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题名: 香溪河大型底栖动物时空动态、生物完整性及小水电的影响研究
作者: 渠晓东
答辩日期: 2006-06-11
导师: 刘建康 ; 蔡庆华
授予单位: 中国科学院水生生物研究所
授予地点: 水生生物研究所
学位: 博士
关键词: 香溪河 ; 大型底栖动物 ; 时空格局 ; 河流生态系统健康 ; 底栖生物完整性 ; 小水电站
摘要: 在香溪河大型底栖动物长期监测的基础之上,对其空间分布格局、时间动态特征和不同采样方法之间的差异进行分析;构建香溪河大型底栖动物完整性因子(B-IBI),并对香溪河河流生态系统健康进行评价;对受小水电站影响的上下游样点进行分析,比较大型底栖动物群落结构的差异,探讨受小水电修建的影响,大型底栖动物群落的变动趋势,探讨其对河流生态系统健康的影响;探讨与香溪河具有相似纬度、相似河流长度和流域面积,同为长江上游支流的九龙河和冈曲河的大型底栖动物的群落结构特征与香溪河的差异。主要研究结果如下: 1. 利用1:50,000的地形图对香溪河的河级划分,研究发现香溪河为一条6级河流。2001年7月,在不同级别河流中,分别设置53个采样点采集附石性大型底栖动物,对其空间分布格局及其与环境因子的相互关系进行研究。香溪河附石性大型底栖动物主要以四节蜉属(Baetis)、高翔蜉属(Epeorus)、朝大蚊属(Antocha)和舌石蛾属(Glossosoma)为优势类群,其相对丰度分别占物种总数的19.46%、10.59%、9.22%和8.45%。香溪河主要摄食类群以直接收集者和刮食者为主,比较不同级别河流中功能摄食类群的组成发现,滤食者和直接收集者密度与生物量在1-3级河流较低,在4-6级河流呈增加的趋势;撕食者和刮食者密度和生物量均为1-3级河流高、4-6级河流较低;而捕食者密度在4-6级河流较高,生物量则表现为1-3级河流较高。基于大型底栖动物的物种组成和物种相对丰度,应用双向指示种分析(TWINSPAN)和无偏对应分析(DCA),对香溪河大型底栖动物的分布研究表明,上述样点基本按照所处的生境类型被分为4个主要类群。利用典范对应分析(CCA)对香溪河大型底栖动物组成与环境因子的相互关系研究表明,海拔、SiO2、NO2-N和电导率是主要影响香溪河大型底栖动物群落分布的环境因子。 2. 从2003年到2005年间对香溪河共15个样点进行季节动态研究。共采集到大型底栖动物202种,其中水生昆虫是绝对优势类群,种类数达180种。最优势的物种是四节蜉属一种(Baetis sp.2),所有季节相对丰度平均达到19.97%;其次为高翔蜉属一种(Epeorus sp.),相对丰度为7.36%;再次为侧枝纹石蛾属一种(Ceratopsyche sp.),相对丰度达到6.32%。以相对丰度大于5%作为判断优势类群的标志,共有16个物种先后成为优势种,其中有8种在所有季节中均为优势:四节蜉一种(Baetis sp.2)、高翔蜉一种(Epeorus sp.)、小蜉一种(Ephemerella sp.)、锯形蜉一种(Serratella sp.)、舌石蛾一种(Glossosoma sp.)、侧枝纹石蛾一种(Ceratopsyche sp.)、Macronychus sp.和朝大蚊一种(Antocha sp.)。随季节的变化,大型底栖动物的生物量和密度表现出冬季高、夏季低的趋势;不同分类单元和摄食类群的大型底栖动物,其密度和生物量也表现出相似的趋势,且夏季与其它季节相比差异显著(p<0.05)。大型底栖动物群落组成与环境因子的CCA分析发现,共有10项理化因子与香溪河大型底栖动物的季节分布密切相关,包括水温、河宽、水深、流速、NH4-N、NO2-N、NO3-N、Ca2+、SiO2和PO4-P。同时,按照季节对样点分组显示,不同季节影响大型底栖动物分布的主要环境因子是不同的。春季影响大型底栖动物分布的主要环境因子为水温、河宽、水深和Ca2+;夏季则为水温、Ca2+、NH4-N和NO3-N;水深、NH4-N、NO2-N、NO3-N、SiO2和PO4-P主要影响秋季大型底栖动物的分布;冬季的大型底栖动物分布则主要受到水深、水温和NH4-N的影响。 3. 选择香溪河大型底栖动物的物种数、物种相对丰度、敏感-耐污类群组成、功能摄食类群和多样性因子等共31个参数作为构建香溪河底栖生物完整性指数的候选参数。通过对候选参数在参照点(6个)和受损点(3个)间的比较,选择对人为活动干扰敏感的参数;对人为活动敏感的参数进行相关分析,以Pearson相关系数 |r|>0.90作为判断相关显著的标准,最终得到由8个参数构成的香溪河大型底栖生物完整性指数,包括:EPT物种数(EPT taxa)、蜉蝣目物种数(Ephemeroptera taxa)、 蜉蝣目相对丰度(Ephemeroptera%)、毛翅目相对丰度(Trichoptera%)、摇蚊科相对丰度(Chironomidae%)、双翅目相对丰度(Diptera%)、收集者相对丰度(Gatherers%)和粘附者相对丰度(Clinger%)。通过对核心参数的赋分,计算得到香溪河各采样点的生物完整性分值。对香溪河各采样点的健康状况进行评估,结果显示,香溪河总体健康状况良好,其中健康状况达到“极好”的样点占样点总数的12.2%,到达“良”的为49%,“一般”为38.8%,没有样点的健康状况为“差”。就评价指数的准确性来看,在大多数集镇、点源污染和小水电站的下游,样点的生物完整性指数均有不同程度的下降,尤其是点源污染对于生物完整性指数的影响最大;而位于人为活动影响较小的河段,包括自然保护区内和九冲河的大部分样点,其健康状况良好,可以认为这一评价指标是适用的。 4. 针对位于九冲河上的一座新建水电站,在其引水口上游设置3个采样点,下游设置2个采样点,逐月采样,进行小水电站对河流大型底栖动物的影响研究。结果表明流速、河宽和水深在小水电站引水口下均有不同程度的下降;硬度、Cl-和总氮在电站引水口下有增加的趋势。对比优势类群的变化,发现四节蜉属(Baetis)相对丰度在电站引水口下明显减少,而蚋属(Simulium)呈显著增加的趋势(p<0.05)。利用双因素方差分析,比较底栖生物完整性指数在不同样点间的差异,发现各季节5个样点间的差异显著(p<0.05)。同时研究发现,各类群物种数在水电站引水口下游均有不同程度的下降,尤其是对生境干扰敏感的类群如襀翅目下降最显著。功能摄食类群表现出过滤收集者相对丰度增加而撕食者相对丰度减少的趋势,可见水电站的修建在某种程度上影响了河道中物质的输送和能量的流动,进而影响了大型底栖动物摄食类群的组成。通过对各采样点耐污指数(BI)的比较,发现在小水电站下游河段,样点BI值有上升的趋势,且差异极显著(p<0.001)。 5. 比较分析了三种采样方法(捡石法、D形手网和索伯网)对河流大型底栖动物的采集效率。研究发现三种方法采集的大型底栖动物密度和物种数总体差异显著(p<0.05),其中D形手网采集的密度和物种数均为最高。选择分类单元、功能摄食类群、耐污-敏感类群和生活型的密度、物种数和相对丰度等50个参数进行单因素方差分析(one-way ANOVA),结果显示除香农多样性指数、毛翅目的密度和物种数、双翅目密度和相对丰度、寡毛类密度、物种数和相对丰度、过滤收集者和直接收集者密度、刮食者物种数、EPT和捕食者相对丰度等13个参数在三种方法之间的总体差异不显著外,其它37个参数在三种方法之间的总体差异显著。对差异显著的参数进行Tukey分析,结果显示有32个参数在D形手网和索伯网之间的差异不显著,捡石法和D形手网之间有4个参数差异不显著,而捡石法与索伯网之间有17个参数差异不显著,可见索伯网和D形手网之间的差异性较小。通过上述分析表明:捡石法对于采集附石性大型底栖动物类群具有明显优势,但整体密度和物种数及部分类群的采集效率较其它两种方法小;D形手网采集的物种密度和物种数均最高,但其作为半定量的研究方法,对于采样面积的控制较差;从定量研究的角度和采集大型底栖动物的效率上考虑,索伯网为较理想的定量采样工具,如搭配D形手网同时进行半定量标本的采集,则可以更全面反映大型底栖动物群落的结构特征。 6. 在同一季节对长江上游两条与香溪河具有相似河流长度和流域面积的河流―――云南香格里拉冈曲河和四川九龙县九龙河进行了大型底栖动物群落组成的比较研究。优势类群的分析显示四节蜉属(Baetis)、小蜉属(Ephemerella)、沼石蛾属(Lepidostoma)、Macronychus、朝大蚊属(Antocha)和蚋属(Simulium)等优势类群在三条河中均有分布,其中四节蜉属、小蜉属和蚋属同为三条河中的最优势类群(相对丰度大于5%)。利用主成分分析(PCA)对三条河的环境因子比较发现,香溪河、九龙河与冈曲河分别分布在PCA第一和第二轴上的不同象限内,从不同环境因子和PCA前三条轴的相关性分析,三条河流的环境差异主要体现在海拔、水深和NO3-N上。对三条河流中的大型底栖动物类群组成进行TWINSPAN分析,发现冈曲河全部样点与九龙河的大部分样点,分在同一个组内;香溪河的全部样点与九龙河的两个样点分为另一个组,并分散在DCA分析中第一和第二轴的不同区域内,可见冈曲河与九龙河在大型底栖动物类群组成上更相近。大型底栖动物的物种组成与环境因子的相关性的CCA分析表明,海拔、NH4-N和Cl-是最重要的影响大型底栖动物类群分布的环境因子。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/12134
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香溪河大型底栖动物时空动态、生物完整性及小水电的影响研究.渠晓东[d].中国科学院水生生物研究所,2006.20-25
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