广西桂林漓江流域水生态健康评价预测模型研究

论文摘要

生物预测模型是目前广泛应用的河流健康评价工具。本研究依据2008年3月和1O月漓江流域27个采样点48个样本的大型底栖无脊椎动物群落结构及环境特征的调查结果,应用多元统计分析方法尝试建立一个适用于漓江流域的河流健康评价预测模型。通过模型的输出结果建立评价标准,评价漓江流域水生态健康状况。1.每个样点测量11个与底栖动物分布密切相关的环境因子：溪流的宽度,深度,流速,电导率,溶氧,pH,温度,海拔,经度,纬度和底质。底质依据粒径的大小分为5种类型,分别为底质类型Ⅰ（小于2mm）,底质类型Ⅱ（2mm-8mm）,底质类型Ⅲ（8～64mm）,底质类型ⅣV（64～256mm）和底质类型V（>256mm）。2.漓江流域27个建模样本共鉴定出大型底栖无脊椎动物98个分类单元,其中节肢动物门88个分类单元,占全部分类单元总数的89.8%,软体动物门6个（6.1%）,环节动物门3个（3.1%）和扁形动物门1个。昆虫纲中蜉蝣目24个分类单元,毛翅目11个,襀翅目15个,蜻蜓目16个,广翅目4个,双翅目8个,鞘翅目6个,半翅目1个,鳞翅目3个。3.按照建立RIVPACS模型的方法和步骤,以属级分类单元为主开展预测模型试点研究,建立模型Ⅰ。48个样本中有32个参照样点,随机选取其中27个用于模型构建。余下的5个参照样点、10个轻至中度干扰样点和6个严重干扰样点用于模型验证。首先通过Bray-Curtis系数将27个参照样点分成3组,然后通过判别分析获得可最佳解释3个参照点组中底栖动物组成的5个环境变量,即溪流的平均流速、宽深比、水温、底质类型Ⅰ（小于2mm）和Ⅱ（2mm-8mm）用于模型计算。通过建立的预测模型计算各样点的期望值（E）、观察值（O）和O/E比值。27个建模参照样点与5个验证的参照样点O/E平均值无显著差异,与10个轻至中度干扰点和6个严重干扰样点皆有显著差异,10个轻至中度干扰样点与6个严重干扰样点间也有显著差异。说明已建立的模型可靠性好。4.将底栖动物分类水平提高到科级,用同样的方法建立模型Ⅱ,模型Ⅱ应用40个参照样本,分为3组。筛选出4个可最佳解释3个参照点组中底栖动物组成的环境变量,分别为宽深比、温度、底质类型Ⅰ（小于2mm）和pH。5.通过模型输出的O/E值,计算建模样本O/E值的平均值和分布范围,确定预测模型O/E值河流健康评价等级。五个健康级别分别为最佳、健康、亚健康、一般和差。对全部48个样点进行评价,模型Ⅰ与模型Ⅱ对参照样点的评价结果的差别为35.42%。模型Ⅰ与模型Ⅱ评价结果的差异和模型可靠性的提高有待深入研究。与漓江流域B-IBI方法评价结果进行比较,模型Ⅰ和模型Ⅱ参照点位均有7个点位存在差异。2008年漓江流域上游各支流处于健康状态,生态环境良好,下游及干流受人类活动影响,河流生态受到一定破坏。对2010年4月9个样点评价结果均为不健康,可能与2009年10月至2010年3月近6个月的大旱造成的溪流流量的明显减少有较大的相关性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 河流健康
• 1.2 河流健康评价方法
• 1.2.1 多指标评价法
• 1.2.2 预测模型法
• 1.3 基于大型底栖无脊椎动物的河流健康预测模型
• 1.3.1 大型底栖无脊椎动物
• 1.3.2 大型底栖无脊椎动物的空间分布
• 1.3.3 国外水质生物评价预测模型
• 1.4 我国河流水质生物监测和水生态系统健康研究现状
• 第二章 研究区域及数据采集
• 2.1 漓江概述
• 2.2 样点选取
• 2.3 数据收集
• 2.3.1 生物数据
• 2.3.2 栖境参数
• 2.3.3 水体理化指标测定
• 第三章 数据分析与模型Ⅰ的建立
• 3.1 生物数据
• 3.2 环境变量数据
• 3.3 参照点位分组
• 3.4 筛选环境变量
• 3.5 样本OTU的期望值（E）和观察值（O）计算
• 3.5.1 期望值（E）计算
• 3.5.2 观察值（O）计算
• 3.5.3 48点位期望值（E）和观测值（0）计算
• 3.6 模型验证
• 第四章 模型Ⅱ
• 4.1 数据处理
• 4.1.1 生物数据
• 4.1.2 环境数据
• 4.2 模型创建与输出
• 4.2.1 参照样点分组
• 4.2.2 环境变量筛选
• 4.3 O/E值输出结果
• 第五章 预测模型的应用
• 5.1 漓江健康评价等级
• 5.1.1 健康评价等级的计算方法
• 5.1.2 健康评价等级
• 5.2 漓江各点位生物健康评价
• 5.3 与B-IBI评价结果比较
• 5.4 2010 年漓江健康评价
• 第六章 讨论
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢