北方沿海城市雨源型河流生态健康诊断——以夹河为例

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河流是地球生命的支持系统,是物质传递和能量流动的重要通道,蕴藏着丰富的资源,对人文和经济的发展具有重要影响。随着城市化进程的加深,城市河流生态系统受到不同程度破坏。北方沿海城市雨源型河流具有水源不足、水动力复杂以及自净能力差等特点,其健康诊断缺乏理论依据。本论文以山东省烟台市夹河为研究区域,以鱼类和底栖动物为指标物种,建立北方沿海城市雨源型河流生态健康诊断模型,底栖动物群落结构特征分析及水质生物学评价,为北方沿海城市雨源型河流生态健康诊断提供科学依据。主要研究内容如下:(1)水环境因子指标识别及各生境河段水环境状况分析以大尺度生境调研方法为依托,筛选出流速(V)、水深(Dep)、底质(Sub)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、护坡植被(Vegetation)、河岸带类型(Bank Protection)等指标因子,为诊断河流生态健康提供数据支撑。针对北方沿海城市雨源型河流特征,将河流划分为感潮河段、城市河段、半自然河段、自然河段以及源头河段5个生境河段。生境调查结果显示,水深和流速季节性差异不大,自然河段和源头河段的水深明显低于其他河段,流速则相反。水质方面,春季和夏季略优于冬季和秋季,不同生境河段的水质状况差异较大,感潮河段和城市河段的水质条件仅达到Ⅳ类水甚至以下,半自然河段、自然河段和源头河段的水质基本上能达到Ⅲ类水的标准。河床地貌因子除植被随季节变化外,其他变化不明显,并且半自然河段和自然河段比感潮河段、城市河段和源头河段多样性和异质性更高。(2)基于指标鱼类的夹河生态健康诊断模型的构建及生境分析选取耐受性鱼类黄颡鱼(成鱼期、产卵期)以及日本鳗鲡(成鱼期)作为研究对象。以模糊数学为基础,运用CURrent S软件并结合所选择的指标鱼类,综合水文因子、水质因子和河床地貌因子,根据鱼类对指标因子的需求,制定模糊集和模糊规则。以此构建基于鱼类生境适宜度的河流生态健康诊断模型并进行生态健康分析。结果表明指标鱼类的生境状况不容乐观,黄颡鱼产卵期和成鱼期的平均栖息地适宜指数(AHSI)分别为0.54和0.58,流速和底质是限制其生存的关键性因子。敏感性鱼类日本鳗鲡成鱼期的生境状况更差,AHSI仅为0.42并且出现大片极度不适宜的斑块,其限制性因子是水深以及水质因子。感潮河段、城市河段和源头河段的生态健康状况略差于半自然河段和自然河段。(3)基于底栖动物群落特征的夹河生态健康诊断在研究区域内共采集到22829个底栖动物,隶属于4门11纲27目78科137属162种。其中以节肢动物为主,占比80.57%,其次是环节动物、软体动物以及扁形动物。底栖动物种类组成空间差异较大,群落结构总体呈现出结构相对单一和耐污能力强的特点。节肢动物密度所占比重最大,但其生物量较低;相反软体动物生物量占比最大,但栖息密度较低。城市河段栖息密度和底栖动物现存量明显低于其他河段。基于底栖动物的水质生物学评价,结果表明各河段均受到不同程度的污染。自然河段和源头河段的底栖动物Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener生物多样性指数和水质状况明显优于其他生境河段。夏季BI指数集中在1.37~4.21之间,水质很清洁,而其他三季的BI介于4.5~8.5之间,仅1/3的点位于清洁区间,其他都处于轻、中度污染。源头河段和自然河段的底栖动物丰富度、多样性指数和水质状况明显优于其他生境河段。通过实地调研、指标物种和指标因子筛选、生境河段划分以及北方沿海城市雨源型河流生态健康诊断模型的建立,底栖动物群落结构特征分析及水质生物学评价。结果表明夹河各生境河段均受到不同程度的污染,水环境状况不容乐观。
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