太子河流域硅藻群落与驱动因子的定量关系

定量研究水生生物对水环境参数的适宜值是评估栖息地质量和维持生物完整性的主要途径. 以辽宁省太子河流域为研究范例,选择Y(优势度指数)大于0.000 1的硅藻为研究对象,结合水环境参数,采用CCA(典范对应分析)、CART(分类回归树)和WA(加权平均回归分析)等方法,分析硅藻与水环境因子的关系,并计算硅藻对驱动因子的最适值. CCA结果表明,IOS(底质指数)、ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)和ρ(COD_Mn)是硅藻群落的驱动因子;CART预测结果表明,IOS高的水环境硅藻密度高于IOS低的水环境,ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)低的水环境硅藻密度高于ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)高的水环境;WA结果显示,96种硅藻对IOS、ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)的最适值范围分别为1.00~6.44、60.29~820.30 mg/L和0.46~2.89 mg/L. 钝端菱形藻解剖刀变种和尖端菱形藻适宜栖息于IOS较低而ρ(COD_Mn)较高的水环境, Gomphonema trancatum和肿大桥弯藻则适宜栖息于IOS较高的水环境;缠结异极藻二叉变种和尖细异极藻适宜栖息于ρ(TDS)较高的水环境,弧形峨眉藻和克洛钝脆杆藻则适宜栖息于ρ(TDS)较低的水环境;弧形峨眉藻和隐头舟形藻威蓝变种适宜栖息于ρ(COD_Mn)较低的水环境. 针杆藻和桥弯藻对IOS的最适值高于舟形藻和菱形藻以及其他藻种,96种硅藻对ρ(TDS)和ρ(COD_Mn)的最适值均表现为菱形藻和异极藻较高、针杆藻和桥弯藻较低.      

太子河着生藻类群落结构空间分布特征

以辽宁省太子河流域为研究范例,调查了全流域内69个采样点的着生藻类群落和水环境理化特征,并且以着生藻类的群落结构为基础,对太子河流域的水生态系统类型区进行了划分. 结果表明,太子河流域着生藻类群落结构具有明显的空间异质性. CCA(典范对应分析)结果显示,驱动全流域着生藻类群落结构形成的水环境因子为电导率、ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)和ρ(TN). 基于着生藻类的群落结构特征,将太子河流域划分为3个着生藻类类型区:第1分区为太子河上游的森林多水区,第2分区为中游低山丘陵森林区,第3分区为下游平原农业区. CCA结果还显示,显著影响第1分区、第2分区及第3分区的着生藻类群落结构的环境因子分别为ρ(NO₃--N)、ρ(TN)及ρ(总溶解固体)和硬度.      

不同尺度下人类活动对浑太河流域鱼类和大型底栖动物群落特征的影响

为了确定鱼类和大型底栖动物群落结构对多重人类活动压力响应是否一致,以浑太河流域为例,采用典范对应分析和冗余分析方法,以自然环境因子(包括海拔、坡度、流域面积、经纬度)为协变量,比较流域(各土地利用类型面积所占比例)、河岸带(各土地利用面积所占比例)和河段尺度(水质、水力形态、水文、栖息地质量、底质类型等)下人类活动因子对鱼类和大型底栖动物群落特征的影响. 结果表明:在流域尺度上,林地和农村聚落用地面积所占比例解释了8.09%的鱼类群落特征空间变异,林地、旱地、城镇建设用地和农村聚落用地面积所占比例解释了18.28%的大型底栖动物群落特征空间变异;在河岸带尺度上,城镇建设用地面积所占比例解释了4.26%的鱼类群落特征空间变异,没有环境因子对大型底栖动物群落特征产生显著影响;在河段尺度上,电导率、ρ(TDS)、ρ(NH₄+-N)、ρ(COD_Mn)、河宽、QHEI(a qualitative habitat evaluation index,栖息地评估指数)、ρ(DO)、ρ(TN)、硬度和pH解释了36.60%的鱼类群落特征空间变异,电导率、ρ(TDS)、ρ(NH₄+-N)、ρ(COD_Mn)解释了14.65%的大型底栖动物群落特征空间变异.河段尺度人类活动因子对鱼类群落特征的直接影响最为显著,其次为流域尺度,河岸带尺度的影响最小;流域尺度和河段尺度人类活动因子对大型底栖动物群落特征影响大致相同. 河段尺度的水力形态和水质状况主要受流域尺度土地利用变化的影响,其次是河岸带尺度. 土地利用变化对水力形态的影响较水质更大.      

渭河流域硅藻群落特征及水生态健康评价

为比较丰水期和枯水期硅藻群落结构特征的差异性,对渭河流域进行水生态健康评价,于2012年10月(丰水期)和2013年4月(枯水期)对渭河流域60个采样点进行调查. 结果表明,丰水期共采集到硅藻221种,枯水期为148种. 多响应置换过程结果显示,渭河水系、泾河水系和北洛河水系硅藻群落存在显著性差异. 丰水期渭河水系和北洛河水系硅藻丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数平均值分别为30、3.05、0.63和37、3.42、0.66,显著高于枯水期的23、2.11、0.46和23、2.52、0.56. 泾河水系丰水期和枯水期硅藻参数无显著性差异. 典范对应分析结果表明:丰水期影响渭河水系、泾河水系和北洛河水系硅藻群落结构的主要环境因子为Flux(流量)、ρ(SS)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体);枯水期主要影响因子分别为ρ(NH₄+)、ρ(SS)和Hard(硬度). 应用硅藻生物完整性评价法(D-IBI)和生物硅藻指数法(BDI)对渭河流域进行健康评价,其结果显示,渭河流域丰水期和枯水期整体健康状况一般,渭河水系上游及右岸支流、泾河水系源头及北洛河水系中游地区健康状况较好,渭河水系下游、泾河水系中下游以及北洛河水系上游和下游地区健康状况较差.      

2009年与2014年太子河流域附石藻群落结构变化及其与水环境的关系

为了解近年来太子河流域附石藻群落结构和水环境状况的变化趋势及二者的响应关系,于2009年和2014年对太子河全流域的附石藻群落和水环境因子进行调查分析,并探究了基于附石藻群落保护的主要水环境因子浓度限值.结果表明:①与2009年相比,2014年太子河流域的附石藻密度、物种丰富度、群落多样性均显著升高（P < 0.05）;群落组成中对不良环境干扰呈负响应的藻属相对多度普遍升高,对不良环境干扰呈正响应的藻属相对多度普遍降低.②与2009年相比,2014年水环境因子中ρ（TDS）（TDS为总溶解性固体）、ρ（SS）、ρ（TN）、和ρ（NO₃--N）显著降低（P < 0.05）,ρ（DO）显著升高（P < 0.05）.典范对应分析（canonical correspondence analysis,CCA）显示,2009年ρ（TN）和ρ（NH₄+-N）是影响太子河流域附石藻群落的重要水环境因子;2014年ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TDS）对附石藻群落结构有重要影响.③经局部加权回归散点修匀法（locally weighted scatterplot smoothing,LOWESS）和独立样本t检验得出,当ρ（TDS）、ρ（TN）和ρ（NH₄+-N）分别为185.00、1.00和0.22 mg/L时,其与P-IBI构成的拟合曲线存在拐点,且拐点两侧的P-IBI差异性显著（P < 0.05）.研究显示,2009—2014年太子河流域的附石藻群落和水环境状况整体有所改善,合理控制ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）和ρ（TDS）对该流域的附石藻群落保护有重要意义.      

太子河流域土地利用对大型底栖动物功能摄食类群的影响

水生生物群落功能结构研究不仅是河流生态学的基础,也有助于更好地剖析水生生物对环境压力的响应关系.为探明土地利用对大型底栖动物FFGs（功能摄食类群）的影响,于2009年5月对太子河流域47个采样点（6个参照样点、41个受损样点）的大型底栖动物进行调查,分析其FFGs结构及与流域土地利用类型（森林用地、草业用地、农业用地和城镇用地）和环境因子的关系.结果表明:①受损样点的ALT（海拔）、WT（水温）、EC、ρ（NH₄+-N）和ρ（PO₄3--P）均显著高于参照样点.②受损样点捕食者、刮食者与撕食者的相对丰度、丰富度及密度、直接收集者丰富度、刮食者的Shannon-Wiener指数及Pielou指数、直接收集者与捕食者Margalef指数和刮食者Simpson指数均显著低于参照样点,而直接收集者的相对丰度则显著高于参照样点.③Spearman相关性分析结果表明,农业用地和城镇用地比例增加会造成河流水质恶化及大型底栖动物FFGs结构发生变化.④CCA结果表明,EC是影响大型底栖动物FFGs结构分布的主要环境因子.研究显示,大型底栖动物FFGs对太子河流域农业活动与城镇化的响应敏感,可以为利用大型底栖动物FFGs监测流域环境压力提供理论支持.      

太子河鱼类群落结构空间分布特征

以辽河流域太子河为例,开展鱼类生态调查,分析鱼类群落的空间分布特征,在此基础上进行鱼类地理分布区域划分. 结果表明,太子河鱼类分属2纲9目12科36属44种,符合辽河亚区鱼类的分布特征,其种类繁多,且以纺锤形体型的鲤科鱼类居多. 通过CCA(典范对应分析)发现,水深、水体电导率以及ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)和ρ(TN)与鱼类的种类及数量的相关性最大. 根据对各采样点鱼类的渔获量、Shannon-Wiener指数的聚类分析,并且结合各采样点的水温、水深、饵料生物组成、岸边植被、底质、流速、土壤等生态环境因素,以及鱼类分布和种群的结构特征,将太子河流域划分为2个生态区,其中A区包括太子河中、上游的流域,涵盖了51个采样点;B区包括19个采样点,主要是太子河下游的绝大部分流域.      

渭河流域浮游植物功能群与环境因子的关系

为分析渭河流域不同水期浮游植物的时空分布特征,于丰水期(2012年9月)和枯水期(2013年4月)对渭河流域浮游植物群落结构和水环境理化特征进行了野外调查,基于Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数以及MRPP(多响应置换过程)、浮游植物功能群划分、CCA(典范对应分析)等方法,分析浮游植物群落的组成和空间结构特征. 结果表明:丰水期和枯水期渭河全流域分别鉴定出浮游植物165和175种;各采样点浮游植物物种密度平均值分别为1.07×106和1.85×106 L-1;Shannon-Wiener多样性指数平均值分别为2.98和2.74;Pielou均匀度指数平均值分别为0.40和0.37. 全流域共划分出浮游植物功能群23类,其中,丰水期20类,枯水期21类,均以MP功能群物种数最多;代表性功能群为MP、D、Lo和J. MRPP分析结果显示,丰水期和枯水期全流域浮游植物群落结构都具有较明显的空间差异. CCA结果显示,渭河水系丰水期浮游植物群落结构的主要驱动因子为ρ(DO)和ρ(TN),枯水期为流速、ρ(TN)和ρ(COD_Mn);泾河水系丰水期为ρ(SS)、流速和ρ(TN),枯水期为流速和ρ(TN);北洛河水系丰水期为ρ(TDS),枯水期为ρ(DO)和ρ(TP).      

山地河流水电开发对河岸带植物群落特征的影响

为充分了解水电开发对山地河流河岸带植物群落特征的影响,于2014年采用植被常规调查方法,在九龙江源头河流地村溪依次设置RS(源头)、PL(皮寮)、HKU和HKD(环坑水坝上游和下游)、GXU和GXD(高厦水坝上游和下游)6个样地,分析其物种多样性、相似性等的变化特征. 结果表明:①水坝建成后,水坝上游和下游流速、水位及河宽存在显著差异(P<0.05). ②沿河流纵向的自由流动河段,Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均随与源头距离的增加而增大,分别由0.30±0.24、0.22±0.17增至0.87±0.20、0.38±0.03;Simpson优势度指数随与源头距离的增加而减小,HKU样地Simpson优势度最低,仅为0.20±0.10;受水电开发影响河段,水坝上游样地的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均高于水坝下游样地,而Simpson优势度低于水坝下游样地. ③沿河流横向,河岸带不同断面植物群落多样性都符合中度干扰假说,水坝建设对河流横向物种多样性的影响不显著;Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数变化总体上变化趋势一致,均表现为先升后降. ④相似性分析表明,沿河流纵向,水坝上、下游样地间物种相似性相对较高,不同组样地之间高地物种相似性最高的是HKU-HKD(0.270 3),河岸带物种相似性最高的是RS-PL(0.612 2);沿河流横向,HKU(0.392 9)、HKD(0.372 5)和GXD(0.348 8)样地的高地-河岸带物种相似性相对较高,GXU(0.173 9)样地的高地-河岸带物种相似性最低,表明水电开发导致水坝下游河岸带植物主要来源于本地种子库而非区域种子库. 结果显示,水电开发是造成河岸带植物群落发生变化的主导因子,导致水坝下游河岸带和高地物种组成趋向同质化,土地利用格局、河岸带及周围的人类干扰同样会影响河岸带植物群落的多样性和相似性.      

滑石矿开采对着生藻群落结构和水环境的影响

为了解滑石矿开采对河流水生态环境的影响,分别于2015年11月、2016年4月和2016年7月这3个时期对汤河(太子河重要支流)上游6个监测断面(TH01~TH02为参照河段,TH03~TH04为受损河段,TH05~TH06为恢复河段)的水质状况和着生藻群落进行了调查分析.利用Mann-Whitney U检验分析比较了各河段水环境因子和着生藻群落结构组成的差异;利用Spearman相关性分析、典范对应分析(canonical correspondence analysis)和t值双标图(t value biplot)分析水环境因子与着生藻群落结构的相互关系.结果表明:(1)与参照河段和恢复河段相比,受损河段的Mg、Se、As、Fe、Mo、EC、HCO-3、NO-3和p H均值最高.其中,Mg、Mo、As、EC、HCO-3在受损河段与其他河段间存在显著差异(P0.05).(2)与其他河段相比,受损河段的着生藻密度、物种丰富度、具柄硅藻百分比、曲壳藻属(Achnanthes sp.)相对丰度均最小,可运动硅藻百分比、双菱藻属(Surirella sp.)相对丰度和舟形藻属(Navicula sp.)相对丰度最大,其中物种丰富度在受损河段与其他河段间存在显著差异(P0.05).(3)EC、HCO-3和Mg对研究区域的着生藻群落结构有显著影响,且均与物种丰富度、具柄硅藻百分比显著相关(P0.05).     

辽河流域典型支流土地利用方式对大型底栖动物群落时空分布特征的影响

通过辽河流域典型支流(清河和凡河)不同土地利用类型区3个水期大型底栖动物及环境因子调查,研究土地利用方式对大型底栖动物分布特征的影响.结果表明,河流大型底栖动物群落四节蜉科(Baetidae)、扁蜉科(Heptageniidae)、纹石蛾科(Hydropsychidae)及石蝇科(Perlidae)等生物类群主要分布在辽河流域内林地为主的河流中;以耕地和居民点为主的土地利用方式下,河流大型底栖动物主要以摇蚊科(Chironomidae)类群为主;颤蚓科(Tubificidae)等寡毛类大型底栖动物在以城市发展为主的土地利用区域内河流中优势明显.河流中大型底栖动物生物多样性、丰富度及EPT%由高到低依次为林地耕地居民点城市,FBI值由低到高依次为林地耕地居民点城市.不同土地利用方式导致河流生境因子空间差异性显著,大型底栖动物群落相似性较低,且生物密度在空间上呈显著差异,但时间上差异不显著.底质、DO与大型底栖动物多样性等指数呈正相关关系,TN、TP、NH3-N、BOD5、CODCr与大型底栖动物生物指数呈不同程度负相关关系.生物与环境联合分析(BIO-ENV)表明,底质、DO、TN、BOD5是影响区域内大型底栖动物群落特征的最显著的主导环境因子.综合上述研究结果可得,土地利用方式通过对河流生境及水质产生影响,进而使大型底栖动物群落组成及多样性特征发生明显变化.     

农田对太子河大型底栖动物群落的影响

为研究农田对大型底栖动物的影响,以太子河南、北支为例,应用无度量多维标定分析(NMS)和典范对应分析(CCA),探讨大型底栖动物群落对农田的响应.研究发现:太子河北支物种组成以摇蚊科为主,其次是毛翅目和蜉蝣目,而積翅目相对多度较少;在南支则以蜉蝣目、積翅目和毛翅目物种为主,摇蚊科相对多度有所下降;北支主要的功能摄食类群是直接收集者和过滤收集者,刮食者和捕食者较少,撕食者几乎没有,南支各类功能摄食类群均有出现,直接收集者和刮食者较多.太子河南、北支的水温、pH值、电导、悬浮物(SS)、总溶解性固体(TDS)和总氮(TN)存在显著差异,其中北支的水温、电导和TDS显著高于南支;两条支流的水体均为弱碱性水质,南支的pH平均值高于北支;北支的SS和TN略高于南支.利用CCA开展土地利用因素对水质影响分析的总体结果表明,在河段和河流廊道尺度,农田面积比对第一轴的贡献率最高,分别为-0.76和-0.79,且水质要素-土地利用相关性在河流廊道尺度上为0.84,而在河段尺度上为0.71.对土地利用类型和物种的CCA分析可以看出,农田、河滩、居民用地方向多为耐污和中度耐污类群,且沿农田方向物种分布较少.而与此相反的,和旱田轴相反的第四象限内多为四节蜉科(如B.bicaudatus)等敏感类群.     

澄江尖山河小流域不同土地利用类型地表径流氮、磷的流失特征

根据径流小区观测, 对澄江尖山河小流域不同土地利用类型地表径流中氮、磷的流失特征进行了研究. 结果表明:灌草丛和次生林都有较好的调节径流和减少土壤流失的作用,在相同的降水量下,坡耕地总产流量分别是人工林、次生林、灌草丛的1.58,12.45和5.52倍;而从产沙量来看,坡耕地的产沙量也远大于其余几种土地利用类型,坡耕地的总产沙量分别是人工林、次生林和灌草丛的8.41,53.06和41.90倍. 不同土地利用类型径流中的总氮、总磷的输出量差异显著,总氮、总磷输出趋势都表现为坡耕地＞人工林＞灌草丛＞次生林;不同土地利用类型径流小区侵蚀泥沙中的总氮、总磷输出量同样为坡耕地＞人工林＞灌草丛＞次生林,且坡耕地的输出量远大于其余几种土地利用类型. 相关分析表明,径流中带走的总氮量大于泥沙,磷的输出主要是以泥沙结合态为主,泥沙是磷的主要载体.      

南淝河表层沉积物细菌群落结构特征及驱动因素

为了探讨南淝河不同河段沉积物细菌群落结构特征差异及其主要驱动因素,在对南淝河不同土地利用区域河段表层沉积物的主要理化指标（pH、CEC、TOC、DOC、氮分级形态）进行分析基础上,重点通过MiSeq高通量测序技术对沉积物中细菌群落结构特征进行了分析,并利用冗余分析（RDA）方法探讨了导致群落结构差异的主要驱动因素.结果表明：沉积物中门水平下优势细菌种群为变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和拟杆菌门（Bacteroidetes）;纲水平下除未分类外主要是厌氧绳菌纲（Anaerolineae）、γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、梭状芽胞杆菌纲（Clostridia）、δ-变形菌纲（Deltaproteobacteria）,此外ε-变形菌纲（Epsilonproteobacteria）主要在南淝河下游采样点被检测到,说明其在南淝河沉积物生态系统中并不是普遍存在的;属水平下大多为未分类序列,长绳菌属（Longilinea）和芽孢杆菌属（Bellilinea）有优势地位.南淝河不同河段所在流域土地利用方式不同会导致污染物类型、污染源强和沉积物理化指标的不同,进而影响沉积物细菌群落结构,中游城区和工业区段的细菌多样性整体上高于上、下游;RDA分析结果表明,表层沉积物的CEC、TOC、DOC、TP、WAEF-N和IEF-N是导致细菌群落结构特征差异的主要影响因子,其中变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门受TP影响较大,绿弯菌门则受弱酸浸取态氮（WAEF-N）影响较大.     

Loss coefficient of nitrogenous non-point source pollution under various precipitation conditions

In this study, calibrations of non-point source (NPS) pollution models are performed based on Black River basin historical real-time runoff data, sedimentation record data, and NPS sources survey information. The concept of NPS loss coefficient for the watershed or the loss coefficients (LC) for simplicity is brought up by examining NPS build-up and migration processes along riverbanks in natural river systems. The historical data is used for determining the nitrogenous NPS loss coefficient for five land use types including farmland, urban land, grassland, shrub land, and forest under different precipitation conditions. The comparison of outputs from Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model and coefficient export method showed that both methods could obtain reasonable LC. The high Pearson correlation coefficient (0.94722) between those two sets of calculation results justified the consistency of those two models. Another result in the study is that different combinations of precipitation condition and land use types could significantly affect the calculated loss coefficient. As for the adsorptive nitrogen, the order of impact on LC for different land use types can be sorted as: farm land > urban land > grassland > shrub land > forest while the order was farmland > grass land > shrub land > forest s>urban land for soluble nitrogen. __________ Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26(3): 392–397 [译自: 环境科学学报]     

广州市土地利用垂直分层模式及其演变过程

城市中不同高程上的土地受人类活动影响程度和影响方式不一,因此在垂直方向上形成了一定的分布模式。利用TM遥感影像数据和DEM数据,通过比较1990、1995、2000、2005和2009年广州市土地利用垂直分布特点发现,每个地类均有相对集中分布的高程级,而垂直分布的最大变化是居民点及工矿用地和园地在第3至第10高程级(1~90 m)之间对耕地和林地的快速侵占。总结各高程级上的优势地类可得出典型的广州市土地利用垂直分层模式,按照第一优势地类对各分层进行命名,结果显示随高程增大将依次出现耕地层、河流层、城镇层、园地层、林地层。最后应用生态学上的群落演替理论对城市土地利用垂直分层模式的演变过程进行解释,以及按照目前发展趋势推导出未来可能出现的演替模式。