壶穴是水流与河床相互作用的产物,既是河床微地貌的组成部分,又是河流生态系统中特殊生境之一。壶穴形成于不渗漏的基岩上,其具有边界明确、食物链简单、生境易控制等特点,在河流生态学研究中常被作为模式系统。大型无脊椎动物是河流生态系统的重要组成部分,在物质循环和能量流动中是不可或缺的重要环节,其群落结构与环境因子关系复杂,不同的环境因子对不同大型无脊椎动物类群的影响有着明显的差异。环境因子与大型无脊椎动物群落结构的关系是河流生态学领域最基础、最重要的研究内容之一。本论文以典型山地河流—重庆市五布河为例,开展野外调查和定位实验,系统地研究山地河流壶穴大型无脊椎动物生态学特征。研究内容主要包括山地河流壶穴形态与特征、壶穴生境水体理化性质、壶穴大型无脊椎动物种类组成和时空分布特征、环境因子对壶穴生境大型无脊椎动物群落结构的影响以及壶穴与河流底栖生境大型无脊椎动物群落结构差异比较等。主要研究结果和结论如下:(1)对五布河两个纵断面179个壶穴的长轴、短轴和深度进行统计分析,结果表明五布河壶穴形态大多数为椭圆形,少数为近圆形和极椭圆形。壶穴长短轴比介于1.0-1.2的比例最高,深度和口径频数大多分布于10-20 cm范围内,壶穴长轴走向主要分布在290°-330°和50°-80°范围之间,壶穴扁率频数分布最多的是介于0.1-0.4之间。壶穴口径深宽比的分析表明,五布河壶穴以深型和浅型壶穴为主,极深型和极浅型壶穴所占比例均较低。壶穴长轴和短轴、口径和深度存在很强的(对数)正相关关系。研究结果表明山地河流壶穴形态特征可能与岩石节理、岩性、水流侵蚀及所含沉积物等因素密切相关。(2)通过对80个壶穴生境水体中的10个理化指标进行季节性测定与分析,同时与河流表层水体进行比较,表明河流表层水体pH值和电导率极显著高于壶穴生境,壶穴生境水体总磷、总氮和氨氮含量显著高于河流表层水体。壶穴生境总氮含量、春秋冬季的氨氮含量和秋季总磷含量有随壶穴面积增大而降低的趋势,冬季和春季的pH值、冬季的电导率随壶穴面积增大而升高;夏季水温、溶解性总磷和正磷酸盐含量高于其他季节,秋季pH值高于其他季节。对壶穴生境水质指标进行PCA分析,表明水温、硫酸根、电导率、总磷、pH值、硝态氮和氨氮含量等7个指标能较全面反映山地河流壶穴生境特征。研究结果表明山地河流壶穴生境水体理化指标浓度随时空变化而变化,并受季节和壶穴面积等因素影响。(3)统计分析280个壶穴生境,结果表明随着壶穴面积增大,卵石、圆石出现频数逐渐增加,藻类出现频数也随之升高。壶穴生境共采集大型无脊椎动物43种,每个壶穴平均栖息7.3种,其中夏季36种、冬季28种,春季和秋季分别为32种;每个壶穴平均物种数最高的为秋季,8.5种;最低的为冬季,5.9种;夏季和春季分别栖息7.2种和7.5种。春季大型无脊椎动物shannon-wiener指数显著高于其他季节,margalef丰富度指数显著高于冬季和夏季;夏季生物量最高,并与冬季和春季存在显著性差异;秋季密度显著高于其他季节,冬季密度最低。壶穴大型无脊椎动物shonnon-wiener指数、margalef丰富度指数、个体数量随面积增大而增加。壶穴生境功能摄食类群以收集者、捕食者和刮食者为主。pca分析结果较好的反映了壶穴大型无脊椎动物群落结构的时空分布特征,面积大的壶穴栖息更多的物种,物种丰度和多度与季节和面积密切相关。rda分析结果表明壶穴水深、面积和水温是影响壶穴生境大型无脊椎动物群落结构的重要环境因子。季节、壶穴面积、生境异质性、水环境条件、物种扩散能力等因素影响着山地河流壶穴大型无脊椎动物组成和群落结构特征。(4)通过对山地河流30个壶穴生境大型无脊椎动物和水样进行采集,分析壶穴生境水体理化性质、大型无脊椎动物组成与分布及环境因子对壶穴大型无脊椎动物群落结构的影响。结果表明:共采集大型无脊椎动物8111头,隶属于14目,25科31种,出现频次大于50%的物种共8种,分别为细蜉(caenissp.)、四节蜉(baetissp.)、动蜉(cinygmasp.)等。每个壶穴生境平均栖息9.27种270.37头大型无脊椎动物,物种shannon-wiener指数平均值为2.06,margalef丰富度指数平均值为1.55,pielou均匀度指数平均值为0.65。壶穴生境功能摄食类群以收集者为主,并与滤食者、刮食者和撕食者存在显著性差异,数量最少的为撕食者,并与其他类群存在显著性差异。大型无脊椎动物丰度和多度与壶穴面积呈显著正相关。rda分析结果表明溶解氧、总磷和硝态氮浓度是显著影响山地河流壶穴生境大型无脊椎动物群落结构的主要环境因子。山地河流壶穴生境大型无脊椎动物群落结构、分布及功能摄食群特征与水体理化指标浓度密切相关,溶解氧、总磷和硝态氮含量是影响壶穴大型无脊椎动物群落结构的主要环境因子。(5)野外调查分析河流底栖生境大型无脊椎动物种类组成与分布,并与壶穴生境大型无脊椎动物进行比较,结果表明河流底栖生境中,动蜉(cinygmasp.)和细裳蜉(leptophlebiidae)为四季的优势类群,四节蜉(baetissp.)、细蜉(caenissp.)、沼蛤(limnopernafortunei)等物种分别为不同季节的优势类群;河流底栖生境功能摄食类群以滤食者、收集者、刮食者为主,撕食者最少。河流底栖和壶穴生境存在部分共有的优势类群,壶穴生境大型无脊椎动物种类数多于河流底栖生境,两者生境功能摄食群落有所差异。壶穴与河流底栖生境大型无脊椎动物群落结构相似性分析结果表明,两者存在一定的差异(r=0.415,p<0.05)。聚类和mds分析表明两者生境大型无脊椎动物各聚一类,其吻合度较好(stress<0.1),说明壶穴与河流底栖生境大型无脊椎动物群落结构存在一定的差异。研究结果表明山地河流壶穴生境不仅为大型无脊椎动物提供栖息和庇护场所,而且壶穴生境的存在有利于保护和提高山地河流大型无脊椎动物多样性。