太子河流域大型底棲動物生物完整性指數(B-IBI)與環(huán)境因子的關系.pdf

1、生物完整性指數(index of biological integrity，IBI)是一種被廣泛用于評估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的指標。研究生物完整性指數和環(huán)境因子之間的響應關系，有助于了解環(huán)境因子對生態(tài)系統(tǒng)健康的作用和影響，為環(huán)境管理者的決策提供科學依據。
　　本文以大型底棲動物為指示生物類群，根據2009年～2010年太子河流域干流及支流共計280個樣點的野外調查獲得的生物和環(huán)境數據，首先綜合考慮生境條件和水質條件篩選參考點和受損點，

2、計算大型底棲動物生物完整性指數(B-IBI)并利用其對流域進行健康狀況評價；而后通過自組織映射網絡(self-organizing map，SOM)將樣點按照環(huán)境因子的空間差異進行分類，探討了環(huán)境因子與B-IBI之間的關系；然后利用多元線性回歸(multiple linear regression， MLR)和BP神經網絡(back-propagation neural network，BPNN)建立了環(huán)境因子對B-IBI的預測模型，定

3、量化確定了環(huán)境因子對B-IBI變異的貢獻；最后將預測模型應用于環(huán)境管理目標的設定，為類似預測模型的應用方向提供了建議。主要研究內容和結論如下：
　　(1)利用B-IBI開展太子河流域水生態(tài)健康狀況評價，結果顯示，所有樣點中健康、亞健康、一般、較差和差的樣點數量占比分別為5％、18.6%、43.2%、21.1%和12.1%。太子河中上游地區(qū)樣點總體較健康，中下游地區(qū)樣點總體較差。從上游到下游，河流的健康狀況逐漸下降。絕大多數樣點在平

4、水期和豐水期的健康狀況一致，說明季節(jié)變化對其健康狀況的影響不大。
　　(2)根據所有樣點的21個環(huán)境因子數據，利用SOM方法將所有樣點劃分為有較大差異的8類，按照從下游到上游的方向分布于4個區(qū)域。SOM的樣點劃分結果與環(huán)境因子存在空間差異的實際結果吻合，而不同類別樣點的B-IBI值也存在差別。上游區(qū)域中B-IBI的較高值主要是受林地等原始自然環(huán)境保存較好，受人類干擾少，棲境底質利于底棲動物生存的影響；而下游區(qū)域中B-IBI的較低值

5、，主要受到了較高濃度的營養(yǎng)鹽物質、受人類干擾較大的土地利用面積較大的影響。
　　(3)利用MLR和BPNN分別建立環(huán)境因子對B-IBI的預測模型，結果表明，兩個模型都有較好的穩(wěn)定性，MLR的穩(wěn)定性(CCI＝0.67)略優(yōu)于 BPNN(CCI＝0.58)；MLR的學習能力(R2＝0.65)差于 BPNN(R2＝0.82)，預測能力與 BPNN相近(R2＝0.61和0.65)。這與MLR僅能識別數據間的線性關系，而BPNN能夠識別非線

6、性的復雜關系有關。若要進一步提升模型對于太子河流域B-IBI的預測能力，應當增加至少一個與表征土地利用綜合作用的指標作為模型自變量。
　　(4)MLR模型認為能夠解釋B-IBI變異的環(huán)境因子有4個，分別為底質指數、NH3-N、TDS和距入?？诰嚯x，其中距入?？诰嚯x和NH3-N是貢獻較大的因子。除了距入?？诰嚯x和 NH3-N，BPNN中貢獻度較大的環(huán)境因子還有建筑面積占比、林地面積占比、耕地面積占比、CODMn、流速、坡降、水深、海