田河流域的山区生态处于"优"级别;阿克苏河、叶尔羌河和和田河流域的平原绿洲区生态处于"优"级别,开都河-孔雀河流域的平原绿洲区生态处于"中等"级别;四源流的荒漠区生态处于"差"级别;塔里木河干流上游生态处于"优"级别,中游生态处于"中等"级别,下游生态处于"差"级别.评价结果基本与实际相符,说明使用的评价方法是切实可行的.该研究结论将为流域生态环境的综合治理提供科学依据.     

渭河丰、枯水期底栖动物群落特征及综合健康评价

以渭河为研究范例,分别于丰水期(2011年10月)和枯水期(2012年4月)对渭河全流域范围内45个样点的底栖动物群落进行跟踪调查,并在此基础上应用丰、枯水期底栖动物生物完整性评价指数(B-IBI)对渭河流域水生态系统进行综合健康评价。结果表明,渭河流域底栖动物群落结构具有明显的空间异质性,枯水期底栖动物群落结构单一,物种数量、生物量和香农多样性明显少于丰水期,但单位密度差异不显著。综合健康评价结果表明,渭河上游、洛河中上游地区的健康状况较好,而渭河中下游、泾河全流域及洛河下游地区的健康状况较差。相关分析显示,渭河全流域范围内丰水期和枯水期底栖动物群落的B-IBI得分呈现明显的正相关性,表明在不同水文过程时期,渭河全流域大尺度范围内底栖动物群落的生物完整性特征较为一致。在河流丰、枯水期,底栖动物群落结构的变化趋势并对比分析了渭河流域不同区域水生态系统健康水平差异的原因。     

Applicability of macrobenthos indexes in health assessment upstream of a large river: A case study in the Babian River of the Red River Basin,China

Biological assessment is an important component of river health assessments. With the thorough growth of river health assessment in China, the scientific verification and screening of straightforward, easily quantifiable, and widely used bio-assessment indexes has emerged as a significant scientific challenge that needs to be resolved immediately in river health assessment. In 2019, 28 sections of the Babian River were examined for water quality, macrobenthos, status of the riparian zone and societal value. Based on the presence of macrobenthos in river health assessments, the applicability of 17 indexes was analyzed. The indexes that could differentiate between reference sites and impaired sites were B-IBI, S₂, S₃, and BMWP, which had good correlation with environmental factors. Although there was no significant link with riparian conditions, B-IBI, S₂, S₃, and BMWP had strong negative correlations with total ammoniacal nitrogen, total nitrogen, and total phosphorus but S₂, S₃, and BMWP are effective alternatives for B-IBI in river health assessment since their results were comparable to those of B-IBI, which covered all the assessment grades. Moreover, when constructing and selecting a bio-assessment index, more attention should be paid to the role of dominant and rare species, as well as the appropriate condition of indexes. In addition, riparian condition is a necessary aspect of river health assessment, but it is challenging to reflect the influence of land components on river health because of the small scale of riparian investigation. Therefore, it is necessary to introduce basin-scale indexes to optimize river health assessment systems. By doing this, watershed system management and overall governance will be supported more effectively.     

基于周丛藻类群落结构的新疆额尔齐斯河生态健康评价

周丛藻类对水环境变化较为敏感,可迅速而灵敏的反映水质健康状况。本研究于2019年对额尔齐斯河周丛藻类群落结构和水环境特征进行了系统调查,并运用周丛藻类生物完整性指数(Periphytic algae index of biotic integrity, P-IBI)对生态健康进行了评价。结果表明:额尔齐斯河周丛藻类有6门41属102种,以硅藻门为主。周丛藻类密度和生物量的时间变化趋势为:9月>7月>5月,空间分布趋势为中下游>上游、支流>干流。主成分分析(PCA)与典范对应分析(CCA)显示,影响周丛藻类群落结构的主要环境因子有水温、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮、pH、悬浮物,不同月份的环境影响因素有所差异。额尔齐斯河周丛藻类多样性指数(H′)、丰富度指数(D)、Pielou均匀度指数(J)的平均值分别为3.52、3.02、0.75,显示额尔齐斯河流域整体水质为寡污或无污。P-IBI分析结果显示:5个采样点为健康状态,1个采样点为亚健康状态,3个采样点为一般状况,1个采样点极差,表明额尔齐斯河整体生态健康状况趋于良好。本研究可为额尔齐斯河的水环境监测提供...     

流域景观类型及配置对大型底栖动物完整性的影响

通过对滦河流域66个河段大型底栖动物采集和生境指标监测,基于大型底栖动物完整性评价和13种景观指数构建,探讨了不同景观指数对于大型底栖无脊椎动物完整性的解释能力。景观指数类型包括流域及欧式距离缓冲区土地利用百分比、水流路径缓冲区土地利用百分比、局部区域土地利用百分比和基于水流路径的反距离权重指数。基于多元线性逐步回归模型,根据调整R2(Square of the coefficient)来判断不同指数的解释能力。研究结果表明基于水流路径的反距离权重指数对于大型底栖动物完整性的解释能力最好,其次为基于水流路径的缓冲区和局部区域的土地利用百分比指数,全流域及欧氏距离缓冲区内土地利用百分比解释能力最差。农田是影响大型底栖动物完整性最重要的景观类型,距离河流越近的农田对大型底栖动物完整性的影响越大,因此流域及河岸带农田的控制和管理对于滦河流域大型底栖动物完整性的恢复具有重要的作用。     

Longitudinal pattern of resource utilization by aquatic consumers along a disturbed subtropical urban river: Estimating the relative contribution of resources with stable isotope analysis

The utilization of food resources by aquatic consumers reflects the structure and functioning of river food webs. In lotic water systems, where food availability and predator–prey relationships vary with gradient changes in physical conditions, understanding diet assimilation by local communities is important for ecosystem conservation. In the subtropical Liuxi River, southern China, the relative contribution of basal resources to the diet assimilation of functional feeding groups (FFGs) was determined by stable carbon (¹³C) and nitrogen (¹⁵N) isotope analyses. The output of Bayesian mixing models showed that diatom‐dominated periphyton (epilithic biofilm), aquatic C₃ plants (submerged hydrophytes), and suspended particulate organic matter (SPOM) associated with terrestrial C₃ plants contributed the most to the diet assimilation of FFGs in the upper, middle, and lower reaches, respectively. The relative contribution of consumer diet assimilation was weighted by the biomass (wet weight, g/m²) of each FFG to reflect resource utilization at the assemblage level. From the upper to the lower reaches, the spatial variation in the diet assimilation of fish and invertebrate assemblages could be summarized as a longitudinal decrease in periphyton (from 57%–76% to <3%) and an increase in SPOM (from <7% to 51%–68%) with a notable midstream increase in aquatic C₃ plants (23%–48%). These results indicate that instream consumers in the Liuxi River rely more on autochthonous production (e.g., periphyton and submerged hydrophytes) than on terrestrially derived allochthonous matter (e.g., terrestrial plants). The pattern of resource utilization by consumers in the mid‐upper Liuxi River is consistent with findings from other open subtropical and neotropical rivers and provides evidence for the riverine productivity model. Our study indicates that protecting inherent producers in rivers (e.g., periphyton and submerged hydrophytes) and restoring their associated habitats (e.g., riffles with cobble substrate) are conducive to aquatic ecosystem management.