全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 11 期摇 摇 2012 年 6 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
黑龙江省大兴安岭林区火烧迹地森林更新及其影响因子 蔡文华,杨摇 健,刘志华,等 (3303)…………………
基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 杨摇 柳,李泳慧,王俊才,等 (3313)……………………………………
川西亚高山暗针叶林不同恢复阶段红桦、岷江冷杉土壤种子损耗特征 马姜明,刘世荣,史作民,等 (3323)…
老龄阔叶红松林下层木空间分布的生境关联分析 丁胜建,张春雨,夏富才,等 (3334)…………………………
内蒙古高原荒漠区四种锦鸡儿属植物灌丛沙包形态和固沙能力比较 张媛媛,马成仓,韩摇 磊,等 (3343)……
角果藜的生长动态及其生殖配置 全杜娟,魏摇 岩,周晓青,等 (3352)……………………………………………
基于 MODIS / NDVI时间序列的森林灾害快速评估方法———以贵州省为例
侍摇 昊,王摇 笑,薛建辉,等 (3359)
……………………………………
……………………………………………………………………………
祁连山西水林区土壤阳离子交换量及盐基离子的剖面分布 姜摇 林,耿增超,李珊珊,等 (3368)………………
水分和温度对春玉米出苗速度和出苗率的影响 马树庆,王摇 琪,吕厚荃,等 (3378)……………………………
施氮对水稻土 N2O释放及反硝化功能基因(narG / nosZ)丰度的影响 郑摇 燕,侯海军,秦红灵,等 (3386)……
中国西北潜在蒸散时空演变特征及其定量化成因 曹摇 雯,申双和,段春锋 (3394)……………………………
基于植被降水利用效率和 NDVI的黄河上游地区生态退化研究 杜加强,舒俭民,张林波 (3404)……………
异速生长法计算秋茄红树林生物量 金摇 川,王金旺,郑摇 坚,等 (3414)…………………………………………
乌兰布和沙漠沙蒿与油蒿群落的物种组成与数量特征 马全林,郑庆中,贾举杰,等 (3423)……………………
不同光强下单叶蔓荆的光合蒸腾与离子累积的关系 张摇 萍,刘林德,柏新富,等 (3432)………………………
浑善达克沙地沙地榆种子雨的扩散规律 谷摇 伟,岳永杰,李钢铁,等 (3440)……………………………………
咸水灌溉对沙土土壤盐分和胡杨生理生长的影响 何新林,陈书飞,王振华,等 (3449)…………………………
外源 NO对 NaHCO3 胁迫下黑麦草幼苗光合生理响应的调节 刘建新,王金成,王摇 鑫,等 (3460)……………
呼伦贝尔草地植物群落与土壤化学计量学特征沿经度梯度变化 丁小慧,罗淑政,刘金巍,等 (3467)…………
海南稻田土壤硒与重金属的含量、分布及其安全性 耿建梅,王文斌,温翠萍等 (3477)…………………………
江苏省典型区农田土壤及小麦中重金属含量与评价 陈京都,戴其根,许学宏,等 (3487)………………………
应用稳定同位素研究广西东方洞食物网结构和营养级关系 黎道洪,苏晓梅 (3497)……………………………
利用细胞计数手段和 DGGE技术分析松花江干流部分地区的细菌种群多样性
屠摇 腾,李摇 蕾,毛冠男,等 (3505)
………………………………
……………………………………………………………………………
中国主要入海河流河口集水区划分与分类 黄金良,李青生,黄摇 玲,等 (3516)…………………………………
基于 VGPM模型和 MODIS数据估算梅梁湾浮游植物初级生产力 殷摇 燕,张运林,时志强,等 (3528)………
低温胁迫下虎纹蛙的生存力及免疫和抗氧化能力 王摇 娜,邵摇 晨,颉志刚,等 (3538)…………………………
转 Bt水稻土壤跳虫群落组成及其数量变化 祝向钰,李志毅,常摇 亮,等 (3546)………………………………
尼日利亚非洲蜂和安徽意大利蜜蜂及其杂交二代形态特征与微卫星 DNA遗传多样性
余林生,解文飞,巫厚长,等 (3555)
………………………
……………………………………………………………………………
北京城市公园湿地休憩功能的利用及其社会人口学因素 李摇 芬,孙然好,陈利顶 (3565)……………………
基于协整理论的经济增长与生态环境变化关系分析———以重庆市渝东南地区为例
肖摇 强,胡摇 聃,肖摇 洋,等 (3577)
……………………………
……………………………………………………………………………
感潮河网区环境合作博弈模型及实证 刘红刚,陈新庚,彭晓春 (3586)…………………………………………
专论与综述
国内外生态效率核算方法及其应用研究述评 尹摇 科,王如松,周传斌,等 (3595)………………………………
全球变化背景下的现代生态学———第六届现代生态学讲座纪要 温摇 腾,徐德琳,徐摇 驰,等 (3606)…………
问题讨论
流域环境要素空间尺度特征及其与水生态分区尺度的关系———以辽河流域为例
刘星才,徐宗学,张淑荣,等 (3613)
………………………………
……………………………………………………………………………
研究简报
不同光照强度对兴安落叶松几种主要防御蛋白活力的影响 鲁艺芳,石摇 蕾,严善春 (3621)…………………
木荷种源间光合作用参数分析 熊彩云,曾摇 伟,肖复明,等 (3628)………………………………………………
基于能值分析的深圳市三个小型农业生态经济系统研究 杨卓翔,高摇 阳,赵志强,等 (3635)…………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*342*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄06
封面图说: 爬升樟木沟的暖湿气流———樟木沟是中国境内横切喜马拉雅山脉南坡的几条著名大沟之一,它位于我国西藏聂拉
木县境内的希夏邦马峰东南侧,延绵 5400km的 318 国道在此沟中到达其最西头。 从聂拉木县城到樟木口岸短短的
30km中,海拔从 4000m急降至 2000m。 在大气环流作用下,来自印度洋的暖湿气流沿樟木沟不断费力地往上爬升,
给该沟谷留下了大量的降水。 尤其是在雨季到来时,山间到处是流水及悬垂崖头的瀑布,翠峰直插云霄,森林茂密
苍郁,溪流碧澄清澈,奇花异葩繁多,风景美如画卷,气势壮丽非凡。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 11 期
2012 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 11
Jun. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金(40901295);国家杰出青年基金项目(40924003);国家重点基础研究发展计划 973 计划课题(2007CB407300);海
河流域水生态功能一级二级分区研究(2008ZX07526)
收稿日期:2011鄄05鄄16; 摇 摇 修订日期:2011鄄09鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yang_l@ 126. com
DOI: 10. 5846 / stxb201105160630
杨柳,李泳慧,王俊才,杨玉格,丁振军.基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价.生态学报,2012,32(11):3313鄄3322.
Yang L,Li Y H, Wang J C, Yang Y G, Ding Z J. The assessment of river health using Benthic鄄Index of biotic integrity for Wenyu River. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(11):3313鄄3322.
基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价
杨摇 柳1,*,李泳慧1,王俊才2,杨玉格1,丁振军2
(1. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京摇 100083; 2. 辽宁省环境监测中心站生态室,沈阳摇 110031)
摘要: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鄄IBI)方法,进行温榆河生态健康评价,并探求河流水
质与 B鄄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鄄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鄄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鄄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。
关键词:大型底栖动物;河流生态健康;B鄄IBI指数;水质
The assessment of river health using Benthic鄄Index of biotic integrity for
Wenyu River
YANG Liu1,*,LI Yonghui1, WANG Juncai2, YANG Yuge1, DING Zhenjun2
1 China University of Mining & Technology, Beijing, Beijing 100083, China
2 Liaoning Environmental Monitoring & Experiment Center, Shenyang 110031, China
Abstract: By applying the Benthic鄄Index of Biotic Integrity (B鄄IBI) to benthic macro鄄invertebrate and water quality data,
we evaluate the health of Wenyu River and explore the relationship between water quality and B鄄IBI. Macro鄄invertebrate
and water samples are collected from 22 river sites, where 4 are unimpaired or minimally impaired sites and 18 are impaired
sites. We mainly consider twenty candidate metrics of macro鄄invertebrate and twelve water quality indexes. These twenty
candidate metrics are total number of taxa, EPT taxa, Crustacea and Mollusca taxa, hironomidae taxa, total biomass,
dominant taxa individual relative abundance, the first three dominant taxa individual relative abundance, Trichoptera
individual relative abundance, Ephemeroptera individual relative abundance, Tubificida individual relative abundance,
Chironomidae individual relative abundance, Hirudinea individual relative abundance, Crustacea and Mollusca individual
relative abundance, number of sensitive taxa, tolerant taxa individual relative abundance, sensitive taxa individual relative
abundance, biomass percentage of tolerant taxa, biomass percentage of sensitive taxa, BI index and clinger individual
relative abundance and twelve water quality indexes are dissolved oxygen (DO), temperature, PH, total suspended solids
(TSS), conductance, CODmn, BOD5, total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), ammonia nitrogen (NH3 ), nitrate
(NO-3) and nitrite (NO
-
2). The main results are given as follows:
1) Among these 20 cross box鄄plots of candidate metrics between reference site (unimpaired sites) and impaired sites,
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12 metrics have the higher IQ (interquartile ranges, IQ 逸 2). They are total number of taxa, EPT taxa, Crustacea and
Mollusca taxa,total biomass, dominant taxa individual relative abundance, the first three dominant taxa individual relative
abundance, Ephemeroptera individual relative abundance, number of sensitive taxa, sensitive taxa individual relative
abundance,biomass percentage of tolerant taxa, and clinger individual relative abundance.
2) Since BI index does not follow the normal distribution, we use Pearson忆s correlation coefficient to evaluate the
relationship between the remained 11 metrics. Metrics that are strongly correlated ( r > 0. 75) indicate the overlapped
information, and we choose one of them as a surrogate. . Based on the above analysis, the B鄄IBI of Wenyu River including
total number of taxa, total biomass, relative abundance of the first dominant taxa individuals, number of sensitive taxa and
relative abundance of clinger individuals, are constructed.
3) We use 25% percentile of B鄄IBI value in reference sites to determine the criteria of health ranking and divide the
distribution range below 25% percentile into 4 quarters. The criterion for the benthic macro鄄invertebrate in Wenyu river is
B鄄IBI > 1. 821, 1. 366—1. 821, 0. 910—1. 366, 0. 455—0. 910 and 0—0. 455, which are corresponding to health, sub鄄
health, fair condition, poor condition and very poor condition, respectively.
4) We find that 27. 3% of the river reaches are in health condition, 9. 1% are in sub鄄health condition, 13. 6% are in
general condition, and 50% are in poor and very poor conditions.
5) The correlation coefficient between B鄄IBI value and water quality of Wenyu River is -0. 549, which indicates that
the biological index, such as benthic macro鄄invertebrate, should be taken into account for water environmental assessment.
Key Words: benthic macro鄄invertebrate; river ecosystem health; B鄄IBI index; water quality
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鄄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鄄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 (Index of Biotic Integrity,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鄄19]。 我国应用 B鄄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鄄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鄄IBI指数构建方法,研究构建北京温榆河 B鄄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摇 研究区域概况
温榆河,又称北京市的“母亲河冶,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摇 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
4133 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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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。
图 1摇 温榆河流域水系及底栖动物样点和水样分布
Fig. 1摇 Wenyu River distribution and samples of water and benthic macro鄄invertebrates
3摇 研究方法
3. 1摇 B鄄IBI方法
3. 1. 1摇 候选生物学指标的确定
用于建立 B鄄IBI(Benthic鄄 Index of Biotic Integrity, 简称 B鄄IBI)指标体系的生物学指标很多,参照相关文
献[20鄄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摇 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
5133摇 11 期 摇 摇 摇 杨柳摇 等:基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 摇
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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。
表 1摇 候选生物指标及其对干扰的反应
Table 1摇 Candidate metrics and their expected direction of response to disturbance
指标类型
Index of type
序号
Serial Number
生物指数
Metrics
对干扰的反应
Responses to Disturbance
群落丰富度 M1 总分类单元数 减小
Community richness M2 EPT分类单元数 减小
M3 甲壳动物和软体动物分类单元数 减小
M4 摇蚊分类单元数 减小
M5 总生物量 减小
个体种类比例 M6 优势分类单元个体相对丰度 增大
The proportion of M7 前 3 位优势分类单元个体相对丰度 增大
individual species M8 毛翅目个体相对丰度 减小
M9 蜉蝣目个体相对丰度 减小
M10 颤蚓个体相对丰度 增大
M11 摇蚊个体相对丰度 增大
M12 蛭纲个体相对度 增大
生境耐污及污 M13 甲壳动物和软体动物个体相对丰度 减小
染情况 M14 敏感类群分类单元数 减小
Habitat tolerance M15 耐污类群的个体相对丰度 增大
and pollution M16 敏感类群的个体相对丰度 减小
M17 耐污类群的生物量百分比 增大
M18 敏感类群的生物量百分比 减小
小生境质量 M19 BI指数 增大
Habitat quality M20 粘附者个体相对丰度 减小
表 2摇 20 个生物指数值在参照点的分布情况
Table 2摇 Distribution of 20 metrics in reference sites
生物学指数
Metrics
平均值
Average
标准差
SD
25%分位数
25% ile
中位数
Median
75%分位数
75% ile
M1 10. 00 1. 87 8. 00 10. 00 11. 00
M2 1. 75 0. 50 1. 00 2. 00 2. 00
M3 1. 25 0. 96 0. 00 1. 50 2. 00
M4 4. 25 1. 26 3. 00 4. 00 6. 00
M5 7. 31 12. 37 0. 71 1. 32 1. 58
M6 0. 36 0. 18 0. 24 0. 29 0. 33
M7 0. 71 0. 178 0. 53 0. 67 0. 70
M8 0. 07 0. 9 0. 00 0. 04 0. 06
M9 0. 09 0. 10 0. 02 0. 03 0. 06
M10 0. 16 0. 18 0. 00 0. 15 0. 31
M11 0. 48 0. 23 0. 19 0. 52 0. 65
M12 0. 01 0. 01 0. 00 0. 01 0. 01
M13 0. 07 0. 01 0. 00 0. 05 0. 09
M14 2. 00 2. 16 0. 00 1. 50 2. 00
M15 0. 49 0. 21 0. 28 0. 49 0. 64
M16 0. 09 0. 13 0. 00 0. 04 0. 06
M17 0. 37 0. 33 0. 02 0. 33 0. 40
M18 0. 04 0. 05 0. 00 0. 03 0. 04
M19 7. 11 1. 18 5. 63 7. 15 7. 33
M20 0. 14 0. 17 0. 00 0. 09 0. 11
6133 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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摇 摇 2) 判别能力分析
据 Barbour方法[28鄄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逸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鄄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。
表 3摇 11 个候选生物指数间的 Spearman相关性系数
Table 3摇 Spearman忆s correlation matrix of 11 candidate metrics
指标
Metrics M1 M2 M3 M5 M6 M7 M9 M14 M16 M17 M20
M1 1
M2 0. 747** 1
M3 0. 642** 0. 814** 1
M5 0. 267 0. 112 0. 260 1
M6 -0. 830** -0. 672** -0. 487* -0. 044 1
M7 -0. 893** -0. 663** -0. 504* 0. 043 0. 903** 1
M9 0. 741** 0. 996** 0. 766** 0. 072 -0. 676** -0. 663** 1
M14 0. 671** 0. 888** 0. 687** 0. 105 -0. 654** -0. 676** 0. 879** 1
M16 0. 671** 0. 888** 0. 687** 0. 105 -0. 654** -0. 676** 0. 879** 1 1
M17 -0. 827** -0. 789** -0. 632** -0. 099 0. 774** 0. 771** -0. 782** -0. 654** -0. 654** 1
M20 0. 696** 0. 650** 0. 486* 0. 198 -0. 732** -0. 639** 0. 644** 0. 778** 0. 778** -0. 583* 1
摇 摇 **: 置信度(双侧)为 0. 01 时,相关性是显著的;*: 置信度(双侧)为 0. 05 时,相关性是显著的
3. 1. 3摇 生物学指标记分标准的建立
如何建立 B鄄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。
表 4摇 比值法计算 6 个指数的计算公式
Table 4摇 Formulas for calculation of 6 metrics using the ratio method
指数 Metrics 分值计算公式 Equation
总分类单元数 M1 M1 / 11. 15
总生物量 M5 M5 / 15
优势分类单元个体相对丰度 M6 (0. 988鄄M6) / (0. 988—0. 204)
敏感类群分类单元数 M14 M14 / 2. 45
BI指数 M19 (10. 296鄄M19) / (10. 296—4. 789)
粘附者个体相对丰度 M20 M20 / 0. 149
7133摇 11 期 摇 摇 摇 杨柳摇 等:基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 摇
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摇 摇 按照参照点 B鄄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鄄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)。
表 5摇 温榆河流域底栖动物完整性评价标准
Table 5摇 The criteria of benthic鄄index of biotic integrity in Wenyu River
健康
Health
亚健康
Sub鄄health
一般
Fair
差
Poor
极差
Very poor
>1. 82 1. 37—1. 82 0. 91—1. 37 0. 46—0. 91 0—0. 46
3. 2摇 多元统计分析
采用 SPSS11. 8 统计软件,对温榆河水质指标进行主成分分析,分析该河流的主要污染因子,其详细计算
方法另在文献 30 中介绍。 另外,为验证 B鄄IBI指数作为河流健康评价方法的合理性,以及在水体评价中是否
需要进行水生态健康评价,研究对温榆河水质与 B鄄IBI 指数进行了相关性分析。 首先,为避免水质指标量纲
对结果的干扰,对 19 个样点的水质理化指标进行最大最小值标准化处理,即(具体水质指标值-MIN) / (MIX-
MIN),对各样点标准化值进行累加,获得河流不同样点的综合水质数据。 然后,采用 SPSS11. 8 对各样点综合
水质数据与其对应的 B鄄IBI指数进行相关分析。
4摇 研究结果
4. 1摇 温榆河流域底栖动物群落特征
温榆河流域底栖动物物种丰富度为 46 种,其中水生昆虫 36 种(摇蚊科 21 种),寡毛类 4 种,蛭类 2 种,甲
壳动物 1 种,软体动物 3 种。 优势物种为浅白雕翅摇蚊,其所占百分比为 32. 8% ,其耐污值为 8[31],为强耐污
类群,主要集中在北沙河桥北与土沟村桥。
全流域范围内,60. 9%的底栖生物为耐污类群,TV逸7;23. 9%的底栖生物为中间类群,TV 为 3—7;仅有
15. 2%的底栖生物为敏感类群,TV臆3。 温榆河以耐污类群为优势物种,其污染情况较为严重,敏感类群很难
生存。 总体上,温榆河流域底栖生物物种丰富度较高,但全流域范围内底栖动物组成以耐污类群为主,说明水
体生态环境质量较差。
4. 2摇 温榆河流域河流生态健康状况
温榆河底栖生物完整性评价结果表明,温榆河采样点中 27. 3%为健康,9. 1%为亚健康,13. 6%为一般,
13. 6%为差,36. 4%为极差(表 6)。 采用克里金插值法对全流域河段进行健康状况评估,获得全河段生态健
康状况的分布状况(图 2)。 温榆河水系支流样点大多为较差和极差状况,表明该流域范围内人类活动对水环
境和生态系统的胁迫作用相对比较严重。
表 6摇 温榆河流域各样点健康状况
Table 6摇 Statues of health of sites in Wenyu River
样点序号
Site number
样点类别
Site category
IBI指数
IBI value
综合水质
Synthesized water quality
健康状况
States of health
温泉桥 受损点 0. 00 3. 35 极差
前沙涧桥 受损点 0. 00 4. 25 极差
稻香湖 受损点 2. 16 2. 30 健康
上庄水库 受损点 0. 99 1. 57 一般
沙河水库 受损点 1. 74 2. 70 亚健康
南沙河桥 受损点 0. 00 2. 97 极差
北沙河桥北 受损点 1. 27 3. 62 一般
朝宗桥 受损点 1. 52 2. 66 亚健康
响潭水库 参考点 5. 43 0. 30 健康
8133 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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摇 摇 续表
样点序号
Site number
样点类别
Site category
IBI指数
IBI value
综合水质
Synthesized water quality
健康状况
States of health
羊台子东 参考点 7. 49 -0. 32 健康
羊台子西 参考点 3. 22 0. 02 健康
羊台子混合 参考点 1. 82 -0. 08 健康
南庄水库 受损点 1. 26 0. 95 一般
肖村桥 受损点 0. 00 5. 75 极差
沙沟桥西 受损点 0. 45 0. 09 极差
沙沟桥东 受损点 0. 78 2. 29 差
秦屯河 受损点 0. 00 3. 45 极差
土沟村桥 受损点 1. 88 4. 07 健康
辛堡闸 受损点 0. 38 2. 70 极差
清河滨河路桥 受损点 0. 73 2. 37 差
小中河桥 受损点 0. 32 2. 10 极差
尹各庄桥 受损点 0. 66 3. 43 较差
摇 摇
图 2摇 温榆河流域河流生态健康状况分布
Fig. 2摇 Distribution for Statues of health of sites from Wenyu River
温榆河上游及源头地区(S8 朝宗桥,S9 响潭水库,S10 羊台子东,S11 羊台子西,S12 羊台子混合)河流生
态健康状况较好(图 2),该区受人类活动影响相对较小,而温榆河中下游地区河流生态健康状况处于极差和
较差状态,其中下游主要分布在海淀,昌平,朝阳 3 个城区,受城市化的影响较重。
4. 3摇 河流水质状况及其与 B鄄IBI的相关关系
水质分析结果显示,温榆河流域属于有机污染类型,主要污染因子为 TN、NH3 鄄N、TP、CODMn、BOD5 等[27]。
温榆河综合水质与 B鄄IBI相关分析结果表明,二者具有负相关,相关系数为-0. 549。 但相关系数较低,这可能
说明无法完全用水质理化指标代表河流生态健康状况。 目前,国家水质标准中仅规定了水体的理化指标表
9133摇 11 期 摇 摇 摇 杨柳摇 等:基于 B鄄IBI指数的温榆河生态健康评价 摇
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针,本研究表明,河流水质理化指标与底栖生物完整性的相关系数较低,即水质理化指标较好的河段,其底栖
生物群落完整性不一定较好,因此,在水体评价中既要考虑水质理化性质也需考虑河流生态健康状况。
5摇 讨论
5. 1摇 参考点的选择
参照点位的确定是制定标准的关键性因素[22],原则上依据 Barbour无干扰样点和干扰极小样点作为参照
点的评价标准。 无干扰点标准是指样点上游无农田分布、森林覆盖率 90%以上,干扰极小样点的标准是样点
上游无点污染源、样点上游 5 km之内无村庄、上游两侧 100 m宽 5 km长的范围内无农田[23]。 由于温榆河为
城市河流,划分时适当降低了此标准,结合水质状况,确定温榆河流域的参照点位选取条件。 研究发现,参照
点选择不同,对研究结果具有一定影响,因此,需对参考点选择方法的科学性进行深入研究,利于河流生态健
康的进一步科学定量评价。
5. 2摇 B鄄IBI指数构成
通过 B鄄IBI候选指数分布范围分析、判别能力分析和相关分析等过程,筛选出研究区 B鄄IBI指数的 6 个指
标。 国内不同学者研究结果来看(表 7),辽河与祁门县溪流的指标构成 5 个指标基本相同,其他地区的 B鄄IBI
指标均呈现较大差异性。 候选指标的筛选结果受多种因素影响,其中影响最大的是研究区所处的生态区,另
外,采样方法、鉴定方法的准确性和数据处理的准确性也会在一定程度上对筛选结果造成一定影响。 综合国
内现有研究成果,总分类单元数在各河流健康评价中均作为评价指标,而前 3 位优势分类单元个体相对丰度
和 BI指数在多数河流健康评价中应用,此 3 个指标可作为其它河流健康评价的推荐指标。 因指标确定受研
究河流具体底栖生物群落差异影响较大,因此,在实际评价中,必须对候选指标进行科学筛选,以确保评价指
标选择的准确性。
表 7摇 国内不同河流健康评价 B鄄IBI指数构成
Table 7摇 The river health assessment index components of B鄄IBI of different rivers in China
河流名称
Name of river
河流长度
River
length
/ km
流域面积
River
area
/ km2
B鄄IBI指数构成
Component of Benthic鄄 Index of Biotic Integrity (B鄄IBI)
总分
类单
元数
优势
分类
单元
个体
/ %
前 3
位优
势分
类单
元
/ %
耐污
类群
/ %
捕食
者
/ %
BI
指数
多样
性指
数
EPT
分类
单元
数
粘附
者
/ %
敏感
类群
/ %
敏感
类群
分类
单元
数
摇蚊
分类
单元
数
鞘翅
目
/ %
纹食
蛾科
/毛
翅目
/ %
滤食
者
/ %
总
密
度
总生
物量
甲壳
类密
度
/ %
棘皮
动物
密度
/ %
祁门县溪流[19] 9807 * * * * * *
西苕溪[20] 157 2200 * * * * * * *
辽河[21] 706 2. 19伊105 * * * * * *
挠力河[32] 2. 3伊104 * * * * * *
长江口[33] 1. 8伊106 * * * * * *
温榆河 47. 5 2478 * * * * * *
摇 摇 *: 选中指标, :无数据;总分类单元数 Number of total taxa;优势分类单元个体百分数 Relative abundance of the first dominant taxa individuals;前 3 位优势分类单
元百分比 Relative abundance of the first three dominant taxa individuals;耐污类群百分比 Relative abundance of the tolerant taxa individuals;捕食者百分比 Relative
abundance of the predators;BI指数 Biotic index;多样性指数 Shannon鄄Wiener diversity index;EPT 分类单元数 Number of EPT taxa;粘附者 Relative abundance of clinger
individuals;敏感类群 Relative abundance of the sensitive taxa;敏感类群分类单元数 Number of the sensitive taxa;摇蚊分类单元数 Number of chironomidae taxa;鞘翅目
Relative abundance of the coleoptera individuals;纹食蛾科 /毛翅目 Relative abundance of the hydropsychidae / trichoptera individuals;滤食者 Relative abundance of the filterers
individuals;总密度 Total density;总生物量 Total biomass;甲壳类密度 Percentage of carapace density;棘皮动物密度 Percentage of echinoderms density
5. 3摇 B鄄IBI指数的适用性
国内外学者一般选用级别较高的河流为对象建立底栖动物完整性评价标准,而温榆河属于级别较小的城
市河流。 Paller等人的相关研究表明运用底栖生物监测水质与溪流的级别不存在显著相关关系[32],表明运用
IBI指数评价城市河流的合理性。 本研究对温榆河流域的底栖生物完整性指数及其标准进行了初步分析,尽
0233 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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管评价结果与水质具有一定相关性,能够反映出城市河流健康状况,但仍需要进行长期观测和研究,健全 IBI
指数评价河流健康的理论体系与实证研究。
6摇 结论
本研究以北京温榆河为例,探讨了 B鄄IBI 指数在河流生态健康评价中应用的合理性和可行性,为丰富河
流健康评价指标的选择提供了科学依据。 通过 B鄄IBI候选指数分布范围、相关关系和判别能力分析等过程筛
选,温榆河流域 B鄄IBI指数由总分类单元数、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相对丰度 6 个指标构成;研究区底栖生物群落特征表现为物种丰富度为 46,其中,
60郾 9%的底栖生物为耐污类群,23. 9%的底栖生物为中间类群,15. 2%的底栖生物为敏感类群。 温榆河流域
底栖生物群落的优势物种为浅白雕翅摇蚊,为强耐污类群;温榆河流域 B鄄IBI 评价结果表明,河流采样点的
50%为较差和极差,均位于干流及城区,受乡镇城市化影响强烈;27. 3%为健康,9. 1%为亚健康,主要位于温
榆河上游及源头地区。 B鄄IBI指数与河流水质相关系数为-0. 549,说明生物指标需作为河流水体评价的指
标,B鄄IBI指数应用于温榆河流域具有可行性。
致谢:中国科学院数学与系统科学研究院的李启寨副研究员对本文写作给予帮助,特此致谢。
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2233 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 11 June,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Controls of post鄄fire tree recruitment in Great Xing忆an Mountains in Heilongjiang Province
CAI Wenhua, YANG Jian, LIU Zhihua, et al (3303)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
The assessment of river health using Benthic鄄Index of biotic integrity for Wenyu River
YANG Liu,LI Yonghui, WANG Juncai, et al (3313)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Consume of soil seeds of Betula albo鄄sinensis and Abies faxoniana in different natural successional stages of subalpine dark
coniferous forest in western Sichuan, China MA Jiangming, LIU Shirong, SHI Zuomin, et al (3323)……………………………
Habitat associations of understorey species spatial distribution in old growth broad鄄leaved Korean pine (Pinus koraiensis) forest
DING Shengjian, ZHANG Chunyu, XIA Fucai, et al (3334)
……
………………………………………………………………………
Nabkha morphology and sand鄄fixing capability of four dominant Caragana species in the desert region of the Inner Mongolia
Plateau ZHANG Yuanyuan, MA Chengcang, HAN Lei, et al (3343)……………………………………………………………
Growth dynamics,biomass allocation and ecological adaptation in Ceratocarpus arenarius L.
QUAN Dujuan, WEI Yan, ZHOU Xiaoqing, et al (3352)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
A rapid assessment method for forest disaster based on MODIS / NDVI time series: a case study from Guizhou Province
SHI Hao, WANG Xiao, XUE Jianhui, et al (3359)
……………
………………………………………………………………………………
Soil cation exchange capacity and exchangeable base cation content in the profiles of four typical soils in the Xi鄄Shui Forest Zone
of the Qilian Mountains JIANG Lin, GENG Zengchao, LI Shanshan, et al (3368)………………………………………………
Impact of water and temperature on spring maize emergence speed and emergence rate
MA Shuqing, WANG Qi, L譈 Houquan, et al (3378)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effect of N application on the abundance of denitrifying genes (narG / nosZ) and N2O emission in paddy soil
ZHENG Yan, HOU Haijun, QIN Hongling, et al (3386)
………………………
…………………………………………………………………………
Temporal鄄spatial variations of potential evapotranspiration and quantification of the causes in Northwest China
CAO Wen, SHEN Shuanghe, DUAN Chunfeng (3394)
………………………
……………………………………………………………………………
Analysis of ecosystem degradation and recovery using precipitation use efficiency and NDVI in the headwater catchment of the
Yellow River basin DU Jiaqiang, SHU Jianmin,ZHANG Linbo (3404)……………………………………………………………
An assessment method of Kandelia obovata population biomass JIN Chuan, WANG Jinwang, ZHENG Jian, et al (3414)……………
Quantitative characteristics and species composition of Artemisia sphaerocephala and A. ordosica communities in the Ulanbuh Desert
MA Quanlin,ZHENG Qingzhong,JIA Jujie,et al (3423)
…
……………………………………………………………………………
Photosynthesis and transpiration in relation to ion accumulation in Vitex trifolia under varied light intensity
ZHANG Ping,LIU Linde, BAI Xinfu, et al (3432)
…………………………
…………………………………………………………………………………
Diffusion of elm seed rain in Otindag Sand Land GU Wei,YUE Yongjie,LI Gangtie,et al (3440)……………………………………
Effect of saline water irrigation on sand soil salt and the physiology and growth of Populus euphratica Oliv.
HE Xinlin, CHEN Shufei, WANG Zhenhua, et al (3449)
……………………………
…………………………………………………………………………
Regulation of exogenous nitric oxide on photosynthetic physiological response of Lolium perenne seedlings under NaHCO3 Stress
LIU Jianxin, WANG Jincheng, WANG Xin, et al (3460)
……
…………………………………………………………………………
Longitude gradient changes on plant community and soil stoichiometry characteristics of grassland in Hulunbeir
DING Xiaohui,LUO Shuzheng, LIU Jinwei,et al (3467)
………………………
……………………………………………………………………………
Concentrations and distributions of selenium and heavy metals in Hainan paddy soil and assessment of ecological security
GENG Jianmei,WANG Wenbin,WEN Cuiping,et al (3477)
……………
………………………………………………………………………
Heavy metal contents and evaluation of farmland soil and wheat in typical area of Jiangsu Province
CHEN Jingdu, DAI Qigen, XU Xuehong, et al (3487)
……………………………………
……………………………………………………………………………
The studies on the food web structures and trophic relationships in Guangxi Dongfang Cave by means of stable carbon and nitro鄄
gen isotopes LI Daohong, SU Xiaomei (3497)……………………………………………………………………………………
Analysis of bacterial diversity in the Songhua River based on nested PCR and DGGE
TU Teng, LI Lei, MAO Guannan, et al (3505)
…………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Preliminary delineation and classification of estuarine drainage areas for major coastal rivers in China
HUANG Jinliang, LI Qingsheng, HUANG Ling, et al (3516)
…………………………………
………………………………………………………………………
Estimation of spatial and seasonal changes in phytoplankton primary production in Meiliang Bay, Lake Taihu, based on the
Vertically Generalized Production Model and MODIS data YIN Yan, ZHANG Yunlin, SHI Zhiqiang, et al (3528)……………
Viability and changes of physiological functions in the tiger frog (Hoplobatrachus rugulosus) exposed to cold stress
WANG Na, SHAO Chen, XIE Zhigang, et al (3538)
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Community structure and abundance dynamics of soil collembolans in transgenic Bt rice paddyfields
ZHU Xiangyu, LI Zhiyi, CHANG Liang, et al (3546)
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Morphological characteristics and microsatellite DNA genetic diversity of Nigeria African honey bee, Anhui Apis mellifera and
theirs hybrid generation域 YU Linsheng, XIE Wenfei, WU Houchang,et al (3555)………………………………………………
Effects of social鄄demographic factors on the recreational service of park wetlands in Beijing
LI Fen, SUN Ranhao, CHEN Liding (3565)
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Co鄄integration theory鄄based analysis on relationships between economic growth and eco鄄environmental changes: taking the south鄄
east district in Chongqing city as an example XIAO Qiang, HU Dan, XIAO Yang, et al (3577)………………………………
The cooperative environmental game model in the Tidal River Network Regions and its empirical research
LIU Honggang, CHEN Xingeng, PENG Xiaochun (3586)
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Review and Monograph
Review of eco鄄efficiency accounting method and its applications YIN Ke, WANG Rusong, ZHOU Chuanbin, et al (3595)…………
Overview on the 6th international symposium on modern ecology series of 2011 WEN Teng, XU Delin, XU Chi, et al (3606)………
Discussion
Scale analysis of environmental factors and their relationship with the size of hierarchical aquatic ecoregion: a case study in the
Liao River basin LIU Xingcai, XU Zongxue, ZHANG Shurong, et al (3613)……………………………………………………
Scientific Note
Effects of different light intensities on activities of the primary defense proteins in needles of Larix gmelinii
LU Yifang, SHI Lei, YAN Shanchun (3621)
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An analysis of photosynthetic parameters among Schima superba provenances
XIONG Caiyun, ZENG Wei, XIAO Fuming, et al (3628)
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Research on three small鄄scale agricultural ecological鄄economic systems in Shenzhen City based on emergy analysis
YANG Zhuoxiang, GAO Yang, ZHAO Zhiqiang, et al (3635)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
国内邮发代号:82鄄7摇 国外邮发代号:M670摇 标准刊号:ISSN 1000鄄0933摇 CN 11鄄2031 / Q
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生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 11 期摇 (2012 年 6 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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(Semimonthly,Started in 1981)
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Vol郾 32摇 No郾 11 (June, 2012)
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