應(yīng)用大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物和底棲硅藻評(píng)價(jià)水質(zhì)的比較研究.pdf

1、基于溪流底棲硅藻和大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物的生物監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)是有效評(píng)價(jià)溪流水質(zhì)，溪流水生態(tài)系統(tǒng)健康、保護(hù)溪流多樣性的重要手段。但是在溪流水質(zhì)生物評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)過(guò)程中存在一些難點(diǎn)，主要有:一、不同生物類(lèi)群（底棲硅藻和大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物）對(duì)不同干擾類(lèi)型（農(nóng)田、城鎮(zhèn)）的響應(yīng)是否存在差異？二、在生物評(píng)價(jià)過(guò)程中，如何構(gòu)建一個(gè)可靠、穩(wěn)健的生物指數(shù)？三、不同尺度環(huán)境因子引起生物指數(shù)變化的相對(duì)重要性？基于這些科學(xué)問(wèn)題，以底棲硅藻、大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物為對(duì)象展開(kāi)了對(duì)比

2、研究，主要研究結(jié)果如下:
　　基于渭河流域西安段15個(gè)參照樣點(diǎn)、27個(gè)農(nóng)田樣點(diǎn)和12個(gè)城鎮(zhèn)樣點(diǎn)的環(huán)境、底棲硅藻和大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物數(shù)據(jù)。采用非參數(shù)多維尺度分析(NMDS)、相似性分析（ANOSIM）、t檢驗(yàn)和CCA分析研究底棲動(dòng)物和底棲硅藻對(duì)不同干擾類(lèi)型的響應(yīng)。結(jié)果表明，三種干擾類(lèi)型樣點(diǎn)相互之間水質(zhì)、生境和土地利用均有大部份指標(biāo)存在顯著差異;底棲動(dòng)物和底棲硅藻群落組成也均存在顯著差異。底棲動(dòng)物6個(gè)生物參數(shù)No.of taxa、No

3、.of EPT taxa、Shannon diversity index、1/Simpson index和Pielou index能很好地區(qū)分干擾類(lèi)型，但是硅藻的6個(gè)生物參數(shù)PTI、％Eutraphentic,No.of taxa、Shannon diversity index、1/Simpson index、Pielou index沒(méi)有能夠有效區(qū)分干擾類(lèi)型間的差異。CCA分析表明影響底棲硅藻群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)境因子，有亞硝酸根、總磷、森

4、林面積百分比、平均水深、海拔，它們累積解釋了17.5％的生物變異。影響底棲動(dòng)物的關(guān)鍵因子有渾濁度打分、溫度、酸堿度、化學(xué)需氧量、硝酸根、農(nóng)田面積百分比、亞硝酸根，累積解釋了26.2％的生物變異。
　　分別利用經(jīng)隨機(jī)森林法(Random forest，RF)和未經(jīng)RF法校正自然環(huán)境梯度對(duì)生物參數(shù)影響的方法，構(gòu)建上述地區(qū)評(píng)價(jià)溪流生態(tài)健康的硅藻多參數(shù)指數(shù)(Multimetric Index，MMI):即校正的MMI.RF和未校正的MMI

5、.Ori。精確度、偏差、響應(yīng)能力和敏感度的比較研究結(jié)果表明，經(jīng)RF法校正自然變量影響后的MMI.RF的精確度、偏差、響應(yīng)能力、敏感度均優(yōu)于MMI.Ori?；貧w分析分析表明，影響MMI的關(guān)鍵環(huán)境脅迫是城鎮(zhèn)利用比例(％Urban)、農(nóng)田利用比例(％Farm)、NH4+和TN。但％Farm對(duì)MMI.RF的解釋量(5.13％)遠(yuǎn)小于MMI.Ori(17.64％)。這可能與農(nóng)地利用比例高的樣點(diǎn)與參照點(diǎn)之間存在較高的自然梯度差異有關(guān)。
　　基

6、于錢(qián)塘江中游78個(gè)點(diǎn)位的底棲動(dòng)物和底棲硅藻數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)構(gòu)建MMI指數(shù)。結(jié)果表明，使用RF法校正自然環(huán)境梯度對(duì)生物參數(shù)影響后的MMI指數(shù)的精度、響應(yīng)能力和敏感度都高于未經(jīng)RF法校正的MMI指數(shù)。底棲硅藻D.MMI.RF在精確度和偏差方面優(yōu)于底棲動(dòng)物，但在響應(yīng)能力和敏感度上弱于底棲動(dòng)物M.MMI.RF。對(duì)于底棲硅藻，自然變異影響未校正的MMI.RF，能被自然預(yù)測(cè)因子解釋其54.41％的變異。自然預(yù)測(cè)因子對(duì)校正后的D.MMI.RF的解釋量為

7、0。但是經(jīng)RF校正后的底棲動(dòng)物M.MMI.RF，自然預(yù)測(cè)因子的解釋量仍超過(guò)10％。采用回歸分析研究流域尺度、河段尺度和沿岸帶尺度的環(huán)境變量對(duì)MMI.RF指數(shù)的影響以及相對(duì)重要性。結(jié)果表明，影響底棲動(dòng)物M.MMI.RF值的環(huán)境變量有9個(gè)，共可解釋M.MMI.RF值82.88％的變異，流域尺度(78.34％)和河段尺度(73.46％)環(huán)境都起重要作用，其中，流域尺度略大于河段尺度。影響底棲硅藻D.MMI.RF值的關(guān)鍵變量有8個(gè)，共可解釋D.