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地球最独特之处就是生命的存在，生命最不同寻常的特点就是其多样性。生物多样性控制着生态系统功能和地球生物物理(biophysicalprocesses)过程，支撑着确保人类延续的生态系统服务价值。作为对一些人类诱导的全球环境变化的复杂响应，全球生物多样性正以前所未有的速度在变化。因此，对生物多样性格局的了解长期以来一直是生态学家和生物地理学家最重大和最感兴趣的挑战之一，因为这对于制定有效的保护和管理策略来说很重要。其中，对纵向梯度格局的研究吸引着生态学家们的广泛兴趣。
溪流系统由天然廊道组成，具有高度异质性的生境和复杂的网络结构。长期以来，溪流系统被认为是分等级的且高度分枝状的空间结构，这个复杂的空间结构可以影响溪流群落的生态格局和过程，包括物种多样性、种群和群落等。生物的空间梯度一直是溪流生态学领域研究的重要主题。溪流具有很高的生物多样性，研究溪流网络中底栖动物多样性的纵向梯度格局能提高人们对溪流生态系统的深刻了解，为溪流生态系统的生物完整性和生物多样性，及其提供的资源、服务的保护与管理提供更有效的策略。
本文以位于神农架地区的香溪河和野马河为主要研究区域，选择底栖动物为主要研究对象，分析了底栖动物多样性在溪流分枝网络结构中的纵向梯度格局、多尺度空间格局、局地物种丰富度(LocalSpeciesRichness，LSR)和区域物种丰富度(RegionalSpeciesRichness，RSR)之间的关系以及小型水坝对溪流底栖动物多样性和时间稳定性的影响。结果如下:
1.对溪流系统中底栖动物的纵向梯度格局进行了分析，提出类似于物种-面积关系(species-arearelationship,SAR)的新概念，即物种-距离关系(species-distancerelationship，SDR)。研究发现，在溪流纵向上，底栖动物多样性随距离的增加而增加，表现为显著的幂函数关系(S=C*Dz)，其中Z值的范围为0.167～0.780。假设Z值是样点间隔(d)、取样河段总长(L)和起始样点位置(p)的函数。在本文中，固定样点间隔d=4km。当起点相同时，不同L下的Z值之间没有显著性差异，Z值是L的常数函数。但是当L固定时，Z值随起点位置显著变化，是p的函数。
2.检验了溪流底栖动物LSR-RSR关系，并应用加性分配的方法对多空间尺度(habitatscale，reachscale，sub-watershedscale，watershedscale)上的物种丰富度和Shannon多样性进行了分析。在河段尺度，溪流底栖动物LSR-RSR的关系为显著线性，物种丰富度的α1组分的贡献小于β1组分的贡献，而Shannon多样性的α1组分的贡献大于β1组分的贡献。而且在同一个子流域内，下游河段的物种丰富度低于相应上游河段的物种丰富度。β多样性及其对γ多样性的贡献是取决于空间尺度的。在子流域尺度上，加性分配表明物种richness不同多样性组分间的关系为α1＜β1＜β2，而对于Shannon多样性来说则为β2＜β1＜α1。对于整个香溪河流域，α1、β1、β2和β3对总物种richness多样性（γ=80）的相对贡献为11∶18∶29∶42，而对总Shannon多样性(γ=9.92)的相对贡献为55∶16∶16∶13。我们的分析表明，大尺度对于维持流域底栖动物多样性很重要，而小尺度对于维持物种均匀性来说最重要。
3.RSR和LSR之间的关系最近越来越多地吸引着科学家们的关注，然而先前的研究主要是在空间尺度上进行的，而对于LSR-RSR关系在时间尺度上的格局却知之甚少。本文检验了山区溪流底栖动物LSR-RSR的关系在一个降水周期年的变化。根据LSR-RSR的关系，我们可以在时间尺度上将LSR-RSR关系划分为4个阶段:饱和阶段Ⅰ(7～8月)，饱和阶段Ⅱ(1～3月)，不饱和阶段Ⅰ(9～12月)，不饱和阶段Ⅱ(4～6月)。阶段Ⅰ是在长期的高强度干扰下达到的，而阶段Ⅱ是在低强度干扰或无干扰情况下达到的。在不同的阶段，底栖动物群落具有不同的特征。与阶段Ⅱ相比，阶段Ⅰ的固着型底栖动物所占比例较低，而蔓生型、攀爬型和穴居型底栖动物所占的比例较高。这个结果表明，山区溪流中底栖动物的LSR-RSR关系是不断变化的，局地群落在干扰下也能达到饱和，但是在不同的阶段群落特征存在显著差异。
4.以香溪河上的一个小型水坝为例，研究了水坝对溪流底栖动物多样性和时间稳定性的影响。结果表明，水坝上游参照点的物种丰富度和Shannon-Wiener多样性的平均值比水坝下游受损点的高，而且这个差异在秋季和冬季很显著。参照点和受损点的均匀度没有显著差异。在时间稳定性上，参照点物种丰富度、Shannon-Wiener多样性和均匀度的时间稳定性均高于受损点。参照点和受损点的多样性和时间稳定性之间存在着显著的正线性关系，但是水坝对这一关系也造成了影响，使多样性和稳定性之间的关系减弱。维持较高的多样性可以增强生态系统的时间稳定性，以及多样性和稳定性之间的关系。所以我们建议通过水坝移除或者是合理的流量管理来恢复和维持溪流底栖动物的多样性，并达到维持溪流生态系统稳定性的目的。