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.     

玛瑙河干流大型底栖动物群落结构特征分析及水生态评价

为探究玛瑙河干流大型底栖动物群落结构及其影响因素,于2021年1月(枯水期)和2021年7月(丰水期)分别对其进行水质监测和大型底栖动物样品采集,调查并记录生境状况和环境特征,采用FBI (family biotic index, 科级生物指数)评价法和冗余分析法(RDA)探究不同水情期水环境状况及大型底栖动物群落结构的主要影响因子. 结果表明:①玛瑙河干流大型底栖动物群落结构时空差异显著,丰、枯水期共采集到大型底栖动物691个,隶属于2门4纲10目26科28种,优势物种共18种,个体数量、丰富度及优势物种数均呈现丰水期>枯水期,其中枯水期以双壳纲种类最多,丰水期以昆虫纲种类最多;②玛瑙河干流枯水期FBI评价结果以一般和轻度污染为主,丰水期以很清洁和极清洁为主,上游和中游河段水体污染较为严重,水质状况总体较2020年有所提升;③影响枯水期大型底栖动物群落结构的主要环境因子为水温、流速和PO₄3?浓度,丰水期为COD_Mn. 研究显示,玛瑙河干流大型底栖动物群落结构及其主要环境影响因子在不同水情期存在显著差异,丰水期水质状况良好,枯水期部分河段水体存在污染,需引起重视.      

影响浑太河流域大型底栖动物群落结构的环境因子分析

于2012年5~6月对浑太河流域66个采样点的大型底栖动物进行调查采样.共采集到大型底栖动物72(属)种,其中水生昆虫51(属)种,占70.83%,环节动物7(属)种,占9.72%;节肢动物(属)4种,占5.56%;软体动物(属)10种,占13.89%.首先,采用相关分析从6类28个候选指标中筛选出EPT分类单元数、优势分类单元个体相对丰度、蜉蝣目相对丰度、毛翅目相对丰度、软体动物相对丰度、扁蜉科/蜉蝣目相对丰度、纹石蛾科/毛翅目相对丰度、寡毛类动物相对丰度、敏感类群相对丰度、耐污类群相对丰度、收集者相对丰度、黏附者相对丰度、香农-威纳多样性指数共13个指标用于表征浑太河流域大型底栖动物群落结构特征.然后,利用RDA方法分析了自然环境因子和反映人类活动压力的环境因子对大型底栖动物空间分异的影响.利用偏冗余分析(pRDA)比较了自然环境因子与人类活动压力因子对底栖动物群落结构影响的大小,以及流域、河岸缓冲区和河段尺度人类活动压力因子对大型底栖动物的影响.结果表明,所有环境因子可解释底栖动物群落结构空间变异的72.23%.纳入分析的人类活动压力因子解释了底栖动物群落结构空间变异的48.9%,纳入分析的自然环境因子解释了底栖动物群落结构空间变异的11.8%.河段尺度人类活动压力因子对底栖动物群落结构空间分异影响最显著.河段尺度人类活动压力因子可解释底栖动物群落结构空间分异的35.3%,其中,显著环境因子p H、栖息地质量、总氮、高锰酸盐指数、硬度、电导率、总溶解颗粒物和氨氮分别解释了4%、3.6%、1.8%、1.7%、1.7%、0.9%、0.9%和0.9%的底栖动物群落结构空间分异.河岸缓冲区和流域尺度土地利用对大型底栖动物空间分异的贡献分别为10%和7%.最后,采用相关分析比较了流域和河岸缓冲区尺度土地利用与水质、水文、栖息地质量以及底质的关系,结果表明流域尺度土地利用能更好地表征河流水质、水文、栖息地质量以及底质状况,也说明不同尺度环境因子对大型底栖动物群落结构的影响有联合效应.     

城市河流沉水植物与大型底栖动物群落的关系

城市河流渠道化造成河流水生态系统普遍退化,重建水生生物栖息地,修复城市河流水生态系统成为近年来的研究热点.针对水生植物修复对大型底栖动物群落演替影响的科学问题,选择北京清河4个沉水植物修复河段为研究区域,于2012~2013年期间开展河流大型水生植物与大型底栖动物的季节动态监测,利用聚类分析、排序分析和方差分析比较水生植物修复区和对照区的大型底栖动物群落差异.研究结果表明采用沉水植物修复对大型底栖动物的密度、生物多样性和群落结构的稳定恢复具有显著效果,但不同叶片形态的沉水植物中底栖动物的密度、物种数、生物多样性和功能摄食类群的组间方差不显著,表明采用不同形态植被修复对大型底栖动物群落的恢复和次生演替的生态效应较为一致.大型底栖动物以直接收集者为绝对优势类群,表明沉水植物通过稳定局部微生境的底质和流速条件,为大型底栖动物提供更为适宜的生境条件,促进河流沉积物中的有机质转化.     

滦河流域土地利用对大型底栖动物生物指数的路径分析

基于滦河流域65个样点的河流景观与大型底栖动物调查数据,分别采用回归分析、排序分析等统计方法和结构方程模型,探讨了流域尺度的土地利用格局对大型底栖动物群落及其重要生物指数的影响路径.结果表明:1)对大型底栖动物群落结构产生影响的主要水环境和物理生境是电导率、全氮含量和细粒物质比例;2)基于关键因子构建的结构方程模型,分别对底栖动物生物完整性指数、香农-威纳多样性指数和总分类单元数指数的总体解释度达到47%、33%和47%,其路径分析结果指出,流域土地利用格局(耕地%、草地%)影响水环境状况(氨氮、总磷、电导率),进而影响了大型底栖动物群落结构及生态功能.研究表明结构方程模型可有效探讨流域尺度土地利用格局对河流大型底栖动物影响的路径,相关结果可为了解不同尺度人类活动对河流生物的影响过程,以及河流生态修复提供重要的参考依据.     

滦河秋季大型底栖动物群落结构空间格局与关键环境影响因子识别

掌握水生生物的空间分布特征及其关键影响因子是科学制定生物多样性保护策略的基础.于2016年秋季对滦河53个样点开展了大型底栖动物和环境因子的现场调查,分析了大型底栖动物群落结构与空间分布特征,并识别出影响大型底栖动物物种空间分布的关键环境因子.结果表明:①滦河（河北省）共采集并鉴定出大型底栖动物206种,隶属于8纲22目70科144属,以纹石蚕（Hydropsyche sp.）和东方蜉蝣（Ephemera orientalis）为优势种.②根据滦河大型底栖动物群落结构相似性,53个样点在空间上被分为3组.第1组分布在滦河干流的中下游及支流下游,无指示物种;第2组分布在支流上游,指示种为纹石蚕、朝大蚊（Antocha sp.）和中华小长臂虾（Palaemonetes sinensis）;第3组分布在滦河干流中上游,指示种为东方蜉蝣和中华齿米虾（Neocaridina denticulate sinensis）.③第3组的分类单元数显著高于第1组和第2组;第1组的多样性指数显著高于第2组;第1组的均匀度指数显著高于其他2组.单因素方差分析（one-way ANOVA）发现,pH、TN、底质、河道变化、水质状况和河岸土地利用类型等环境因子在第2组与第3组之间差异显著,第2组明显高于第3组.典范对应分析（CCA）表明,栖境复杂性、河水水量状况和河岸土地利用类型是影响滦河大型底栖动物空间分布的关键环境因子.研究显示,降低河岸带干扰强度、恢复河道生境多样性是未来滦河大型底栖动物多样性保护恢复的重要管理措施.      

黑河流域底栖动物群落结构及水质评价

为了解黑河流域上中游底栖动物群落结构特征及其与环境因子之间的关系,于2018年8月对研究区域17个采样点的底栖动物和水体理化指标进行调查研究.共鉴定出底栖动物43种,其中节肢动物34种（79.1%）,软体动物7种（16.3%）,环节动物2种（4.6%）;就整个研究区域而言,优势种为大蚊（Tipulidae）、豆娘幼虫（Damselfly）、水蜘蛛（Argyroneta）、耳萝卜螺（Radix auricularia）、琥珀螺（Suecinea sp.）、白旋螺（Gyraulusalbus）,干、支流优势种分布趋势为干流（6种）优于支流（5种）;底栖动物平均密度和平均生物量分别为77ind/m²和3.7423g/m²现存量存在显著空间差异,整体上干流（1032ind/m²、60.0963g/m²）大于支流（276ind/m²、3.5233g/m²）,物种数干流（36种）大于支流（15种）;单因素方差分析显示,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数分布特征为干流大于支流.黑河流域上游支流和中游干流不同河段底栖动物物种组成呈空间异质性,而多样性指数对物种组成依赖性强,但因黑河流域底栖动物物种组成受自然因素和人类活动双重影响程度差异较大,使得Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数及Pielou均匀度指数不适合黑河水质评价.依据BI指数和综合污染指数评价表明,黑河上游支流水质优于中游干流.根据底栖动物与环境因子之间的相关矩阵分析并结合RDA分析表明：BOD₅、水温（WT）、电导率（EC）、DO、溶解性总固体（TDS）、COD_Mn及盐度是影响底栖动物群落结构的主要环境因子.     

互花米草入侵对广西北海光滩大型底栖动物群落的影响

为探讨互花米草入侵对广西北部湾光滩的生态影响,于2012年7月—2013年9月对北海市青山头地区的互花米草群丛和光滩2种生境分别连续进行5次大型底栖动物群落采样,分析不同采样时间和生境下大型底栖动物的物种组成、生物量、总栖息密度、群落生物多样性、群落结构等群落特征. 结果表明:①该区域内大型底栖动物共15种,隶属于4门5纲11科,其中中国绿螂(Glauconome chinensis)占互花米草群丛大型底栖动物个体总数的86.7%,为绝对优势物种;短指和尚蟹(Mictyris brevidactylus)为光滩的优势物种. ②双因素方差分析(two-way ANOVA)结果显示,互花米草入侵光滩后大型底栖动物物种数量显著增加,并且互花米草群丛中中国绿螂个体数量的剧增也显著增加了大型底栖动物的生物量和总栖息密度,而采样时间对大型底栖动物物种数、生物量和总栖息密度的影响不显著;不同生境和采样时间均未对大型底栖动物的多样性指数产生显著影响. ③非度量多维度分析(non-metric multidimensional scaling,NMDS)结果表明,互花米草群丛与光滩的大型底栖动物物种群落相似度较高,但与2012年10月相比,2013年9月互花米草和光滩大型底栖动物群落相似度降低,因此可能随着互花米草入侵时间的增加,其对大型底栖动物群落的影响也不同.      

辽东湾北部海域大型底栖动物研究：Ⅱ.生物多样性与群落结构

为深入了解辽东湾北部海域大型底栖动物的生态学特征及其与环境因子的相互作用,依据2007年7月下旬在辽东湾进行的大型底栖动物生态调查数据,论述了大型底栖动物的生物多样性与群落结构特点.调查区内大型底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数为0～3.40,平均值为2.41;Margalef物种丰富度指数为0～2.40,平均值为1.58.两指数的空间分布趋势较为一致,低值区主要位于调查区北部的沿岸浅水区,其他海域的生物多样性指数较高且无显著的空间差异.以20%的相似性程度划分,取样站可被划为7个大型底栖动物站组,各站组在调查区内呈斑块状分布.其中,有4个站组(站组Ⅰ,Ⅱ,Ⅴ和Ⅵ)的生物量曲线始终在丰度曲线之上,且优势度明显,表明大型底栖动物群落尚未受到显著干扰;其他站组的生物量曲线与丰度曲线相互交叉或非常接近,显示大型底栖动物群落已受到中等程度干扰.统计分析表明,水深,底层水中的ρ(DO),ρ(总磷)共同构成了解释调查区内大型底栖动物群落结构的最佳环境因子组合,它们与栖息密度(R=0.484)和生物量(R=0.489)的相关关系均达到显著水平(P<0.01).     

漓江大型底栖动物群落时空分布及水质生物评价

于2012年1月(枯水期)和8月(丰水期)在漓江上游甘棠江段、中游大圩江段和下游福利江段采集到大型底栖动物样品共374个,采用均匀度指数、Margalef丰富度指数、Simpson指数和Shannon-Wiener指数分析了漓江大型底栖动物的多样性.结果表明,漓江水系大型底栖动物群落结构的时空分布差异显著,枯水期采集到42个分类单元、8632个底栖动物,物种数和个体数均少于丰水期采集到的46个分类单元、10842个底栖动物,但枯水期主要河段的物种多样性比丰水期要好.漓江中、下游大型底栖动物的功能摄食类群均以刮食者为主,表明中、下游生态系统的初级生产力属性要高于上游.采用BI指数(Biotic Index)对漓江各江段进行水质生物评价,结果显示,漓江水系枯水期的水生态质量要优于丰水期;上游和下游水生态质量相对较好,中游水生态质量较差.因此,建议在丰水期加强漓江中游大圩段的环境保护力度,提高漓江整体水生态质量.     

梯级电站作用下牡丹江底栖动物沿程变化规律

水电站运行影响河流的栖息地环境,进而影响底栖动物群落结构,从而对河流生态健康造成影响.基于牡丹江镜泊湖电站至石岩电站江段的底栖动物采样数据,分析该江段的底栖动物沿程变化规律以及梯级水电站群对水生态环境的影响.结果表明,梯级电站的运行对研究江段的多种生境因子造成了影响,改变了江段内底栖动物的群落结构.在电站的上游和下游,底栖动物群落结构差别明显,其中,电站下游环境敏感种的数量多于上游.相比坝式水电站,引水式水电站对底栖动物的影响较小.空间上来看,电站运行影响沿程逐渐减弱,底栖动物的密度和丰度呈现沿程增加的趋势.     

长江支流桥边河大型底栖动物群落结构及水质生物评价

中小河流数量众多,分布广泛,其健康状况将直接影响和决定着大江大河的生态系统健康,如何准确、合理的评估中小河流的健康状况,已经成为世界性的科学问题.本研究以长江一级支流桥边河为例,于2019年1月（枯水期）和8月（丰水期）在河道的上中下游设置8个采样点,进行桥边河大型底栖动物群落结构调查,利用Shannon-Wiener多样性指数、耐污值法和科级生物指数法（FBI）分别对各样点进行水质生物评价.调查结果显示,枯水期采集到底栖动物17个分类单元,共283个底栖动物;丰水期采集到16个分类单元,共301个底栖动物,丰水期大型底栖动物个体数略高于枯水期.水质生物评价结果显示,桥边河水质状况时空差异性明显,丰水期的水质状况优于枯水期,空间尺度上丰枯水期水质状况均为上游段 > 中游段 > 下游段.3种水质生物评价法对比分析显示,FBI科级生物指数的评价结果与实际情况更吻合,更适合桥边河水质评价,其研究结果可为中小河流生态系统健康评价提供参考.     

淮河流域典型河流夏秋季底栖动物群落特征及其与环境因子的关系

大型底栖无脊椎动物是河流生态系统的重要组成部分,对水生态环境的变化极为敏感,其群落结构特征可有效指示河流水质及生态健康状况.为掌握淮河流域主要河流强人为干扰下水生态健康状况,分别于2014年夏季和秋季对淮河干流及其主要支流上27个站点进行水质、沉积物及底栖动物采样分析,运用统计方法分析了该区域底栖动物组成、优势种、生物多样性、群落结构时空特征以及与环境因子的关系.结果表明两季共获62个分类单元,4297个底栖动物,主要以软体动物门(Mollusca)和昆虫纲(Insecta)为主,其中昆虫纲主要为双翅目(Diptera)、蜉蝣目(Ephemeroptera)和蜻蜓目(Odonata),分别占昆虫纲分类单元数的33.33%、21.21%和18.18%.其次,夏季平均密度为74.21 ind·m~(-2),平均生物量为7.89 g·m~(-2),优势种为米虾属(Caridina)和铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa);秋季平均密度为27.53 ind·m~(-2),平均生物量为1.13 g·m~(-2),优势种则为米虾属、直突摇蚊属(Orthocladius)、四节蜉属(Baetis)和环足摇蚊属(Cricotopus),但t检验差异分析发现,夏秋两季生物密度无显著空间差异(p=0.135),而生物量空间分布则表现出极显著差异(p=0.002).对比发现两季生物丰度的差异主要由软体动物门与甲壳纲(Crustacea)贡献;同时,昆虫纲类丰度分布也表现出季节性,夏季毛翅目(Trichoptera)明显多于秋季,而双翅目和蜉蝣目则显著少于秋季.冗余分析(RDA)发现水温、p H、总氮和沉积物重金属(Cd、Pb、Hg)的梯度变化是该区域底栖动物群落结构变化的主要驱动因子;其次,闸坝运行、边坡固化、岸边植被带及采砂活动等对底栖动物的栖息地与空间分布同样是重大干扰.     

基于底栖动物群落相似性的黑水河替代生境的研究

金沙江下游（以下简称“金下”）是重要的鱼类种质资源保护区,也是长江大保护关注的重要区域.在当前金下几座大型梯级水电站逐渐投入运行的背景下,区域内的水生态保护问题受到广泛关注.本研究中通过对金下3条主要支流（黑水河、西溪河和赤水河）进行底栖动物群落相似性分析,并结合环境因子对其相似性格局的影响进行了分析,探讨黑水河作为金沙江替代生境的可能性.研究发现,三条河流底栖动物主要由蜉蝣目、毛翅目和双翅目组成,三条河流中绝对优势类群均为蜉蝣目.黑水河和赤水河底栖动物的密度、生物量和生物多样性总体上高于西溪河.底栖动物群落相似性比较发现,黑水河与赤水河的上游群落结构相似性较高,且均以四节蜉科的敏感种为主要优势类群,而与距离黑水河更近的西溪河则表现出较低的相似性.典范对应分析发现海拔和总氮是影响底栖动物群落结构最显著的因子（P < 0.05）,分别代表了区域尺度的因子和局域生境的特征.虽然赤水河上游总体上受总氮影响较高,但相较于其他地区,其群落结构依然与黑水河上游更为相似,可能归因于两条河流更相似的物理生境.这表明即便在较大的空间尺度上,局域微生境对底栖动物群落仍具有较强的塑造作用.黑水河因与生态状况良好的赤水河在底栖动物群落相似性、生物量以及多样性特征上均较为相似,可以推测黑水河在该区域内可作为替代生境承担部分生态功能.     

多级闸坝对大型底栖动物群落日漂流规律的影响

河流中底栖动物的漂流模式是维持群落动态稳定的重要因素,闸坝改变了河流原有的水文节律,阻隔了底栖动物纵向漂流的连续性,闸坝对河流大型底栖动物群落的影响机制是近年来河流纵向格局维持研究的热点问题.2018年8月选择神农架国家级保护区的九冲河,在上游参照点(S1)、第一级电站取水口下游(S2)和第二级电站取水口下游(S3)布设3个样点开展24 h的日漂流监测,研究多级闸坝对大型底栖动物漂流类群、漂流节律和β生物多样性的变化.结果表明:①九冲河漂流的主要优势类群为蜉蝣目和毛翅目.②受堰坝阻隔影响,各样点漂流最优势物种发生了变化,S1样点为四节蜉(Baetis sp.),S2样点为花翅蜉(Baetiella sp.),S3样点为舌石蛾(Glossosoma sp.).③尽管各样点仍然以双峰型漂流模式为主,但参照点S1为“alternans”型的夜漂流,而坝下S2和S3样点则为“bigeminus”型的夜漂流,前者漂流密度的最大值出现在黎明前,而后者则为日落后.④坝下(S2和S3)漂流底栖动物的物种数明显低于参照点(S1),单因素方差分析表明闸坝阻隔具有显著的累积效应,3个样点漂流底栖动物的生物量之间存在差异显著(P < 0.05),漂流密度在参照点S1和坝下(S2和S3)的差异显著(P < 0.05).⑤基于Bray-Curtis相似性的聚类分析表明,S2样点群落发生了明显的分化,其日间样品均与S3样点聚为一类,而夜间样品全部与S1样点聚为一类.⑥采用无度量多维度标定排序(NMDS)进行的β多样性分析表明,S1样点漂流群落的昼夜差异性最小,S3样点的差异性最大.研究显示,九冲河小水电梯级开发造成了漂流型大型底栖动物群落结构、漂流规律和β生物多样性发生变化,3个样点的漂流优势类群发生改变,β多样性的变化随梯级闸坝呈现明显的累积效应,从长期来看会对河流生态系统的稳定性和生态功能造成深远影响.      

Development and preliminary application of a method to assess river ecological status in the Hai River Basin, north China

The river ecosystem in the Hai River Basin(HRB), an important economic region in China, is seriously degraded. With the aim of river restoration in the HRB, we developed a method to assess the river's ecological status and conducted a preliminary application of the method.The established method was a predictive model, which used macroinvertebrates as indicator organisms. The river's ecological status was determined by calculating the ratio of observed to expected values(O/E). The method included ecoregionalization according to natural factors, and the selection of reference sites based on combinations of habitat quality and macroinvertebrate community. Macroinvertebrate taxa included Insecta,Crustacea, Gastropoda, and Oligochaeta, with 39 families and 95 genera identified in the HRB. The HRB communities were dominated by pollution tolerant taxa, such as Lymnaeidae, Chironomus, Limnodrilus, Glyptotendipes, and Tubifex. The average Shannon–Wiener index was 1.40 ± 0.5, indicating a low biodiversity. In the river length of 3.31 × 10~4 km, 55% of the sites were designated poor, with a bad ecological status. Among nine secondary river systems, Luan and Zi-ya had the best and worst river conditions,respectively. Only 17 reference site groups were selected for river management in the 41 ecoregions examined. This study lays the foundation for river restoration and related research in the HRB, and we anticipate further developments of this novel method.