基于底栖动物动态性的水库生态分区格局的研究- - 以太平湖水库为例

Typically, there are three recognizable longitudinal zones in a reservoir, including riverine zone, transition zone and lacustrine zone in the direction of inflow. Examining three recognizable zones will provide beneficial information on ecosystem management of a reservoir. However, dynamic succession of ecosystems is often ignored in previous zonation studys. The simplicity and generality of temporal coherence make it seductive as a tool to understand a key question in ecology concerns that is what factors affect the fluctuation of ecosystems over time and space. In the present study, we will examine longitudinal zonation of Tapinghu Reservoir (Anhui Province) by analyzing asynchrony of macroinvertebrate successions of the reservoir. The main works of the study will be: (i) to determine differences in major physical and chemical parameters along the longitudinal profile of the reservoir shaping the dynamics of macroinvertebrate; (ii) to explore the mechanisms regulating macroinvertebrate succession based on the analysis of temporal coherence; (iii) to examine the relationships between asynronous patterns of macroinvertebrate succession and longitudinal gradients of envrionment factors in the reservoir. The study can provide creational knowledge for the theory of longitudinal zonation in a reservoir and scientific basics for the ecosystem management of Taipinghu Reservoir.

一般而言，水库沿着入库水流的方向在其纵向空间尺度上有3个分区，依次为河流区、过渡区和湖泊区。水库生态分区格局的研究可为水库生态系统的管理提供有利信息。然而，传统的生态系统分区研究很少考虑生态系统的动态性演替这一特性。时间相干性因其原理简单和普遍适用性而成为生态学研究的一个重要工具，可用来理解生态学的一个关键问题，即生态系统在时空尺度上波动的影响因素。本研究拟以底栖动物作为水库分区的指示生物，利用不同区之间演替的异步性格局，以安徽省太平湖水库为研究区域，开展水库生态分区研究。主要内容包括：(i)分析可能影响底栖动物动态的主要理化因素的空间变异；(ii)基于时间相干性分析揭示底栖动物演替的调控因素；(iii)检验水库底栖动物演替异步性格局与环境空间梯度的关系。这项研究能为水库生态分区理论提供新的认识，也能为太平湖水库生态系统管理提供基础信息。

面向水生态系统健康和引用水安全的可持续性水库管理，往往依赖于通过水生生物与水质关系量化拟合途径而采取的生态学数据支撑下的科学决策。鉴于全球尺度上水库生态系统必然存在多样性，那么单个水库研究的努力对于该生态系统具体管理的重要性显得尤为突出。对此，本项目为收集太平湖水库具体的研究数据集，于该水库从大坝到库尾布置15个样点对水质指标和大型底栖动物进行了为期两周年的季度观测。通过参照水域信息管理数据库指南(http://aquaticinformatics.com/)对该数据集进行了格式化，以便促进太平湖水库具体数据集在学术界和管理部门使用及共享。通过ArcGIS地统计模块中的距离权重反比插值法实现了太平湖水库水质和底栖动物季节尺度上动态空间分区的模拟。所模拟的分区结果表明了该水库透明度、总氮、总磷及大型底栖动物密度具有高度的空间异质性，并确认了该水库管理的科学策略应该具体到生态分区的每个部分。采用R语言程序包(quantreg)分位回归分析所获得的响应上边界方程(即99分位模型)能够拟合了大型底栖动物密度与水质的因果效应关系。拟合的上边界模型可为基于大型底栖动物磷临界浓度标准的制定提供定量的支持。学术界和管理部门均可通过发送电子邮件给项目负责人(shaomeilingnt@163.com)，以便免费获得本项目所收集的太平湖水库具体数据集的使用。此外，本项目所构建用于水库生态系统空间分区格局和生态因果关系拟合的简单途径也可容易为学术界和管理部门采用。