基于大型底栖动物完整性指数的龙感湖健康评价.pdf
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1、收稿日期:修回日期:基金项目:国家自然科学基金项目()长江航道局科技项目()作者简介:章运超()男安徽池州人工程师硕士主要从事河流生态方面的研究:.通信作者:朱孔贤()男浙江平阳人高级工程师博士主要从事河湖生态环境保护与治理工作:.:./.():基于大型底栖动物完整性指数的龙感湖健康评价章运超朱孔贤柴朝晖葛李灿闵凤阳彭增辉(.长江科学院 河流研究所武汉 .长江科学院 水利部长江中下游河湖治理与防洪重点实验室武汉 .湖南水天地环保科技有限公司长沙)摘 要:龙感湖位于安徽省华阳河湖群自然保护区生态价值突出应用底栖动物完整性指数科学评价湖泊水生态健康可为湖泊保护和管理提供依据 根据 年 月在安徽省龙
2、感湖 个监测点的底栖动物数据通过对 个候选生物指标进行分布范围、判别能力及相关性分析筛选出总物种数、优势类群数量百分比、软体动物个体数百分比、敏感类群种类数、粘附者种类数共 个核心参数组成完整性指数评价体系采用比值法统一生物参数的量纲累加各生物参数分值得到 值利用四等分法确定湖泊健康分级标准 结果表明湖区 个监测点中的 个为健康、个为亚健康、个为一般、个为较差整体水生态健康状况不容乐观 龙感湖东南部为健康、鄂皖交界水域为亚健康、东北部为一般龙感湖东北部健康状况差可能是因为该区域位于支流二郎河入湖口二郎河水体携带的生活污水和磷矿污染物富集在底泥中进而影响了底栖生物完整性关键词:大型底栖动物生物完
3、整性指数健康评价龙感湖华阳河湖群中图分类号:文献标志码:文章编号:()(.):.().:.第 卷 第 期长 江 科 学 院 院 报.年 月 .:研究背景随着城市化、工业化以及集约化农业的快速发展河湖生态系统逐渐恶化水量减少、水污染、河流堵塞、生物多样性下降等水问题频繁发生 运用合理有效的方法量化评价河湖生态健康水平准确了解河湖的健康状况查找河湖存在的健康问题可为河湖保护修复和开发利用提供科学对策 河湖健康评价的方法主要包括综合指标法、模型模拟法、水化学评价法、生物指示法等其中生物指示法主要利用对污染物质具有敏感性或较高耐受力的生物种类的存在或缺失指示河湖受污染胁迫的程度进而评价河湖健康状况近年
4、来该方法逐渐成为河湖健康评价的主流方法 在生物指示法中生物完整性指数()通过多种生物指数来表征生态系统的完整性评价某一个区域生态系统的健康程度相较于单一水理化指标或单一生物指标其对健康状况的评价更加全面和客观 最早以鱼类为研究对象建立生物完整性指数并对北美河流开展了健康评价随后学者们逐渐以浮游生物、藻类、植物、鸟类、鱼类等生物类群的生物完整性指数评价河湖健康 大型底栖动物具有多样性高、生命周期长、运动能力弱、活动范围小等特点其长期与河湖底泥密切接触对河湖环境压力敏感性高是良好的生境质量指示生物大型底栖动物的群落结构、多样性、均匀度等参数变化普遍用于环境污染分析 在国外 等最早提出大型底栖动物生
5、物完整性指数()后逐渐发展成为世界范围内评价水体健康状况的常规方法学者将其应用于评价河口、溪流、湖泊、海湾的健康状况 在国内王备新等以安徽黄山地区的溪流为对象最早构建体系用于健康评价而后相关学者先后在三峡库区、鄱阳湖、太湖、东江等流域应用大型底栖动物完整性指数开展健康评价同样取得了较好的评价结果安徽省龙感湖是长江中下游重要的淡水湿地不仅是鱼类洄游和繁殖的场所也是多种珍稀候鸟的越冬地之一具有涵养水源、调蓄洪水和维持生物多样性等重要生态功能 除生态功能外湖泊还是区域内重要的水产基地和粮食基地经济作用突出近年来受农业面源、围网养殖、工矿污水排放等人类活动影响安徽省龙感湖水生态环境有恶化趋势生态系统服
6、务功能降低学者们从水质评价、底泥污染防控、鱼类群落特征等方面对湖区生态状况开展了研究但关于安徽省龙感湖水生态健康评价的研究鲜见报道 本研究旨在通过利用安徽省龙感湖大型底栖动物完整性指数对湖区水生态健康状况进行评价以期为湖泊的治理、保护与修复提供支撑和参考 研究区域与研究方法.研究区域概况龙感湖位于长江下游北岸地跨安徽省宿松县和湖北省黄梅县本次研究范围为安徽省境内的龙感湖 龙感湖东西长约 南北最大宽度约 常年水面面积 其中安徽省境内水面面积.湖北省境内龙感湖湖水自西向东越过鄂皖交界后进入安徽省龙感湖纳北部二郎河来水后继续向东流经大官湖、黄湖、泊湖最终通过杨湾河口的杨湾闸和华阳河口的华阳闸注入长江
7、 安徽省龙感湖连同黄湖、大官湖、泊湖共同组成了安徽华阳河湖群省级自然保护区是区域内重要的生态屏障和生态功能区 但是近年来湖泊外源污染负荷不断增加内源污染未得以有效处理湖泊生态环境日趋严峻根据安庆市生态环境部门统计数据 年龙感湖鄂皖交界断面整体为类水标准二郎河入龙感湖断面为类水标准湖泊综合营养状态指数.属于轻度富营养化.样品采集与分析本研究监测采样时间为 年 月 采用随机方法沿湖布设监测点位即先在湖泊周边随机选择第一个点位再沿湖泊管理范围线 等分湖泊岸 长江科学院院报 年 线布设形成 个监测点位并结合现场的道路和水深等情况适当调整监测点位分布情况见图 N()S 2S 1S 3S 4S 5S 1
8、0S 9S 8S 7S 6ABC0 2.5 k m()图 龙感湖监测点分布.采样原则遵照水环境监测规范执行采用 型网(网 口.、网 孔 目(孔 径.)配合/彼得森采泥器进行采集底栖样品 用 目筛进行筛选样品筛洗后的残渣进行分拣并加 甲醛溶液进行保存在实验室进行鉴定、计数与称量其中软体动物鉴定到种水生昆虫(除摇蚊幼虫)鉴定到科或属寡毛类和摇蚊幼虫鉴定到属 物种丰富度指数采用 指数计算(式()多样性指数采用 指数计算(式()优势度指数计算方法见式()均匀度指数计算方法见式()耐污指数采用()计算(式()()/()()/()()/()()()式中:为 指数 为物种总数 为所有物种的个体数之和 为 指
9、数表示第 种的个体数量占所有种个体总数的比例 为优势度指数为种 的密度为该物种在各监测点出现的频率 为物种均匀度为种 的耐污值耐污值的范围为 数值越大代表耐污能力越强使用便携式水质参数仪在现场测定水样的水温、酸碱度、电导率、溶解氧参照水和废水监测方法(第四版)的标准在实验室测定水样的氨氮、总氮()、总磷()、化学需氧量等指标 使用彼得森采泥器采集底泥样品底泥中总磷用钼酸铵分光光度法()测定总氮用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法()测定.评价体系构建方法.参照点的选择参照点是指湖泊中未受人类活动影响或仅受到轻微影响的区域该区域包含了较自然的物理形态结构和较完整的水生生物群落结构代表着所评价湖泊的最
10、佳生境状况是湖泊健康评价的基准点由于龙感湖北部为县城、乡镇和村庄南面为农田、耕地湖泊内不受人为干扰的区域几乎不存在本研究参照其他湖泊参照点的选择标准以及相关规范结合龙感湖的实际情况从水质状况、人类活动干扰、土地利用状况等约束指标下选择了参照点 具体标准参见表 表 参照点的选择标准 指标参照点选择标准 值在 之间溶解氧质量浓度/水质状况氨氮质量浓度./监测点无漂浮废弃物监测点水体无异味监测点 范围内无污水排放人类活动干扰监测点周边湖岸无明显人为改造痕迹监测点周边底质无明显人为扰动痕迹土地利用状况 内无农业耕种、人类居住、工业活动、公路.构建 指标体系 指数体系构建包括以下 个步骤:()选择可充分
11、反映大型底栖动物物种多样性、丰富性、群落结构组成、耐污能力(抗逆力)、功能摄食类群和生活型的候选参数构建指标体系()判别能力分析 利用箱形图法分析比较参照点和受损点各个候选参数箱体四分位距()即 分位数范围的重叠程度判别出箱体没有重叠或有部分重叠但中位数均在对方箱体范围之外的参数()相关性分析 对剩余参数作相关性分析认为相关系数.的 个参数高度相关选取其中 个参数来代表 个相关参数的信息以最大限度地保证各参数反映信息的独立性.分值计算与健康评价标准经以上步骤构建的 评价参数在量纲上不一致本研究采用比值法统一量纲 具体为:对于随干扰增强而减小的参数以所有监测点由高到低排序的 的分位数作为最佳期望
12、值(即无干扰或干扰极少状态下的值)参数分值等于参数实际 第 期章运超 等 基于大型底栖动物完整性指数的龙感湖健康评价值除以最佳期望值对于随干扰增强而增大的参数以所有监测点由高到低排序的 的分位数作为最佳期望值参数的分值等于最大值与实际值的差值除以最大值与最佳期望值的差值 统一量纲后的参数值介于 之间规定 的记为 将计算后的各评价参数分值算数平均得到各监测点的 值 以参照点的 值由高到低排序选取 分位值作为最佳期望值将最佳期望值赋分为 各监测点的 赋分值(监测点的)/最佳期望值 根据各监测点赋分值利用四等分法确定健康分级标准分为健康、亚健康、一般、较差和极差 级 结果分析.底栖动物群落特征本次安
13、徽省龙感湖 个监测点共采集鉴定出底栖动物 种(属)隶属于 门 纲 属其中节肢动物和软体动物各占 种、环节动物共 种、扁形动物仅 种 采用优势度指数.作为优势种的判定标准安徽省龙感湖底栖动物优势种有 种分别为苏氏尾鳃蚓()、环棱螺(.)、淡水壳菜()、沼虾(.)优势度分别为.、.、.、.从底栖动物的组成类群和优势种类来看个监测点底栖动物的主要类群是软体动物门的腹足纲、双壳纲及节肢动物门的昆虫纲、甲壳纲各监测点底栖动物密度在 ./之间均值./、的密度相对较低、的密度较高(图()各监测点底栖动物生物多样性特征见图()底栖动物丰富度指数(指数)变幅为.均值为.最高值和最低值分别出现在、多样性指数(指数
14、)变幅为.均值为.最高值和最低值同样分别出现在 和 均匀度指数变幅为.均值为.其中、均为最高值 均匀度指数较为接近表明龙感湖底栖动物群落物种分布较为均匀 各监测点 指数在.之间均值位.最高值和最低值分别出现在 和(图().评价结果.参照点分布根据表 所列的参照点的选择标准通过对 个样点进行筛选最终选出、和 共 个监测点作为参照点00.40.81.21.6均匀度指数0 2 4 6 8 1 0 (a)底栖动物密度 04 08 01 2 01 6 0S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 1 0/(i n d.m-2)S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6
15、 S 7 S 8 S 9 S 1 0S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 S 8 S 9 S 1 0S h a n n o n-Wi e n e r 指数Ma r g a l e f 指数(b)指数(c)B I 指数 B I 指数图 各监测点底栖动物群落结构特征.参数指标体系本研究参考文献至文献并结合安徽省龙感湖实际状况基于多样性和丰富性()、群落结构组成()、耐污能力()、功能摄食类群()构建了涵盖 个候选参数的龙感湖 指标体系 候选参数在监测点的分布情况及其对人类干扰的反映见表 双翅目个体数百分比()仅出现在 监测点是这个监测点中的唯一类群不宜纳入分析首先剔除 双翅目种类
16、数()、甲壳类种类数()、寡毛类种类数()、甲壳类个体数百分比()、寡毛类数量百分比()共 个候选参数的最小值、分位数、中位数均为即随着污染的增强以上 个参数可变动范围非常窄其指示信息作用较低不宜参与构建 指标体系 对余下的 个候选参数将进行判别能力分析计算并绘制 个候选参数在参照点和受损点的箱线图(见图)根据箱体 的重叠程度 个候选参数中敏感类群个体数百分比()、敏感类群种类数()、耐污类群个体数百分比()、生物指数()、粘附者种类数百分比()、刮食者数量百分比()等参数的参照点和受损点箱体存在重叠情况判别能力较差予以剔除 同时软体动物种类数()和过滤收集者数量百分比()参数的受损点箱体长度
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