巢湖流域水生生物对河流网络连通模式的响应

Connectivity of river network is not only reflected in the structure, but also in the function, which can promote the substance circulation, the energy conversion and the information transmission in river ecosystem. Connectivity of river network can improve the ecological function in river ecosystem. The Hangbu-fengle river in Chaohu basin was taken as the research subjects in this project. River system in the study area was interpreted from remote sensing images. According to the river system, a river network was constructed. Using the theory and methods of ecological network, the connectivity indices were calculated in the river network, the temporal and spatial evolution of river network connectivity were analyzed. On the basis of the survey data of aquatic organisms in the river network, the species composition, spatial distribution and dominant species were analyzed in the river network. Three kinds of matrixes were built, which are the species dissimilarity matrixes, the geographic distance matrixes and the environmental distance matrixes, respectively. We calculated the relationships between the species dissimilarity matrixes, the geographic distance matrixes and the environmental distance matrixes, whilst also taking into account the environmental distance matrixes between sites, using Mantel and partial Mantel tests. The responses of the aquatic organisms to the connectivity patterns of the river network in Chaohu Basin were analyzed. The results can be used to support river ecosystem management and restoration in Chaohu basin.

河流网络连通不仅是空间结构上的连通，而且是功能上的连通，这种连通能够促进河流生态系统中物质循环、能量流动和信息传递，对维持和提高河流生态功能具有重要意义。本项目选取巢湖流域杭埠河-丰乐河为研究对象，通过解译遥感影像获取研究区河流水系，概化构建研究区的河流网络，运用生态网络的理论与方法，借助河流网络连通指数，分析研究区河流网络连通模式变化特征；通过本项目野外观测获得的水生生物调查资料，分析研究区河流网络中水生生物物种组成、优势种及其分布特征；分别建立河流网络中水生生物物种差异度矩阵、地理距离矩阵和环境距离矩阵，应用Mantel/partial Mantel tests方法分析水生生物物种差异度矩阵、地理距离矩阵和环境距离矩阵之间的相关关系，并考虑环境距离对分析结果的影响，分析水生生物对河流网络连通模式的响应，为巢湖流域水生态系统的恢复和流域水资源的综合管理提供理论基础和技术支撑。

影响流域水生生物多样性的因素多种多样，识别并区分不同类型的影响因素是近年来的研究热点。前期研究主要关注河流栖息地、水化学以及地形的影响，水生生物的迁移扩散通道-河流及其连通模式的影响较少的出现在相关的研究中。本项目通过构建一种河流网络模型，并针对该河流网络模型，提出不同类型的河流网络连通模式。在此基础上，结合流域水生态调查资料，建立了水生生物多样性影响因素数据集，应用空间分析、Mantel test等分析方法，不仅分析了不同水生生物对水环境因子响应特征，同时还考虑了河流网络连通模式对水生生物多样性的分布格局的影响。相关研究结果显示，构建的河流网络模型能够反映河流水系的空间结构，并且能够应用在水生生物多样性保护方面。在实际应用中，发现杭埠河流域大部分水生生物多样性与至少两种河流网络连通距离之间存在显著相关关系，与通常的认识不一样的是，当剔除了环境因子的影响后，除鱼类外，其他水生生物多样性与河流网络连通距离之间显著水平并没有受到多大的影响，虽然相关系数有一定的减少。杭埠河流域水生生物多样性分布格局受环境因子和河流网络连通距离的共同作用。其中，底栖动物、水生植物和鱼类对环境因子变化更加敏感，河流网络连通距离虽然对上述三种水生生物有影响，但是其对水生生物多样性分布格局的解释力没有环境因子强，并不是说所有的环境因子的影响都强于河流网络连通距离。值得注意的是，针对不同水生生物而言，不是所有环境因子都是对其有显著的影响的，河流栖息地是影响水生生物和鱼类生物多样性分布格局的主要环境要素，而底栖动物栖息地周围的土地利用则是影响其多样性分布格局的主要环境要素。此外，建立了流域多重生态系统服务供给评估指标体系，分析了流域多重生态系统服务供需关系，识别出了影响流域生态服务功能供需变化的关键社会经济因子。本项目的相关研究方法体系为流域水生生物多样性保护提供了技术支持，具有很好的实际应用价值。