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.      

太子河流域不同水生态区鱼类群落分布与环境因子的关联性

为了研究影响鱼类群落分布的环境因子在不同水生态区间的差异性,基于太子河流域3个水生态区,于2010年8月调查了全流域53个采样点的鱼类群落分布及水体理化环境因子,利用F-IBI(鱼类完整性指数)对河流健康进行评价,并对影响太子河流域不同水生态区鱼类群落分布和河流健康的环境因子进行筛选分析. 结果表明:水生态Ⅰ区(上游山地区)整体表现为健康,Ⅱ区(中游丘陵区)以处于健康状况的采样点居多(45%),Ⅲ区(下游平原区)健康状况不佳,处于一般、差、极差等级的采样点占到90%. 通过比较不同水生态区良好(F-IBI≥50.03)和不健康(F-IBI≤37.06)状况对应采样点的环境因子发现,水生态Ⅰ区内ρ(TN)差异显著(P<0.05),Ⅱ区内表现为林地面积所占比例差异显著(P<0.05),Ⅲ区内海拔、ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)的差异显著(P<0.05). 典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果显示,影响鱼类群落分布的环境因子在水生态Ⅰ区为平均流速(F=2.75, P=0.005),在Ⅱ区为林地面积所占比例(F=2.65, P=0.003),在Ⅲ区则为ρ(COD_Cr)(F=3.83, P=0.001)、平均流速(F=3.42, P<0.001)、ρ(TP)(F=3.46, P=0.001)和pH(F=2.90, P=0.002). 研究显示,在制订流域鱼类保护方案时,应当充分考虑不同水生态区特定环境因素的影响.      

影响浑太河流域鱼类群落结构的不同尺度环境因子分析

于2012年5月对浑太河流域65个采样点的鱼类进行调查采样.共采集到鱼类40种,分属9目14个科33属.其中鳅科鱼类占13.21%,鲤科占65.83%,构成了浑太河鱼类群落的主要部分.不同河流鱼类群落也有所不同,浑太河流域鱼类可分为2种分布类型,即上游林地为主的区域及支流源头区和中下游平原区.太子河葠窝水库上游和浑河大伙房水库上游区域的优势种类为北方条鳅(Nemachilus nudus)、北方花鳅(Cobitis granoei)和洛氏鱥(Phoxinus lagowskii),浑河和太子河平原区的优势种类为鲫(Carassius ayratus)和餐条(Hemiculter leucisculus).采用典范对应分析(CCA)方法定量分析流域、河段和微生境尺度环境因子对鱼类空间分布的影响.结果表明,浑太河流域鱼类空间分布主要受到流域和河段这2种尺度上环境因子的影响.在流域尺度上,林地、城镇建设用地、海拔对鱼类空间分布表现出显著影响,在河段尺度上,溶解氧、总氮、pH和栖息地质量对鱼类空间分布表现出显著影响.而微生境尺度上的底质类型则未对鱼类空间分布产生显著影响.流域尺度环境因子对鱼类群落结构变异的解释率为7.66%,河段尺度环境因子对鱼类群落结构变异的解释率为10.57%.河段尺度环境因子对鱼类群落结构的影响更为显著.     

浑太河流域鱼类生物完整性指数构建与应用

为了解决在不同区域和不同河流类型间等大尺度范围内F-IBI(鱼类生物完整性指数)评价方法体系的建立问题,以浑河-太子河(下称浑太河)流域为研究区域,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. 于2014年5月对浑太河流域32个采样点的鱼类进行采样调查,根据鱼类群落特征的空间差异和浑太河流域水生态分区,将采样点分为中上游和下游区域两种类型. 通过综合栖息地和水质的标准化方法确定参照点和受损点,依据候选指标分布范围检验、敏感性分析和相关性检验,筛选出浑太河流域中上游F-IBI核心指标包括总物种数、Shannon-Wiener多样性指数、鲤形目鱼类物种数百分比、雅罗鱼亚科个体数百分比、鳅科鱼类物种数百分比、鲈形目鱼类物种数百分比、杂食性鱼类物种数百分比、肉食性鱼类物种数百分比、敏感性鱼类个体数百分比等9个指标;下游筛选出F-IBI核心指标包括总物种数、Shannon-Wiener多样性指数、鮈亚科鱼类物种数百分比、鲈形目鱼类物种数百分比、虾虎鱼科鱼类物种数百分比、中上层鱼类物种数百分比、东北特有鱼类物种数百分比、无脊椎动物食性鱼类物种数百分比、耐受性鱼类个体数百分比等9个指标. 分别提出了浑太河流域中上游和下游的参数标准化公式和健康评价标准,依此将浑太河流域健康状态划分为极好、好、一般、差和极差5个健康等级. 评价结果表明,浑太河流域健康状况整体偏差,在32个采样点中,健康状况处于差和极差的采样点占采样点总数的37.5%,一般的采样点占21.88%,仅有6.25%的采样点处于极好状态. Pearson相关性分析结果显示,F-IBI分值与电导率、ρ(BOD₅)、ρ(COD_Cr)、ρ(NH₃-N)和ρ(TN)均呈显著负相关,而与栖息地综合指数呈显著正相关,表明F-IBI可有效评估浑太河流域的健康状况.      

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).      

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.      

太子河流域水生态功能Ⅱ级区的划分

流域水生态功能Ⅱ级区是实施流域层面水生生物多样性保护的重要依据. 以太子河流域为研究对象,开展分区指标筛选技术方法研究,通过指标的空间变异性、主导性及其与水生态因子相关性分析,从年均气温、年降水量、年蒸发量、高程、坡度、坡向和NDVI(归一化植被指数)等备选分区指标中筛选出适宜分区指标,在此基础上采用ISODATA(迭代自组织数据分析方法)非监督分类方法划分了太子河水生态功能Ⅱ级区. 结果表明,高程和NDVI具有良好的空间敏感性、主导性以及与水生态因子的相关性,可以反映地貌和植被对太子河水生态系统的影响,是太子河流域水生态功能Ⅱ级区划分的适宜指标. 采用上述指标可将太子河流域划分为3个水生态功能Ⅱ级区:①上游山地森林河流水生态亚区,平均海拔511m,区内以浅水性鱼类和激流性大型底栖动物为主;②中游丘陵森林河流水生态亚区,平均海拔282m,区内以溪流性鱼类和缓流性大型底栖动物为主;③下游平原农业河流水生态亚区,平均海拔65m,区内多受人类活动干扰,以耐污性大型底栖动物为主,少见鱼类.      

太子河流域不同水生态区EPT群落时空分布特征

为了解同一流域不同水生态区EPT〔蜉蝣目(Ephemeroptera)、襀翅目(Plecoptera)、毛翅目(Trichoptera)〕这一敏感类群的时空分布差异及其影响因素,于2009年枯水期(5月)和丰水期(8月)分别对太子河流域3个水生态区进行了野外调查. 结果表明:太子河流域上游区域的水生态Ⅰ区EPT物种数(64种)显著高于中下游区域的水生态Ⅱ区和Ⅲ区,其中,仅毛翅目物种数在丰水期显著高于枯水期. 典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果显示,水生态Ⅰ区影响EPT群落分布的环境要素为电导率和水温,而水生态Ⅱ区、Ⅲ区则为电导率、φ(细沙)、ρ(BOD₅)、ρ(TP)和ρ(NH₃-N). 枯水期影响EPT群落分布的因素为电导率、建设用地面积所占比例和ρ(BOD₅),丰水期为电导率、ρ(SS)、耕地面积所占比例和水温. 偏线性回归(partial linear regression,PLR)分析显示,水生态Ⅱ区物种和环境要素的模型总解释率最高(均约为0.60),其他2个区次之(水生态Ⅰ区、Ⅲ区总解释率分别为0.13~0.43、0.13~0.53),丰水期模型的总解释率为0.33~0.78,而枯水期模型的总解释率为0.43~0.71. 相对于单一环境要素模型,不同类型环境要素的联合模型对太子河流域EPT群落空间变异具有更好的解释效力.      

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.      

影响太子河流域鱼类空间分布的不同尺度环境因子分析

鱼类的退化受到不同类型环境因子的影响,为制定更合理的鱼类保护计划,本研究采用了非度量多维标度法(NMS)研究了太子河流域不同尺度环境因子对鱼类空间分布的影响.鱼类聚类结果发现太子河流域鱼类可分为3种分布类型区,即上游森林及支流源头区、中游山地区和下游平原区.NMS分析表明太子河流域鱼类空间分布受到流域、河段和微生境这3种尺度上环境因子的影响,海拔、河流等级和土地利用在流域尺度上对鱼类分布表现出显著影响,速度与深度结合等级、栖境复杂性等级和电导率等因子在河段尺度上表现出显著作用,底质等级是在微生境尺度上具有显著作用.因此,在流域鱼类保护管理中应考虑不同尺度上环境因子的影响.     

太子河河岸带土地利用类型与硅藻群落结构的关系

为了评价河岸带土地利用对河流硅藻群落的影响,于2012年5月对太子河河岸带4种主要土地利用类型(森林用地、森林耕作用地、耕地、城镇建设用地)下38个采样点的硅藻群落和水环境特征进行采样分析. 结果表明:森林用地的指示种为膨大桥弯藻(Cymbella turgida)、优美桥弯藻(C. delicatula)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、Gomphonema trancatum等寡污指示种;耕地的指示种为颗粒直链藻(M. granulate)、库津小环藻(Cyclotella kuetzingiana)、线形菱形藻(N. linearis)、尖布纹藻(Gyrosigma acuminatum)等污染指示种. 聚类分析结果显示,相同土地利用类型区域内,硅藻群落结构特征较为相似. 典范对应分析显示,ρ(COD_Mn)、ρ(SS)(SS为悬浮物)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)是影响硅藻群落结构特征的主要水环境因子. 不同土地利用类型区域内硅藻群落结构特征差异显著,其中,森林用地内硅藻生物指数(17.98)和硅藻属数量(17.33个)最高,Shannon-Wiener多样性指数(2.22)和Pielou均匀度指数(0.54)最低;耕地内Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数平均值最高,分别为3.37和0.82;城镇建设用地内物种丰富度(11.00)、硅藻生物指数(9.20)和硅藻平均密度(0.71×104 L-1)最低. 研究显示,不同土地利用类型通过对水环境因子的影响进而影响硅藻群落的变化,其中城镇建设用地面积所占比例较高的河流水环境质量和硅藻群落状况最差;太子河河岸带土地利用类型对河流硅藻群落结构影响显著,并表现出明显的空间异质性.      

滦河流域鱼类群落结构空间异质性与影响因子分析

掌握鱼类群落结构与环境因子的关系是河流鱼类多样性保护与恢复的基础.基于2016年10月对滦河流域58个采样点的调查数据,通过聚类分析法及NMS（非度量多维标度法,non-matric multidimentionalscaling）分析了滦河鱼类群落空间格局特征,并采用典范对应分析（CCA,canonical correspondence analysis）探讨了影响鱼类群落结构的环境因子.调查期间共采集鱼类15科41属49种,鲤科鱼类最多,为23种.研究表明:①聚类分析发现鱼类空间分布可分为3组,第1组集中在滦河干流中下游及支流汇入干流附近河段,第2组集中在冀东部独流入海的河流,第3组集中在滦河干支流的中上游河段.②NMS结果也证明3组在空间分布上差异明显,第2组与第3组之间没有重叠.③物种数、Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数和Simpson多样性指数在第1组与第3组之间存在显著差异,而Simpson多样性在第2组与第3组之间也存在显著差异.④单因素方差分析（one-way ANOVA）显示,第1组与第2组、第3组相比,水温与两组之间都有显著性差异,第2组与第1组、第3组之间在电导率、TDS（总溶解固体）、栖境复杂性、速度-深度结合、堤岸稳定性和河水水量状况有显著性差异.⑤典范对应分析发现,影响滦河流域的环境因子包括TDS、浊度、pH与水温等4个水体理化参数以及底质与堤岸稳定性2个栖息地质量参数.研究显示,基于对滦河流域鱼类空间异质性和相关环境影响因子的理解,可为该流域鱼类多样性保护及管理对策制订提供方向.      

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.      

南京外秦淮河河岸带原生植被初步调查

对南京外秦淮河河岸带原生植被进行了初步调查.外秦淮河河岸带原生植被共有28科、50属、53种,其中漂浮植物4种,占7.55%,沉水植物1种,占1.89%,挺水和湿生植物13种,占24.53%,陆生草本和藤本植物24种,占45.28%,乔木和灌木11种,占20.75%.在概括外秦淮河自然环境和分析原生植被主要特征的基础上,提出在进行河岸带植被群落重建时应注重闸下段河岸带植被群落的重建,增加沉水植物、浮叶植物和观赏性植物的种植.另外,植被群落可按河道垂向的常水位以下区域、变化水位区域和洪水位以上区域来构建.     

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.     

基于鱼类保护目标的太子河环境流量研究

环境流量是流域水资源合理配置的基础.因此,本文借鉴FLOWS法,以太子河重要鱼类为保护目标,构建了流量组分与鱼类生态需求关系模型.同时,结合栖息地指标与流量关系曲线,计算了包含基流、脉冲流、平滩流和漫滩流4种组分在内的太子河环境流量.结果表明：太子河本溪、辽阳、唐马寨河段鱼类保护年基流量分别为2.93×108、3.12×108、2.88×108m3;现状径流总体可以满足年基流量的要求,但水文过程需要通过水库调度以匹配鱼类生态过程.推荐的各河段脉冲流、平滩流和漫滩流的量级、频率、历时、出现时间等水文参数,可以体现环境流量组分与自然径流过程的一致性要求.该研究可为太子河流域水库生态调度提供理论依据.