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作为世界上最重要的湿地之一,长江河流一泛滥平原生态系统担负着供水、调蓄、食物生产等多种功能。近几十年来,由于人类活动的干扰,长江泛滥平原水体面临着自然水文体制被破坏和水体富营养化的威胁,使其服务功能严重退化。底栖动物为泛滥平原水体一个重要的生态类群,研究其群落格局及环境条件需求可为泛滥平原的保护和管理提供科学依据。以往的相关研究集中于局部水域,缺乏大尺度上的比较研究。鉴于此,本研究于2001-2008年对长江泛滥平原31个代表性湖泊及干流武汉段的实地调查,系统开展了底栖动物的宏观生态学研究,取得如下主要结果。
1.初步建立了长江泛溢平原湖泊类型划分的定量指标体系。恰当划分水体类型是泛滥平原生态学研究的基础。本文以底栖动物为指示生物,并结合环境特征,将湖泊划分为通江湖泊、长江故道(牛轭湖)、草型湖泊、草藻过渡型湖泊和藻型湖泊,并给出了划分指标阈值。加上另外一种特殊类型的水体.河堤决口湖(垅垱),长江泛滥平原湖泊共有6类。其中通江湖泊又分为相对静止区、缓流区和急流区。
2.系统分析了通江湖泊底栖动物的群落特征及影响因素.在通江大型湖泊鄱阳湖和洞庭湖以及中型湖泊石臼湖中,共采集到底栖动物115种。密度、生物量、生产量分别为327ind/m2、1.40gdryweight/m2、3.23gdryweight/m2.year。软体动物为优势类群,分别占总密度、总生物量、总生产量的62.7%、91.5%、83.9%。与其它水体比较,通江湖泊底栖动物具有物种多样性高、双壳类丰富和生产量高等特点。河流干扰强度是影响通江湖泊底栖动物的分布及丰度的主要因素。
3.分析了长江故道底栖动物群落特征及资源衰退原因.在天鹅洲和老江河两个长江故道共采集到底栖动物41种。天鹅洲底栖动物密度、生物量和生产量分别为1368ind/m2、0.75gdryweight/m2和2.7gdryweiht/m2·year,老江河底栖动物密度、生物量和生产量分别为333ind/m2、1.18gdryweight/m2和1.69gdryweight/m2·year。该类水体的底栖动物在类群组成上与阻隔湖泊类似,以螺类和昆虫为主,但是有较多的流水性和冷水性种类。纵向比较表明两个故道底栖动物生物量比上世纪90年代下降了42.4—63.6%,软体动物尤为突出。底栖动物资源衰退的原因主要有两个,一是过度渔业,二是江湖阻隔。
4.系统分析了阻隔湖泊底栖动物的群落特征及影响因素。调查的阻隔湖泊共26个。在草型、草藻过渡及藻型三类湖泊分别采集到底栖动物54、40、21种。K-优势曲线分析表明三类湖泊的生物多样性依次下降。草型、过渡型及藻型三类湖泊底栖动物密度分别为1881、292、2563ind/m2,生物量分别为1.48、1.22、1.40gdryweight/m2,生产量分别为3.16、2.06、3.99gdryweight/m2·year。草型湖泊底栖动物以小型附草螺类占优:藻型湖泊底栖动物以耐污的颤蚓科寡毛类和摇蚊幼虫占优。影响底栖动物的分布及丰度的主要因素在草型湖泊是沉水植物生物量,在草藻过渡型湖泊是营养物浓度和水草生物量,在藻型湖泊是营养物浓度。
5.确定了影响长江泛溢平原底栖动物的关键因素,揭示了动物沿主要环境梯度的分布格局.
(1)影响泛滥平原湖泊底栖动物群落格局的首要因素是江湖水文连通度即水文干扰强度,其次是水体营养水平。
(2)沿着水文干扰梯度,底栖动物类群的现存量和生产量呈现三种格局:撕食者、过滤收集者和捕食者呈先上升后下降的趋势;直接收集者呈下降趋势;刮食者和总底栖动物的密度呈下降趋势,但生物量和生产量呈先上升后下降的趋势。结果显示,在中度水文干扰时,底栖动物不仅物种多样性最高,生物量和生产量也达到最大。
(3)沿着水体营养水平梯度,底栖动物类群的现存量和生产量呈现三种格局:直接收集者和捕食者呈上升趋势;刮食者密度呈下降趋势,而其生物量和生产量由一个较高的水平骤降至一个极低的水平;底栖动物总密度呈先下降后上升的趋势,而其总生物量和总生产量变化趋势不明显。
6.定量分析了长江泛滥平原底栖动物的环境需求。计算了长江泛滥平原20余种常见底栖动物的生态位,阐释了其生活习性,并据此将动物环境需求划分为耐污性、附草性、流水性和广布性四种模式。
7.构建了长江武汉段底栖动物的生境适合度模型,估算了栖息地的最适流量需求。根据在长江武汉阳逻段的周年调查结果,运用溪内流量递增法(IFIM),构建了水力模型和生境适合度模型,进而分析流量与栖息地可利用面积(WUA)的关系,结果发现当流量为21000m3/s时栖息地可利用面积达到最大。
本文的主要特色和创新点是:在水体分类的基础上,全面系统地阐释了长江泛滥平原水体底栖动物群落特征:揭示了底栖动物在水文干扰和营养水平两个梯度上的生态格局,首次提出了中度水文干扰导致底栖动物生物量和生产量最大的观点。研究结果表明,保持和恢复自然水文体制对维持河流一泛滥平原生态系统的健康至关重要。