薛 浩, 孟凡生, 鄭丙輝*, 王業(yè)耀, 姚志鵬， 張鈴松

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院, 北京 100012 2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院, 北京 100875 3.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站, 北京 100012

大量研究表明，在我國(guó)廣泛應(yīng)用硅藻指數(shù)進(jìn)行水生態(tài)健康評(píng)價(jià)是可行的[11-13]，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，引用的硅藻生物評(píng)價(jià)方法經(jīng)常會(huì)受到限制[14]. 鄧培雁等[15]研究表明，SLA和TDI在東江流域沒(méi)有表現(xiàn)出合理的變化趨勢(shì). 項(xiàng)珍龍等[16]研究表明，Descy指數(shù)并不能很好地指示太子河水生態(tài)健康狀況. 國(guó)外相關(guān)研究[17]也表明，歐洲某些地區(qū)開發(fā)的硅藻指數(shù)在其他地區(qū)使用時(shí)并不一定有效. Kelly等[18]認(rèn)為，這不僅是因?yàn)椴煌貐^(qū)的植物區(qū)系存在差異，還因?yàn)榄h(huán)境差異改變了物種對(duì)水質(zhì)特征的響應(yīng). 目前，相關(guān)研究主要聚焦于不同硅藻指數(shù)在各流域是否適用[12,15,19]，關(guān)于硅藻指數(shù)適用性的影響因素研究較為鮮見(jiàn).

該研究基于甘河水質(zhì)、生境和著生硅藻的調(diào)查數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用箱體圖分析、Spearman相關(guān)分析和MLR (multiple linear regression,多元線性回歸分析)等方法，對(duì)21個(gè)硅藻指數(shù)在甘河的適用性進(jìn)行研究，篩選適合甘河水質(zhì)評(píng)價(jià)的硅藻指數(shù). 同時(shí)，從物種覆蓋度以及硅藻指數(shù)對(duì)環(huán)境污染因子的響應(yīng)關(guān)系方面探討硅藻指數(shù)適用性的主要影響因素，以期為硅藻指數(shù)的選用提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與點(diǎn)位設(shè)置

甘河發(fā)源于大興安嶺山脈東側(cè)沃其山麓，是嫩江的主要一級(jí)支流，于黑龍江省和內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處附近匯入嫩江. 河長(zhǎng)490 km，流域面積1.97×104km2，多年平均流量130 m3s. 該研究共設(shè)置19個(gè)采樣點(diǎn)(見(jiàn)圖1)，于2018年8月對(duì)甘河干流及其主要支流進(jìn)行采樣調(diào)查.

1.2 著生藻類樣品采集、處理與分析

在采樣點(diǎn)河流上下游100 m范圍內(nèi)，依據(jù)河流生境的不同，挑選3個(gè)石塊(石塊上表面積<200 cm2)，用底面直徑2.8 cm鐘形塑料蓋劃定取樣范圍，用硬毛刷刮取該范圍內(nèi)著生藻類，用純凈水沖刷至不銹鋼托盤中，加5%甲醛溶液固定后轉(zhuǎn)移到廣口塑料瓶中保存，作為著生藻類的定量樣品. 對(duì)于沒(méi)有石頭的點(diǎn)位，刷取枯枝、落葉等基質(zhì)的著生藻類樣品[20].

樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，靜置沉淀48 h后，取部分樣品進(jìn)行酸化處理(濃硝酸和濃硫酸)，并制成硅藻封片，在 1 000 倍光學(xué)顯微鏡(OLMPUS BX51，日本)下進(jìn)行鑒定計(jì)數(shù)，每張封片觀察到的硅藻細(xì)胞個(gè)數(shù)不少于400個(gè)[21]，硅藻樣品全部鑒定到種.

1.3 水質(zhì)和生境指標(biāo)測(cè)定

Cond (電導(dǎo)率)、DO和pH使用便攜式水質(zhì)分析儀(YSI Professional Plus, YSI Inc., 美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定. 各采樣點(diǎn)位同步采集河水樣品，預(yù)處理后帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定CODCr、CODMn、NH3-N、NO3-N、TN和TP的濃度. 水樣采集、預(yù)處理、保存及測(cè)定參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[22]. 按照遼河流域河流棲息地評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[23]，現(xiàn)場(chǎng)打分，獲取Bott (底質(zhì)得分)和QHEI (生境得分).

1.4 數(shù)據(jù)分析

1.4.1參照點(diǎn)和受損點(diǎn)篩選

不同地區(qū)土地利用強(qiáng)度不同，導(dǎo)致目前仍未有統(tǒng)一的參照點(diǎn)選取方法[24]. 該研究根據(jù)渠曉東等[25]在渾太河流域使用的標(biāo)準(zhǔn)化方法，結(jié)合甘河實(shí)際情況稍作修改，進(jìn)行參照點(diǎn)、受損點(diǎn)的篩選. 由于松花江支流源頭CODMn普遍偏高[26]，該研究根據(jù)DO、pH、CODCr、TN、NH3-N和TP共6項(xiàng)指標(biāo)，參照GB 3838—2002《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》劃定水體水質(zhì)等級(jí). 按照鄭丙輝等[23]在遼河流域提出的河流棲息地評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各點(diǎn)位QHEI. Ligeiro等[27]認(rèn)為，參照點(diǎn)的選取應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)最低限度暴露于人類活動(dòng)影響這一標(biāo)準(zhǔn)，因此人類活動(dòng)強(qiáng)度也作為參照點(diǎn)和受損點(diǎn)選取的標(biāo)準(zhǔn)之一，具體篩選標(biāo)準(zhǔn)參照渠曉東等[25]在渾太河流域使用的標(biāo)準(zhǔn)化方法.

1.4.2硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)及相關(guān)性分析

通過(guò)文獻(xiàn)[19,28-30]調(diào)研，共選取21個(gè)硅藻指數(shù)對(duì)甘河進(jìn)行水生態(tài)健康評(píng)價(jià)，各硅藻指數(shù)簡(jiǎn)介如表1所示. 其中，編號(hào)為1～18的硅藻指數(shù)得分計(jì)算在OMNIDIA 6.0軟件中完成，編號(hào)為19～21的硅藻指數(shù)得分根據(jù)文獻(xiàn)[8,10,29]提供的計(jì)算方法獲得. 采用箱體圖法[31]判斷硅藻指數(shù)的判別能力，篩選出適合在甘河應(yīng)用的硅藻指數(shù). 對(duì)21個(gè)硅藻指數(shù)和10項(xiàng)環(huán)境因子進(jìn)行Spearman相關(guān)分析，研究各硅藻指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性.

使用MLR分析硅藻指數(shù)物種覆蓋度以及硅藻指數(shù)與CODCr、TN和QHEI的相關(guān)性等4個(gè)因素對(duì)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率的影響. 該研究從5個(gè)不同角度描述了各硅藻指數(shù)在甘河及各點(diǎn)位的物種覆蓋度，具體參數(shù)描述及計(jì)算方法見(jiàn)表2.

評(píng)價(jià)正確率綜合考慮各硅藻指數(shù)對(duì)參照點(diǎn)及受損點(diǎn)的正確識(shí)別率. 以IBD為例，各點(diǎn)位按IBD得分由低到高依次賦予1～19的秩得分，然后分別計(jì)算參照點(diǎn)與受損點(diǎn)秩得分之和. 對(duì)21個(gè)硅藻指數(shù)的參照點(diǎn)秩得分之和由低到高排序，依次賦予1～21的分值，記為a；對(duì)21個(gè)硅藻指數(shù)的受損點(diǎn)秩得分之和由高到低排序，依次賦予1～21的分值，記為b；各硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率得分通過(guò)(a+b)/2轉(zhuǎn)換為1～21之間的數(shù)值，數(shù)值越大，代表該硅藻指數(shù)正確識(shí)別參照點(diǎn)與受損點(diǎn)的能力越強(qiáng).

以上分析均通過(guò)R 3.5.2完成，箱體圖分析通過(guò)ggplot2程序包實(shí)現(xiàn)，Spearman相關(guān)分析通過(guò)vegan程序包實(shí)現(xiàn)，MLR通過(guò)car程序包實(shí)現(xiàn).

表1 硅藻指數(shù)簡(jiǎn)介

表2 物種覆蓋度的描述與計(jì)算方法

注：1) 對(duì)19個(gè)采樣點(diǎn)分別計(jì)算后取平均值； 2) 對(duì)19個(gè)采樣點(diǎn)分別計(jì)算后取最小值.

2 結(jié)果與分析

2.1 硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)參照點(diǎn)和受損點(diǎn)的篩選標(biāo)準(zhǔn)，19個(gè)采樣點(diǎn)位被劃分為3組，第1組為參照組(G01～G05)，第2組為輕度受損組(G06～G13)，第3組為受損組(G14～G19)，參照點(diǎn)與受損點(diǎn)的QHEI和水質(zhì)如表3所示. 硅藻指數(shù)計(jì)算完成后均轉(zhuǎn)換成0～20內(nèi)的數(shù)值，按照上述3個(gè)分組，使用箱體圖法分析硅藻物種數(shù) (簡(jiǎn)稱“種數(shù)量”)、硅藻屬數(shù)量(簡(jiǎn)稱“屬數(shù)量”)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(簡(jiǎn)稱“多樣性”)、Pielou均勻度指數(shù)(簡(jiǎn)稱“均勻度”)和21個(gè)硅藻指數(shù)的辨別能力.

表3 參照點(diǎn)和受損點(diǎn)QHEI和水質(zhì)指標(biāo)

注： 表中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差.

圖2 硅藻指數(shù)箱體圖分析結(jié)果Fig.2 Boxplot analysis of eight diatom indexes

由圖2可見(jiàn)：代表硅藻多樣性的4個(gè)參數(shù)(種數(shù)量、屬數(shù)量、多樣性和均勻度)均呈先升后降的趨勢(shì)，箱體圖得分較低，判別能力較差，不能合理地區(qū)分參照組與受損組. 21項(xiàng)硅藻指數(shù)中，LOBO判別能力最差，不能合理地區(qū)分參照組與受損組；其余20項(xiàng)硅藻指數(shù)均能合理地區(qū)分參照組與受損組，其中，IBD、CEE、EPI-D、IPS、Rott SI和DI-CH可以有效區(qū)分參照組與輕度受損組，表現(xiàn)最好. 以Eloranta使用的IPS評(píng)價(jià)健康狀況劃分標(biāo)準(zhǔn)[32]為依據(jù)，根據(jù)以上6項(xiàng)硅藻指數(shù)的得分結(jié)果，對(duì)所有采樣點(diǎn)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示. 由圖3可見(jiàn)：6個(gè)硅藻指數(shù)中，Rott SI評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)分度較低，評(píng)價(jià)結(jié)果主要為一般，沒(méi)有出現(xiàn)健康和極差的點(diǎn)位；CEE與DI-CH評(píng)分結(jié)果相對(duì)嚴(yán)格，沒(méi)有健康點(diǎn)位出現(xiàn)，并且極差點(diǎn)位占比最高；IBD、EPI-D和IPS評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)分度最好，相似性較高，五類評(píng)價(jià)結(jié)果均有出現(xiàn).

2.2 硅藻指數(shù)與環(huán)境因子相關(guān)分析

對(duì)21個(gè)硅藻指數(shù)和10項(xiàng)環(huán)境因子進(jìn)行Spearman相關(guān)分析，結(jié)果如表4所示. 由表4可見(jiàn)：除LOBO外，其余硅藻指數(shù)與CODCr、CODMn、TP、NH3-N、NO3-N和TN均呈負(fù)相關(guān)，與DO、Bott和QHEI均呈正相關(guān). LOBO、WAT和DSIAR與環(huán)境因子間相關(guān)性均較弱，均僅與1或2個(gè)環(huán)境因子呈顯著相關(guān)；其次是SLA、TDI、PTI，均與3或4個(gè)環(huán)境因子呈顯著相關(guān)；其余硅藻指數(shù)與環(huán)境因子間相關(guān)性均較強(qiáng)，均與多個(gè)(≥5個(gè))環(huán)境因子顯著相關(guān). 10項(xiàng)環(huán)境因子中，CODCr、NO3-N、TN、DO、Bott、QHEI均與多個(gè)(≥6個(gè))硅藻指數(shù)呈極顯著相關(guān)；CODMn和NH3-N均與IPS呈極顯著相關(guān)，但與其他硅藻指數(shù)相關(guān)性均較弱；TP與RRDI呈極顯著相關(guān)，但與其他硅藻指數(shù)相關(guān)性均較弱；Cond與所有硅藻指數(shù)相關(guān)性均較弱.

圖3 硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Scores of seven diatom indexes

表4 環(huán)境因子與硅藻指數(shù)相關(guān)分析

注：*代表P< 0.05；** 代表P<0.01.

2.3 硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)影響分析

該研究對(duì)比了5種覆蓋度與評(píng)價(jià)正確率的相關(guān)性，結(jié)果表明各點(diǎn)位最小物種覆蓋度與評(píng)價(jià)正確率的相關(guān)性最強(qiáng)，因此選擇各點(diǎn)位最小物種覆蓋度進(jìn)行MLR分析. 各項(xiàng)環(huán)境因子中，CODCr和CODMn主要指示甘河有機(jī)污染狀況，其中CODCr與多數(shù)硅藻指數(shù)相關(guān)性較強(qiáng)；Cond、TP、NH3-N、NO3-N、TN主要指示甘河營(yíng)養(yǎng)化程度，其中TN與多數(shù)硅藻指數(shù)相關(guān)性較強(qiáng)；DO、Bott、QHEI主要指示甘河生境質(zhì)量，其中QHEI指標(biāo)更加綜合全面. 因此，挑選CODCr、TN和QHEI三項(xiàng)指標(biāo)，使用MLR探討硅藻指數(shù)與環(huán)境因子相關(guān)性對(duì)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率的影響.

由圖4可見(jiàn)，硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率隨物種覆蓋度以及硅藻指數(shù)與CODCr、TN和QHEI相關(guān)性的增加而升高. 對(duì)回歸模型進(jìn)行擬合，結(jié)果表明所有預(yù)測(cè)變量解釋了94%的方差，硅藻指數(shù)與CODCr的相關(guān)性和評(píng)價(jià)正確率線性關(guān)系最強(qiáng)(P<0.01) (見(jiàn)表5).

注： 回歸分析過(guò)程中，所有數(shù)據(jù)進(jìn)行秩轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)由小到大依次轉(zhuǎn)化為1～21的數(shù)值. 圖4 多元線性回歸散點(diǎn)圖矩陣Fig.4 Scatterplot matrix of MLR

項(xiàng)目估值標(biāo)準(zhǔn)差t值P值截距-0.204 880.962 64-0.2130.834 76覆蓋度0.111 320.103 411.0770.301 26CODCr0.773 670.186 734.1430.001 16??TN0.156 540.195 650.8000.438 05QHEI-0.018 010.146 13-0.1230.903 79

注：*代表P< 0.05; ** 代表P< 0.01.

3 討論

甘河水質(zhì)及生境質(zhì)量由上游到下游明顯逐漸變差. 甘河上游人類活動(dòng)強(qiáng)度較小，水質(zhì)及生境質(zhì)量總體較好，所有上游點(diǎn)位均被劃分到參照組；中游人類活動(dòng)強(qiáng)度增加，水質(zhì)及生境質(zhì)量較上游差，中游點(diǎn)位均被劃分到輕度受損組；下游及庫(kù)魯齊河支流區(qū)域因大量的農(nóng)業(yè)活動(dòng)，導(dǎo)致N、P等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高，自然生境遭到一定程度的破壞，絕大部分下游點(diǎn)位被劃分到受損組.

箱體圖分析(見(jiàn)圖2)表明，與硅藻指數(shù)相比，代表硅藻多樣性的4個(gè)參數(shù)(種數(shù)量、屬數(shù)量、多樣性和均勻度)均未能表現(xiàn)出足夠的判別能力，箱體圖得分較低，不適用于評(píng)價(jià)甘河水生態(tài)健康狀況. 輕度受損組種數(shù)量和多樣性均比參照組高，這是因?yàn)樵谌郝溲萏孢^(guò)程中，外界輕度干擾會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性的增加[33]. 與輕度受損組相比，受損組生物多樣性有所下降，這是因?yàn)槿郝溲萏孢^(guò)程中，物種多樣性會(huì)隨外界干擾強(qiáng)度的增加呈先升后降的變化特征，即駝峰效應(yīng)(hump-shaped effect)[34]. 國(guó)外相關(guān)研究也表明，物種豐富度、均勻度和多樣性3個(gè)指標(biāo)與采礦活動(dòng)污染河流水體的化學(xué)特征[35]及重金屬負(fù)荷[36]之間相關(guān)性均不顯著. Ricciardi等[37]研究表明，多樣性與化學(xué)污染之間的關(guān)系并不總是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，多樣性結(jié)果往往不能作為生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的有效依據(jù).

該研究選用的21個(gè)硅藻指數(shù)，除LOBO外均能有效區(qū)分參照組與受損組，其中IBD、CEE、EPI-D、IPS、RottSI和DI-CH可以高效區(qū)分參照組與輕度受損組，在甘河流域的評(píng)價(jià)效果較好. 對(duì)比IBD等6項(xiàng)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果(見(jiàn)圖3)發(fā)現(xiàn)，IBD、EPI-D和IPS評(píng)價(jià)結(jié)果最為相似，且這3個(gè)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)分度較好，評(píng)價(jià)最為合理. 根據(jù)IBD、EPI-D和IPS評(píng)價(jià)結(jié)果，甘河豐水期約70%的點(diǎn)位水生態(tài)健康狀況為健康、較好和一般，健康的點(diǎn)位均位于上游區(qū)域；約30%的點(diǎn)位水生態(tài)健康狀況為較差和極差，極差的點(diǎn)位全部位于甘河下游區(qū)域. 硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，甘河上游及中游水生態(tài)健康狀況較好，下游水生態(tài)健康狀況較差，與水質(zhì)和生境質(zhì)量結(jié)果一致.

QU等[38]在太子河流域的研究結(jié)果表明，IBD、IPS和Rott SI均適用于太子河的河流健康評(píng)價(jià)，并且和富營(yíng)養(yǎng)梯度、有機(jī)污染梯度顯著相關(guān). 項(xiàng)珍龍等[16]在太子河流域研究結(jié)果表明，IBD和IPS等6項(xiàng)硅藻指數(shù)在太子河流域具有較好的適用性，但Descy對(duì)太子河水生態(tài)健康狀況的指示作用低于其他5項(xiàng)硅藻指數(shù). 該研究中，Descy對(duì)甘河水生態(tài)健康狀況的指示作用也較差，與項(xiàng)珍龍等[16]研究結(jié)論一致. 黎征武等[19]在北江流域研究結(jié)果也表明，與IDG和IDAP相比，IBD能更好地區(qū)分不同水質(zhì)類別，更適用于北江河流的水質(zhì)評(píng)價(jià)，與該研究結(jié)論相似. TAN等[39]對(duì)漢江流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)過(guò)程中，從16項(xiàng)硅藻指數(shù)中篩選出EPI-D作為評(píng)價(jià)參數(shù)，EPI-D可以有效判別參照點(diǎn)與受損點(diǎn)，與該研究結(jié)論一致.

LOBO與環(huán)境因子的相關(guān)性較弱，這與黎征武等[19]在北江流域的結(jié)論一致. 所有硅藻指數(shù)中，DSIAR與環(huán)境因子相關(guān)性最弱. 研究[21]表明，DSIAR與梧桐河流域水環(huán)境因子相關(guān)性也較弱，可能是由于DSIAR的建立區(qū)域與松花江流域環(huán)境差異較大導(dǎo)致. 國(guó)外相關(guān)研究[40]也表明，硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)具有最佳適用區(qū)域，當(dāng)評(píng)價(jià)區(qū)域與該指數(shù)的最初創(chuàng)建區(qū)域存在較大的氣候、環(huán)境差異時(shí)，硅藻指數(shù)會(huì)出現(xiàn)適用性較差的情況. 與其他硅藻指數(shù)相比，SLA和TDI與環(huán)境因子相關(guān)性較弱，鄧培雁等[15]在東江流域也得出了相同結(jié)論. 10項(xiàng)環(huán)境因子中，Cond與多數(shù)硅藻指數(shù)相關(guān)性較差，這與殷旭旺等[41]在太子河流域得出的結(jié)論有所不同，可能是因?yàn)楦屎由?、中游電?dǎo)率波動(dòng)幅度較小，沒(méi)有明顯的梯度變化. Bere[42]研究了IBD等17項(xiàng)硅藻指數(shù)在津巴布韋的適用性，結(jié)果也表明SLA和WAT等硅藻指數(shù)得分與水質(zhì)變量的相關(guān)性較差.

該研究選擇了3個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行回歸分析，CODCr反映了甘河有機(jī)污染狀況，TN反映了甘河水體營(yíng)養(yǎng)富集程度，QHEI反映了甘河的生境質(zhì)量. 回歸分析顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明，硅藻指數(shù)和CODCr的相關(guān)性對(duì)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率有顯著影響(P<0.01)，硅藻指數(shù)與CODCr相關(guān)性越強(qiáng)，評(píng)價(jià)正確率越高. 這可能是因?yàn)橛袡C(jī)污染是甘河中游著生硅藻群落結(jié)構(gòu)變化的主要影響因子，與CODCr相關(guān)性強(qiáng)的硅藻指數(shù)可以有效區(qū)分輕度受損點(diǎn)與參照點(diǎn)，獲得合理的評(píng)價(jià)效果. 硅藻指數(shù)與TN、QHEI的相關(guān)性也會(huì)影響硅藻指數(shù)的評(píng)價(jià)正確率，但不顯著.

硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率與物種覆蓋度的線性擬合結(jié)果表明，物種覆蓋度的增加可以提高硅藻指數(shù)的評(píng)價(jià)正確率. 各點(diǎn)位最小物種覆蓋度低于65%時(shí)，物種覆蓋度對(duì)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率的影響不明顯，這可能是由于物種覆蓋度太低時(shí)評(píng)價(jià)結(jié)果意外性較強(qiáng)；各點(diǎn)位最小物種覆蓋度高于65%時(shí)，物種覆蓋度對(duì)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率的影響較為明顯. 以RRDI為例，雖然RRDI與CODCr、TN等多項(xiàng)環(huán)境因子均呈極顯著相關(guān)，但由于RRDI包含硅藻物種數(shù)量較少，在甘河物種覆蓋度極低，各點(diǎn)位最小物種覆蓋度僅為18.75%，導(dǎo)致RRDI評(píng)價(jià)結(jié)果較差，無(wú)法合理區(qū)分參照組與輕度受損組. Lavoie等[43]認(rèn)為，硅藻指數(shù)物種覆蓋度較低可能會(huì)導(dǎo)致指標(biāo)計(jì)算中遺漏一些關(guān)鍵的指標(biāo)類群，造成信息的丟失，限制了評(píng)價(jià)群落生態(tài)完整性的能力.

4 結(jié)論

a) 甘河豐水期水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià)過(guò)程中，除LOBO以外的20個(gè)硅藻指數(shù)均能有效區(qū)分參照組與受損組；所有硅藻指數(shù)中，IBD、EPI-D和IPS的評(píng)價(jià)結(jié)果區(qū)分度較好，最為合理，適用于甘河水生態(tài)健康狀況評(píng)價(jià).

b) 甘河豐水期水生態(tài)健康狀況總體較好，約70%的點(diǎn)位水生態(tài)健康狀況為健康、較好和一般，約30%的點(diǎn)位水生態(tài)健康狀況為較差和極差，極差的點(diǎn)位全部位于甘河下游.

c) 硅藻指數(shù)與CODCr的相關(guān)性對(duì)硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)正確率有顯著影響(P<0.01)，硅藻指數(shù)與CODCr的相關(guān)性越強(qiáng)，評(píng)價(jià)正確率越高；物種覆蓋度的增加可以提高硅藻指數(shù)的評(píng)價(jià)正確率，各點(diǎn)位最小物種覆蓋度高于65%時(shí)，物種覆蓋度對(duì)硅藻指數(shù)的評(píng)價(jià)正確率影響較為明顯.

參考文獻(xiàn)(References)：

[1] BERE T.Challenges of diatom-based biological monitoring and assessment of streams in developing countries[J].Environmental Science and Pollution Research,2016,23(6):5477-5486.

[2] GOSSELAIN V,COSTE M,CAMPEAU S,etal.A large-scale stream benthic diatom database[J].Hydrobiologia,2005,542(1):151-163.

[3] RIMET F,CAUCHIE H M,HOFFMANN L,etal.Response of diatom indices to simulated water quality improvements in a river[J].Journal of Applied Phycology,2005,17(2):119-128.

[4] VENKATACHALAPATHY R,KARTHIKEYAN P.Application of diatom-based indices for monitoring environmental quality of riverine ecosystems:a review[M].Springer International Publishing,2015:593-619.

[5] KELLY M G,WHITTON B A.The trophic diatom index:a new index for monitoring eutrophication in rivers[J].Journal of Applied Phycology,1995,7(4):433-444.

[6] COSTE M,BOUTRY S,TISON-ROSEBERY J,etal.Improvements of the biological diatom index (BDI):description and efficiency of the new version (BDI-2006)[J].Ecological Indicators,2009,9(4):621-650.

[8] MUSCIO C.The diatom pollution tolerance index:assigning tolerance values[R].Austin:Watershed Protection and Development Review Department,Environmental Resource Management,2002:1-17.

[9] GO′MEZ N,LICURSI M.The pampean diatom index (IDP) for assessment of rivers and streams in Argentina[J].Aquatic Ecology,2001,35(2):173-181.

[10] CHESSMAN B C,BATE N,GELL P A,etal.A diatom species index for bioassessment of Australian rivers[J].Marine and Freshwater Research,2007,58(6):542-557.

[11] PIGNATA C,MORIN S,SCHARL A,etal.Application of European biomonitoring techniques in China:are they a useful tool?[J].Ecological Indicators,2013,29(29):489-500.

[12] 劉麟菲,徐宗學(xué),殷旭旺,等.應(yīng)用硅藻指數(shù)評(píng)價(jià)渭河流域水生態(tài)健康狀況[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,52(3):317-321.

LIU Linfei,XU Zongxue,YIN Xuwang,etal.Assessing water quality with diatom indices in the Wei River Basin[J].Journal of Beijing Normal University (Natural Science),2016,52(3):317-321.

[13] 李國(guó)忱,汪星,劉錄三,等.基于硅藻完整性指數(shù)的遼河上游水質(zhì)生物學(xué)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)研究,2012,25(8):852-858.

LI Guochen,WANG Xing,LIU Lusan,etal.Bioassessment of water quality based on diatom index of biotic integrity in the upstream of Liaohe River[J].Research of Environmental Sciences,2012,25(8):852-858.

[14] 李國(guó)忱,劉錄三,汪星,等.硅藻在河流健康評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(9):2617-2624.

LI Guodan,LIU Lusan,WANG Xing,etal.Applications of diatom in river health assessment:a review[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2012,23(9):2617-2624.

[15] 鄧培雁,雷遠(yuǎn)達(dá),劉威,等.七項(xiàng)河流附著硅藻指數(shù)在東江的適用性評(píng)估[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(16):5014-5024.

DENG Peiyan,LEI Yuanda,LIU Wei,etal.Exploration of benthic diatom indices to evaluate water quality in rivers in the Dongjiang Basin[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(16):5014-5024.

[16] 項(xiàng)珍龍,陳海,李晨,等.河流硅藻指數(shù)在太子河水生態(tài)健康評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(4):416-425.

XIANG Zhenlong,CHEN Hai,LI Chen,etal.Application of diatom index in assessment of aquatic ecosystem health in Taizi River,China[J].Journal of Dalian Ocean University,2016,31(4):416-425.

[17] ROTT E,PIPP E,PFISTER P.Diatom methods developed for river quality assessment in Austria and a cross-check against numerical trophic indication methods used in Europe[J].Algological Studies,2003,110(1):91-115.

[18] KELLY M G,CAZAUBON A,CORING E,etal.Recommendations for the routine sampling of diatoms for water quality assessments in Europe[J].Journal of Applied Phycology,1998,10(2):215-224.

[19] 黎征武,曹然,毛建忠,等.適于北江水質(zhì)生物評(píng)價(jià)的附著硅藻指數(shù)研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2017,26(2):275-284.

LI Zhengwu,CAO Ran,MAO Jianzhong,etal.Study of proper diatom-based indices for bioassessment of water quality in Beijiang Watershed[J].Ecology and Environmental Sciences,26(2):275-284.

[20] 薛浩,鄭丙輝,孟凡生,等.基于著生硅藻指數(shù)的梧桐河水生態(tài)健康評(píng)價(jià)[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2018,13(4):83-90.

XUE Hao,ZHENG Binghui,MENG Fansheng,etal.Health assessment on aquatic ecosystem in Wutong River using benthic diatom indexes[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2018,13(4):83-90.

[21] XUE H,ZHENG B,MENG F,etal.Assessment of aquatic ecosystem health of the Wutong River based on benthic diatoms[J].Water,2019,11(4):727-745.

[22] 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 [M].4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[23] 鄭丙輝,張遠(yuǎn),李英博.遼河流域河流棲息地評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,27(6):928-936.

ZHENG Binghui,ZHANG Yuan,LI Yingbo.Study of indicators and methods for river habitat assessment of Liao River Basin[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2007,27(6):928-936.

[24] WHITTIER T R,STODDARD J L,LARSEN D P,etal.Selecting reference sites for stream biological assessments:best professional judgment or objective criteria[J].Journal of the North American Benthological Society,2007,26(2):349-360.

[25] 渠曉東,劉志剛,張遠(yuǎn).標(biāo)準(zhǔn)化方法篩選參照點(diǎn)構(gòu)建大型底棲動(dòng)物生物完整性指數(shù)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2012,32(15):4661-4672.

QU Xiaodong,LIU Zhigang,ZHANG Yuan.Discussion on the standardized method of reference sites selection for establishing the benthic-index of biotic integrity[J].Acta Ecologica Sinica,2012,32(15):4661-4672.

[26] 陳家厚,楊林,周愛(ài)申,等.黑龍江省松花江流域河流中高錳酸鹽指數(shù)非點(diǎn)源污染負(fù)荷分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2010,26(6):53-55.

CHEN Jiahou,YANG Lin,ZHOU Aishen,etal.Contributions of non-point pollution of CODMnto Rivers in Songhua River Basin in Heilongjiang Province [J].Environmental Monitoring in China,2010,26(6):53-55.

[27] LIGEIRO R,HUGHES R M,KAUFMANN P R,etal.Defining quantitative stream disturbance gradients and the additive role of habitat variation to explain macroinvertebrate taxa richness[J].Ecological Indicators,2013,25(25):45-57.

[28] BAHLS L,TEPLY M,ROSIE SDS,etal.Diatom biocriteria development and water quality assessment in Montana:a brief history and status report[J].Diatom Research,2008,23(2):533-540.

[29] OEDING S,TAFFS K H.Developing a regional diatom index for assessment and monitoring of freshwater streams in sub-tropical Australia[J].Ecological Indicators,2017,80:135-146.

[31] WANG Y K,STEVENSON R J,METZMEIER L.Development and evaluation of a diatom-based index of biotic integrity for the interior plateau ecoregion,USA[J].Journal of the North American Benthological Society,2005,24(4):990-1008.

[32] ELORANTA P,SOININEN J.Ecological status of some Finnish rivers evaluated using benthic diatom communities[J].Journal of Applied Phycology,2002,14(1):1-7.

[33] 石娟,駱有慶,嚴(yán)曉素,等.不同干擾措施對(duì)松材線蟲入侵松林內(nèi)物種多樣性的影響[J].生態(tài)科學(xué),2007,4:289-292.

SHI Juan,LUO Youqing,YAN Xiaosu,etal.Effects of different disturbance ways on the diversity of pine forest invaded by pine wood nematode (Bursaphelenchusxylophilus)[J].Ecological Science,2007,4:289-292.

[35] HIRST H,JüTTNER I,ORMEROD S.Comparing the response of diatoms and macroinvertebrates to metals in upland streams of Wales and Cornwall[J].Freshwater Biology,2002,47(9):1752-1765.

[36] JONGE M D,VIJVER B V D,BLUST R,etal.Responses of aquatic organisms to metal pollution in a lowland river in Flanders:a comparison of diatoms and macroinvertebrates[J].Science of the Total Environment,2008,407(1):615-629.

[37] RICCIARDI F,BONNINEAU C,FAGGIANO L,etal.Is chemical contamination linked to the diversity of biological communities in rivers?[J].Trac Trends in Analytical Chemistry,2009,28(5):592-602.

[38] QU X D,ZHOU Y,ZHAO R,etal.Are diatom-based indices from Europe suitable for river health assessment in China? a case study from Taizi River,northeastern China[J].British Journal of Environment & Climate Change,2014,4(1):95-114.

[39] TAN X,MA P,BUNN S E,etal.Development of a benthic diatom index of biotic integrity (BD-IBI) for ecosystem health assessment of human dominant subtropical rivers,China[J].Journal of Environmental Management,2015,151(2):286-294.

[40] RIMET F.Recent views on river pollution and diatoms[J].Hydrobiologia,2012,683(1):1-24.

[41] 殷旭旺,張遠(yuǎn),渠曉東,等.太子河著生藻類群落結(jié)構(gòu)空間分布特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2013,26(5):502-508.

YIN Xuwang,ZHANG Yuan,QU Xiaodong,etal.Spatial community structure of periphyton assemblages in the Taizihe River Basin[J].Research of Environmental Sciences,2013,26(5):502-508.

[42] BERE T.Challenges of diatom-based biological monitoring and assessment of streams in developing countries[J].Environmental Science and Pollution Research International,2016,23(6):5477-5486.

[43] LAVOIE I,HAMILTON P,WANG Y K,etal.A comparison of stream bioassessment in Quebec (Canada) using six European and North American diatom-based indices[J].Nova Hedwigia,2009,37(1):37-56.