题名滦河流域人类活动对大型底栖动物生物完整性的影响
作者张海萍
学位类别博士
答辩日期2014-05
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师陈利顶
关键词流域人类活动 大型底栖动物 景观格局 流域尺度 河段尺度 Human activity in watershed Macroinvertebrate Landscape pattern Watershed scale Reach scale
其他题名The impact of human activities on Benthic Macroinvertebrate Index of Biological Integrity (B-IBI) in Luan River Basin
学位专业生态学
中文摘要      随着流域内人类活动的持续加强,河流生态系统在点位、河岸带、流域等多个时空尺度上遭受前所未有的干扰与胁迫,而定量识别影响河流(注意河流和流域的区别)生态系统的关键人为因子是流域管理及河流生态修复的重要基础和前提。河流底栖动物能够对多种人类活动胁迫做出综合响应,是河流健康的重要指示物种之一,成为众多科学家和管理者关注的重要生物类群。本研究选择滦河流域为研究区,以表征河流生态系统状况的大型底栖动物生物完整性指数(B-IBI)为分析目标,基于 65个野外样点的筛选布设,采集了大型底栖动物样本,并测量了河段水质、物理生境及底泥特征等等相关因子。此外,在流域尺度上选择了14种景观格局指数,主要包括景观百分比指数、反距离权重指数和空间分布指数。并在此基础上,基于生物数据和不同尺度环境数据,深入对比分析了大型底栖动物生物完整性的多尺度影响因素。主要结论如下:
      1)本文主要选择了三类流域景观格局指数:①景观百分比指数,包括 P(流域内土地利用百分比)、B_500m(缓冲区  500m内土地利用百分比)、B_1000m(缓冲区 1000m内土地利用百分比)、B_2000m(缓冲区  2000m内土地利用百分比)、FL_500m(基于水流路径 500m缓冲区内土地利用百分比)、FL_1000m(基于水流路径 1000m缓冲区内土地利用百分比)、FL_2000m(基于水流路径   2000m缓冲区内土地利用百分比)、SP_1km1km(上游 1km缓冲区   1km内土地利用百分比)、SP_1km10km(上游 10km缓冲区  1km内土地利用百分比);②反距离权重指数,包括基于水流路径的距离出水口反距离加权指数( iFLO_km和iFLO_m)、基于水流路径的距离河流反距离加权指数(iFLS_km和    iFLS_m),iFLO_km和  iFLS_km以  km为距离单位,iFLO_m和   iFLS_m以米为距离单位。③空间分布权重指数    W_SP,主要考虑了不同景观类型的在流域中的空间位置
对 B-IBI的影响。基于滦河流域  65个样点,根据模型显著性,以  R2作为判断依据,景观指数对大型底栖动物的解释能力从大到小依次为:iFLO_km > iFLO_m >FL_2000m > W_SP > SP_1km10km > iFLS_km > FL_1000m。结果表明传统的流域景观格局指数包括流域土地利用百分比和缓冲区土地利用百分比都不能较好地解释大型底栖动物完整性。
      2)针对滦河流域受人类干扰较少的样点进行分析,结果表明以 “农田%”为变量的模型解释度从大到小依次为:   iFLO_m  >  FL_1000m  >  SP_1km10km  >SP_1km1km > B_500m > FL_2000m > B_1000m > iFLO_km > iFLS_m。
      3)针对集水区面积较小且受人类干扰较小的样点进行分析,结果表明景观指数的解释能力从大到小依次为:W_SP  >  iFLO_km  >  iFLO_m  >  iFLS_km  >B_2000m > FL_2000m > SP_1km10km > B_1000m > SP_1km1km > FL_1000m。
      4)比较所有指数的解释能力,在三组中稳定性最高的是   iFLO_m,且解释度也较高;欧几里得缓冲区和水流路径距离缓冲区指数稳定性较差,在三组中的解释能力排序不一致;W_SP指数适用于面积较小、流域干扰较小的流域,在这种类型的流域内其解释能力较强。
      5)在所有具有统计显著性的回归模型中, “耕地%”是最重要的预测变量,说明相比较其他土地利用方式,农业活动是对滦河流域 B-IBI影响最重要的、景观尺度上的人类活动类型。iFLO_m和  iFLO_km指数中农田%的解释度较高,说明 B-IBI不只受到缓冲区内耕地的影响,而是受到全流域耕地的影响,距离样点越近的耕地影响越大。
      6)河段尺度上,在“较为一致”的物理生境和底泥环境中,氨氮是  B-IBI最重要的水质影响因子,而在不同的水化学环境、物理生境和底泥环境组合中,氨氮对 B-IBI的相对影响有所降低,但仍具有重要影响;在水体较为清洁的环境中,“细粒%”是 B-IBI最重要的影响指标,而在被污染水体或污染程度较重水体中,物理生境的作用比水质指标的作用较差,影响程度较低;底泥重金属不是大型底栖动物分布和完整性的限制性因素。
      7)采用  RDA对比流域尺度和河段尺度因子对于河流大型底栖动物完整性的影响,结果表明两个尺度因子的解释度较为相近
英文摘要      With the increasing density of human activities in watershed, river ecosystems have
been  sufferring  from  human   threats  at  multiple  scales,  ranging   from  watershed,
riparian and  site. Identifying the  critical scale  and the  critical factors is  essential for
watershed management and river restoration. With many advantages, macroinvertebrate  has  been  the  widely  used  taxa  in  river   health  assessment  and research of  the relationship  between human  activities and river  ecosystems. Benthic Macroinvertebrate Index  of Biological  Integrity (B-IBI)  has been  a critical  index of river health. Based  on 65 sampling sites  in Luan River Basin,  macroinvertebrate was collected by  D-shaped net.  Reach scale  factors were also  monitored simultaneously, including  water   quality,  physical   habitat  characteristics   and  sediment  chemistry indicators.In   addition,  14   landscape   pattern  indices   were   developed,   including landscape  index,  inverse-distance-weighted index  and  spatial  distribution  weighted index.  We  did  comparative  analysis  of watershed  and  reach-factors  impacting  on B-IBI. The main results are as below.
      1) Three  categories  of landscape  indices were  developed. First,  landscape percentage  indices included  P   (percentage  land  use in  watershed)、B_500m  (percentage land  use  in buffer  with 500m   width),  B_1000m      (percentage   land  use   in   buffer   with  1000m   width),   B_2000m (percentage land  use in buffer with  2000m width), FL_500m  (percentage land use  in buffer with 500m  flow   length)、FL_1000m   (percentage  land   use  in  buffer   with  1000m   flow  length),FL_2000m (percentage  land  use in  buffer  with 2000m  flow length),  SP_1km1km  (percentagee land use  in  buffer with  1km width  and 1km  length) and  SP_1km10km  (percentage land  use in buffer with 1km width and  10km length).②Inverse distance-weighted indices included iFLO_km, iFLO_m, iFLS_km  and iFLS_m.  iFLO_km and  iFLS_km were  calculated using  km as  distance
unit.  iFLO_m and  iFLS_m  were calculated  using  km as  distance unit.  iFLO_km  and  iFLO_m considered flow  length of  a given  site to  sampling sites.  iFLO_m and  iFLS_m considered  flow length  of  a   given  site  to  streams.③        W_SP  considered  the  relative   position  of  different landscape elements.
      1)  Based   on  the   dataset   of  65   sites,   the  explanatory   abilities   of   landscape  indices   to macroinvertebrates  were  in  descending order:  iFLO_km  >  iFLO_m  >  FL_2000m  >  W_SP >SP_1km10km >  iFLS_km > FL_1000m.  The traditional  indices, including  landscape percentage of different land use for the whole watershed and different buffers, have weak ability of explaining B-IBI.
      2)  A  sub-dataset   was   developed   in  the   watersheds   with   less  human   disturbances.   The explanatory  abilities   of  landscape   indices  to  macroinvertebrates   were  in   descending  order: iFLO_m >  FL_1000m  > SP_1km10km  > SP_1km1km  > B_500m  > FL_2000m  > B_1000m  >iFLO_km > iFLS_m.
      3)  A  sub-dataset was  developed  in  the  watersheds  with  less  human disturbances  and  small watershed  areas.  The explanatory  abilities  of  landscape  indices  to macroinvertebrates  were  in descending  order:  W_SP  >   iFLO_km  >  iFLO_m  >   iFLS_km  >  B_2000m  >  FL_2000m   > SP_1km10km > B_1000m > SP_1km1km > FL_1000m.
      4)“iFLO_m”  was  the  Most  stable  index in  explaining  B-IBI.  The  indices  in  describing  the landscape percentages  in different buffers have  the relatively unstable ability.  Spatial distribution weighted   index  explained   the   largest  variance   of   B-IBI   in  watersheds   with   less  human disturbances and small watershed areas.
      5)  “agriculture %”  was  the most  important  variable in  the  regression models,  indicating  that agriculture activity  posed most threats  to macroinvertebrate  community. The models  of iFLO_m and  iFLO_km have  relatively high  explanatory  ability, indicating  that  agriculture land  close  to river channels has more influences on macroinvertebrate.
      6) At  reach scale,  NH3-N was  the most  important water  quality factor, especially  in relatively “good” physical  habitat. Fine sediment  percentage was  most important physical  habitat factor in relatively  “good” water  environment.  The  heavy  metal content  in  sediment  has no  significant impact on B-IBI.
      7) The watershed- and reach-scale factors have equal explanatory ability to B-IBI.
公开日期2015-07-07
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15705]  
专题生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
张海萍. 滦河流域人类活动对大型底栖动物生物完整性的影响[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014.
个性服务
查看访问统计
相关权益政策
暂无数据
收藏/分享
所有评论 (0)
暂无评论
 

除非特别说明,本系统中所有内容都受版权保护,并保留所有权利。


©版权所有 ©2017 CSpace - Powered by CSpace