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.      

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.      

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).      

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.      

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。     

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.     

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.      

赣江流域浮游硅藻功能群多样性及其水期演替的驱动特征

为了摸清我国南方丰水型河流流域重要的环境指示类群——浮游硅藻的功能多样性及其环境驱动要素,以赣江流域为例,采用国际上普遍认可的雷氏(Reynolds)、博氏(Borics)和帕氏(Padisák)分类体系进行浮游硅藻类群的系统研究. 结果表明:赣江流域共发现11个浮游硅藻功能类群(包含122种硅藻),并以MP、P、D和L_O类群物种最丰富,全年以MP、P、C和D类群占优势,不同水文期浮游硅藻优势功能类群存在明显分异,表现为丰水期以MP类群占绝对优势,枯水期以C和MP类群占共优势,平水期以则以C类群占绝对优势. 多元逐步回归分析发现,与丰水期占优势的MP、P、C和D类群密度呈显著相关的主要环境因子为纬度、ρ(Hg)、ρ(Zn)、pH和ρ(S2-),与枯水期占优势的C、MP、P和D类群密度呈显著相关的主要环境因子为ρ(Pb)、ρ(Cr6+)、纬度、ρ(BOD₅)、ρ(N)、ρ(P)和ρ(CN-),与平水期占优势的C、P和MP类群密度呈显著相关的主要环境因子为ρ(BOD₅)、ρ(Pb)、ρ(Hg)、ρ(Cd)和ρ(NH₄+-N)等.除趋势对应分析(DCA)和冗余分析结果显示,影响赣江流域浮游硅藻功能多样性的主要环境因子包括流域的经纬度、ρ(FC)(FC为粪大肠杆菌)、重金属含量〔ρ(Cu)、ρ(Pb)和ρ(Cr6+)〕、水位等(解释度达77.0%~90.4%). 研究显示,赣江流域浮游硅藻功能类群多样性及结构呈明显的季节性演替特征,南-中亚热带流域的纬度差异、气温的时空差异以及水位的水期波动、污染物年内排放节律等的共同作用会引起河流流域水体物理和化学生境的改变,这是促使浮游硅藻功能类群不同水期演替的重要原因.      

浑太河流域不同水生态功能区环境要素的分布特征及其与土地利用之间的关系

为深入分析不同水生态功能区土地利用方式对环境要素空间分布特征的影响,于2009—2016年对浑太河流域300个样点的407组数据进行野外监测（包括26种水环境要素数据以及2010年和2015年的Landsat TM遥感影像数据）,采用主成分分析、Spearman相关性分析和多元线性回归分析,筛选主要水环境因子,分析流域水质指数（WQI）的空间变化规律,结合水生态功能分区和各样点的土地利用数据,探究了不同水生态功能区土地利用方式对河流主要环境要素的影响.结果表明:①电导率（EC）、溶解氧（DO）、悬浮物（SS）、5日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD_Cr）和铵态氮（NH₄+）是影响浑太河流域水质状况的主要环境要素.②水生态Ⅰ区和Ⅱ区WQI较高,水质状况较好,平均值分别为86.80±6.47和85.57±6.69,其中等级为好的样点占比分别为30.41%和21.70%;水生态Ⅲ区水质较差,WQI平均值为72.92±13.75,其中建设用地和林地是影响WQI的主要土地利用类型;随着林地面积减少,建设用地面积增加,WQI逐渐降低（R_adj2=0.25）,其中等级为好的样点占比仅为0.94%,而等级为差的样点占比超过50%.研究显示,土地利用对河流主要环境要素的影响在3个水生态功能区有显著差异,建设用地面积的快速增加和林地面积的大幅降低是影响浑太河流域水生态Ⅲ区水质状况的主要驱动因子.      

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.      

渭河陕西段浮游植物群落结构时空变化与影响因子分析

浮游植物是水生态系统的初级生产者,其群落结构与水环境密切相关.为了解渭河陕西段浮游植物群落结构时空格局及其与环境因子的关系,更好地进行水资源和水生态保护,于2017年9月—2018年4月在丰水期和枯水期对该河段设定的9个研究断面,27个采样点位进行浮游植物群落结构和水环境因子调查监测,共检出浮游植物8门69种,群落结构分析表明,枯水期浮游植物种类数高于丰水期.浮游植物细胞密度和生物量变化分别为84.9×10⁴~3868.3×10⁴ cells·L^-1、0.268~20.978 mg·L^-1,丰水期平均密度（1490.0×10⁴ cells·L^-1）和平均生物量（7.864 mg·L^-1）显著大于枯水期（354.8×10⁴ cells·L^-1、1.152 mg·L^-1）.优势种分别为6种和8种,主要以绿藻门和硅藻门为主.浮游植物Shannon-Wiener指数（H''）、Pielou均匀度指数（J）、Margalef丰富度指数（d）均表明丰水期浮游植物多样性高于枯水期,9个采样断面的水质总体评价呈现出无污染或轻度污染至中轻污染状态.典范对应分析（CCA）排序结果表明,影响枯水期浮游植物群落结构的主要环境因子为总磷（TP）、pH和总溶解性固体（TDS）,TP和高锰酸盐指数（COD_Mn）是影响丰水期浮游植物群落结构的主要环境因子.     

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.     

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.      

松华坝水库水体营养状况评价与污染控制

采用中国环境监测总站<湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定>(2001年12月)中的综合营养状态指数法评价2004年松华坝水库水体的营养状况枯水期均处于贫营养状态;平水期处于贫营养和中营养状态;丰水期均处于中营养状态,出现了富营养化的征兆.针对丰水期水体已面临轻度富营养化的威胁,提出防治对策与建议.