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河流生态健康评价机理

2012-08-17 17:26 来源:生态保护论文 人参与在线咨询

 

近年来,随着人类活动对河流生态系统影响的加剧,已造成全球范围的河流生态系统破坏[1-4]。河流生态健康问题引起各国政府与学术界重视,国内外学者开展了大量相关研究[4-14]。河流生态健康评价机理已成为近年来国际研究热点的问题之一[4,14]。生物完整性指数(IndexofBioticIntegrity,简称IBI),最早由Karr提出,用多个生物参数综合反应水体的生物学状况,评价河流乃至整个流域的健康[2]。目前,澳大利亚、美国等广泛使用IBI方法评价河流生态健康[15-19]。我国应用B-IBI方法评价河流健康方面起步较晚,王备新、李强、张远等分别根据底栖动物参数,建立了祁门县溪流、西苕溪、辽河生态系统健康评价的IBI标准[20-24]。河流生态系统中,大型底栖无脊椎动物因其不易移动,具有较长生活周期,能够稳定反映水体污染变化,成为水环境评价的最佳选择[25]。为进一步探求河流健康评价机理,本研究选择大型无脊椎动物为河流健康评价的指示生物,以北京温榆河为例,根据B-IBI指数构建方法,研究构建北京温榆河B-IBI评价指标体系与健康评价标准,刻画温榆河底栖动物群落完整性,评价河流生态健康状况。

 

1研究区域概况

 

温榆河,又称北京市的“母亲河”,发源于北京燕山南麓的昌平、延庆、海淀一带,属于北运河水系,是北京市五大水系之中唯一发源于境内且常年有水的河流,全长约47.5km,流域面积2478km2。温榆河流域内降雨量年际和年内分配极不均衡,多年平均降水量约为600mm,其中80%集中在汛期6—9月,多年平均径流量约3.5亿m3,其中污水量占60%—70%[26]。温榆河流经地区经济发达,人口稠密,担负着排洪和城市排污的任务,其水质受到严重污染[27]。

 

2数据来源

 

根据《水和废水监测分析方法》的采样原则,结合实际进行样点布设。温榆河上游分布11个样点、中游分布5个样点、下游分布3个样点,共22个样点(图1)。依据Barbour无干扰样点和干扰极小样点作为参照点的评价标准[28],结合实地考察,研究区确定了4个参照点,18个受损点。本研究采用的底栖生物数据为2011年3月春季样。底栖生物样品采集是以采样点(小于1m深的河岸区)为中心,在约30m长的采样断面内选择不同生境类型,采用定量和定性相结合方法进行采样。定量采样使用彼德逊采泥器(采样面积为1/16m2)进行底栖生物样品采集,每个样点做3个重复。同时进行定性采样,使用手抄网(0.3m宽,40目尼龙纱)采集3个小样方,总面积约为1m2左右。标本直接在野外筛选并合在一起,每个样点按软体动物与水生昆虫分类分别装入样品瓶,加酒精固定,并放入便携式冰箱,带回实验室进行鉴定。标本尽量鉴定到种。同期进行水体理化指标的监测。溶解氧、温度和pH均采用便携式分析仪在现场直接测定。另取水样进行水化指标室内实验,按照《水和废水监测分析方法》(第4版)(国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会,2002)相关规定进行分析,项目包括悬浮物、电导率、CODmn、BOD5、总氮、总磷、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等。3研究方法

 

3.1B-IBI方法

 

3.1.1候选生物学指标的确定

 

用于建立B-IBI(Benthic-IndexofBioticIntegrity,简称B-IBI)指标体系的生物学指标很多,参照相关文献[20-24],研究选用了反映群落丰富度(M1—M5)、个体数量比例(M6—M13)、生物耐污程度(M14—M19)和小生境质量(M20)等4类的20个指标作为备选指标(表1),以反映环境变化对目标生物(个体、种群、群落)数量、结构和功能的影响,从而有效监测和评价水环境质量。

 

3.1.2生物学指数筛选

 

1)分布范围分析对参照点的生物指数值在平均值、标准差、25%分位数、中位数和75%分位数的分布范围进行分析(表2),随干扰加强而减小的候选生物指数,若上述分值变化不明显,说明表现的信息指示作用不强,如M8、M13、M18,故予以删除;随干扰加强而增大的候选生物指数,若上述分值变化较大,对信息的波动性较大,但随干扰增强的7个生物指数,波动性不大,故予以保留。2)判别能力分析据Barbour方法[28-29],比较参照点和受损点在25%—75%分位数范围即箱体IQ的重叠情况,并分别赋予不同的值:没有重叠,IQ=3;部分重叠,但各自中位数值都在对方箱体范围之外,IQ=2;仅一个中位数值在对方箱体范围之内,IQ=1;各自中位数值都在对方箱体范围之内,IQ=0。只有IQ≥2的参数才作进一步分析,故删除M4、M10、M11、M12和M15。3)相关性分析基于SPSS11.8统计分析软件,对余下12个参数进行正态分布检验,结果显示,除M19外(直接列入指标体系),其余11个参数均不符合正态分布,故对这11个参数进行spearman相关分析(表3),使最后构成IBI指标体系的每个指数都至少提供一个新的信息,避免重复信息。如果两个指数间的相关系数r>0.75,表明两个指数间所反应信息大部份是重叠的,选其中一个指标即可。根据相关系数(表3),考虑指数重要性,并结合指标体系需反映群落丰度、个体数量比例、生物耐污能力和小生境质量4方面信息,最终确定温榆河B-IBI的指数包括总分类单元数、总生物量、优势分类单元个体相对丰度、敏感类群单元数、生物指数和粘附者个体相对丰度6个指标。

 

3.1.3生物学指标记分标准的建立

 

如何建立B-IBI指标体系评价标准,王备新等[20]对比了3分制,4分制和比值法,发现比值法具有更高的稳定性及准确度,故研究采用比值法进行指标体系计算,即干扰越强,指数值越低的指数,以95%分位数值为最佳值,各指数的分值等于指数值除以95%分位数值。对于干扰越强,指数值越高的指数,则以5%分位数值为最佳值(表4)。该法规定,经计算后的分值的分布范围为0—1,如果大于1,则都记为1,对于计算结果求和。按照参照点B-IBI值分布的25%分位数法进行指标体系的最终划分,如果样点的B-IBI值大于等于25%分位数值,则表示该样点受到的干扰很小,是健康的。小于25%分位数值的分布范围,根据需要可以4等分,分别代表不同的健康程度,最终确定温榆河底栖动物完整性评价标准(表5)。

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