河流水动力条件对大型底栖动物分布影响研究进展

大型底栖无脊椎动物(简称"底栖动物")是河流生态系统重要的生物类群,其组成与分布受河流水动力条件影响显著.对世界范围内不同气候带的7条大型河流的研究发现,底栖动物在河流纵向上展现出了明显的分布特征:①山区树线以上,粗颗粒有机物有限,直接收集者占绝对优势,其中流速大的河段以适应流水的摇蚊幼虫为主,流速低的河段以寡毛类为主.②树线以下的上游河段,充足的凋落物进入河流,流速大的河段以抗冲刷能力强的水生昆虫(如蜉蝣目)为主,流速低的河段以寡毛类和摇蚊幼虫为主.③中下游河段以及河口地区,河流比降小、水深大、流速小、底质较细,受一定程度的人类活动影响,寡毛类、摇蚊幼虫和软体动物等较为常见,其中寡毛类和软体动物主要栖息在淤泥底质中,摇蚊幼虫在沙质河中更为常见.底栖动物的物种数量及组成与底质的稳定性、河流含沙量、降水量等因素相关.水动力条件中的底质、含沙量及流速对底栖动物的影响最为显著:①底栖动物物种数随着底质粒径和稳定性的降低而减少,在卵石底质中达到最大值.②含沙量增加导致底栖动物的物种数和密度显著下降.③汛期水动力条件的改变直接导致底栖动物密度和优势种变化,汛期过后则优势种恢复,密度达到年内最大值.研究推测气候通过影响底栖动物食物网来影响其密度,而不是种类.建议今后增强气候变化对底栖动物食物网及密度综合影响的研究.     

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.     

夏季漓江不同底质类型和沉水植物对底栖动物分布的影响

2012年8月对漓江流域的河床底质、沉水植物、底栖动物和相关环境因子进行了调查,共采集了8个区域,底质类型分为淤泥、卵石、砾石3种底质,植物类型分为无水草(No plant)、亚洲苦草(Vallisneria spiralis)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、亚洲苦草+轮叶黑藻(Vallisneria spiralis+Hydrilla verticillata)4种类型,共采集大型底栖动物42种,隶属6纲34属,采用物种相似性、密度和生物量、功能摄食类型、多样性指数等参数,利用CLUSTER、NMDS和单因素方差(One-way ANOVA)分析方法,研究底栖动物在不同区域的差异.不同底质中的底栖动物物种组成、密度、生物量、功能摄食类型相对丰度、Shannon-Wiener指数和Margalef物种丰富度指数都有明显差异,尤其是淤泥底质差异显著(p0.05);在相同底质中,沉水植物的存在使底栖动物物种相似度、生物量、滤食者相对丰度有一定增加,总密度有一定程度的减小;在卵石底质中,轮叶黑藻中的底栖动物总生物量、功能摄食类型相对丰度和亚洲苦草中差异较大;在砾石底质中,亚洲苦草和亚洲苦草+轮叶黑藻中的底栖动物参数差异很小.通过冗余分析(RDA)能较好的解释差异的产生,底质类型对底栖动物分布的影响比沉水植物类型大,而且两者有较强的交互作用.     

太子河流域大型底栖动物群落结构空间分布特征

根据2009年5月太子河流域大型底栖动物野外调查结果,分别采用聚类分析(CA)、偏典范对应分析(pCCA)和指示种分析等方法,探讨了大型底栖动物在太子河流域的空间分布特征,确定了影响该流域大型底栖动物空间分布的主要环境要素,分析了不同生态区中大型底栖动物的群落差异. 结果显示,太子河流域大型底栖动物群落的空间分布差异明显,可将其划为3个空间分布区,即上游山地生态区、中游丘陵生态区和下游平原生态区;土地利用、水污染、河道物理特征和基本水质指标是影响该流域大型底栖动物群落分布的主要环境要素,总体解释率约为36.6%. 表明太子河流域大型底栖动物受到多种人为活动的干扰.      

香溪河大型底栖动物24 h漂流规律研究

漂流行为是大型底栖动物适应河流水文过程的重要生物行为,也是研究河流底栖动物时空分布过程的重要依据,研究底栖动物的漂流规律对了解河流生态系统纵向格局的形成过程和演变机制具有重要意义.2017年8月选择湖北省香溪河的2条支流（九冲河与高岚河）研究大型底栖动物的漂流种类、昼夜节律和功能摄食类群构成.结果表明:①九冲河与高岚河漂流底栖动物均以蜉蝣目（Ephemeroptera）占绝对优势,相对丰度分别为76.9%、96.1%.九冲河的漂流物种数（35种）远高于高岚河（14种）.②优势物种分析表明,九冲河的优势物种为高翔蜉（Epeorus sp.）、弯握蜉（Drunella sp.）、四节蜉（Baetis sp.）、花翅蜉（Baetiella sp.）、扁蚴蜉（Ecdyonurus sp.）、沼石蛾（Limnophilidae sp.）、等翅石蛾（Philopotamidae sp.）和蚋（Simulium sp.）,高岚河的优势物种为花翅蜉和高翔蜉.③2条河流大型底栖动物的漂流均为显著的夜漂流类型,且漂流高峰期均出现在06:00.九冲河的夜漂者以襀翅目（Plecoptera）为主,高岚河以蜉蝣目为主.不同物种漂流的昼夜节律不同,高翔蜉、弯握蜉、扁蚴蜉、沼石蛾、等翅石蛾和蚋的第1个漂流密度高峰期均出现在20:00-22:00;四节蜉的第1个漂流密度高峰期出现在04:00-06:00;而花翅蜉的第1个漂流密度高峰期在九冲河出现的时间为04:00-06:00,在高岚河为02:00-04:00.④昼夜间漂流底栖动物的功能摄食类群和生活类型群落组成也有一定差异,但总体来看,漂流者的功能摄食类群均以收集者为主,以游泳生活者占主要优势.研究显示,九冲河与高岚河底栖动物的漂流节律表现出明显的差异性,其人为活动强度的差异是造成漂流规律差异的主要原因.      

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.     

辽东湾潮间带夏季大型底栖动物群落结构研究

在对2014年8月辽东湾潮间带10个断面采集的生物样品进行鉴定分析的基础上,采用物种多样性指数、物种丰富度指数和物种均匀度指数分析该潮间带大型底栖动物的物种多样性,运用群落聚类、MDS排序和ABC曲线分析潮间带大型底栖动物群落的结构特点,并进一步分析阐述了大型底栖动物群落特征的分布原因。调查共发现大型底栖动物85种,其中软体动物门50种;节肢动物门20种;环节动物门8种;腔肠动物门2种;棘皮动物门1种;其他动物4种。平均栖息密度和平均生物量分别为321.07个/m2和62.47 g/m2。数据分析显示,辽东湾潮间带各断面大型底栖动物群落受到不同程度的干扰,其群落特征分布主要受底质、生境、季节和人为干扰等因素影响。     

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.     

流域景观格局对大型底栖动物群落结构的影响研究——以太子河山区段为例

为研究太子河山区段大型底栖动物群落结构与陆地景观因子之间的相互关系,以水生态调查和遥感解译数据为基础,采用主成分分析和回归分析的方法分析了景观格局指数与大型底栖动物群落结构指数的关系,结果表明:大型底栖动物的物种数、EPT科级分类单元数(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目)和ASPT指数与景观聚集度指数、最大斑块指数、连通度指数呈显著正相关,与景观香农多样性指数、分离度指数、景观形状指数呈显著负相关。研究结果反映了流域景观斑块的破碎化和人为干扰会对底栖动物群落结构产生负面影响,可以指导以保护河流大型底栖动物群落为目标的流域景观格局优化。     

环渤海潮间带秋季大型底栖动物生态学研究

对2008年9月在环渤海11个潮间带进行生态调查所获得的30个生物样品,以及对现场测定的温度,pH和ρ(DO)与沉积物样品分析的基础上,阐述了环渤海潮间带大型底栖动物群落的结构特点,并进一步分析了大型底栖动物与环境因子的关系. 调查共发现大型底栖动物76种,其中多毛类动物25种,软体动物24种,甲壳动物19种,其他类动物8种. 大型底栖动物的栖息密度和生物量分别为(367.40±187.30)m-2与(100.90±56.40)g/m2. 数据分析显示,环渤海潮间带大型底栖动物群落的优势种不明显,优势度大于1%的仅有4种,分别为托氏昌螺、四角蛤蜊、哈氏美人虾和中华近方蟹. 物种多样性指数则以位于渤海口的莱州湾最高,为1.909. 11个采样区域的大型底栖动物群落结构相似性总体较低,相似系数约为20%. 相关分析表明,大型底栖动物的种类数量、栖息密度和生物量与底质类型显著相关,而与温度,pH和ρ(DO)无明显的对应关系. 与历史资料相比,过去的30 a,环渤海潮间带大型底栖动物的种类数量因周围生存环境的变化以及污染等因素的影响而明显减少.      

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.      

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.     

流域水生态功能Ⅲ级区划分技术

流域水生态功能Ⅲ级区划分的目的是反映水生态功能Ⅱ级区内水生态系统功能差异,识别区划单元的主导水生态功能类型,为制订水生态保护目标提供支撑. 其划分方法:①确定划分流域的水生态功能备选类型;②选取典型的功能评价指标;③采用定量和半定量评价、功能等级划分、空间叠加、分区校验等方法,完成流域水生态功能Ⅲ级区划分. 以太子河流域为例,先确定5个水生态功能类型(生物多样性维持功能、生境维持功能、水资源支持功能、营养物循环维持功能和社会承载功能),按照划分方法最终将太子河流域划分为17个水生态功能Ⅲ级区. 水生态功能Ⅲ级区的划分应兼顾水体和陆地生态系统的功能要求,构建流域水生态管理模式的基础.      

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.      

太子河流域莠去津的空间分布及风险评价

应用气相色谱-质谱联用仪(gas chromatograph-mass spectrometer,GC-MS),分析了莠去津(atrazine,AT)在太子河流域地表水、悬浮物和地下水中的含量水平,以及AT在该流域水体环境中的分布特征与环境行为,并对地表水中的AT污染程度进行了初步评价.结果表明,太子河流域地表水中ρ(AT)为0~734.0 ng·L-1,悬浮物中ω(AT)为0~1 496.6 ng·g-1,地下水中ρ(AT)为30.0~245.0 ng·L-1,其算术平均值分别为335.3 ng·L-1、382.9 ng·L-1和104.4 ng·L-1.AT在太子河流域地表水中水相-悬浮物相的有机碳标准分配系数(lg koc)介于3.50~4.14,表明悬浮物的吸附是水体中AT迁移的一个重要途径.AT在太子河流域地表水体中(水相和悬浮物相)的通量介于1.5~184.7 mg·s-1之间,最高值出现在中游地区.风险评价结果显示,地表水中AT的生态风险很小,95%以上的物种能够得以保护,但太子河流域地表水中AT的残留水平可能具有一定的潜在危害.     

不同大型底栖动物快速生物评价指数对河流水质指示比较

大型底栖动物是河流健康评价中最常用的生物类群,鉴于在大区域/流域进行大量生物样品采集与生物评价时需要消耗大量的野外调查时间、实验室内鉴定时间等时间成本的问题,基于浑太河流域98个采样点的大型底栖动物数据(如物种、丰度、敏感值等)和环境因子〔ρ(COD_Mn)、ρ(NH₃-N)、ρ(TN)、EC(电导率)等〕,选择比较常用的5种大型底栖动物快速生物评价指数〔SIGNAL指数(stream invertebrate grade number-average level)、EPT-Fa指数(Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera)、BMWP指数(biological monitoring working party)、ASPT指数(average score per taxon)和BP指数(Berger-Parker index)〕和1项生物完整性指数(benthic index of biotic integrity,B-IBI)进行比较. 通过Spearman秩相关性分析、主成分分析、线性拟合回归分析等方法比较6种生物评价指数的相关性,构建水环境污染梯度,识别出主要的水环境影响因子,并探讨5种大型底栖动物快速生物评价指数对主要水环境影响因子指示程度的差异性. 结果表明:①5种快速生物评价指数以及B-IBI指数之间均呈两两显著相关(|R|为0.35~0.94, P<0.01),说明它们在评估河流健康状况时具有较高的一致性. ②主成分分析结果显示,轴1的解释率为59.14%,可以有效表征主要的压力梯度,并且5种快速生物评价指数与轴1的线性拟合度均较高(R2为0.23~0.31, P<0.01). ③各快速生物评价指数与不同水质指标的线性拟合结果差异性较高,其中BMWP、EPT-Fa、SIGNAL和ASPT指数对ρ(COD_Mn)的线性拟合度均较高,BMWP指数对ρ(COD_Mn) (R2=0.47, P＜0.01)、ρ(NH₃-N) (R2=0.31, P＜0.01)、ρ(TN) (R2=0.27, P＜0.01)的线性拟合度较高,BP指数对ρ(BOD₅) (R2=0.22, P＜0.01)、EC (R2=0.24, P＜0.01)的线性拟合度较高. ④BMWP指数与B-IBI指数的相关性最为显著,并且二者对水质健康评价的结果最为接近;在浑太河流域河流水质状况评估中,BMWP指数应当作为首选快速生物评价指数.      

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.