生物完整性指数与水生态系统健康评价

生物完整性指数是目前水生态系统健康评价中应用最广泛的一个生态指标。本文扼要介绍了生物完整性指数的概念、水生态系统健康评价的原理以及大型底栖无脊椎动物完整性指数的构建方法,介绍了生物完整性指数在水生态系统健康评价中的应用及我国开展这方面工作的建议。     

基于附石藻类生物完整性指数对汝溪河水生态系统健康的评价

以三峡库区支流-汝溪河自然河段为研究区域,调查了自然河段内9个样点的附石藻类群落和水环境理化特征,并在此基础上应用生物完整性评价指数（Index of Biotic Integrity,IBI）,对汝溪河水生态系统进行健康评价。结果表明,汝溪河自然河段附石藻类群落结构具有明显的空间和时间异质性,驱动附石藻类群落结构形成的水环境因子为电导率、浊度、硝态氮和溶解氧。IBI结果表明,上游生物完整性较高;中下游和下游生物完整性较差;枯水期生物完整性较高,而平水期和丰水期生物完整性较低。由此可见,汝溪河自然河段生物完整性一般,表明汝溪河水生态系统已处于亚健康程度。     

漓江中下游基于鱼类生物完整性指数的河流健康评价体系

: 2014年4月-2015年1月,按季度对漓江中下游进行了4次鱼类物种采样调查,通过对22个初选指标的筛选,建立了基于鱼类生物完整性指数(IBI)的河流健康评价体系,最终确定了7个评价指标,即鱼类总物种数、鲤科鱼类占总类数的百分比、亚科鱼类种数、亚科鱼类种数、杂食性鱼类数量百分比、敏感性鱼类占总类数的百分比、耐受性鱼类占总类数的百分比。采用1、3、5赋值法计算各采样点IBI值,并将鱼类完整性划分为6个等级对河流进行评价,具体为:极好(58~60)、较好(48~52)、一般(40~44)、较差(28~34)、极差(12~22)、无鱼(0)。结果显示,漓江中下游以及各分段河流(桂林段、阳朔段、平乐段)的鱼类IBI总分均在40分以上,处于一般或一般以上水平。     

应用鱼类完整性评价体系评价辽河流域健康

根据2009年8月辽河流域33个站点采集的鱼类数据(参照点8个,观测点25个),通过参数指标值分布范围、相关关系和判别能力分析,从23个侯选指标中筛选出了辽河流域的鱼类完整性指数(F-IBI)构成指标体系。该体系包括鱼类总种类数、Shannon-Wiener多样性指数、中上层鱼类百分比、底层鱼类百分比、鱼类个体总数、杂食性鱼类百分比、耐受性鱼类百分比、敏感性鱼类百分比和产粘性卵鱼类百分比共9个生物参数。分别采用1、3、5赋值法和比值法计算各站点的IBI分值,并根据参照点IBI分值的25%分位数值确定健康等级标准,对小于25%分位数值的分布范围进行3等分,提出了辽河流域河流鱼类完整性评价标准,分为健康、一般、差、较差4个等级。两种方法评价结果虽不完全相同,但趋势基本一致。Pearson相关分析表明IBI值与生境状况、水质状况、栖息地环境质量显著相关,其中与海拔、栖息地评分呈显著正相关,与CODCr、氯化物、总溶解颗粒物、含沙量、硬度、电导率呈显著负相关。     

基于大型底栖动物生物完整性指数的天津市城市河流水生态健康评价

生物完整性指数整合了多个单指标对干扰的响应特征,因此在综合评价水生态健康状况时具有良好的指标稳定性和响应敏感性。使用生物完整性指数开展自然河流水生态健康评价案例较多,但由于水体特征差异性导致指标选取存在不同,因此针对城市河流的评价研究案例并不多见。在参考以往研究基础上,结合城市河流的独有特征,将可以反映生态系统功能的功能多样性指标纳入备选指标体系,构建了天津市城市河流大型底栖动物完整性评价指数并开展了水生态健康评价。基于2023年4月和9月的水生态监测数据,分析了天津市城市河流大型底栖动物群落结构在枯水期和丰水期之间的变化情况。结果表明,大型底栖动物群落组成表现出显著的季节差异(ANOSIM: P=0.006, R=0.107),枯水期物种数要高于丰水期。梨形环棱螺(Bellamya purificata,Y_枯水期=0.208,Y_丰水期=0.192)、环棱螺属一种(Bellamya sp.,Y_枯水期=0.045,Y_丰水期=0.074)和纹沼螺(Parafossarulus striatulus,Y_枯水期=0.033,Y_丰水期=0.163)均是优势种,表现出季节稳定性。本研究构建了以水生昆虫分类单元数、BMWP指数、功能丰富度和功能分异度等为核心评价指标的天津市城市河流大型底栖动物生物完整性指数(IBI)。评价结果体现了在生物完整性的构建时引入功能参数的重要性。从空间分布看,上游河道保持了较好的生物完整性特征,而由于人类活动的介入导致中下游河道普遍偏差。从季节变化来看,不同地区的完整性变化存在差异,栖息地完整、植被覆盖度高和功能多样性高的参考点位对外部干扰的抵抗力和恢复力较好,因此受到的水文扰动小,而受损点位生物完整性普遍降低。营养盐和有机污染均影响了两个季节的IBI指数,而对于丰水期的大型底栖动物群落,水文变化也是不容忽视的重要因素。本研究结果从生物完整性角度为天津市河流生态系统的评价和保护修复提供了参考依据,同时也为其它类似河流生态系统提供了借鉴。     

不同施肥模式对蔬菜生长、氮肥利用及菜地氮流失的影响

在天然降雨条件下,通过一年三茬蔬菜(小白菜、空心菜和苋菜)田间试验,研究了7种不同施肥模式（不施肥、化肥基施、化肥基追肥各半、化肥和双氰胺基施、化肥和双氰胺基追肥各半、化肥和有机肥基追肥各半、有机肥基施）对蔬菜株高、单株质量、产量、氮累积量、氮肥利用率及菜地硝态氮和铵态氮随地表径流流失的影响.结果表明：与不施肥对照相比,化肥和有机肥基追肥各半、化肥和双氰胺基施2种施肥模式可改善蔬菜农艺性状,分别使蔬菜产量提高103%～219%和93%～226%、植株氮累积量增加153%～216%和231%～320%、氮肥利用率较高,与化肥基施处理相比,还可减少蔬菜种植期间菜地土壤硝态氮和铵态氮随地表径流的流失量,减少幅度分别为48.1%和46.5%,从而减少了菜地土壤造成的农业面源污染.这两种施肥模式应在今后蔬菜生产中推广应用.     

基于植被完整性指数的鄱阳湖湿地生态健康评价

基于鄱阳湖湿地30个采样点的植被调查数据,利用植被完整性指数法(V-IBI)评价鄱阳湖湿地生态健康状况。通过分布范围分析、判别能力分析和相关性分析,从35个候选生物参数中筛选出6个核心参数,利用比值法对核心参数赋值并累加求得各采样点V-IBI分值,以所有采样点95%分位数值为最佳期望值建立评价标准划分健康等级。结果显示:鄱阳湖湿地生态健康状况总体较好,30个采样点中6个为非常健康(V-IBI≥5.01),7个为健康(4.38≤V-IBI5.01),8个为一般(3.74≤V-IBI4.38),7个为差(3.10≤V-IBI3.74),2个为极差(V-IBI3.10),呈现出西部优于东部,北部优于南部的空间差异。V-IBI与景观发展强度指数(LDI)和栖息地环境质量评价指数(QHEI)呈显著相关性,表明V-IBI方法对鄱阳湖湿地生态健康状况评价结果合理有效,可作为鄱阳湖湿地生态监测的重要手段。     

基于底栖动物预测模型构建生物完整性指数评价河流健康

提高生物完整性指数(integrity of biotic index,IBI; 又称多参数指数multi-metric index, MMI)在时间和空间尺度的稳定性是水生态完整性评价和水环境管理实践的重要内容.本研究利用2004—2011年在浙江省多个河流采集的227个点位的底栖动物和水质理化数据,利用地理信息系统(GIS)提取样点及其对应流域的自然预测因子(如地理形态学、气候学)和土地利用数据,通过随机森林模型方法定量时间和空间尺度自然变量对生物群落的影响,构建基于预测模型控制自然因子影响方法和常规方法的MMI,并比较它们的表现力.结果表明: 基于预测模型法和基于常规方法构建的MMI的核心组成参数存在差异,随机森林模型中自然预测因子对预测模型MMI构成生物参数的解释量介于11.4%～61.2%.预测模型方法提高了MMI的精确度和准确度,但其敏感性和响应性低于常规方法的MMI.最近距离方法表明,9个评价点位和1个严重受损点位的自然属性与参照点位的自然属性存在差异性.在计算参照点位自然属性代表性范围的基础上,采用预测模型方法控制自然变量可以提高MMI的精确度和准确度,同时降低评价结果出现Ⅰ型(将健康水体误判为受损水体)或者Ⅱ型(将受损水体误判为健康水体)错误的可能性.研究结果可以为提高完整性指数评价稳定性和表现力提供方法支持.     

基于浮游植物生物完整性指数的湖泊生态系统评价——以2012年冬季太湖为例

依据2012年12月对太湖29个样点和同一地理区划4个湖、库的浮游植物和环境变量的监测结果,应用生物完整性理论和方法,构建冬季太湖浮游植物生物完整性指数,评价冬季太湖水生态健康质量。采用干扰程度最小系统法定义筛选确定参照点,对51个候选参数进行分布范围筛选、判别能力分析、参数间相关性分析,获得了太湖枯水期P-IBI指数的6个构成参数:总分类单元数、硅藻门分类单元%、细胞Simpson指数、细胞密度、硅藻门细胞密度%和绿藻门个体密度%。采用比值法统一各参数的量纲,累加后得到枯水期太湖P-IBI分值,并划分健康评价标准。应用P-IBI对冬季太湖水生态进行评价,8个参照点中1个点位评价结果为健康其余7个为亚健康;25个受损点中,2个点位为亚健康,9个点位为一般,12个点位为差,2个点位为极差。太湖总体受到了不同程度的人为干扰,东太湖湖区水生态状况最好,评价结果多为亚健康或一般;竺山湖、贡湖、东部沿岸和西部沿岸次之;南部沿岸和湖心区最差,湖心区有2个点位评价结果为极差。与冬季太湖P-IBI指数显著相关的水化学因子是氨氮和总磷含量。