基于微生物生物完整性指数的河流生态系统健康评价——以青岛市张村河为例

为评估真菌群落生物指标对河流生态状况评价的贡献,以张村河为研究对象,利用丰水期(2020年9月)和枯水期(2022年3月)的沉积物样品中真菌群落的高通量测序信息,建立了丰水期和枯水期两个时期的微生物生物完整性指数方法(M-IBI)框架.通过分布范围、判别能力和相关性分析,确定了涵盖不同度量类型的核心评价指标.结果表明,丰水期的核心指标主要包括Agaricomycetes相对丰度、Ascomycota和Basidiomycota相对丰度之和、与COD负相关菌种相对丰度和动物病原菌相对丰度.枯水期的核心指标主要包括Hypocreales相对丰度、Tremellales相对丰度、Ascomycota和Basidiomycota相对丰度之比,以及与电导率和pH值负相关菌种相对丰度.在此基础上,计算得到了基于真菌群落的生物完整性指数(M-IBI).M-IBI能够有效区分参考点和受损点,与水质状况呈显著相关.基于真菌群落的M-IBI是较为可靠且具有广泛应用潜力的河流生态状况评价方法.

基于微生物完整性指数的水生态系统健康评价——以武汉市东西湖区湖泊群为例

在基于生物完整性指数(IBI)的生态系统健康评价中,通常会采用鱼类、底栖生物、着生藻类作为指示物种.然而,随着生态退化影响下生产者和消费者的数量锐减,可获得用于评价样本的数量越来越少,这就使得上述指示物种作为健康评价指标的可应用性大大降低.以武汉市东西湖区5个湖泊为研究对象,利用环境DNA(eDNA)技术监测的水体微生物数据,建立微生物完整性指数(M-IBI)评价方法.综合水质和实地生境条件对采样点健康状况进行评分和比较,选择甘家教湖的5个采样点作为参考点.结合遴选的6个重要的生物指标,构建了生态系统健康评价打分方法.研究结果显示在全部19个采样点中,7个健康等级为健康,占36.84%;8个健康等级为亚健康,占42.11%;4个健康等级为一般,占21.05%,甘家教湖和杨泗泾湖所有采样点均为健康水平.评价结果合理地反映了不同湖泊的健康状况,说明基于eDNA的M-IBI方法在受损湖泊水生态系统健康评价中具有广泛的应用潜力.

基于微生物生物完整性指数的北京市城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数(IBI)是河道生态系统健康评价的重要且被广泛应用的指标,然而,基于水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的研究较少。针对北京市城市河道生态系统健康状况开展评价,探索微生物生物完整性指数(M-IBI)评价流程与标准构建方法。基于沉积物中微生物Illumina高通量测序信息,筛选出关键环境因子(水质指标TN、TP、NH_(3)-N、NO_(3)-N和NO_(2)-N)确定候选生物指标,根据判别能力分析结果,确定Shannon指数、拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度、绿弯菌门(Chloroflexi)相对丰度、蓝藻门(Cyanobacteria)相对丰度、COD_(Cr)耐受属相对丰度和NH_(3)-N清洁属相对丰度6个指标,提出了指标标准化公式和健康评价标准。结果表明,以自然水体为补水的永定河各采样点评价结果均为健康状态,其他3条以城镇再生水厂出水为补水的河道中,清河4个采样点为健康至亚健康状态,凉水河5个采样点为健康至一般状态,大龙河4个采样点为亚健康至一般状态。M-IBI可以有效区分不同程度的受损点位,较合理地评价城市河道生态系统健康状况。

基于微生物完整性指数的苏州市湿地健康评价

为建立在不同区域和不同湿地等大尺度范围内M-IBI (微生物生物完整性指数)评价方法体系,以苏州市15个湿地公园作为研究对象,构建符合区域性特征的生物完整性评价体系并进行应用研究.分别于2015年、2016年和2017年每年的7月对苏州市15个湿地公园的入流口和出流口水质进行采样调查,将采样点分为对照点、受损点和修复点,基于湿地水环境中微生物群落Illumina高通量测序技术,依据候选指标分布范围检验、敏感性分析和相关性检验,筛选出香农指数、前2优势分类单元相对丰度(相对丰度最多的2个属)总和、高温耐受属相对丰度、污染耐受属相对丰度、TN(总氮)敏感属相对丰度5个指标,提出了参数标准化公式和健康评价标准,依此将苏州市湿地健康状态划分为健康、亚健康、一般、较差、差5个等级.结果表明:①在10个受损点3 a所采集的30个样品中,有2个处于较差水平,有5个处于一般水平,有18个处于亚健康水平,有5个处于健康水平;而对于修复点,有23个样点处于健康水平,7个样点处于亚健康水平.②在农业面源污染较多的湿地入流口健康状况最差,工业用水汇入较多的湿地入流口次之,而城市景观水汇入的湿地入流口的健康状况最好.研究显示,M-IBI可以较合理地评价苏州市湿地生态系统健康状况,湿地对水环境的修复作用明显,经修复后的水体均处于健康或亚健康水平.

基于微生物指标的水生态系统健康监测及评价研究进展

随着人类活动对水生态系统负面影响的增加,传统指示生物已难以满足水生态健康评价的需求。微生物作为水生态系统中的基础营养级,对环境干扰更为敏感,故具有成为水生态健康评价指标的潜力。通过聚焦水环境中微生物对水生态系统健康的表征作用,对微生物与水质之间交互作用、水环境中微生物群落监测方法、微生物完整性指数应用等方面的基础前沿理论研究进行了综述。建议后续科学考虑参数指标筛选,进一步完善本土化微生物数据库,加强宏观层面调查评估研究,以便构建更加科学精准的水生态系统健康评价体系。

基于微生物生物完整性指数的水生态系统健康评价——以上海市松江区城市河道为例

目前,随着城市河道的水体污染问题日益受到关注,生物完整性指标在河道生态系统健康评价中被广泛应用,但以微生物为指标物种构建的生物完整性指标对城市水体进行评价的研究较少。以松江区4条城市河道为例,其中两条为进行生态修复的河道。根据水体高通量测序信息,从与水质指标相关性及对污染物耐受程度确定候选生物指标,最终确定疣微菌门(Verrucomicrobiota)相对丰度、弯曲杆菌门(Campilobacterota)相对丰度、酸杆菌门(Acidobacteriota)相对丰度、髌骨菌门(Patescibacteria)相对丰度与总磷耐受属、氨氮清洁属6个指标,构建微生物生物完整性指数评价体系。研究结果表明,微生物生物完整性指数评价体系不仅可以用于评价城市河流生态系统的健康状况,同时可作为评估河道生态修复效果的标准。

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.

基于微生物生物完整性指数的城市河道生态系统健康评价

生物完整性指数(index of biotic integrity,IBI)已被广泛运用于河流生态系统的健康评价.然而,目前基于微生物的IBI评价方法很少,针对城市河道的相关研究更是缺乏.本研究采用Illumina高通量测序技术,对浙江省内5条城市河道的微生物群落多样性及组成进行了分析.通过典型相关分析(canonical correlation analyses,CCA)和Spearman相关性分析水质对微生物组成的影响,明确受水质变化影响显著的微生物类群,与特定功能菌群一并作为备选指标.对备选指标进行分布范围、判别能力及Pearson相关性分析,筛选出香农多样性指数、微生物分类单元数、疣微菌门相对丰度、绿菌门相对丰度和分支杆菌属相对丰度等参数指标,初步构建了适合浙江城市河道的微生物生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)指标体系.采用比值法对生物指标计分,评价结果显示:总计22个样点中,9个样点为"健康"等级,占总样点的40. 9%;10个样点为"亚健康"等级,占总样点的45. 5%; 2个样点为"一般"等级,占总样点的9. 1%; 1个样点为"较差"等级,占总样点的4. 5%.各采样点M-IBI值可有效反映水体受干扰程度,且与水质状况基本吻合(R=0. 753,P <0. 01),表明M-IBI可以较合理地评价城市河道生态系统健康状况.

基于微生物完整性指数的河流健康评价——以无锡市为例

生物完整性指数(Index of biotic integrity,IBI)被广泛运用于河流的健康评价.然而,随着人类活动对河流影响的增加,传统指示生物多样性的损失降低了评价的准确性.在高度受影响的水体环境中,微生物群落被证明是更敏感的生态健康指标.本研究采用Illumina高通量测序技术,于2018年冬季和2019年春季对无锡市境内8条河流的微生物群落组成进行了分析,从群落组成/相对丰度、丰富度/多样性、敏感性/耐受性3个角度确定了候选指标.并对传统的核心指标筛选方法进行了改进,通过差异性分析、箱线图检验、Speraman相关性分析,建立了冬、春两季的微生物生物完整性指标框架.评价结果表明,M-IBI能有效区分不同程度的受损位点,且与水质状况和物理生境存在显著的相关性.总体而言,M-IBI为城市河流生态状况提供了一种新的评价工具.

应用生物完整性指数评价水生态系统健康的研究进展

生物完整性指数(IBI)法是评价水生态系统健康的一种重要且被广泛应用的方法.本文综述了生物完整性指数的指示物种选择原因、构建方法以及在水生态系统健康评价中的应用,并总结了现阶段生态系统评估常用的鱼类完整性指数(F-IBI)、底栖无脊椎动物完整性指数(B-IBI)和着生藻类完整性指数(P-IBI)中候选生物状况参数指标,提出了使用微生物完整性指数(M-IBI)评价水生态系统健康的可行性和必要性.

阜新市细河生态系统健康评价分析

以阜新市细河为例,通过对上游农村段、中游城市段和下游农村段各采样点的监测分析,筛选确定6个M-IBI计算指标,并对河流生态系统健康进行评价。结果显示,细河的微生物多样性指数和水质在不同河段存在显著差异,其中上游农村段各采样点达到健康等级,中游城市段达到亚健康~健康等级,下游农村段达到一般~健康等级,研究成果为细河生态管理和保护提供科学依据。可以为阜新市河流生态系统的健康维护和管理提供参考依据。