山地河流潜流层大型无脊椎动物生态学研究

发布时间：2017-04-04 22:01

  本文关键词：山地河流潜流层大型无脊椎动物生态学研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：潜流层是河流地表水和地下水相互作用的生态界面,具有不同于地表流水生态系统和黑暗界面地下水生态系统的特征,生物多样性丰富而独特,是河流生态系统的重要组成部分。在潜流层生物相中,大型无脊椎动物位于潜流层食物网的顶层,直接影响着潜流层物质和能量动态,是河流健康潜在的指示生物,调节着潜流层的生物地化过程,发挥着环境净化和生态缓冲等多种生态服务功能,对溪流生态系统健康维持具有至关重要的作用。本论文以典型的山地河流—黑水滩河为例,开展潜流层野外调查和定位试验,系统地研究了山地河流潜流层大型无脊椎动物生态学特征,研究涉及潜流层生境特征、潜流层大型无脊椎动物群落组成和时空分布、大型无脊椎动物在潜流层中的拓殖过程、环境因素对大型无脊椎动物群落的影响以及潜流层大型无脊椎动物与底栖动物的差异分析等,得到的主要研究结论如下:(1)对6个断面10个表征潜流层生境特征的参数进行分析,结果表明该河段潜流层沉积物主要为砾石和卵石,各断面非均匀度差异不显著,百分比细砂含量范围波动不大,为4.59~11.97%;垂向渗透系数范围为0.15~0.73 mm/s,S1断面和S4、S6存在显著差异;各断面的垂向水力梯度均为负值,表明调查断面均为下降流区域;对比河流表层水和潜流层间隙水的理化指标,发现潜流层间隙水的p H、溶解氧和电导率均小于河流表层水,除S5断面外温度也符合这个规律;间隙水温度与河流表层水温度有较强相关性,且受气温影响。对各断面潜流层生境指标进行PCA分析,结果表明非均匀度、百分比细砂含量、中值粒径、垂向渗透系数和温度等5个参数能较全面的反映潜流层沉积物、间隙水和潜流交换的特征。(2)对不同季节潜流层大型无脊椎动物群落的研究表明:3个季节共采集大型无脊椎动物27种,其中夏季22种,冬季和春季各16种。各季节水生昆虫种类所占比例均较高,分别为夏季81.8%、冬季75.0%和春季62.5%;夏季群落密度显著低于冬季和春季,春季最高;冬季群落生物量显著高于夏季和春季,夏季最低;3个季节群落的物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均没有显著性差异。空间分布上,大型无脊椎动物的密度和丰富度均呈现随潜流层深度增加而降低的趋势,大多数个体均分布在0-20 cm深度,呈现出明显的垂直空间梯度分布规律。群落以滤食者和收集者所组成的集食者为绝对优势功能群。潜流层无脊椎动物的相互作用、生活史策略和潜流层的理化条件影响着潜流层大型无脊椎动物的群落结构和时空分布。(3)通过原位包埋人工基质方法研究大型无脊椎动物在潜流层中的拓殖过程,结果表明,群落个体密度在7~29 d呈“J”型增长,在29 d后骤然降低,55 d后呈波动趋势;物种丰富度在1~29 d呈增加趋势,29 d后呈波动状态;群落的生物量总体呈增加趋势。群落的物种丰富度、密度和生物量在第29、71和83 d时没有显著差异(P0.05),Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数在第55、71、83 d没有显著差异(P0.05)。综合不同拓殖时间段物种的主成分分析,表明潜流层大型无脊椎动物群落在拓殖55 d后趋于稳定。稳定群落的优势种为摇蚊、河蚬、四节蜉、动蜉、纹石蛾和扁泥甲。滤食者和收集者在整个拓殖过程中均是优势功能摄食群。群落拓殖过程是一个群落自身恢复能力和外部环境影响相互作用的过程,拓殖初期潜流层的结构是影响着无脊椎动物迁入的主要因素,拓殖中期动物的生活史特征起主导作用,稳定期之后群落可能受到各因素的综合影响。(4)在黑水滩河上游选择5个断面调查了潜流层大型无脊椎动物及其生境特征,研究微观尺度环境因素对潜流层大型无脊椎动物群落组成及分布的影响。结果表明:调查河段共发现大型无脊椎动物29种,其中水生昆虫种类最多;各断面大型无脊椎动物的密度、生物量和丰富度均呈现随着潜流层深度增加而降低的趋势;潜流层沉积物的中值粒径、垂向水力梯度和垂向渗透系数是影响大型无脊椎动物组成和分布的主要因素,其中最重要的是中值粒径。潜流层无脊椎动物群落变化也受到食物源和物种间相互作用等因素的影响,所有这些因素共同形成了一个复杂的“自然过滤器”(即潜流层无脊椎动物群落及生境特征的调控系统),控制着潜流层无脊椎动物的群落结构和空间分布。(5)在黑水滩河上游5个断面分别调查了潜流层和底栖生境大型无脊椎动物群落,对比分析表明两者既存在差异也存在较密切的联系,两个生境既存在一些共有的优势种也分别拥有一些特有的物种,相似性检验结果表明两个生境的大型无脊椎动物群落存在较小差异(R=0.272,P0.05)。研究结果表明,潜流层既是一些底栖大型无脊椎动物的躲避环境条件突变的“庇护地”,也是底栖生境中无脊椎动物重新繁殖重要的“种源地”。
【关键词】：潜流层 大型无脊椎动物 生境 恢复 垂直分布
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q958
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-23
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 潜流层研究进展12-14
• 1.2.1 潜流层概念12-13
• 1.2.2 潜流层的研究进展13-14
• 1.3 潜流层大型无脊椎动物研究进展14-19
• 1.3.1 潜流层大型无脊椎动物类群14-16
• 1.3.2 潜流层大型无脊椎动物的分布及影响因素16-18
• 1.3.3 潜流层大型无脊椎动物的生态功能18-19
• 1.4 研究内容及技术路线19-23
• 1.4.1 研究内容19-20
• 1.4.2 技术路线20-23
• 2 潜流层大型无脊椎动物调查研究方法23-33
• 2.1 潜流层大型无脊椎动物调查方法23-27
• 2.1.1 Bou-Rouch采样法23-24
• 2.1.2 人工基质法24
• 2.1.3 冷冻芯样法24-25
• 2.1.4 采样设备研制及采集方法试验25-27
• 2.2 潜流层理化性质测定方法27-31
• 2.2.1 潜流层垂向水力梯度测定方法27-29
• 2.2.2 潜流层沉积物渗透系数测定方法29-30
• 2.2.3 潜流层沉积物采集30
• 2.2.4 潜流层间隙水的采集30-31
• 2.3 研究区域的确定31-33
• 3 潜流层生境特征33-41
• 3.1 研究区域概况33-34
• 3.2 调查方法和材料34-36
• 3.2.1 潜流层垂向水力梯度及渗透系数测定35
• 3.2.2 潜流层沉积物粒径分析35
• 3.2.3 潜流层孔隙水理化指标测定35
• 3.2.4 其它理化指标的测定35-36
• 3.2.5 数据分析36
• 3.3 结果与分析36-40
• 3.3.1 潜流层沉积物特征36-38
• 3.3.2 潜流交换特征38
• 3.3.3 潜流层间隙水特征38-39
• 3.3.4 PCA分析39-40
• 3.4 讨论40
• 3.5 小结40-41
• 4 潜流层大型无脊椎动物群落组成及分布41-55
• 4.1 研究区域和研究方法42-43
• 4.1.1 研究区域概况42
• 4.1.2 研究方法42-43
• 4.2 结果与分析43-51
• 4.2.1 群落结构43-48
• 4.2.2 垂直分布48-50
• 4.2.3 功能摄食类群50
• 4.2.4 PCA分析50-51
• 4.3 讨论51-53
• 4.3.1 季节因素对群落结构的影响51-52
• 4.3.2 群落垂直分布的差异及原因52-53
• 4.4 小结53-55
• 5 潜流层大型无脊椎动物群落拓殖研究55-67
• 5.1 研究区域及研究方法55-56
• 5.1.1 研究区域概况55
• 5.1.2 研究方法55-56
• 5.2 结果与分析56-63
• 5.2.1 不同拓殖时间段群落结构56-62
• 5.2.2 不同拓殖时间段物种的PCA分析62-63
• 5.2.3 功能摄食类群63
• 5.3 讨论63-65
• 5.3.1 群落结构变化63-64
• 5.3.2 群落恢复机制64-65
• 5.4 小结65-67
• 6 环境因素对潜流层大型无脊椎动物群落的影响67-79
• 6.1 研究区域和研究方法67-68
• 6.1.1 研究区域67-68
• 6.1.2 研究方法68
• 6.2 结果与分析68-75
• 6.2.1 环境因素68-69
• 6.2.2 种类组成及分布69-71
• 6.2.3 密度、生物量与物种多样性71-72
• 6.2.4 环境因素对群落组成和分布的影响72-75
• 6.3 讨论75-77
• 6.3.1 深度对潜流层无脊椎动物的影响75-76
• 6.3.2 环境因素对潜流层无脊椎动物的影响76-77
• 6.4 小结77-79
• 7 潜流层与底栖生境大型无脊椎动物群落比较研究79-87
• 7.1 研究区域和研究方法79-80
• 7.1.1 研究区域79
• 7.1.2 研究方法79-80
• 7.2 结果与分析80-84
• 7.2.1 群落结构80-82
• 7.2.2 相似性检验82-83
• 7.2.3 群落聚类分析83-84
• 7.3 讨论84-86
• 7.3.1 群落差异84-85
• 7.3.2 生境差异85-86
• 7.4 小结86-87
• 8 结论及展望87-91
• 8.1 主要工作及结论87-89
• 8.2 创新点89
• 8.3 展望89-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-103
• 附录103-111
• A. 附图—采样器及部分采样照片103-106
• B. 黑水滩河上游河段潜流层大型无脊椎动物名录106-109
• C. 攻读博士学位期间的科研成果109-111
• D. 攻读博士期间参与的主要科研项目111

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 Meng-zhen XU;Zhao-yin WANG;Bao-zhu PAN;Na ZHAO;;Distribution and species composition of macroinvertebrates in the hyporheic zone of bed sediment[J];International Journal of Sediment Research;2012年02期

2 周红,张志南;大型多元统计软件PRIMER的方法原理及其在底栖群落生态学中的应用[J];青岛海洋大学学报(自然科学版);2003年01期

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5 廖静秋;黄艺;;应用生物完整性指数评价水生态系统健康的研究进展[J];应用生态学报;2013年01期

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