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城镇化是一种土地利用变化的普遍现象。城镇化的生态效应日益受到关注,城市溪流生态系统是受城镇化影响最大的水生态系统之一。
本文分别于2010年4月及2011年4月调查了浙江省钱塘江中游流域受不同城镇化强度影响的89条1-3级支流的水体理化、底栖动物群落及所在流域的土地利用状况。参照溪流底质组成以大石块和卵石为主,干扰溪流的底质组成以沙、淤泥为主。受城镇干扰溪流的水温、CODMn、总氮、总磷、电导率、磷酸盐、氨氮、钙及镁含量明显高于参照溪流,而参照溪流的溶解氧明显高于受干扰溪流。干扰溪流的总分类单元数、香浓多样性指数、丰富度指数、敏感类群、捕食者、撕食者、刮食者及滤食者所占百分数都低于参照溪流;干扰溪流的寡毛纲、耐污类群、集食者所占百分数及BI显著高于参照溪流。分析作为流域城镇化强度指标不渗水地表面积比(PIA)与溪流水质和生物群落的关系。Spearman秩相关分析表明,总氮、氨氮、磷酸盐、总磷、CODMN、电导率、水面宽度、水深、细沙淤泥比(%)与PIA显著正相关(P<0.01),与林地(%)显著负相关(P<0.01)。底栖动物指标与PIA的拟合曲线表明它们之间存在着显著的非线性关系(P<0.01)。其中总分类单元数、香浓多样性指数、丰富度指数、敏感类群(%)、EPT(%)及捕食者(%)、撕食者(%)、滤食者(%)、刮食者(%)与PIA显著负相关(P<0.01),与林地(%)呈显著正相关(P<0.01),但BI指数、集食者(%)、耐污类群(%)、寡毛纲(%)与PIA显著正相关(P<0.01)。
流域底栖动物群落结构受不同空间尺度的环境因子影响,基于89个样点的大型底栖无脊椎动物和环境变量数据,本文探讨了流域尺度和河段尺度的环境因子对底栖动物群落的相对影响。PCA分析表明该区域的主要环境梯度是流域内的土地利用类型及其引起的溪流物理生境退化程度和水体营养状态。运用CCA及偏CCA寻找导致底栖动物群落变化的主要环境尺度因子及解释量,CCA分析发现影响底栖动物群落的流域尺度的关键环境变量是纬度、海拔、样点所在流域面积大小、森林(%)、田(%)及PIA,河段尺度是水温、pH、溶解氧、平均流速、平均底质得分、总磷和钙浓度。偏CCA分析得到两种尺度环境因子对底栖动物变异的总解释量为31.52%,流域尺度和河段尺度变量分别为总解释量的30.43%和21.61%,结果表明研究区域大型底栖无脊椎动物受到两种尺度环境因子的综合影响,且两种尺度环境因子共同作用结果更为重要,体现了其在溪流生态系统保护和恢复、监测和评价中的重要参考价值。
研究结果表明研究区域内随着城镇化强度的提高,城镇溪流表现出高氮、磷营养盐水平、物理生境退化、敏感底栖动物物种消失、耐污物种个体数量急剧上升等城镇溪流退化的共性现象。溪流底栖动物群落结构变化是流域尺度和河段尺度的环境因子共同作用的结果,流域尺度的作用要大于河段尺度。