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本研究目的是运用环境变量解释长江流域湖泊鱼类群落的分布格局,并建立预测模型。考虑到人类活动对长江流域湖泊生态系统的影响,我们对江湖阻隔和水产养殖所带来的湖泊环境和鱼类群落变化进行了研究。
首先,我们聚焦于长江中下游地区的浅水湖泊。2007年9月-2009年9月,对长江中游六个浅水湖泊的环境和鱼类群落进行了调查。用主成分分析方法对六个湖泊的环境异质性进行分析。结果表明,汤逊湖与其它五个湖泊环境差异较大,主要体现为总氮、总磷和叶绿素a含量较高。在调查湖泊中共发现16科,75种鱼类,鲤科鱼类的种类数最多。通过对鱼类喜好生境和食性划分后分析,中层鱼类和杂食性鱼类是研究湖泊中最常见的类群。鱼类的种类多样性和丰富度在春季最高,而均匀度无显著的季节差异。环境与鱼类类群的关系通过典型对应分析进行分析。影响鱼类群落最主要的环境因素有:总磷、总氮、叶绿素a、透明度和水深。我们的研究得到如下结论:1)在有水草覆盖的湖泊比无水草覆盖的湖泊富营养化程度低,表现为较高的透明度和较低的总磷、总氮和叶绿素a含量;2)鱼类多样性在有水草覆盖的湖泊比无水草覆盖的湖泊高;3)鱼类群落结构与水化学参数显著相关。
通过各个湖泊每个采样点每种鱼类相对生物量(CPUE)数据对研究的六个湖泊鱼类进行聚类分析和多样性预测。运用SOM模型,将鱼类分为三个类群。三个类群体现了鱼类的时空分布,鱼类群落的季节变化在有水草覆盖的生境比无水草覆盖的生境明显。三个类群鱼类多样性和相对生物量存在显著差异(nonparametric Kruskall-Wallis test,p<0.01)。通过Indval方法,共有16种鱼类被确定为指示种:13个指示种分布于类群G1,主要为上层和中上层的鱼类;唯一一种分布于类群G2的鱼类,为耐受性较强的种类(Culter dabry B.);类群G3的两个指示种为下层鱼类(Rhinogobius giurinus R.和Odontobutis obscurus T.andG.)。上述结果与每种鱼类在SOM codebook体现出的贡献率相一致。依据生境偏好,将鱼类分为不同的生态类群,发现上层和中上层鱼类在春季和冬季的活动较频繁,而下层鱼类在夏秋活动更频繁。运用15个生物和非生物因子对鱼类类群、相对生物量、多样性和种类丰富度进行预测。RF模型和CART模型对鱼类类群成功预测率分布为74.4%和60.7%。而决定鱼类类群的主要环境因子是水深、离岸距离和水体总磷含量。两个模型对相对生物量、鱼类多样性和种类丰富度的成功预测率为56.5%到67%(leave-one-out交叉验证)。而影响上述三个指标的前两个重要环境因子分别为湖泊面积和水深,轮虫密度和水深、水深和水温。
其次,我们在长江流域选择了70个湖泊对环境和鱼类群落的关系进行分析。运用SOM模型,70个湖泊被分为三组。区分这三组湖泊的重要环境因子是海拔、经度、年均降雨量和湖泊面积。通过判别分析,我们发现第二组和第三组湖泊的环境较第一组湖泊相似度更高。第一组湖泊主要集中于长江上游海拔较高的区域,通过MLP模型分析发现水深、水温和年均日照时间对该组湖泊的贡献率最高;第二、三组湖泊分布于长江中下游区域,对这两组湖泊贡献率最高的环境变量分别为年均气温和水深。研究湖泊的鱼类种类丰富度为1到117,三组湖泊的鱼类种类丰富度存在显著性差异。第三组湖泊的种类丰富度最高,第一组湖泊的种类丰富度最低但β-多样性最高。年均气温是预测鱼类种类丰富度最重要的环境因素。
最后,我们利用8个湖泊40年(1970-2010)的历史数据,对江湖阻隔和水产养殖等人类活动所带来的影响进行了量化分析。我们发现自1990s后,湖泊环境已发生了显著变化。具体而言,主要表现在水体透明度降低和总氮升高。考虑到鱼类多样性,我们发现鱼类种类丰富度有下降的趋势,但这个下降趋势并不显著。而同时,我们发现不同湖泊间鱼类群落的相似度显著增加。这体现了湖泊鱼类群落的同质化现象。这种同质化现象在1990s后更突出的表现出来。通过功能多样性比较,我们发现自1970s以后,许多湖泊鱼类群落功能丰富度降低。而功能丰富度降低主要是由生命周期长,个体大的洄游性鱼类的消失引起。基于上述研究发现,我们认为由于江湖阻隔,湖泊生物及环境完整性已受到严重影响。而恢复江湖连接,规范渔业活动会有助于鱼类多样性的恢复。