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.      

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.     

太子河流域大型底栖动物栖境适宜性

应用加权平均法和无度量多维标定(NMS)法,检测到影响太子河流域大型底栖动物空间分布最重要的栖境因子依次为底质、流速和水深. 对太子河流域大型底栖动物主要优势类群的栖境适宜度进行研究,结果表明:不同物种对生境表现出明显的趋异性,多数物种喜栖息在粗糙卵石底质的生境; 大型底栖动物的流速偏好性与其摄食方式、生活型和形体结构相关,对水深的偏好性差异较小. 对该流域主要优势种热水四节蜉(Baetis thermicus)的栖境适宜性研究表明,热水四节蜉偏好小卵石底质,最适流速为0.4 m/s,最适水深为0.2 m. 栖境适宜度指数的预测模型显示,热水四节蜉个体数在多数采样点的实测值小于预测值,表明除栖境指标外,其他的环境要素亦对该种的分布有重要影响.      

松花江下游底栖动物群落结构与水质生物学评价

1999—2005年对松花江下游江南屯断面及支流梧桐河断面进行了11次底栖动物生态调查.调查期间共发现底栖动物39种,其中水生昆虫21种,软体动物12种,环节动物4种,甲壳动物2种.江南屯与梧桐河底栖动物的种类组成呈现显著差异,在发现的39种底栖动物中,仅有14种于两断面都有分布.分布于江南屯断面的主要底栖动物及其出现率为:纹石蚕100%,箭蜓80%,黑龙江短沟蜷80%,钩虾80%,二尾蜉60%,细蜉60%,灯蛾蜉60%,东北田螺60%.分布于梧桐河断面的主要底栖动物及其出现率为:黑龙江短沟蜷100%,东北田螺100%,扁蛭100%,珍珠蚌60%.从栖息密度来看,梧桐河断面中软体动物密度最大, 优势种为东北田螺,江南屯断面则以水生昆虫占优势.此外,两断面的底栖动物数量在不同年份也存在显著变化.水质生物学评价结果表明,梧桐河断面多年处于中污染状态,江南屯断面的污染状况在总体上较梧桐河断面轻,这主要是由于梧桐河断面高负荷的耗氧有机物引起水体中溶解氧含量匮乏,从而导致底栖动物的生存条件严重恶化.      

澜沧江小湾水坝运行前后大型底栖动物群落及水质评价

为探究大型河流建坝前后大型底栖动物群落动态及水生态系统的变化情况,选取澜沧江中游小湾水坝库区及下游河段为研究区,结合流域梯级水坝建设规划,分别于2008年、2010年、2011年和2016年开展大型底栖动物定点采样调查,分析水坝运行前后大型底栖动物群落物种组成、密度、生物量、功能摄食群的变化,并开展水质评价和库区总生物量分析.结果表明:大型底栖动物群落优势种由适应自然河流急流生境的昆虫纲蜉蝣目、襀翅目和毛翅目（EPT种类）演变为适应水库静水环境的双翅目摇蚊科和寡毛纲种类;密度和生物量与蓄水前相比显著降低,表现为坝前静水区低于上游过渡区的分布格局;功能摄食群由掠食者种类占优势演变为收集者占优势;基于Goodnight-Whitley指数的水质评价结果表明,库区水质相比蓄水前有逐渐变差的趋势,坝前静水区与过渡区相比水质相对较差;库区大型底栖动物总生物量显著低于蓄水前自然河流时期.研究显示,由于澜沧江小湾水坝蓄水后生境条件的变化,库区大型底栖动物群落及其分布格局发生了明显变化,同时受澜沧江上游河段梯级开发的影响,库区大型底栖动物群落还处于动态变化过程中.      

牡丹江中游底栖动物分布及其与栖境因子的关系

2013年秋季对牡丹江中游的3条河流(牡丹江、蛤蟆河、卧龙溪)150km河段进行大型底栖动物野外采样,共采集到大型底栖动物18种,隶属于3门5纲11目16科,其中昆虫纲(Insecta)、腹足纲(Gastropoda)和寡毛纲(Oligochaeta)物种居多.通过典范对应分析(CCA),研究大型底栖动物群落结构与主要的栖息地环境因子之间的相关关系,并通过香农-威纳(Shannon-Wiener)指数等生物多样性指数分析评价河流等级对物种多样性的影响.研究表明,流速、溶解氧、底质中的砾石含量是牡丹江中游影响大型底栖动物分布的关键栖息地环境因子,河流等级对底栖动物群落结构有一定影响,牡丹江干流底栖动物物种多样性高于支流,平均生物密度低于支流,且河流间等级差距越大,差异越显著.     

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.     

春季北京市河流大型底栖动物群落结构特征及影响因子分析

2019年春季(3～5月)在北京市开展了17个水体20个断面的大型底栖动物调查,分析其群落结构特征与环境因子的关系.共采集并鉴定出大型底栖动物64个分类单元(种),分属3门6纲32科.结果发现,北京不同区域河流大型底栖动物的密度组成、优势种和物种数存在较大的空间差异,山区是水生昆虫密度最大的区域,平均密度为33.95ind.·m~(-2),主要优势种为蚋科(Simuliidae sp.)、纹石蛾(Hydropsyche sp.)和高山似突摇蚊(Paraciadius alpicola);郊区摇蚊幼虫和寡毛纲的平均密度最大,分别为82.58ind.·m~(-2)和36.21ind.·m~(-2),主要优势种为小云多足摇蚊(Polypedilum nubeculosum)和苍白摇蚊(Chironomus pallidivittatus);市区以腹足纲的密度最大,为88.75ind.·m~(-2),主要优势种为铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)和梨形环棱螺(Bellamya purificata).市区和郊区发现的物种数均比山区多14种.CCA典范对应分析结果表明,营养盐浓度是影响郊区大型底栖动物群落结构的主要因素,人类活动强度和水温是影响市区和山区大型底栖动物群落结构的主要因素.     

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.     

西藏柴曲藏布流域大型底栖动物群落结构与浮游生物、环境因子的相关性分析

于2021年调查了西藏柴曲藏布流域大型底栖动物的丰度和摄食功能类群的组成,运用群落状态指数（IICS）定量评估大型底栖动物群落状态,并采用PLS模型、Spearman秩相关和典范对应分析方法（CCA）探讨了大型底栖动物与浮游生物各类群、环境因子之间的关系.结果表明：柴曲藏布流域大型底栖动物主要为收集者、撕食者和捕食者,其中大多为EPT种类（蜉蝣目Ephemeroptera、襀翅目Plecoptera、毛翅目Trichoptera）,群落状态指数的站点间差异不显著.该流域大型底栖动物与后生浮游动物的生物密度间有中等程度的相关性,与浮游植物之间无相关性,并且受水温、总氮、电导率、海拔、溶解氧浓度、总磷等环境因子的影响较大.     

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.      

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.      

Effect of streambed substrate on macroinvertebrate biodiversity

Macroinvertebrates are important components of stream ecosystems, and are often used as indicator species for the assessment of river ecology. Numerous studies have shown that substrate is the primary physical environmental variable affecting the taxa richness and density of macroinvertebrates. The aim of this work is to study the effects of the characteristics of streambed substrate, such as grain size, shape, and roughness, on the composition and biodiversity of macroinvertebrates. A field experiment was done on the Juma River, a second-order mountain stream in northern China. Substrata of cobbles, hewn stones, pebbles, coarse sand, and fine sand were used to replace the original gravel and sand bed in a stretch of 30 m in length. The sampling results indicated that the macroinvertebrate assemblage is significantly affected by the grain size, porosity and interstitial dimension of the substrate, while it is rarely affected by the shape and the surface roughness of the experimental substrata. Macroinvertebrate compositions in cobbles and hewn stones were stable and changed least over time. The taxa richness and density of individuals in the substrata of cobbles, hewn stones, and pebbles are much higher than in those of the coarse sand and fine sand. __________ Translated from Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2007, 47(9): 1553–1556 [译自: 清华大学学报(自然科学版)]     

三峡库区支流梅溪河附石藻类群落变化及其与环境因子的关系

为了解不同水文期三峡库区支流附石藻类与环境因子的关系,分别于丰水期（2016年8月）、枯水期（2016年11月）及平水期（2017年3月）这3个时期,对三峡库区支流梅溪河非回水区和回水区的26个采样点附石藻类进行采样并对其相关环境因子进行分析.结果表明,3个水情期,共鉴定出附石藻类5门47属106种（含变种）.其中,丰水期采集到73种,隶属5门38属,枯水期67种,隶属4门36属,平水期63种,隶属4门33属.丰水期、枯水期和平水期优势种分别为19种、17种和18种,丰水期的主要优势种属为曲壳藻属、束丝藻属和席藻属,枯水期为异极藻属、曲壳藻属和舟形藻属,而平水期为异极藻属、曲壳藻属和色球藻属.3个时期共有的优势种为扁圆卵形藻（Cocconeis placentula）、曲壳藻（Achnanthes sp.）、近棒形异极藻（Gomphonema subclavatum）、小型异极藻（G.parvulum）、小型舟形藻（Navicula parva）和缢缩异极藻（G.constrictum）.冗余（RDA）分析表明,回水区的附石藻类优势种相对丰度与电导率（Spc）、溶氧（DO）、pH、总磷（TP）和总氮（TN）的变化相关,而在非回水区,附石藻类优势种相对丰度主要与电导率（Spc）、pH、总磷（TP）、水温（WT）和流速（v）的变化有关.3个时期,影响附石藻类环境因子具有差异,然而,3个时期小型异极藻、缢缩异极藻和曲壳藻等优势种的相对丰度均与总磷呈负相关,与pH呈正相关.这些结果表明三峡库区不同水文期及水环境变化对附石藻类群落组成具有重要影响,导致群落结构发生变化.     

永定河底栖动物生物完整性指数构建与健康评价

构建大型底栖动物生物完整性指数是河流健康评价与河流修复的重要步骤.根据2017年4月永定河流域23个采样点的大型底栖动物生物监测数据,基于监测点水质状况与栖息地质量综合评估指数得分,选择潮白河水系大型底栖动物类群相似且人为干扰较小的5个监测点作为参照区域,构建永定河B-IBI（大型底栖动物生物完整性指数）.通过对大型底栖动物33个生物参数的分布范围检验、判别能力分析和Spearman相关性检验,最终确定永定河B-IBI由总分类单元数、蜉蝣目（E）-襀翅目（P）-毛翅目（T）个体相对丰度、优势分类单元个体相对丰度、摇蚊科个体相对丰度、敏感类群分类单元数、科级耐污指数（family biotic index,FBI值）等6个核心参数构成.采用生物完整性研究中常用的比值法和三分法构建的B-IBI评价得分体系.结果表明,两种方法计算出的B-IBI均具有较高的判别能力,均能较好地判别参照水体和受损水体的健康状况,二者具有较高的相关性和一致性（R>0.90）.永定河河流健康评价结果表明,洋河、桑干河和永定河干流监测点B-IBI平均得分分别为1.97、1.86和1.78,妫水河B-IBI平均值为2.48,23个采样点中有16个处于较差状态,7个处于一般状态.相关性分析表明,B-IBI指数与栖息地质量综合评估指数得分、ρ（DO）呈显著正相关,与ρ（NH₄+）、浊度、电导率呈显著负相关,表明B-IBI指数对于栖息地人为干扰和水质污染均具有较强的指示作用.研究显示,永定河大型底栖动物生物完整性基本丧失,全流域底栖动物群落呈现全面退化趋势,识别影响大型底栖动物群落的关键要素、恢复永定河河流生态系统结构和功能研究亟待开展.      

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.     

三峡库区香溪河流域非点源氮磷负荷分布规律研究

三峡水库蓄水后,水动力条件改变,营养盐不断累积,导致库区部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河支流为研究区,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型进行不同时空尺度非点源氮磷分布式模拟和分析.结果表明:径流和营养盐负荷受降雨影响并与其呈正相关关系,丰水年总氮(TN)和总磷(TP)负荷分别为3.48×103t和0.40×103t,枯水年分别为2.04×103t和0.23×103t,在4—9月丰水期,TN和TP贡献率分别为84.1%和89.4%;TN和TP负荷强度空间差异较大,差异系数分别为0.34和0.58,TN最大值和最小值分别为29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别为4.900 kg·hm-2·a-1和0.535 kg·hm-2·a-1;TN以硝氮(NO-3-N)为主,TP以矿物磷(MIN-P)为主,TN与TP的相关系数r为0.9258,TP与MIN-P的相关系数r为0.8596,有机氮(ORG-N)与有机磷(ORG-P)的相关系数r为0.9839,氨氮(NH+4-N)与亚硝氮(NO-2-N)的相关系数r为0.9723;污染控制的重点支流是高岚河流域和古夫流域,尤其是耕地面积比例较大的水月寺,黄粮、榛子、古夫4个乡镇,以及库湾周边的七里溪.