闸控型流域底栖动物集合群落构建机制研究

Exploring community assembly mechanism from the basin scale has been one of the hotspots in the study of watershed ecology. Especially in dams-controlled watershed ecosystem, there are lots of water conservancy facilities such as dams, On the one hand, they affect the aquatic organisms disperse by destroying the river network connectivity. On the other hand, they make local environmental conditions and patch connectivity have highly dynamic changes. The effects of river network and multiple dams on the stream metacommunity structure are not fully understood. Moreover, little is known about the mechanism of metacommunity assembly in dams-controlled basin. In this study, we regarded Shayinghe basin as the object of study, which is a typical dams-controlled basin, and the zoobenthos is considered as model organisms. For unravelling metacommunity assembly mechanism of zoobenthos in dams-controlled basin, we model disperse process and biotic filtering by spatial eigenfunction analysis and Hierarchical Modelling of Species Community (HMSC) respectively; and quantitatively evaluate the relative influence of environmental filtering ,biotic filtering and disperse process on the metacommnity of zoobenthos using variation partitioning. And make further discussion whether metacommunity assembly mechanism is stable in a highly dynamic ecosystem. It is expected to provide a theoretical basis for the ecological engineering of the damaged river ecosystem restoration and the protection of aquatic biodiversity in dams- controlled basin of China.

从流域尺度探索生物群落的构建机制，是流域生态学关注的热点。尤其是闸控型流域生态系统，因其存在大量的闸坝等水利设施破坏了河流网络连接性而影响生物扩散；水文条件的不断改变而造成流域局部环境条件和斑块连接性发生高度的动态变化，限制了生境间的物质、能量、及物种交流。目前关于河网结构、多闸坝效应对河流集合群落结构的影响仍缺乏了解，闸控型流域的水生生物集合群落构建机制尚不清楚。本项目拟以沙颍河流域-典型的闸控型流域为研究对象，以底栖动物为模式生物，利用空间模型和物种群落的等级模型分别模拟扩散过程和生物过滤；结合环境调查；定量评估扩散过程、环境因素和生物过滤对闸控型流域底栖动物集合群落结构影响的相对贡献，以揭示闸控型流域底栖动物集合群落构建机制；并进一步探讨在高度动态变化的间歇性河流中的集合群落的构建机制的稳定性。以期为我国闸控型流域的受损河流生态系统修复和水生生物多样性保护的生态工程提供理论依据。

陆地景观中的集合群落通常是指多个局域尺度上的群落通过其物种的扩散而连接一起的，其生境并不相连的群落集合。然而对于河流生态系统来说，由于河网结构具有连通性，因此单个群落的生境通过水流而相连，并且水流还有方向。因此，河流生态系统中的集合群落不同于陆地景观中集合群落。本论文以淮河中上游流域为研究对象，是典型的多闸坝的平原河网区；通过分析大型底栖动物集合群落的空间格局特征，探讨环境因素、河网结构及多闸坝的联合效应对大型底栖动物集合群落结构的影响，以期揭示多闸坝平原河网区大型底栖动物集合群落构建机制。研究结果表明：.(1) 研究区的大型底栖动物群落多样性指数较低，但群落结构空间差异性明显。该大型底栖动物群落主要以寡毛纲和和昆虫纲的摇蚊科为代表的耐污种为优势种，而以蜉蝣目、襀翅目和毛翅目为代表的敏感种和清洁种却很少出现；说明该区域的生态环境受到较严重的污染，造成了耐污种的大量繁殖，但敏感种在大量消失，从而降低了区域的生物多样性。根据群落结构的相似性指数（Bray-Curtis dissimilarity），整个研究区的样点被分为四组，且各组均有不同的指示种；同时发现大型底栖动物的五种摄食功能群(收集者，滤食者，扑食者，撕食者和刮食者)在各组分配比例也呈现明显的差异性，说明研究区域的群落结构在空间上呈现明显的异质性。.（2）无论在丰水期还是平水期，流域的河网结构对大型底栖动物的集合群落构建均有显著的影响（p<0.005），但与陆地距离相比，河流距离并没有体现明显的优势，这可能是由于淮河流域是个多闸坝的区域，所存在的大量闸坝降低了河流的连接性，从而削弱了水路扩散的能力。同时，我们也发现河流的方向性的扩散过程也未体现优势，其解释率在三个模型中相对较低，这可能是由于研究区域是以平原型河网为主，其流向不明确，因此对大型底栖动物顺流而下的方向性扩散影响相对较弱。陆地与水路距离主要影响大尺度上的群落结构，而方向性距离主要影响小尺度上的群落空间结构。虽然基于陆地距离和水路距离对大型底栖动物集合群落结构的影响显著大于方向性距离，但并不能说明大型底栖动物主要是以陆地扩散或水路扩散为主，而方向性扩散较弱，因为大尺度的群落结构可能一部分是受空间结构的环境变量的影响；而小尺度的群落结构主要是与物种的扩散过程有关。.（3）研究区域的环境变量呈现出明显的空间异质性，主要体现研究区域的南北差异和东西差异；通过