基于水质、水生生物和栖息地的河流健康综合评价外文翻译资料

基于水质、水生生物和栖息地的河流健康综合评价

摘要：

本研究利用2005年4月的25个采样点对辽河流域的健康状况进行了评估，内容包括水质指标，生物指数和物理栖息地质量指标等。根据对水质指标进行聚类分析（CA），发现辽河污染最严重的地方位于河口和主干部分。接受调查的水产种类包括附着藻类和底栖无脊椎动物。结果表明，附着藻类的多样性和生物量以及底栖生物的生物完整性指数（B-IBI）的降低是随着化学和水质恶化而产生的；针对理化参数BOD₅，COD_Cr,TN,TP,NH₃-N,DO,石油烃和电导率，采用主成分分析和相关分析进行统计学分析，并结合粪大肠菌群计数、附着藻类多样性、B-IBI和物理栖息地质量得分，将统计结果纳入综合评价水质指标。最后，建立了一个综合一体化的河流生态健康评价系统，系统评价结果表明，该流域被划分为9个“健康”和“亚健康”区和8个“亚病态”和“病态”区。

关键词：辽河； 河流健康评价； 生物完整性底栖指数；水质； 物理栖息地状况

引言

作为生物领域物质循环的重要渠道，整个河流生态系统应该有提供生活，工业和农业，娱乐，航运和贸易用水和食物的功能。在过去的几个世纪里，河流生态系统已经严重受到各种人类活动的破坏，包括污染物排放，筑坝，巩固河岸，破坏河岸带植被等，造成水环境退化，生物群落退化以及河床衰退。因此，恢复和维持“健康”的河流生态系统已经成为河流管理的重要目标（诺里斯和托马斯，1999年）。

对于河流健康评价，河流管理的基础，因为生理功能，物种丰富度，人口密度以及群落建设和水生生物功能受到水生生态系统总体变化的影响，采用生物指标来评估河流生态系统已成为研究河流健康的主流方法，我们可以通过生物测量得到生物多样性和生物数量并据此作出河流健康的判断。有很多水生生物的种类趋向于作为水质污染的普通生物指标，比如鱼（哈里斯和西尔韦拉，1999年; 贝尔佩尔等，2000年），藻类（史蒂文森和什莫尔，2003年）富有生物（雷诺，2003年）和底栖无脊椎动物（尹等人，1992年; 布莱尔 等人，2002; 西尔韦拉等人，2005年），这些已被用于经典评估指标标准，包括生物完整性（B-IBI）（布彻等人，2003年；戴维斯等人，2003年； 王等人，2005年； 张等人， 2007年）和O/ E指数（O：在勘测现场收集到的类群数量；E：预期出现的类群数量），比如说RIVPACS（河流无脊椎动物预测和分类系统）（赖特等人，2000年）和AUSRIVAS（澳大利亚河流评估系统）（史密斯等人，1999年; 哈特等人，2001年）。

然而，由于河流是一个复杂的生态系统，只采用单因素，比如生物指数，用来评估河流健康并不能完全反应其河流状况。尤其是某些评价方法只用一个物种并且该物种对外部干扰并不敏感，比如RIVPACS以及AUSRIVAS。此外，已经证明IBI系统可能不被视为影响河流环境的唯一因素（安等人，2002年）。其他的因素比如有，用作为河流生态水生生物的生存空间的栖息地描述河流的生态形态外观，如果有更多的自然结构，可以得到更多的生态价值（马多科，1999年；坎普等人，2004年）。基于这种认知，许多综合评价指标系统如IBI（生物完整性指数）（卡尔，1981年），RCE（河岸，信道环境清单）（彼得森，1992年），ISC（河流条件指数）（莱德森等，1999年），RHP（河流健康计划）（鲁，2000年），是通过收集大量的数据建立的。基于多指标的综合评价方法的优点是可以普遍反映在人类活动的干扰下的河流生态系统的特点，这有助于揭示不同指数之间的内在联系。但是，因为不同生态系统的结构和土地利用变化引起的功能，有必要根据流域特点找到一种合适的多度量系统以评估河流健康。

在这项研究中，对用水质、生物和物理栖息地等24项指数采用统计方法来设立河流健康综合评价指标体系进行了分析。这些指数中，水质指数反映了河流污染的程度和水生态系统的应力。生物指数包括反映人类健康风险的卫生指数，快速响应短期环境变化的附加藻类指数，以及提供具体河段栖息地环境变化的详细信息的底栖无脊椎动物。最后还有物理栖息地质量指数，轮流使用人类活动的五个主要因素（卡尔等人，1986年；卡尔，1991年）。在分析和评估每个指标的过程中，我们试图回答以下三个问题：（1）水质，生物和物理栖息地之间发生什么关系？（2）个体指数能够完全表征河流健康吗？（3）我们可以采用多指标体系来评估辽河流域的河流健康吗？

1. 数据和方法
   1. 研究区和采样地

辽河流域位于中国东北(38^◦43rsquo;–45^◦10rsquo;N, 116^◦30rsquo;–125^◦47rsquo;E)，这里明显的受温带和暖温带大陆性气候的影响（表格 1）。辽河流域有两条主要河流：东边的是大辽河，位于营口市；另一边是辽河，位于盘锦市。2005年4月23日至30日时，从25个采样点收集到了样本。其中8个采样点，包括PJ2，SY1，PJ1，YK1，AS1，SY2，TL6和LR1，位于农业和城市地区，其他17个都位于植被覆盖地区。对于所有的采样点，分别用了不同的方法和标准对物理栖息地、水质、大型无脊椎动物和附着藻类的情况进行了调查。

• 1. 水质指数、生物指数和物理栖息地指数

水质分析包括物理和化学分析，由20种参数组成。化学参数包括溶解氧（DO），化学需氧量（COD_Cr），高锰酸盐指数（COD_Mn），五天生物需氧量（BOD₅），石油烃，挥发性酚，硫化物，铅，汞，镉，总氮（TN），总磷（TP），氨-氮（铵态氮），硝酸盐氮（NO₃-N）和亚硝酸盐氮（NO₂-N）。物理参数包括PH值，悬浮固体（SS），和电导率。在这些参数中，DO，PH值和电导率是在现场用便携式一起测定的，并根据水和废水检测分析方法（SEPA, 2002）在实验室测定剩余部分。为了较容易地发现水质和生物参数之间的关系，综合污染指数（CPI）被用于这项研究中（式（1））。

（1）

其中，P_j是CPI在j点的实测值，C_ji是参数i在j点的值，BOD₅，挥发性酚，NH₃-N，TP，COD_Cr，化学需氧量，石油烃，汞，Cs_i是参数i的Ⅲ类值。CPI越高，水体污染越严重。

生物参数由三部分组成，卫生参数，附着藻类和底栖生物完整性指数。卫生参数仅包括粪大肠菌群和细菌总数。样品的采集，保存和分析是通过水和废水监测分析方法进行的。

附着藻类多样性指数（香农-韦弗多样性指数）和生物量指数是以定性和定量测定为基础使用的。单栖息地抽样方法的使用是为了体现众河流间水质的不同。包括卵石，泥沙和砾石在内的天然基物上的附着藻类，为了生存观察和复原进行了三次取样，并在现场用1%卢戈式液保存。生物测定过程严格遵循了美国的快速生物协议（限制性商业惯例）的程序（巴伯等人，1999年）。

底栖无脊椎动物标本的采集遵循限制性商业惯例（RBPs）的指导。根据IBI在美国的收集方法（巴伯等人，1996年，1999年），20个度量被选为B-IBI的候选度量。基于索引值分布范围，皮尔逊相关性和判断能力的分析，选择了六个生物学指标建立了B-IBI，即类群总数，EPT类群，三种优势类群个体相对丰富度，不耐类群个体相对丰富度，克林杰个性相对丰富度和摇蚊类群。类群总数，EPT类群和摇蚊类群表明群落丰富度，三个优势类群个体相对丰富度反映个体量比例，不耐类群个体相对丰度是水体污染限度的指标，克林杰个体相对丰度表明微栖息地质量。

在这项研究中，栖息地评价指标体系，考虑到河流生态系统在中国北方的特点，以修缮的巴伯体系（巴伯等，1999年）为基础而发展。该系统有十个参数组成，包括基质，栖息地复杂性，速度和深度结合体，河岸稳定性，河岸保护度，植被覆盖度，植被多样性，人类活动强度，水体认知强度和河边土地利用强度。每个参数分为四种不同的水平，有最佳条件（分值20-16），次优条件（15-11），临界条件（10-6）和匮乏条件（5-1）。综合栖息地评估指数（I）是作为十个参数值的总和而得到的。

• 1. 综合评价方法

主成分分析（PCA）服务于这项鉴别河流健康状况的主要水质因素的研究。最大方差旋转法用来辨别有较大负载值的因素以期能迅速地解释主成分。在被选择的主要因素中，需要的那个因素只能在两个基于相关性分析而具有高相关性的因素中得到确定。

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