河湖生態(tài)評價-河湖生物指標(biāo)評價（水生態(tài)修復(fù)課件）

河湖生物指標(biāo)評價河湖生物指標(biāo)的概述主要內(nèi)容生物指標(biāo)的概述（一）國內(nèi)外研究進展（二）水生生物研究的意義國內(nèi)外研究進展傳統(tǒng)：物理、化學(xué)指標(biāo)為基礎(chǔ)，但在生態(tài)系統(tǒng)水平，局限性現(xiàn)代：采用生物指標(biāo)進行河流健康評價已成為了一種趨勢,并且被廣泛應(yīng)用于河流健康評價國內(nèi)：浮游植物等生物群落結(jié)構(gòu)特征的改變,并試圖通過短期的或季節(jié)性的監(jiān)測,來分析生物群落與水環(huán)境因子之間的相互關(guān)系eg：通過調(diào)查豐水期和枯水期浮游植物狀況，根據(jù)浮游植物群落結(jié)構(gòu)和多樣性指數(shù)進行營養(yǎng)狀況評價調(diào)查了南水北調(diào)中線水源區(qū)水體浮游植物情況，運用多樣性指數(shù)進行評價國內(nèi)外研究進展國外：1972年美國的《水污染控制修正法》規(guī)定:本法案的目標(biāo)是恢復(fù)與維持水體的化學(xué)、物理及生物完整性eg：對25條河流進行調(diào)查研究,利用浮游植物等指標(biāo)對農(nóng)業(yè)用地對水質(zhì)的影響進行研究,結(jié)果表明浮游植物群落結(jié)構(gòu)與水質(zhì)梯度變化有顯著的因果關(guān)系對加州SanJoaquln河水體進行調(diào)查后,發(fā)現(xiàn)浮游植物的分布和群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境中的理化因子密切相關(guān)水生生物的研究意義浮游植物、浮游動物、底棲動物、大型水生植物以及魚類等是河流食物鏈及生物生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。水生生物的種類組成、數(shù)量變動、生物量以及群落結(jié)構(gòu)與功能的變化是反映河流水質(zhì)狀況的重要指標(biāo),也是預(yù)測其發(fā)展趨勢的重要依據(jù)。生物指標(biāo)與水質(zhì)的其它指標(biāo)綜合分析,能夠更全面、準(zhǔn)確的以生態(tài)學(xué)觀點來評價和預(yù)測河流的水環(huán)境狀況。水生生物的研究意義浮游植物：初級生產(chǎn)者,因而成為水體營養(yǎng)狀況最直接的反映。浮游植物對外界環(huán)境有敏感的反應(yīng),在不同的水體中具有特定種類組成,其群落的性質(zhì)和數(shù)量會隨著水化學(xué)成分而改變，因此常被用作水質(zhì)監(jiān)測和評價的重要參數(shù)水生生物的研究意義浮游動物：食物鏈的中間環(huán)節(jié),通過對浮游植物濾食來限制浮游植物的大量繁殖，而同時它們又可以作為其它水生動物(如:魚類)的食物，浮游動物在湖泊的物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程中發(fā)揮著重要作用,且浮游動物較易受水溫、pH、鹽度以及有毒污染物影響,因此群落結(jié)構(gòu)與功能的變化可以直接或間接地反映著湖泊水質(zhì)的狀況及其發(fā)展趨勢水生生物的研究意義底棲動物：底棲動物對環(huán)境變化反應(yīng)敏感,當(dāng)水體受到污染時,底棲動物群落結(jié)構(gòu)及多樣性將會發(fā)生改變,因此,在湖泊水質(zhì)監(jiān)測中,其種類和群落特征常作為環(huán)境評價指標(biāo),并已被廣泛應(yīng)用大型水生動物：初級消費者,可吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì),降低湖水營養(yǎng)水平,抑制浮游浮游植物的生長,多項研究表明,修復(fù)和重建的水生高等植物群落能夠有效地凈化富營養(yǎng)化水體，對有毒有害物質(zhì)也有一定的凈化作用,能濃縮富集重金屬元素物理作用方面,水生植物還能起到減小水中的風(fēng)浪擾動,降低水流速度,并減少水面風(fēng)速的作用小結(jié)國內(nèi)外研究進展水生生物研究的意義浮游植物浮游動物底棲動物大型水生植物、動物生物監(jiān)測法主要內(nèi)容生物指標(biāo)評價調(diào)查方法及優(yōu)缺點（一）生物監(jiān)測法指示生物法、優(yōu)勢種群法、生物指數(shù)法和物種多樣性指數(shù)法（二）綜合指標(biāo)法生物監(jiān)測法概念：水生態(tài)系統(tǒng)的任何變化都可能影響水生生物的生理功能、種類豐度、種群密度、群落結(jié)構(gòu)與功能,水生生物指標(biāo)成為反映水體狀況好壞的重要指標(biāo)，通過對水生生物個體、種群和群落因水體環(huán)境變化而產(chǎn)生物種組成及其多樣性、結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)、生產(chǎn)力以及生理生態(tài)狀況變化情況的監(jiān)測,即生物監(jiān)測,來描述河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況生物監(jiān)測法指示生物法優(yōu)勢種群法生物指數(shù)法物種多樣性指數(shù)以某些種類的存在或消失作為監(jiān)測指標(biāo)用整個生物群落組成和優(yōu)勢種的變化來評價水體污染的狀況的方法運用數(shù)學(xué)方法求得的反映生物種群或群落結(jié)構(gòu)的變化數(shù)值,用以評價水質(zhì)質(zhì)量的方法物種多樣性指數(shù)是反映豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)指示生物法經(jīng)典的監(jiān)測方法：以某些種類的存在或消失作為監(jiān)測指標(biāo)早在20世紀(jì)初：德國學(xué)者提出了指示生物的概念,并把能夠表示河流污染特性的生物稱為水污染指示生物。1908年提出了指示河流有機污染的污水生物系統(tǒng),為各個不同的污染帶例舉了不同的指示生物。優(yōu)勢種群法在“指示生物”的基礎(chǔ)上,提出了用整個生物群落組成和優(yōu)勢種的變化來評價水體污染的狀況的方法。1964年用群落中優(yōu)勢種群劃分污染帶的方法,根據(jù)污染水體中優(yōu)勢種群的不同,把污染水體(主要是河流)劃分為9個污水帶①糞生帶:無浮游植物優(yōu)勢群落。②甲型多污帶:裸藻群落,優(yōu)勢種為綠裸藻，亞優(yōu)勢種為華麗裸藻③乙型多污帶:裸藻群落,優(yōu)勢種為綠裸、靜裸藻④丙型多污帶:綠色顫藻群落優(yōu)勢種群法⑤甲型中污帶：環(huán)絲藻群落或底生顫藻等群落⑥乙型中污帶:脆弱剛毛藻或席藻等群落⑦丙型中污帶:紅藻群落,優(yōu)勢種群為串珠藻或綠藻群落,優(yōu)勢種為團剛毛藻或環(huán)絲藻⑧寡污帶：綠藻群落,優(yōu)勢種群為簇生竹枝藻或環(huán)狀扇形藻群落;或紅藻群落⑨清水帶:綠藻群落,優(yōu)勢種群為羽狀竹枝藻或紅藻群落,優(yōu)勢種為胭脂藻等。生物指數(shù)法運用數(shù)學(xué)方法求得的反映生物種群或群落結(jié)構(gòu)的變化數(shù)值,用以評價水質(zhì)質(zhì)量的方法。它是污水生物系統(tǒng)法的定量化。生物指數(shù)法是用簡單的數(shù)字來評價河流的有機污染程度,比指示生物法更為簡便。較有代表性的方法：浮游植物的浮游植物污染指數(shù)和污生指數(shù);適用于底棲動物的BeCk生物指數(shù)法和Trent生物指數(shù)法等物種多樣性指數(shù)法反映豐富度和均勻度的綜合指標(biāo)。應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計法求得表示生物群落的種類和個體數(shù)量的數(shù)值群落中物種的多樣性反映了生物群落或生境的復(fù)雜程度,同時也反映了群落的穩(wěn)定性與動態(tài)以及不同自然地理條件與群落的相互關(guān)系。群落多樣性指數(shù)法通過監(jiān)測群落中物種多樣性的變化來表征生境,指數(shù)越大,表示多樣性越高,生態(tài)環(huán)境狀況越好物種多樣性指數(shù)法常用的物種多樣性指數(shù)法Margalef多樣性指數(shù)Shannonwiner多樣性指數(shù)辛普森多樣性指數(shù)生物監(jiān)測法的優(yōu)點常用方法,它克服了理化檢測的局限性和連續(xù)取樣的繁瑣性?？梢灾苯訖z測出生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生的變化或己經(jīng)產(chǎn)生影響而沒有顯示出不良效應(yīng)的信息。如水環(huán)境監(jiān)測利用底棲動物及浮游動物群落、種群及個體數(shù)量和形態(tài)學(xué)的改變來反映污染程度；利用活體生物的急性毒性試驗反映污染物濃度生物監(jiān)測法的缺點如選擇不同的研究對象及監(jiān)測參數(shù)會導(dǎo)致不同的評價結(jié)果,難于確定不同生物類群進行評價時的取樣尺度與頻度,無法綜合評價河流生態(tài)系統(tǒng)狀況問題等。且,一個指標(biāo)只能反映干擾傳播過程中造成的某方面影響,在流域范圍內(nèi)對所有干擾都敏感的單一河流健康指標(biāo)是不可能存在的小結(jié)生物監(jiān)測法種類及優(yōu)缺點指示生物法優(yōu)勢種群法生物指數(shù)法物種多樣性指數(shù)法綜合指標(biāo)法主要內(nèi)容綜合指標(biāo)法生物完整性指數(shù)IBI、RCE評分溪流狀況指數(shù)ISC綜合指標(biāo)法定義綜合物理、化學(xué)、生物,甚至社會經(jīng)濟指標(biāo),能夠反映不同尺度信息的指標(biāo)法,是生態(tài)系統(tǒng)健康評價的重要手段既能反映河流的總體健康水平和社會功能水平，又可以反映出生態(tài)系統(tǒng)健康變化的趨勢適用：評價受干擾較深的城市河流健康狀況綜合指標(biāo)法方法分類生物完整性指數(shù)IBIRCE評分溪流狀況指數(shù)ISC生物完整性指數(shù)IBI完整性(integrity)是指具有或保持著應(yīng)有的各部分,沒有損壞或殘缺生物完整性：支持和維護一個與地區(qū)性自然生境相對等的生物集合群的物種組成、多樣性和功能等的穩(wěn)定能力,是生物適應(yīng)外界環(huán)境的長期進化結(jié)果。生物完整性指數(shù),即可定量描述人類干擾與生物特性之間的關(guān)系,且對干擾反應(yīng)敏感的一組生物指數(shù)生物完整性指數(shù)基本原理B——某類干擾M——對此類干擾及其梯度會產(chǎn)生相應(yīng)的生物指標(biāo)集合對M1，當(dāng)干擾強度小于B1時，其指標(biāo)值緩慢上升，此時M1的變化僅是由于自然因素引起，而非對干擾的響應(yīng)當(dāng)干擾強度介于B1~B1‘之間，指標(biāo)值上升速度較快，此時M1的變化主要是對干擾的響應(yīng)當(dāng)干擾強度大于B1’時，指標(biāo)上升速率又變小，此時干擾強度的增大對M1的影響已達到上限生物完整性指數(shù)分類魚類生物完整性指數(shù)F-IBI底棲生物完整性指數(shù)B-IBI浮游生物完整性指數(shù)P-IBI固著藻類生物完整性指數(shù)A-IBI生物類群生物完整性指數(shù)分類單類群生物完整性指數(shù)s-IBI多類群生物生物完整性指數(shù)m-IBI類群數(shù)量生物完整性指數(shù)基本構(gòu)建過程根據(jù)群落特征，初選候選指標(biāo)選定參照位點和干擾位點，篩選度量指標(biāo)統(tǒng)一量綱量化各干擾位點值與基準(zhǔn)的差異對IBI結(jié)果進行驗證RCE評分-農(nóng)業(yè)景觀區(qū)域河岸帶與河道環(huán)境評估方法RCE評分常用于快速評價農(nóng)業(yè)地區(qū)河流狀況,包括河岸帶完整性、河道寬/深結(jié)構(gòu)、河岸結(jié)構(gòu)、河床條件、水生植被、魚類等16個指標(biāo),將河流健康狀況劃分為5個等級,該方法能夠在短時間內(nèi)快速評價河流的健康狀況主要適用于農(nóng)業(yè)地區(qū),如用于評價城市化地區(qū)河流的健康狀況,則需要進行一定程度的改進溪流狀況指數(shù)ISCISC綜合反映了河流水文學(xué)、物理構(gòu)造特征、河岸區(qū)狀況、水質(zhì)及水生生物等5個要素共計19項指標(biāo)采用打分的方法對河流進行對比性評價,該方法將河流狀態(tài)的主要表征因子融合在一起,能夠?qū)恿鬟M行長期的評價,從而為科學(xué)管理提供指導(dǎo),但缺乏對單個指標(biāo)相應(yīng)變化的反映,參考河段的選擇較為主觀溪流狀況指數(shù)工作程序及評價指標(biāo)綜合指標(biāo)法的優(yōu)缺點優(yōu)點：相對于生物監(jiān)測法，評價結(jié)果更加綜合與全面缺點：適用范圍受限

評價過程復(fù)雜資料不易收集小結(jié)綜合評價法種類及優(yōu)缺點生物完整性指數(shù)IBIRCE評分溪流狀況指數(shù)ISC生物評價法在蘇州河水系水質(zhì)評價中的應(yīng)用主要內(nèi)容生物評價法在河流中的應(yīng)用（蘇州河水系水質(zhì)狀況評價）水生生物的生物量及優(yōu)勢種來評價用多樣性指數(shù)Goodnight修正指數(shù)法蘇州河水系研究背景污染概況：從上世紀(jì)以來隨著蘇州河地區(qū)人口增多,工業(yè)發(fā)展,大量生活污水和工業(yè)廢水肆意排入蘇州河,使得蘇州河水系的水源受到了嚴(yán)重污染→在1999年之前,蘇州河的水質(zhì)很差,水體經(jīng)常處于厭氧狀態(tài),呈現(xiàn)嚴(yán)重的黑臭現(xiàn)象→隨著上海市經(jīng)濟及城市建設(shè)的發(fā)展,政府部門逐漸加強了對河流污染治理的重視程度→1993年,上海市建成蘇州河一期污水截流工程,污水來源大大減少,水質(zhì)有所改善→1998年,蘇州河環(huán)境綜合整治正式啟動→2007大部分指標(biāo)達到地表水IV、V類標(biāo)準(zhǔn)。蘇州河水系研究背景采樣點的設(shè)置蘇州河水系研究背景研究內(nèi)容：理化參數(shù):主要包括TP、BOD5、CODcr、NH3一N、DO、SD、水溫、流速等生物指標(biāo)包括:浮游植物、浮游動物、底棲動物以及大型水生植物河岸帶狀況水生生物的生物量及優(yōu)勢種評價水質(zhì)指標(biāo)

水生生物的生物量及優(yōu)勢種評價水質(zhì)指標(biāo)

多樣性指數(shù)和goodnight修正指數(shù)評價評價方法：(l)底棲動物:其群落組成和形態(tài)變化等能較好地反映河段生境條件的變化以及河流生態(tài)系統(tǒng)所處的狀態(tài),常用shannon-wiener指數(shù)或Goodnight修正指數(shù)(GB.I.)進行評判。(2)浮游生物:處于河流生態(tài)系統(tǒng)食物鏈?zhǔn)级?可為水環(huán)境變化提供預(yù)警信息,其生物量、種類組成和多樣性等特征能較好的反映河流污染水平及營養(yǎng)水平,常根據(jù)Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)(H)進行評判多樣性指數(shù)和goodnight修正指數(shù)評價Shannon一wiener指數(shù)式中:N為樣品生物總個體數(shù);ni為第i種生物的個體數(shù)Goodnight修正指數(shù)式中:N為樣品中大型底棲無脊椎動物總個數(shù);Noli為樣品中寡毛類的個體數(shù)。多樣性指數(shù)和goodnight修正指數(shù)評價評價標(biāo)準(zhǔn)多樣性指數(shù)和goodnight修正指數(shù)評價評價結(jié)果浮游植物優(yōu)勢種的污染指示種對蘇州河水系的水質(zhì)污染程度進行了評價,與浮游動物Shannon一wiener指數(shù)的評價結(jié)果進行比較。