次生盐化对山区溪流大型底栖动物群落结构的影响机制及其阈值研究

The secondary salinisation has been proved to be the key environmental impact factor for the community structure of aquatic biota. Currently, the secondary salinisation status in Chinese streams is serious. For protecting the macroinvertebrate biodiversity in stream, it is urgent to do the research focused on the influencing mechanism and threshold of salinity on macroinvertebrate community. The current project will focus the streams located in the mountainous regions of Taizi River and did the field work for the impacted and un-impacted reaches. Based on the collected data, we will analyze the influencing mechanism of fluctuant salinity on the macroinvertebrate community. Also we will analyze the effect of salinity fluctuation, ions composition, and the interaction with water temperature on the macroinvertebrate community by using the experimental simulation system in laboratory, and discuss the adaption mechanism of typical environment indicator taxa to salinity fluctuation, interaction with water temperature at individual and physiological level. This project also will study on the thresholds of salinity and major ions to each of stream macroinvertebrate taxon, and then deduce the protection thresholds of electrical conductance and key ions for macroinvertebrate community, aiming to provide a scientific support for stream macroivertebrate diversity protection and water quality management.

次生盐化是影响溪流水生生物群落结构的重要因素之一。目前，我国溪流次生盐化现象严重，为保护溪流大型底栖动物的多样性，亟需开展盐分对大型底栖动物群落结构的影响机制与生态阈值研究。本项目以辽宁太子河上游的山区性溪流为研究对象，对受到/未受到盐分干扰的河段进行调查。依据盐分和大型底栖动物数据，分析盐化波动对大型底栖动物群落结构的影响机制。结合室内模拟系统，分析盐分波动、不同离子组合以及盐分与水温交互作用下，大型底栖动物群落结构的变化情况；在个体和生理水平上，分析典型环境指示物种对盐分波动及盐分和水温共同干扰下的适应机制；分析不同大型底栖动物物种对盐分及主要离子的响应阈值，在此基础上推导大型底栖动物群落的盐分及离子阈值。以期阐明次生盐化对山区溪流中大型底栖动物群落结构的影响机制并推导出电导率和关键盐离子的生态保护阈值，为溪流大型底栖动物多样性保护与水质管理提供科学依据。

人类活动引起的淡水盐分含量升高称为次生盐化，其对淡水生态系统产生的影响已受到全世界的关注。我国对盐化的研究主要集中于盐碱水和盐碱地，对淡水生态系统的盐化及影响关注不足。本项目选择辽宁省浑太河流域为研究区域，主要开展了溪流盐化特征与成因、对大型底栖动物群落结构与功能特征影响、对典型物种生理指标影响、物种与群落水平盐化阈值以及盐化风险评估等研究。取得的重要结果如下：（1）浑太河流域盐分组成50年间由重碳酸盐型转为高硫酸盐型，溪流中Ca2+、Mg2+和SO42-浓度升高主要来源于矿山废水排放；（2）电导率升高显著降低了大型底栖动物敏感物种出现频率和多样性，农业用地和城镇用地比例对电导率升高贡献显著；（3）对盐敏感生物、鳃呼吸者、撕食者和捕食者的物种丰富度随电导率和硫酸盐浓度的升高，呈降低趋势，而极度耐盐生物、皮肤呼吸者和收集者则呈现增加趋势；（4）椭圆萝卜螺体内钠钾ATP酶活力随电导率增加先升后降，高渗环境种钠钾ATP酶活力受抑制，同时高电导率还抑制SOD、CAT等抗氧化酶活力；（5）利用GAM和逻辑斯蒂模型计算了57种大型底栖动物的电导率阈值，利用SSD曲线法和指示物种阈值法分别推导了基于群落水平保护的电导率阈值（277.1μS/cm）和硫酸根阈值（140 mg/L）；（6）删除水温、栖境得分与氨氮等对阈值存在偏颇的环境要素后，毛翅目物种、蜉蝣目物种、双翅目物种及其它目物种XC95s无显著变化，验证了阈值可靠性；（7）采用风险商值法和联合概率曲线法对电导率和硫酸盐造成的生态风险进行评估发现，电导率和硫酸盐的生态风险由上游向下游逐渐递增，浑太河流域1-5%的大型底栖动物受到损害时，其污染水体占总地表水体的比例为38.75%-84.88%。本项目的研究成果总结了浑太河流域溪流盐化特征与成因，阐明了盐化对大型底栖动物分类群与功能群的影响特征，揭示了大型底栖动物对盐化的个体与生理响应机制，提出了可靠的保护大型底栖动物完整性的阈值管理建议。