蜿蜒型河流空间异质性和物种多样性相关关系研究

【摘要】：本文在河流生态系统结构功能整体性概念模型研究的基础上,考虑蜿蜒性河流生态修复的技术需求,从蜿蜒性河流地貌空间异质性特征出发,选择自然状况良好的赤水河为研究对象,通过资料收集、现场调查、室内分析等方式获取基本数据,采用冗余分析、典范相关分析、聚类分析和回归分析等统计分析方法以及River2D生态水力学模型等技术手段,在河段和微栖息地两个空间尺度下,对蜿蜒型河流空间异质性与水生生物物种多样性相关关系进行量化研究。研究的主要内容和成果如下:(1)通过现场调查、生态水力学模拟和统计分析对河流空间异质性与物种多样性的相关关系进行了定量分析,研究成果丰富了河流生态系统结构功能整体性概念模型,对揭示河流生态系统结构与功能规律具有一定的科学价值。(2)将河流空间异质性定义为河流水文地貌因子在空间分布上的不均匀性和复杂程度,主要表现在地貌空间异质性和水力条件多样性。对蜿蜒型河流地貌的形成机理、影响因素、空间异质性结构和生态功能进行了重点论述,并建立了不同空间尺度下河流地貌空间异质性的定量化评价指标。(3)选取底质不均匀系数和底质曲率系数为微栖息地尺度地貌空间异质性评价指标,通过聚类分析方法排除水质和底栖动物食性等干扰因素影响,依此将赤水河干流划分为轻微干扰河段、中等干扰河段和较强干扰河段三种河流类型,采用统计分析方法分组研究了微栖息地尺度地貌空间异质性与底栖动物物种多样性相关关系。结果表明:对于受人类活动干扰较小的赤水河上游河段,底质不均匀系数与物种多样性指数具有显著的正相关关系,而底质曲率系数与物种多样性指数相关性较弱,基于统计结果建立了微栖息地尺度下河床底质不均匀系数与底栖动物物种多样性指数的线性回归方程。(4)基于河床底质不均匀系数与底栖动物物种多样性指数存在正相关性关系研究成果,结合赤水河干流现场采样和底质颗粒级配分析,提出了赤水河上、中、下游底质铺设时底质不均匀系数和底质曲率系数的控制标准,可供长江上游支流河床底质铺设时底质粒径选配设计参考使用。(5)将蜿蜒度作为河段尺度河流空间异质性评价指标,选取长江流域特有鱼类岩原鲤为指示物种,在构建岩原鲤成鱼流速、水深和河道指数的适宜性曲线的基础上,以赤水河下游蜿蜒河段和顺直微弯河段为研究对象,采用River2D生态水力学模型对不同流量工况下岩原鲤加权可利用栖息地面积(WUA)进行了模拟计算和统计分析。结果表明:地貌空间异质性较高的蜿蜒河段具有更为稳定和多样化的水力条件,相应的加权可利用栖息地面积比例较高。蜿蜒河段加权可利用栖息地面积比例曲线在洪水期出现峰值,表明蜿蜒河段可以在汛期为鱼类提供避难所。(6)结合研究成果对河流河床底质铺设中底质粒径选配提出了技术方法,对河流平面形态和地貌结构修复技术进行了探讨,并对赤水河流域生态保护提出了措施和建议。