城镇化对溪流水质和底栖动物群落结构的影响 ——以钱塘江中游为例

论文摘要

城镇化是一种土地利用变化的普遍现象。城镇化的生态效应日益受到关注,城市溪流生态系统是受城镇化影响最大的水生态系统之一本文分别于2010年4月及2011年4月调查了浙江省钱塘江中游流域受不同城镇化强度影响的89条1-3级支流的水体理化、底栖动物群落及所在流域的土地利用状况。参照溪流底质组成以大石块和卵石为主,干扰溪流的底质组成以沙、淤泥为主。受城镇干扰溪流的水温、CODMn、总氮、总磷、电导率、磷酸盐、氨氮、钙及镁含量明显高于参照溪流,而参照溪流的溶解氧明显高于受干扰溪流。干扰溪流的总分类单元数、香浓多样性指数、丰富度指数、敏感类群、捕食者、撕食者、刮食者及滤食者所占百分数都低于参照溪流；干扰溪流的寡毛纲、耐污类群、集食者所占百分数及BI显著高于参照溪流。分析作为流域城镇化强度指标不渗水地表面积比（PIA）与溪流水质和生物群落的关系。Spearman秩相关分析表明,总氮、氨氮、磷酸盐、总磷、CODMn、电导率、水面宽度、水深、细沙淤泥比（%）与PIA显著正相关（P<0.01）,与林地（%）显著负相关（P<0.01）。底栖动物指标与PIA的拟合曲线表明它们之间存在着显著的非线性关系（P<0.01）。其中总分类单元数、香浓多样性指数、丰富度指数、敏感类群（%）、EPT（%）及捕食者（%）、撕食者（%）、滤食者（%）、刮食者（%）与PIA显著负相关（P<0.01）,与林地（%）呈显著正相关（P<0.01）,但BI指数、集食者（%）、耐污类群（%）、寡毛纲（%）与PIA显著正相关（P<0.01）。流域底栖动物群落结构受不同空间尺度的环境因子影响,基于89个样点的大型底栖无脊椎动物和环境变量数据,本文探讨了流域尺度和河段尺度的环境因子对底栖动物群落的相对影响。PCA分析表明该区域的主要环境梯度是流域内的土地利用类型及其引起的溪流物理生境退化程度和水体营养状态。运用CCA及偏CCA寻找导致底栖动物群落变化的主要环境尺度因子及解释量,CCA分析发现影响底栖动物群落的流域尺度的关键环境变量是纬度、海拔、样点所在流域面积大小、森林（%）、田（%）及PIA,河段尺度是水温、pH、溶解氧、平均流速、平均底质得分、总磷和钙浓度。偏CCA分析得到两种尺度环境因子对底栖动物变异的总解释量为31.52%,流域尺度和河段尺度变量分别为总解释量的30.43%和21.61%,结果表明研究区域大型底栖无脊椎动物受到两种尺度环境因子的综合影响,且两种尺度环境因子共同作用结果更为重要,体现了其在溪流生态系统保护和恢复、监测和评价中的重要参考价值。研究结果表明研究区域内随着城镇化强度的提高,城镇溪流表现出高氮、磷营养盐水平、物理生境退化、敏感底栖动物物种消失、耐污物种个体数量急剧上升等城镇溪流退化的共性现象。溪流底栖动物群落结构变化是流域尺度和河段尺度的环境因子共同作用的结果,流域尺度的作用要大于河段尺度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 溪流生态系统
• 1.1.1 溪流生态系统的组成
• 1.1.2 溪流生态系统的结构和功能
• 1.1.3 溪流生态系统的特点
• 1.2 城市化对城市溪流系统的影响
• 1.2.1 城市化对城市溪流结构的影响
• 1.2.2 城市化对城市溪流水文过程的影响
• 1.2.3 城市化对城市溪流水质的影响
• 1.2.4 城市化对城市溪流水生生物的影响
• 1.3 溪流生态系统健康及评价指标
• 1.3.1 溪流生态系统健康评价指标
• 1.3.1.1 物理化学指标
• 1.3.1.2 生态指标
• 1.3.1.3 社会发展与人类健康指标
• 1.4 本研究的目的意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 钱塘江流域概况
• 2.2 流域土地利用类型计算
• 2.3 采样点确定
• 2.4 样本采集
• 2.4.1 底栖动物采集
• 2.4.2 水体理化指标测定
• 2.4.3 栖境指标的测定
• 2.4.3.1 溪流底质
• 2.4.3.2 溪流宽度、深度
• 2.4.3.3 流速、流量的测定以及计算
• 2.5 数据处理与分析
• 第三章 城镇化对钱塘江中游溪流水质和底栖动物群落结构的影响
• 3.1 采样点分布及样点概况
• 3.2 样本采集和数据分析
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 城镇化对溪流水质的影响
• 3.3.1.1 城镇干扰溪流与参照溪流栖境指标的比较
• 3.3.1.2 城镇干扰溪流与参照溪流水体理化性质比较
• 3.3.1.3 土地利用与理化指标的关系
• 3.3.2 城镇化对底栖动物群落的影响
• 3.3.2.1 底栖动物群落组成及数量
• 3.3.2.2 城镇干扰溪流与参照溪流底栖动物群落结构比较
• 3.3.2.3 土地利用与生物指标的关系
• 3.4 讨论
• 第四章 钱塘江中游流域不同土地利用类型、不同空间尺度环境因子对底栖动物群落的影响
• 4.1 采样点分布及样点概况
• 4.2 样本采集
• 4.3 数据分析
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 底栖动物群落组成及数量
• 4.4.2 环境变量及环境梯度
• 4.4.3 影响因素解析
• 4.4.3.1 流域尺度环境因子
• 4.4.3.2 河段尺度环境因子
• 4.4.3.3 偏CCA分析
• 4.5 讨论
• 4.5.1 影响底栖生物群落的关键因子
• 4.5.2 不同空间尺度因子的重要性
• 全文总结
• 附录 大型底栖动物分类单元
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢