应用底栖动物完整性指数评价北京市河流水生态环境质量

利用底栖动物完整性指数(B-IBI)评价河流生态环境状况已成为水生态健康评估和管理的重要方法。基于2020年秋季至2021年夏季对北京市五大水系115个样点的大型底栖动物、水体理化因子以及栖息地质量4个季度的调查数据,分别构建了北京市山区、平原区河流底栖动物完整性指数,并对其生态状况进行了评估。指标筛选结果显示:山区河流B-IBI核心指标包括总分类单元数、EPT相对丰度、BMWP指数、粘附者相对丰度、Shannon-Wiener多样性指数;平原区河流B-IBI核心指标包括总分类单元数、摇蚊科相对丰度、EPTO相对丰度、耐污类群相对丰度。根据各参数值随干扰增强的变化趋势,采用比值法计算各指标的分值和评价标准。结果显示:在空间上,北京市山区河流处于良好状态,其中以潮白河水系生态状况最好,处于良好状态,蓟运河水系生态状况最差,处于很差状态;平原区河流处于中等状态,其中永定河、大清河水系处于良好状态,蓟运河、北运河以及潮白河水系均处于中等状态。在时间上,不同季节的B-IBI值无显著性差异,整体生态状况不受季节变化的影响,表明构建的北京市B-IBI评价体系在时间上具有良好的稳定性。多元回归分析显...     

1988—2021年洞庭湖大型底栖动物完整性评价及环境压力影响分析

为客观跟踪洞庭湖水生态环境质量,掌握洞庭湖水生生物完整性状况和变化趋势,支撑长江流域水生态考核工作的开展,基于洞庭湖30多年(1988—2021)的大型底栖动物群落特征数据,构建洞庭湖大型底栖动物完整性指数(BIBI)。基于完整性评价结果,采用多元逐步回归分析识别30多年间影响洞庭湖B-IBI的主要环境因素和贡献率。以低压力期(1988—1994年)底栖动物特征确定参照状态,构建的B-IBI由总分类单元数、甲壳类和软体类分类单元数、H指数、总密度和BI指数5项核心参数构成;同时确定出5项参数的期望值,并建立起B-IBI评价的标准:B-IBI≥6.34,优秀;4.75≤B-IBI<6.34,良好;3.17≤B-IBI<4.75,中等;1.58≤B-IBI<3.17,较差;B-IBI<1.58,很差。经B-IBI在低、高压力组的箱线图分析,进一步验证了该指数的辨别力和适用性。根据研制的B-IBI评价标准,得到洞庭湖B-IBI从1988年的6.99(优)下降到2021年的2.97(较差),表明洞庭湖底栖动物完整性呈现显著的下降趋势。相关环境因素的分析显示,同期洞庭湖的...     

太湖大型底栖动物群落结构与水环境生物评价

于2014年冬季和夏季调查太湖全湖116个样点的大型底栖动物,分析其群落结构及与环境因子的关系.共记录底栖动物55种,隶属3门7纲18目27科52属,底栖动物的平均密度和生物量分别为405.5 ind./m2和146.6 g/m2.优势度分析表明,河蚬(Corbicula fluminea)、铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)、太湖大螯蜚(Grandidierella aihuensis)、寡鳃齿吻沙蚕(Nephtys oligobranchia)和拟背尾水虱属一种(Paranthura sp.)是太湖大型底栖动物的优势种.基于环境因子聚类分析,可将全湖分为3个区:敞水区、水生植被区和富营养区.方差分析表明各湖区间环境因子差异显著.统计分析表明,3个区底栖动物群落结构相似性低,差异显著.典范对应分析表明,水深、总氮、总磷、铵态氮、水生植物、溶解性有机碳和沉积物中值粒径与大型底栖动物群落结构显著相关.K-优势曲线、物种多样性指数显示,从水生植被区→敞水区→富营养区,营养水平增加,底栖动物多样性逐渐降低,生物量逐渐升高.研究结果表明营养水平、底质类型以及水生植被的分布是决定太湖大型底栖动物群落结构及多样性的关键因子.     

基于底栖动物生物完整性指数的黄河干流生态健康评价

黄河为世界上最长的多沙河流,全河段水沙异质性及其生态健康的空间差异明显。本文基于黄河干流全河段44个断面春秋两季(2019年)底栖动物的系统调查数据,构建黄河底栖动物生物完整性评价体系。该体系融入指示水沙过程变化的ASPT指数及EPT分类单元个体相对丰度,且参照点与受损点得分差异显著,适用于多沙河流生态健康评价。评价结果显示:黄河干流亚健康及以上状态的断面占比为秋季(75.0%)高于春季(54.5%);自源区沿河而下,底栖动物生物完整性指数值呈下降趋势;库区断面底栖动物生物完整性指数低于临近自然河段。回归分析表明,黄河干流底栖动物生物完整性指数与盐度、总氮、城镇及农田用地占比呈显著负相关,与林地及草地占比呈显著正相关。本研究结果可为黄河生态保护与管理提供科学依据。     

太湖浮游细菌种群基因多样性及其季节变化规律

为认识湖泊中浮游细菌的多样性及其变化规律,本研究采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)的方法,研究了太湖梅梁湾和湖心区浮游细菌种群16S rRNA基因多样性以及种群基因组成的季节变化特征.研究结果表明,太湖浮游细菌种群具有丰富的基因多样性.浮游细菌的丰度、DGGE条带数、种群的Shannon-Wiener指数、Simpson 指数和Pielou指数均呈现显著的季节变化规律:夏季及秋季浮游细菌的丰度、基因多样性及种群的均匀度较高,而冬季和春季则较低.浮游细菌种群的基因组成随时间变化.梅梁湾浮游细菌的丰度显著高于湖心.梅梁湾与湖心浮游细菌主要建群种的基因型存在显著差异.     

应用底栖动物完整性指数评价上海市河流健康

据2011-2013年对上海市31条河流底栖动物的调查结果,对31个生物参数进行分布范围、判别能力以及相关性等进行分析,确定构建上海市河流底栖动物完整性指数(B-IBI)的4个参数:(寡毛类动物+蛭纲)数量百分比、耐污类群分类单元数、双翅目数量百分比和集食者分类单元数百分比.采用比值法统一量纲,将各个生物参数分值加和得到上海市河流B-IBI值.利用构建的B-IBI对上海市31条河流健康状况进行评价,结果表明:31条河流中,有4条河流处于健康状态,8条河流处于亚健康状态,9条河流处于一般状态,8条河流处于较差状态,2条河流处于极差状态;远郊河流健康状态最好,近郊次之,市区最差.     

应用底栖动物完整性指数评价滇池流域入湖河流生态系统健康

采用底栖动物完整性指数(B-IBI)评价滇池流域入湖河流健康状况.根据滇池流域38个样点(9个参照点,29个干扰点)于2009年丰水期和2010年平水期采得的大型底栖动物数据,对19个生物参数进行分布范围、Spearman相关性和判别能力分析,确定构成滇池流域底栖动物生物完整性的指数为甲壳动物+软体动物分类单元数、集食者%、捕食者%和耐污类群%.用比值法统一量纲,计算各个生物参数的值,并将所得的值相加即得到B-IBI指数值.根据B-IBI指数值的25%分位数确定健康等级标准,并对小于25%分位数的值进行四等分,即得到滇池流域底栖动物完整性的评价标准,B-IBI>1.62为健康,1.03～1.62为亚健康,0.31～1.03为一般,0.10～0.31为较差,<0.10为极差.评价结果表明,滇池流域的38个样点中,16个为健康,5个为亚健康,6个为一般,6个为较差,5个为极差.B-IBI值与硝态氮和水温有较大的负相关关系,与其他理化因子相关性不明显.     

改性当地土壤技术修复富营养化水体综合效果研究:Ⅱ.底栖动物群落结构和多样性的响应

从2010年10月开始在太湖梅梁湾围隔内实验区实施了改性当地土壤技术,在研究其对水体富营养化和蓝藻水华长效控制作用的同时,重点研究了底栖动物群落对此技术的响应.研究发现:经过11个月的处理,相比对照区,实验区内软体动物的平均密度和生物量分别增长了124%和33.8%,底栖动物Margalef和Shannon-Wiener多样性指数分别增长了41.1%和18.5%.环境因子和底栖动物群落的典范对应分析发现叶绿素a、温度、溶解氧和总磷对底栖动物群落有显著影响.本研究表明通过改性当地土壤技术降低水体营养盐含量和叶绿素a含量、增加底泥表层溶解氧含量,可以在一定程度上改善底栖动物生境,提高其物种多样性.     

无定河流域不同水土流失区底栖动物生物完整性指数构建与健康评价

无定河流域位于黄土高原与毛乌素沙地过渡带,水土流失严重,生态环境具有脆弱性和波动性。于2021年春季(4月)和秋季(10月)对无定河流域上、中、下游及其6条支流和流域内的3个淤地坝开展水生态系统调查,旨在厘清无定河流域底栖动物群落特征,构建底栖动物生物完整性指数并开展健康评价。无定河流域春季共采集到底栖动物105种,平均密度为181 ind./m²,平均生物量为0.760 g/m²,秋季共采集到底栖动物67种,平均密度为94 ind./m²,平均生物量为0.454 g/m²。通过对两季度研究区域内底栖动物27个生物参数开展分布范围检验、判别能力分析和相关性分析,构建无定河流域底栖动物生物完整性指数,对全流域40个样点(6个参照点和34个受损点)进行B-IBI健康评价。评价结果表明,总体上无定河流域底栖动物生物完整性较好,40个样点中春季有19个处于健康或亚健康状态,秋季有23个处于健康或亚健康状态,其中无定河上、中游干支流大都以健康和亚健康为主,无定河下游干支流以及3个淤地坝水体健康状况较差。在不同水土流失类型区域,底栖动物群落特征和生物完整性评价具有显著性差异。本研究结果可为无定河流域河流健康评估提供科学依据。     

巢湖流域不同水系大型底栖动物群落结构及影响因素

2013年4月对巢湖流域8个水系147个样点的大型底栖动物进行调查,分析其群落结构及与环境因子的关系.共采集到大型底栖动物213种,隶属于3门7纲22目76科177属.8个水系大型底栖动物物种数差异较大,在杭埠河发现172种,而在十五里河仅发现10种.大型底栖动物密度组成呈现出显著的空间差异.南淝河和十五里河的寡毛纲相对密度均超过96%,派河的寡毛纲和摇蚊幼虫的相对密度分别为47.8%和41.1%.裕溪河、白石天河、柘皋河和杭埠河的腹足纲相对密度最大.杭埠河的水生昆虫相对密度达30.6%,是水生昆虫相对密度最大的水系.相似性分析结果表明,8个水系特征种差异明显,霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)是十五里河和派河的最主要优势种,而铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)是兆河、裕溪河、杭埠河、白石天河和柘皋河的最主要优势种,铜锈环棱螺和霍甫水丝蚓是南淝河贡献率较大的两种优势种.生物多样性结果表明,Shannon-Wiener、Simpson及Margalef指数在8个水系间具有显著差异,Pielou指数在8个水系间差异不明显.典范对应分析结果表明,影响大型底栖动物群落结构的主要因素为水体营养状态和底质异质性.高营养盐浓度导致南淝河、派河和十五里河的耐污种密度高、生物多样性低,而相对较高的底质异质性维持了杭埠河大型底栖动物的高多样性和敏感型物种的生存.     

太湖蚌类现存量及空间分布格局

于2016年10月和2017年10月对太湖全湖8个湖区129个样点的蚌类进行调查,分析蚌类的物种组成、现存量、空间分布及历史变化.共采集到蚌类704个个体,隶属8属14种.全湖蚌类平均生物量和密度分别为4.169±9.337 g/m²和0.164±0.386 ind./m²;各湖区蚌类平均生物量和密度差异较大,东部沿岸区生物量和密度最高,分别为14.975±16.743 g/m²和0.577±0.758 ind./m²;湖心区生物量和密度最低,仅为0.727±1.622 g/m²和0.029±0.071 ind./m².扭蚌（Arconaia lanceolata）、圆顶珠蚌（Unio douglasiae）和背角无齿蚌（Anodonta woodiana woodiana）为太湖现阶段的优势种.基于蚌类平均密度的聚类分析,8个湖区分为3类.与历史数据相比,太湖蚌类资源呈明显衰退趋势,现状不容乐观,需加强对太湖蚌类的保护和资源的有效管理.     

基于高分六号数据提取太湖蓝藻方法的对比及适用性分析

以往对太湖蓝藻提取的研究中,较少将国内高分系列卫星影像作为数据源.为此本文基于2019年太湖不同蓝藻暴发时期的高分六号数据,采用随机森林（random forest,RF）法、归一化植被指数（normalized differential vegetation index,NDVI）阈值法和多光谱绿潮指数（multispectral green tide index,MGTI）阈值法对太湖蓝藻进行提取以寻求提取太湖蓝藻的最佳方法,并在此基础之上探讨了RF不同输入变量的适用性.结果表明,2019年太湖南岸和梅梁湖的蓝藻水华富营养化较为严重,NDVI阈值法明显将部分轻度蓝藻漏提,MGTI阈值法对中、重度蓝藻的识别能力不如NDVI法,而RF法能够有效地提取太湖蓝藻.其中将归一化植被指数和归一化水体指数作为输入变量的RF法提取中型暴发期的太湖蓝藻精度最高,总体分类精度和Kappa系数分别为99%和0.97.研究太湖蓝藻的提取方法对太湖的环境治理提供了技术支持,也为其他湖泊蓝藻的遥感监测提供了科学依据.     

太湖不同生态型湖区枝角类组成和丰度长期变化的差异性

枝角类作为淡水湖泊生态系统中的初级消费者之一,对生存环境的改变极为敏感.本文分析了太湖西、中和东部等湖区的钻孔沉积物、表层沉积物以及春夏秋季活体枝角类的组成与丰度.结果表明:活体枝角类组成以象鼻溞(Bosmina spp.)为优势种,秋季枝角类属种数量最多.太湖不同生态型湖区表层沉积物枝角类组成均以象鼻溞为优势种,其中西部与中心湖区的枝角类组成与丰度较为相似,种类单一,枝角类绝对丰度高;东部湖区枝角类属种较为丰富,绝对丰度低,优势种由浮游种象鼻溞以及沿岸种圆形盘肠溞(Chydorus sphaericus sl)和西方笔纹溞(Graptoleberis testudinaria)等种属构成.百年以来,太湖枝角类组成与丰度随着营养水平增加而改变,富营养指示种(Bosmina longirostris)丰度的增加与贫营养指示种(Bosmina longispina)丰度的下降,响应了湖区生态环境的演变过程.1970s末期,太湖西部与中心湖区在进入富营养化阶段,枝角类组成单一,象鼻溞占有绝对优势,与东部湖区相比,沿岸种、底栖种稀少.东部湖区在1960s以后,枝角类属种数量增加,但丰度下降,响应了1960s以来该区域营养水平提高、沉水植被生物量增加以及沼泽化加剧的环境过程.     

太湖富营养化湖区秋季水体和沉积物中硝化微生物分布特征及控制因素

微生物参与下的氮循环是富营养化湖泊十分重要的生物地球化学循环过程.采用基于amoA功能基因和16S rRNA基因的荧光定量PCR、PCR-DGGE与高通量测序等分子生物学技术,调查秋季太湖不同水体和表层沉积物中氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)群落丰度和组成,探讨影响硝化微生物分布的关键环境因子.结果表明,中度富营养化的梅梁湾湖区水体表层、中层和底层水样和表层底泥中AOA amoA基因的丰度分别低于轻度富营养化的湖心区,而不同层水样中AOB amoA基因的丰度分别高于湖心区.梅梁湾湖区和湖心区水样中AOA群落组成基本相似,2个湖区表层沉积物样品中AOA群落组成亦基本相似,水体中AOA群落组成与表层沉积物中AOA群落组成有差异,AOA群落丰度显著受硝态氮、pH和DO影响;表层沉积物中AOB群落丰度有明显差异且显著受总氮含量影响,表层沉积物中NOB群落丰度也有明显差异且显著受亚硝态氮含量影响.太湖梅梁湾湖区和湖心区水体与表层沉积物AOA群落包括Nitrosopumilium和Nitrosotalea两大属;表层沉积物AOB群落主要包括亚硝化单胞菌(Nitrosomonas)和亚硝化螺菌(Nitrosospira)两大属,NOB群落主要包括硝化刺菌(Nitrospina)和硝化螺菌(Nitrospira)两大属,其中硝化螺菌属是淡水湖泊中比较少见的亚硝酸盐氧化菌.影响太湖水体和沉积物中AOA和AOB丰度的最主要环境因子为总氮、总磷与铵态氮.研究表明典型富营养指标(总氮、总磷、铵态氮、硝态氮和硝态氮等)是影响太湖梅梁湾和湖心区水体和沉积物中AOA或AOB丰度以及硝化微生物群落丰度的重要因素.     

2012-2018年巢湖水质变化趋势分析和蓝藻防控建议

巢湖自1990s中期至2012年间水质明显改善,但是近年来水质改善效果变缓,2018年蓝藻水华面积显著增加,为有效评估巢湖水体环境的变化,通过对20122018年巢湖17个点位的逐月调查数据分析阐述了近年来巢湖水质和藻情的变化特征,并在流域空间尺度上分析了巢湖流域水污染治理的进展和不足,为后续治理方向的调整和确定提供支撑.20122018年湖区调查数据显示:巢湖湖体总磷和总氮浓度显著升高,铵态氮浓度显著下降,水华蓝藻总量显著升高.在空间上,各污染指标水平呈现由西向东呈逐渐降低的趋势,但是各指标在不同湖区随时间的变化趋势差异明显,西部湖区的总磷、总氮和水华蓝藻指标近年来略有下降或持平,中部和东部湖区则显著升高,所以巢湖湖体总氮和总磷浓度的升高主要源于中、东部湖区的升高,这也是这两个湖区水华蓝藻变动的主要驱动因素.主要入湖河口数据显示:西部4条主要入湖污染河流(南淝河、十五里河、塘西河和派河)水质明显改善,但仍处于较高污染水平,中东部入湖河流(兆河、双桥河和柘皋河)总磷浓度明显升高,是中东部湖区水体营养盐升高的主要原因.中东部河流入湖污染的增加加剧了该区域湖体的富营养化水平,尤其是总磷浓度明显提升,导致中东部湖区夏季水华蓝藻的优势种从鱼腥藻种类演替为微囊藻种类.夏季微囊藻的大量繁殖,使得2018年巢湖中东部湖区部分月份水华面积异常增高.因此,巢湖流域的治理应该在持续强化流域西部合肥市污染治理的同时,增加对流域中部和东部治理的关注和投入.     

太湖河蚬时空格局

2006年12月-2007年11月对太湖河蚬种群进行了周年逐月调查.河蚬在分布区的年均密度和生物量分别为265.7ind./m2和100.9g/m2,在夏、秋季均达到高值.根据壳长频数分布的周年变化,太湖河蚬一年一代,繁殖期主要在5-7月份.河蚬主要分布在贡湖湾、马迹山以南区域、西南湖区和小梅港沿岸区域.分析表明,太湖中河蚬的空间分布表现出明显的差异性,这种差异性受到多种因素的综合影响.在北部梅梁湾和竺山湾湖区湖泊中的低溶氧量是限制河蚬生长的最重要因素;在贡湖湾、马迹山以南湖区和西南部湖区,各种生境条件和底质性质适合河蚬的生长繁殖,其密度和生物量的最高值出现在贡湖湾的中心区域(820.0ind./m2,522.9g/m2);在东太湖湖区浮游植物密度较低,底质中有机质较少,食物来源是影响河蚬分布的较重要因素.     

The pattern of sedimentary bacterial communities varies with latitude within a large eutrophic lake

We investigated the diversity, composition, and assembly processes of sedimentary bacterial communities across Lake Taihu, China, a large, shallow, and eutrophic water body. Amplicon-based 16S rRNA gene high-throughput sequencing identified the composition and phylogenetic structure of the bacterial communities within the 28 collected samples. Diversity analysis revealed that sedimentary bacterial communities demonstrated significant trends with nutrient loading and habitat along latitude. We used network analysis to disentangle the role of keystone taxa in bacterial communities. Most identified keystone species were from the genus Nitrospira (affiliated with Nitrospirae), subphylum Deltaproteobacteria (affiliated with Proteobacteria), subphylum Gammaproteobacteria (affiliated with Proteobacteria), family Rhodocyclaceae (affiliated with Betaproteobacteria), phylum Bacteroidetes, genus Bacillus (affiliated with Firmicutes), and family Anaerolineaceae (affiliated with Chloroflexi) in order of abundance. These keystone taxa play fundamental roles in carbon and nitrogen cycling within Lake Taihu. Phylogenetic structure analysis indicated that the bacterial communities were more phylogenetically clustered than expected by chance and that deterministic processes dominated the assembly of bacterial communities across Lake Taihu. Niche selection was the crucial factor driving the assembly of bacterial communities. This study enhances the understanding of the distribution of sedimentary bacterial communities and their assembly mechanisms across Lake Taihu.     

基于遥感反射率的太湖优势藻识别方法

我国淡水湖库频发水华,不同类群形成的水华特征、危害及其治理方法差异显著,因此,如何区分不同藻种的遥感反射率特征,获取湖泊优势种信息是一个亟待解决的科学问题。研究基于室内藻种培养实验,培养了富营养化湖泊中的典型蓝藻和绿藻藻种,其中,蓝藻包括铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）、假鱼腥藻（Pseudanabaenasp．）和束丝藻（Aphanizomenonsp．）,绿藻包括小球藻（Chlorellasp．）以及四尾栅藻（Scenedesmus quadricauda）;基于实测的遥感反射率,经归一化处理后,分析了不同藻种的遥感反射率特征,构建了DI(difference index)指数以及ADI(algae distinguish index)指数,建立了藻种分类模型,利用验证集数据进行检验,整体识别精度达77.55%,Kappa系数为0.7178。将分类方法应用于太湖野外实测遥感反射率数据集中,结果与实测的生物量数据有较好的匹配;将模型应用于太湖OLCI(ocean and land colour instrument)影像数据,获得了2019年12月和2020...     

太湖长孢藻属(Dolichospermum)生物量长期动态变化及驱动因子

针对近年来太湖水体中长孢藻（Dolichospermum,曾用名鱼腥藻Anabaena）比例增加的趋势,本文研究了2005—2019年太湖春季不同湖区长孢藻生物量的长期变化趋势和空间差异,探究了冬、春季气象条件（气温、日照时长、风速、降雨量）和营养盐（总氮、总磷）水平对其的影响.结果表明,2005—2019年太湖监测数据显示春季长孢藻生物量有比较明显的升高现象,主要发生在竺山湖富营养程度较高的区域,其次是湖心区、梅梁湾和南部湖区.偏最小二乘路径建模（PLS-PM）结果表明,不同湖区长孢藻生物量变化的主要驱动因素存在差异.在湖心区,春季长孢藻的生物量主要受冬季气候条件（气温、风速、日照时长）的影响,其次受春季营养盐和春季气候条件的影响.在梅梁湾、竺山湖和南部湖区,春季长孢藻的生物量主要受春季气候条件的影响.在梅梁湾和竺山湖,春季风速、日照时长是春季长孢藻生物量的显著影响因子;在南部湖区,春季长孢藻生物量的主要驱动因素是春季的日照时长和春季气温.本研究从长时间序列角度,对太湖固氮蓝藻的时空分布特征和影响因素开展了研究,为太湖不同湖区开展针对性的藻类水华防控和富营养化治理提供理论基础.