山地河流生境对河流生物多样性的影响研究

【摘要】：河流生境是河流生物和物理环境的自然联系,受到河道内部结构、流域地形地貌、人为干扰等环境因素影响。大型底栖动物和鱼类是山地河流生态系统的重要组成部分,对河流生境的变化最为敏感。近年来为了片面追求经济效益,引水式小水电建设造成山地河流流域生态失调,坝下河段减水、脱水甚至河床干涸,河流生境破碎和衰退,水生生物多样性丧失等日益严重的生态环境问题。如何寻求水能资源开发与山地河流生态系统健康、河流生物多样性完整的和谐发展,是急需研究和探索的重大问题。 基于我国山地河流的环境现状和现实需要,本研究紧紧围绕河流生境这一研究主题,开展宏观、中观、微观尺度的山地河流生境分类研究,从中观和微观尺度研究山地河流生境对大型底栖动物的影响,研究了引水式小水电影响下河流生境演变规律及大型底栖动物和鱼类的响应机制。 主要研究结论如下: (1)基于Bisson的河流生境分类方法,结合野外实地调查和GIS分析,以地处三峡库区腹心的重庆开县东河为研究对象,开展宏观、中观、微观尺度的山地河流生境分类研究。在河流系统尺度上,将东河划分为上游、中游、下游3段;河区尺度上,将东河河流生境划分为源头河区、基岩河区、淤积河区三种类型;在河段尺度上,划分了源头河段、基岩河段、小瀑布河段、深潭-浅滩河段、阶梯-深潭河段、平坦河床河段6种类型;河道生境单元尺度上,划分了跌水、小瀑布、急濑、浅濑、斜槽、平流、回水潭、深沟、河道中央水潭、侧面冲槽、跌水潭、崩塌阻塞水潭、死水潭、二级河道水潭等14种类型。微生境尺度上,按照河床底质颗粒大小划分了河流生境。 (2)调查了重庆市城口县鱼肚河源头河段小圆石和大圆石上附石性水生昆虫,研究了山地源头溪流附石性水生昆虫群落特征和多样性,探讨了不同大小石块对附石性水生昆虫群落的影响。结果表明:鱼肚河源头溪流中水生昆虫有62种,分属6目、30科。蜉蝣目、毛翅目、双翅目昆虫为优势类群。随着溪流高程的增加,毛翅目昆虫优势度愈加明显。附石性水生昆虫功能摄食类群以撕食者、收集者为主。大圆石上附石性水生昆虫群落多度、Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰度指数显著高于小圆石。沿溪流高程梯度,小圆石上水生昆虫群落多样性指标无显著差异;大圆石上水生昆虫群落多度、Margalef丰度指数有显著差异。两种石块在生境异质性和稳定性上的差异是附石性水生昆虫群落差异的主要原因。 (3)浅滩和深潭是山地河流中观尺度上常见的河流生境结构。在重庆开县东河上游双河口-杉木桥河段,选择21个浅滩和深潭,调查大型底栖动物。结果表明:调查河段浅滩和深潭中大型底栖动物分别为31种和24种,密度分别为450.62 ind/m~2和86.24 ind/m~2,生物量分别为2.88 g/m~2和0.55 g/m~2。浅滩有指示种11种,即纹石蛾、假蜉、假二翅蜉、舌石蛾、高翔蜉、背刺蜉、Heterocloeon sp、锯形蜉、朝大蚊、等蜉、溪颏蜉。深潭指示种仅蜉蝣和黑大蚊两种。刮食者为两类生境的优势功能摄食类群。浅滩中滤食者和刮食者比例显著高于深潭,而收集者和捕食者显著低于深潭。两类生境中大型底栖动物群落结构差异显著。浅滩中大型底栖动物的密度、生物量、丰富度指数、Shannon-Wiener指数、改进的Shannon-Wiener指数均明显高于深潭。受地貌形态、水力特征和冲淤变化规律影响的生境稳定性和异质性差异是大型底栖动物群落差异的主要原因。 (4)调查重庆东河白里电站和红花电站影响河段的河流生境和鱼类,研究引水式小水电对山地河流鱼类群落的影响,从河流生境角度对其影响机制进行探讨。共采集鱼类149尾,隶属4目、8科、16属、17种。研究表明,引水式小水电影响河段鱼类多样性普遍偏低。引水坝修建后,库区逐年淤积,河流生境异质性和多样性丧失;坝下形成减水河段,河流生境面积缩小,浅滩-深潭交替的生境结构被破坏。引水式小水电对鱼类群落的影响主要是引水坝修建改变河流生境所致。 (5)选择重庆东河白里电站和红花电站影响河段为研究区域,各电站设置库尾以上河段,库区河段,引水坝下减水河段,电站出水口以上河段,电站出水口以下河段5个调查河段,研究引水式小水电对河流大型底栖动物群落的影响。调查共采集到大型底栖动物43种,隶属3门4纲30科。各调查河段大型底栖动物组成以蜉蝣目、毛翅目昆虫为主。研究表明,引水式小水电修建后河流水质并未发生明显变化,但库区河段和坝下河段的生境状况发生了较大变化。库区河段受泥沙淤积影响,依然保持流水状态,大型底栖动物与电站出水口及库区河段无明显差异。但是由于泥沙淤积降低了生境的多样性和异质性,库区河段大型底栖动物群落密度、生物量和多样性指数显著低于电站出水口以下河段。坝下河段由于流量减少,生境适宜性降低,大型底栖动物密度、生物量和多样性明显降低。 (6)从河流生境结构和功能出发,选用河流生境多样性指数、河道湿润率、生境单元质量指数,采用专家打分法确定权重系数,建立了山地河流生境快速评价指标体系及定量评价模型。选取东河进行河流生境质量定量评价。结果表明河流生境质量从库尾以上河段起逐步下降,在引水坝以下河段降至最低,其后呈逐渐恢复的态势。坝下河流生境主要受到河流减水影响;坝上河段河流生境主要受泥沙淤积影响。评价结果能较直观地反映水电工程影响下山地河流生境状况,以及导致河流生境质量衰退的原因。

【关键词】：山地河流 河流生境分类 生物多样性 大型底栖动物 引水式小水电
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X176
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