情侣 偷拍 基于浮游植物生物竣工性指数的湖泊生态系统评价——以2012年冬季太湖为例
发布日期：2024-11-04 22:04 点击次数：167
生物竣工性指数(Index of Biotic Integrity情侣 偷拍，IBI)见地滥觞由Karr在1981年漠视，并以鱼类行动筹议对象对所筹议河流告捷建树[1]。随后这一评价体系被平凡应用于大型底栖动物、周丛生物、浮游生物和大型水生植物等水生生物类群中[2, 3, 4, 5, 6, 7]。IBI指数在活水和静水等不同水体中评价应用效果及与料理实行中的作用也得到越来越多学者的筹议认同[8, 9, 10, 11]。
浮游植物是水体生态系统低级出产者，其群落胜仗影响表层食品链结构及系数这个词生态系统安详，诳骗浮游植物生物竣工性指数(Phytoplanktonic Index of Biotic Integrity,P-IBI)评价水生态健康的筹议已有联系报谈。Li等[12]诳骗水坝建树前后浮游植物群落拜谒收尾，选用品貌、各样性、生物量和养分状态这4个类别共16个候选参数构建P-IBI并对水生态健康景况进行评价，收尾标明水坝建成后，点位P-IBI指数值暴减，P-IBI不错较好的响应水坝对河活水生态健康的影响；Johnson等[13]筹议标明，其构建的P-IBI指数对样点的养分和光芒互异明锐；Kane等[14]诳骗1970年和1996年伊利湖浮游生物拜谒数据，选用13个候选参数构建浮游生物竣工性指数，并依此评价伊利湖水生态健康景况演变，评价收尾傲气：伊利湖从1970至19世纪中期水生态健康景况迟缓变好，并在19世纪90年代后期运转迟缓变差，评价收尾与水体养分水平变化一致。但当今国表里更多的是诳骗IBI评价河流和溪流等活水水体，对湿地、湖泊等静水水体，高出是富养分化静水水体的筹议较少[15]。
本筹议基于IBI健康评价的发展收尾，以2012年冬季太湖为例，从“水华”爆发的群落自己来源，将浮游植物个体和细胞两个本性分开树立候选参数，筹议 P-IBI指数在富养分化湖泊水体中的构建步伐，探讨其在大型浅水湖泊中的评价应用效果，以期为太湖水生态健康评价、料理和生态成立评估提供工夫支合手和数据救助。
1 筹议区域和步伐 1.1 筹议区域及样点布设太湖是我国第二大淡水湖，位于长江三角洲南部太湖平原上。湖泊水域面积2338km2，平均水深1.9m，最洪流深2.6m[16]，是一个典型的大型浅水湖泊。经过半个多世纪的演变，太湖迟缓从一个贫养分型湖泊转化为当今夏令浮游植物水华频发，总体富养分型部分湖区超富养分型的湖泊[17, 18]。
本筹议于2012年12月，辩论湖区漫衍及样点均匀性，对太湖及脱色地舆区画、盼望健康景况形态相通的水源地湖、库(傀儡湖、钱资荡、长荡湖和瓦屋山水库)分别布设了29个和4个采样点位，开展水质及浮游植物拜谒监测。
1.2 样品蚁集与处理现场蚁集水样，4℃保存并带回实践室中，水样参照《水和废水监测分析步伐》在48h内完成氨氮、总磷、高锰酸盐指数、生化需氧量、总氮、硝酸盐和亚硝酸盐含量的测定[19]。
浮游植物定量样品用有机玻璃采水器蚁集在水深0.5m处蚁集水样1L，现场加入15mL鲁哥氏液并摇匀，带回实践室静置千里淀48h后浓缩并定容至50mL供镜检。镜检前先将浓缩千里淀后水样充分摇匀，吸取0.1mL样品置于0.1mL计数框内，在10×40倍显微镜下按行格法不雅察计数[20]。每个样品不雅察100个视线，计数2次取其平均值，脱色样品2次计数收尾缺陷在15%内说明有用，不然须计数第3片。浮游植物参照胡鸿钧和魏印心等[21]，保证收尾准确性的前提下刚烈到尽可能低的分类单位。
本筹议中非参数锤真金不怕火、联系性分析等统计分析均在SPSS 19.0中进行[22]，Shannon′s各样性指数等群落结构指数值在PRIMER 6.0入网算完成[23]。
1.3 P-IBI指数构建P-IBI指数的构建步伐包括4个进击要道：(1)参照系统构建及参照点设定。(2)获取采样点生物和环境数据。(3)候选生物参数通过漫衍畛域分析、判别智商分析、生物与环境因子的响应分析以及参数间的冗余分析筛选出身物学意念念了了且对防止反应明锐的参数。(4)将参数长入量纲并别离区间，得到样点健康景况评价程序。
2 收尾与分析 2.1 浮游植物的群落结构特征本筹议共监测到浮游植物8个门类共295个分类单位的浮游植物(以下统称种)，其中硅藻门113种，占38.3%；金藻门11种，占3.7%；蓝藻门27种，占9.2%；裸藻门14种，占4.7%；绿藻门121种，占41.0%，其他3个门类共9种，占3.0%。每个监测样点平均监测到浮游植物32种，平均Shannon′s各样性值为3.67。系数样点中出现频次大于70%的有4种，分别为隐藻门尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta、微囊藻属某种Microcystis sp、啮蚀隐藻Cryptomonas erosa和颗粒直链藻Melosira granulata。系数样点个体和细胞密度最大的都为微囊藻属某种Microcystis sp，个体密度为163万个/L，细胞密度为16285万个/L。个体上风种(上风姿[24]Y> 0.02，下同)为小环藻属某种Cyclotella sp、颗粒直链藻Melosira granulata、微囊藻属某种Microcystis sp、尖尾蓝隐藻Chroomonas acuta和啮蚀隐藻Cryptomonas erosa；细胞上风种为颗粒直链藻Melosira granulata和微囊藻属某种Microcystis sp。
2.2 参照点的笃定太湖流域东谈主口密集，工农业阐述，太湖偏执附进水域均受到不同进度的东谈主类防止，寻找王人备清洁参照点几无可能。因此依据防止进度最小系统法，适应参考最容易完毕系统法[25]，参考太湖20世纪60年代生态环境特色、太湖当今水环境质料景况及浮游植物监测收尾，设定以下条目来筛选参照点：(1)样点水域水生植物种类数不小于3种，且上风植物种类喜贫-中养分水体；(2)样点水域除总氮外合适国度Ⅲ类水程序；(3)样点水域风波扰动较小，浮游植物活命于此处水体；(4)监测收尾样点浮游植物各样性景况较好，藻细胞密度低于200万个/L[26]且上风种为非水华藻；(5)样点水域无航谈、滋生和文娱功能，受水利工程影响小。通过筛选，太湖中4个样点和附进水源地湖库的4个样点共8个样点收尾合适上述程序，设为参照点；其余25个样点为受损点(图 1)。
2.3 候选生物参数笃定和筛选 2.3.1 候选生物参数笃定和漫衍畛域分析辩论不同种类个体所含有的细胞数不同，对系数这个词群落的作用也存在互异，分别联想诸如香农各样性指数等的数值，并行动孤苦的候选参数；参照国表里浮游植物生物竣工性指数筹议实例[14, 27, 28, 29, 30, 31]，并王人集本次浮游植物监测收尾，尽可能全面的登科联系参数。
依照以上原则共登科了浮游植物4个类别共51个候选参数。通过联想和分析各参数值在样点中的漫衍特色，其中M3、M4、M6、M7、M10、M12、M14、M15、M16、M18、M19、M20、M22、M23、M24、M28、M32、M34、M36、M38、M40、M42、M43、M44、M45、M46、M48因自己数值很小、漫衍畛域太小或可瞻望环境变化值的畛域太小而被删除，剩余参数参加下一步联想。
2.3.2 判别智商分析通过漫衍畛域分析的候选参数需进行判别智商分析，以笃定参数不错很好的区分出参照点和受损点。判别智商分析步伐有箱线图法和Mann-Whitney非参数锤真金不怕火法[14]。对候选参数采取Mann-Whitney非参数锤真金不怕火法，收尾标明除M26外系数23个参数在参照点和受损点之间存在有权贵互异(P<0.05，表 2)，不错参加下一步筛选。
2.3.3 参数间Pearson联系性分析通过判别智商分析得到的参数需进行Pearson联系性分析，以锤真金不怕火各指数所响应信息的孤苦性，幸免冗余。当|r|≥0.75时，则以为信息间的重复进度较高，采取其中一个即可响应出参数所抒发的大部分信息[32]。
表 3为各参数联系性锤真金不怕火收尾。M1包含信息量最大，领先辩论给予保留，因此删除M8和M11；M2与M5和M27都高度联系，M5与除M2外系数参数都不联系，因此删除M2，保留M5；M17对水生态健康具有进击进击而给予保留，删除与之高度联系的M21、M25、M37和M47；M33、M35、M39、M41、M49、M50和M51两两高度联系，辩论M51与M31不联系，且M51反应信息量更大，删除M33、M35、M39、M41、M49和M50；M30只与M31一个参数联系，M31与多个参数联系，保留M30删除M31；M9与M13均为反应浮游植物群落丰富度和均匀性的空洞指数，所包含群落信息量较大，M13与较少剩余参数联系且与之联系的参数也都与M9联系，因此保留M13，删除M9和与M13联系的M29和M51。
经过上述筛选，最终选用M1总分类单位数、M5硅藻门分类单位%、M13细胞Simpson指数、M17细胞密度、M27硅藻门细胞密度%和M30绿藻门个体密度%这6个参数来构建枯水期太湖P-IBI指数。
2.4 分值联想与P-IBI健康评价程序建树筛选得到的参数需进行换算长入各参数的量纲。参数目纲长入步伐有比值法、3分制法和4分制法，诳骗比值法长入参数目纲效果优于3分制法和4分制法[33]，本筹议采取比值法。对于防止越强参数值越低的，以该参数在系数样本95%分位数值行动最好值，该参数分值就是参数值除以最好值；防止越强值越高的，以5%分位数值作最好值，参数联想步伐为：(最大值-参数值)/(最大值-最好值)。按表 4公式联想各参数分值，分值畛域0—1，大于1的记为1。将各参数分值累加得到适用于太湖枯水期的P-IBI。各点位P-IBI指数分值Kolmogorov-Smirnov锤真金不怕火(KS test)考证收尾P=0.88说明合适正态漫衍。选用系数点位P-IBI值的95%分位数为最好值，将低于该值的畛域4瓜分，得到评价太湖生态系统不同健康进度的程序：P-IBI≥5.17，健康；3.88≤P-IBI<5.17，中等；2.59≤P-IBI<3.88，一般；1.29≤P-IBI<2.59，差；P-IBI<1.29，极差(表 5)。
2.5 枯水期太湖P-IBI指数健康评价收尾P-IBI指数对全太湖及附进湖、库评价收尾(图 2)，8个参照点中1个点位评价收尾为健康剩余7个为亚健康；25个受损点中，2个点位评价收尾为亚健康，9个点位评价收尾为一般，12个点位评价收尾为差，2个点位评价收尾为极差(湖心区乌龟山和平台山)。全太湖，东太湖湖区评价收尾最好，健康景况均亚健康或一般；竺山湖、贡湖、东部沿岸和西部沿岸评价收尾次之，多为一般或差；南部沿岸和湖心区评价收尾多为差，湖心区两个点位评价收尾为极差。
2.6 冬季太湖P-IBI指数与传统理化因子联系性将枯水期太湖P-IBI指数及组成参数与水质理化参与进行Spearman联系性分析(表 6)。
氨氮与P-IBI极权贵正联系，同期也与浮游植物总分类单位数、细胞Simpson指数、绿藻门个体密度%和硅藻门细胞密度%这几个对防止负向响应的组成参数极权贵或权贵联系。可能原因是一定条目下氨氮浓度飞腾对浮游植物、大型水生植物的滋长存在促进作用，这也与杨好意思玖等[34]、颜昌宙等[35]刘霞等[36]的筹议收尾一致。硝酸盐浓度与浮游植物总分类单位数极权贵正联系，说明在冬季，硝酸盐浓度的飞腾的同期，浮游植物群落收尾也变得更复杂。诚然氨氮和硝酸盐不一定是浮游植物群落复杂、安详的主要驱动因子，但极权贵或权贵正联系说明其群落会随氨氮和硝酸盐浓度的变化而正向变化。
总磷浓度与P-IBI极权贵负联系，同期也与细胞Simpson指数、硅藻门分类单位%权贵负联系，而上述系数参数均为随防止增强值变小的指数；同期总磷浓度还与细胞密度权贵正联系，而细胞密度是随防止增强而变大的指数。因此总磷虽不行说是浮游植物群落结构变差的驱动因子，但其群落会陪同总磷浓度的升高而变得不安详。这个收尾也与联系筹议收尾及当今对太湖藻类水华的解决进击效劳点为戒指磷元素排放，裁减总磷浓度这一料理技能相吻合[37, 38, 39]。
总氮对P-IBI及各组成参数联系性较弱，仅与硅藻门分类单位%权贵负联系，可能的说明是冬季时太湖总氮浓度遍及较高，面前浓度畛域完全得当浮游植物群落的滋长且无扼制作用，戒指进一步滋长滋生的是其他环境因子。
3 究诘 3.1 冬季太湖浮游植物生物竣工性评价与水质评价收尾异同本筹议构建的冬季太湖P-IBI指数与水质评价存在一致性：评价收尾总体处于较差和一般，合适面前太湖富养分化严重，水体水质总体较差的近况；水源田主要漫衍区域东太湖、东部沿岸和贡湖评价收尾多为亚健康或一般；混浊较严重的南部沿岸、梅梁湖均为差，总体合适面前太湖水质景况的空间漫衍景况[40]。
P-IBI指数评价收尾与水质评价也存在有互异：竺山湖、西部沿岸和隔邻的湖心区点位评价收尾为亚健康或一般，这与水质评价存在较大互异性[41]，可能原因是枯水期戒指水体浮游植物群落的决定性外部环境因子是水温，且其影响作用远远高于如养分盐浓度等因子[42, 43]。当水温戒指了群落中某几种喜富养分、超富养分种类的多量滋生爆发，蓝本被某一种或几种浮游植物所多量占用的生态位被开释，在占主导的如温度等外部压力影响下，浮游植物群落的种间竞争的竞争关系被极大缩小[44]。而高浓度养分盐对浮游植物又存在有促进作用，多量浮游植物种类出现，且群落结构相对合理。其中竺山湖、西部沿岸及椒山点位平均浮游植物种类数为50种，而参照点平均种类数仅为40种，系数点位平均仅32种，远远低于上述区域。同期细胞Simpson指数，上述区域均值高达0.70，而系数点位均值仅为0.52。受外部压力因子戒指，未出现王人备上风种，物种多且群落结构复杂合理等使得该区域点位的总分类单位数、细胞Simpson指数等P-IBI组成参数都处于较为健康的状态，因此P-IBI指数的评价收尾较好。
水温这个戒指浮游植物滋长的进击环境因子随时辰而季节性变化弘大，这亦然本筹议只选用一个特定时辰冬季来构建P-IBI评价太湖水生态健康景况的进击原因。不错预感当水温飞腾，如另一个顶点夏令时，水温这个影响浮游植物的外部决定性戒指被去除，高浓度的磷、氮等养分盐对群落结构的影响作用加强，喜富养分的藻类呈指数级多量滋生并赶快挤占其他竞争智商较弱物种的生态位，原有群落结构剧烈变化[43]，甚而发生蓝藻“水华”时势。冬季P-IBI指数的各组成参数在夏令的群落景况下是否还能通过判别智商分析，即组成参数还能否有用区分出参照点和受损点将存在很大的疑问。仅以本次筹议收尾P-IBI指数的组成参数来看，冬季时诸如细胞Simpson指数、绿藻门个体密度%、硅藻门细胞密度%等参数因蓝藻上风性加大，其数值可预感将会下落进；细胞密度数值大幅度升高，而导致P-IBI指数数值下落。这即意味着夏令太湖水生态健康景况将远差于冬季，而这个收尾也与水体丰水期(夏令)时因降雨增加水体交换速度加速，水质景况等时常优于枯水期(冬季)有较大的偏差。
抖音风 裸舞本筹议只选用了冬季太湖监测数据，旨在尽可能多的减少外部环境条目互异，同期幸免藻类密度权重何如笃定等未有联系筹议收尾的身分防止，尽可能升迁P-IBI指数评价收尾准确性，反应P-IBI指数在静水水体的应用效果，科学的反应太湖水生态健康近况。
3.2 生物竣工性指数生物竣工性指数是当今最有用、应用最平凡的水生态健康评价体系之一[1]。自Karr漠视生物竣工性指数并应用于水生态健康评价实行已有30余年，但该评价体系仍主要局限于筹议阶段，少有确凿付之于水生态环境料理实行，作家以为这主若是竣工性指数自己的颓势导致。
参照点的登科是开展水质生物评价的基准，其胜仗影响最终身物竣工性指数的中枢参数和评价收尾。好多筹议学者建议参照点应选用受威胁最小的水体样点，即莫得显著东谈主类行为防止的区域，但受当然地舆景况和当然环境梯度的不同，以及东谈主类防止行为类型和混浊特色离别，不同地区的参照系统程序的方针和值是有互异的[15, 25, 45, 46]。Detenbeck等[47]和Casatti等[48]采打水体物理和化学互异设定参考条目；Astin等[49]诳骗水质和生境数据树立参照条目；Qadir等[50]选用环境和生物历史数据设定参照点；Kanno等[51]采取东谈主类对水体的防止和诳骗进度互异来树立参照点。本筹议参考上述筹议，参照当今界说参照系统常用的3种步伐[25]，针对太湖特色，采取理化和生境方针、定量和定性相王人集的方式笃定参照点的筛选程序，并通过对不同时期程序的信息筛选，得到得当构建太湖浮游植物生物竣工性指数的参照系统。
参数的登科是构建多参数评价体系的环节。候选参数需不错响应特定的东谈主类行为防止，并可瞻望参数值的变化。何种参数不错竣工响应何种单一或复合的东谈主类行为威胁，当今仍莫得定论，而各参数响应威胁智商大小的筹议更是进展清静。同期水生生物类群在水体漫衍的不均一性也缩小了拜谒监测数据及各参数的代表性。以浮游植物为例，作家未能查阅到对于其个体细胞数互异对群落结构、水生态评价收尾影响互异的联系筹议，而对于浮游植物的联系筹议中藻密度虽更多指代的是细胞密度，但也少有用笔墨明确说明此情况的。这也影响了P-IBI指数的长入性和准确性，并给最终的应用带来了辛劳。因此在本筹议中，笔者假设个体含有不同细胞数对群落的影响互异是存在的，将诸如细胞香农各样性指数、蓝藻门细胞密度等行动孤苦的候选参数进行联想筛选。最终P-IBI的组成中枢参数有3个是对于细胞数目的参数，这也从一方面说明了细胞数和个体数的互异对浮游植物群落、乃至系数这个词水生态系统所产生的影响是不完全沟通的。
IBI料理当用实行少的另一个原因，作家以为是其与环境因子高出是水体理化参数的响应关系较弱。弱联系性的主要原因是影响生物群落的因子太多，同期对不同生物类群其主要影响因子也不尽沟通。以太湖为例，除水质理化因子威胁外，湖流、航运、渔业出产、“引江济太”、清淤工程、文娱旅游等当然或东谈主为行为都会对水生生物类群产生防止，而这些影响作用咱们难以定量测定。当今对生态系统的健康仍莫得科学准确的表征和评价体系，筹议者遍及认同评价体系应至少包含结构方针和功能方针这两个方针体系，而生物学方针仅仅结构方针体系中的一个部分，因此表面上通过单生物学方针来代表系数这个词生态系统的健康并不相等全面。在构建IBI的历程中，东谈主们以为水生生物的群落质料与生态系统健康之间存在着明确的因果关系，但骨子景况可能并不完全同假设一致，有可能无法准确完全的检测出系数东谈主类行为的影响[52]。
3.3 浮游植物生物竣工性指数Ruaro等[15]统计分析了发表在《Hydrobiologia》和《Ecological Indicators》上对于IBI的93篇筹议论文发现，IBI指数更多使用的水生生物类群是鱼类、大型底栖动物和硅藻，仅有约5%的论文使用浮游生物(包括浮游植物和浮游动物)行动构建对象。对于浮游植物的筹议相较于鱼类和底栖动物等水生生物类群少，其主要原因是浮游植物自己的迥殊性。
领先浮游植物“不固着”，易被风波、水流等带离至其他区域，这个本性给样品在空间区域的代表性和采样的均一性带来了防止。其次浮游植物个体活命周期短，种群密度受外部环境影响变化大，监测收尾仅能败露采样点短时辰内的情况，难以响应万古辰内的水生态健康景况。如Sommer等漠视的闻明PEG(plankton ecology group)模子以为，浮游植物群落存在冬春季时隐藻和硅藻占上风，夏令绿藻占上风，夏末秋初是蓝藻占上风，而到秋季时硅藻数目再次飞腾的当然演替规矩[53]。浮游植物群落季节性当然演替导致的弘大互异使得诳骗某个时辰监测收尾构建的P-IBI指数广适性较差，而分不同时期构建多个P-IBI也将环境料理部门的应用实行变得繁琐。
证据对太湖夏令“水华”爆发的报谈可估量，当外部环境条目合应时，太湖浮游植物群落诸如水华藻密度、上风种%等群落参数较冬季时互异弘大。构建夏令P-IBI时，这些参数在参照点和受损点理当存在弘大离别，真实信服不错通过判别智商分析。但藻类密度是“水华”与否的近乎独一判断程序，藻类密度或水华藻密度等参数在构建P-IBI时权重是否需要退换，何如退换，当今还莫得联系筹议收尾。同期，浮游植物是生态系统的低级出产者，其群落位于水生态系统食品链的最底层，受防止时物种的变化可能是多量隐藏，种群密度大幅下落，亦可能是种群密度大爆发。受防止时浮游植物违抗的响应方针也给评价带来了辛劳。
临了在淡水生态系统，崇尚水生态系统结构和功能的安详性方面，处于食品链中层的底栖动物和表层的鱼类的作用频频以为显著强于浮游植物[54]，陈桥等[9]及作家前期筹议收尾[10]也证据底栖动物生物竣工性指数对太湖的评价收尾相对更客不雅准确，在本筹议中，也出现了蓝藻频发、混浊严重的区域西部沿岸和竺山湖的评价收尾畸形的时势。因此正如上文及3.2章节所述，P-IBI可能更多响应的是水体得当浮游植物群落健康的进度，单用这一个生物学方针来代表系数这个词水生态系统健康可能并不相等全面。
IBI仍然是面前评价水生态环境景况最最行之有用的步伐之一[15]，同期鉴于“水华”对生态梗阻的不可忽视性，作家以为浮游植物生物竣工性指数尽管存在局限性，但用其来评价水生态健康是可行的，本筹议的收尾也标明P-IBI是相对科学准确的。建议后续筹议可探讨何如建树更广适的浮游植物生物竣工性指数，进而对浮游植物、大型水生植物、底栖动物、鱼类以至微生物这一竣工物资和能量流动要道中系数水生生物类群的长久群落变化进行监测筹议，王人集水体理化因子，构建愈加科学合理的生物竣工性指数，更准确合理的对水生态环境健康景况进行评价。
致谢： 感谢常州市环境监测中心对本筹议开展历程给予的匡助情侣 偷拍。