河湖健康评估利用大型底栖无脊椎动物进行河流生态系统健康评价

2. 理论假设
期望值E（Expected value):监测样点在受干扰前，可能具 有的生物群落组成（物种名录和物种数）。 观测值O（Observed value): 期望出现的生物物种被实际调 查到的数量。 O/E值（O/E value):监测样点偏离“正常位置”的“距 离”，也可以认为是受干扰样点生物多样性丧失的程 度。
Pearson’s coefficient=-0.444, (p<0.001, n=100)
Pearson’s coefficient=0.633, (p<0.001, n=100) Pearson’s coefficient=-0.470, (p<0.001, n=100)
Fig. 4 the relationship among IBI and the percentage of forest land use, cropland use and urban land use at the riparian scale.
Fig. 2 the relationship among IBI and the percentage of forest land use, cropland use and urban land use at the sub-basin scale.
Pearson’s coefficient=-0.421, (p<0.001, n=101)
Predictor variables 深宽比、温度、底质类型I（≤2mm）、底质类型I （>256mm） Predictive model validation
表1. 漓江源头猫儿山期望出现的具体分类单元和实际观测到的分类单元及数量
Baetidae Hydropsychidae Simuliidae Tipulidae Neochaliodes Neoneuromus Helodidae Parapoynx crisonalis Thalerosphyrus Philopotamidae Elmidae Tabanidae Hydrobiosidae Baetis Cheumatopsyche 四节蜉属 纹石蛾属 蚋科 大蚊 斑鱼蛉属 齿蛉属 沼甲科 草螟科 短鳃蜉属 等翅石蛾科 长角泥甲科 虻科 螯石蛾科 1 1 1 1 1 1 1 1 0.999 0.999 0.995 0.803 0.802 Ephemerellidae Nemouridae Baetidae Leptophlebiidae Leuctridae Heptageniidae Ephemerellidae Euphaeidae Hydrophilidae Psephenidae Gomphidae Cincticostella Nemoura Baetiella facialis Perlomyla Cinygmina Torleya 带肋蜉属 叉襀属 花翅蜉属 宽基蜉属 长卷襀属 似动蜉属 大鳃蜉属 溪蟌科 水龟虫科 扁泥甲科 春蜓属 涡虫 0.802 0.801 0.8 0.796 0.796 0.607 0.605 0.605 0.605 0.604 0.602 0.593
Relationship of B-IBI with environmental variables
Pearson’s coefficient=-0.431, (p<0.001, n=99)
Pearson’s coefficient=0.482, (p<0.001, n=99)
Pearson’s coefficient=-0.403, (p<0.001, n=84)
Pearson’s coefficient=-0.357, (p=0.Βιβλιοθήκη Baidu01, n=84)
Sub-basin
entire drainage upstream from sample point
Riparian
200m buffer on each side of sample point extending length of the drainage network
Pearson’s coefficient=-0.397, (p<0.001, n=100)
四、 利用RIVPACS模型评价河流健康
1. 原理
生物的分布受自然环境梯度（气候、地形地貌、土壤、 温度、光照、降水量、海拔）等决定。可根据生物分 布的规律与自然环境梯度之间的内在关系来预测生物 可能的分布范围。
扁形动物
线形动物
环节动物—寡毛纲
环节动物—蛭纲 软体动物—腹足纲 软体动物—瓣腮纲
昆虫纲Insecta
蜉蝣目
襀翅目
毛翅目
双翅目
鞘翅目
蜻蜓目
二、底栖动物作为生物指示种的优点
1. 水生态环境质量（水质/生境）的指示性 好且准确，方便水环境管理实践的应用。
（1）极清洁水体指示种（Excellent): 蜉蝣目 Ephemeroptera, 襀翅目Plecoptera, 毛翅目 Trichoptera，脉翅目Neuroptera
3. Results
B-IBI was composed of seven metrics: Total taxa, EPT taxa, Coleoptera%, Three dominant taxa, (Hydropsychidae/Trichoptera) %, Filterers% Biotic Index (BI).
2. Methods
2.1 Field work 64 sampling sites ( 15 reference sites) Five surber nets each site 8 environmental variables including water chemistry, habitat variables, watershed land use upstream of sampling sites
3. 发展历史及现状
英国淡水生态研究所（Institute of Freshwater Ecology）于
1984年建立. 至2008年先后开发出了：RIVPACS II、 RIVPACS III和RIVPACS III+ 。 澳大利亚1996年开发了AUSRIVAS 模型，目前已建立了适合 不同生态区使用的48个相对独立的模型。 新西兰1998年建立了溪流健康监测和评价的预测模型 SHMAK（Stream Health Monitoring and Assessment Kit）。 瑞典开发了适合本国溪流使用的SWEPACSRI和湖泊使用的 SWEPACLLI模型。 加拿大的模型是BEAST(BEnthic Assessment of SedimenT)模 型。 美国EPA和各州已开始构建和推广使用预测模型评价水体生 态质量。 目前O/E指标是欧盟水框架计划最主要的生物评价指标之一。
Feeding Group)
（4）生物群落的生物属性法(Biological
traits) ----功能多样性
（5）落叶分解速率法 （6）预测模型法(RIVPACS)
三、利用底栖动物完整性指数B-IBI评
价河流健康
1. 研究区域概况
西苕溪 （30°23′~31°11′N， 119°14′~120°29′E） 位于太湖上游地区的浙西 水利分区，发源于天目山， 下游是长兴平原。干流总 长157 km，流域面积约 2200 km2，
Pearson’s coefficient=0.655, (p<0.001, n=100) Pearson’s coefficient=-0.460, (p<0.001, n=100)
Fig. 3 the relationship among IBI and the percentage of forest land use, cropland use and urban land use at the local scale.
2.2 Data analysis Stepwise evaluating 36 candidate metrics. Crop, forest and urban land use in upstream watershed of every site were analyzed using satellite image and a Digital Elevation Model. Statistical analysis was performed by SPSS 16.0.
Fig.1 Box-plot of IBI in reference sites (R) and stressed sites (S) Table 1. Narrative interpretations and their numeric criteria (n=64) Excellent >4.64 Good 3.15-4.64 Fair 2.34～3.15 Poor <2.34
（2）清洁水体指标种：蜉蝣目Ephemeroptera, 毛 翅目Trichoptera，广翅目Megaloptera
（3）污染水体指示种：蛭纲Hirudina, 红摇蚊red chironomids, 水丝蚓属 Limnodrilus sp.
2. 生活周期长，活动能力弱，能够反应污染 物的累积效应 大部分1年发生1代或2代 3. 个体大，较易鉴定或识别 绝大多数的类群凭肉眼就可以识别至科。
AUSRIVAS
http://ausrivas.canberra.edu.au/
4、RIVPACS模型的构建 4.1 研究区域概况 • 漓江为珠江的上游河段，发源于兴安县猫儿山， 止于平乐，平乐以下江段称为桂江。漓江全长 164km，总流域面积6050km2 ，市区内长度 49.3km。 • 漓江流域属于亚热带温润季风气候，年均降雨量 达到1627mm，受季风影响，丰枯水季明显。
利用大型底栖无脊椎动物进行 河流生态系统健康评价
Assessing the River Health Using Benthic Macroinvertebrate Assemblages
王备新
南京农业大学 昆虫系 水生昆虫与溪流生态实验室 Beixin Wang Laboratory of aquatic insects and stream ecology Department of Entomology, Nanjing Agricultural University wangbeixin@njau.edu.cn
4.2 材料与方法
4.2.1 理化、生境 和生物数据采集
2008年3月 35个样 点（20个样点） 2008年10月 39个样 点（28个样点）。 3月和10月皆采样的 样点数15。
Fig. 1 Benthos sampling sites in Lijiang River in Mar. (left) and Oct. (Right)
Local
200m buffer on each side of sample point extending 1km upstream
Morley and Karr (2002)
Pearson’s coefficient=0.471, (p<0.001, n=101) Pearson’s coefficient=-0.352, (p<0.001, n=101)
Outline
一、底栖动物介绍 二、底栖动物作为生物指示种的优点 三、河流健康的底栖动物学评价方法 四、利用底栖动物完整性指数B-IBI评价河流健康 五、利用RIVPACS模型评价河流健康
一、底栖动物介绍
底栖动物（benthos）是指生活史的全部或大部分时 间生活在水体（溪、河、水库、湖）底部的水生 动物 通常将不能通过500µm（0.5mm）孔径筛网的底栖 动物称为大型底栖无脊椎动物（benthic macroinvertebrate）. 大型底栖动物中的无脊椎动物称为大型底栖无脊椎 动物，包括昆虫纲的蜉游、蜻蜓、毛翅目、襀翅 目等，甲壳纲的龙虾、水虱等，软体动物门的蚌、 螺等，环节动物门的水蛭、水蚯蚓等。
4. 采集方法比较简单，1-2人就可以完成野外 采集。
三、河流健康的底栖动物学评价方法
1. 健康的河流 组成结构（物理、化学、生物）和功能（自然、 生态、社会服务） 2. 河流健康的生物学评价方法
河道特征 能源
生物群落的结 构与功能 化学属性 生物相互作用
水文
（1）单个生物指数法 (BI: Biotic Index) （2）生物完整性指数法（IBI) （3）摄食功能类群分析法(Functional
环境数据 经纬度、海拔、河流的水面宽度、深度、平均流 速、最大流速 、pH、电导率、溶解氧、温度、 COD 、TN、TP等、底质组成等。 生物数据 底栖动物群落数据。
4.3 研究结果 参照点分组结果
Fig.2 Cluster results of reference sites using BC index
4. 2. 2 构建RIVPACS模型的步骤 （1）根据生物数据对样点进行分组， （2）判别分析的方法确定与生物分组结果 一致的一组环境变量，建立判别函数， （3）预测监测点属于不同组的概率， （4）计算不同分类单元在监测点可能出现 的概率， （5）确定在监测点期望出现的具体的分类 单元（物种）。