环境变化下潜流层底栖动物的垂向分布变化和响应机制

The hyporheic zone is a saturated sediment layer that lies under the riverbed and extends to the river bank. Benthic invertebrates are main macrofaunas living in the hyporheic zone and play an important role in the material circulation and energy flow here. However, at present there are few systematic researches on the response mechanism of invertebrates in the hyporheic zone to environmental changes and various ecological stresses. In this project, field experiment using artificial substrates and flume experiment will be conducted to study the vertical distribution of benthic invertebrates in the hyporheic zone of different substrates and the influencing mechanism of substrate on invertebrates, to study the vertical distribution and migration of benthic invertebrates in the hyporheic zone under different flow discharges and water pollution concentrations, and to reveal the response processes and mechanisms of invertebrates to changes of flow discharge and water pollution concentration in the hyporheic zone. This project will conduct systematic studies on the response of benthic invertebrates in the hyporheic zone to different conditions. This project will enhance the understanding of ecological mechanisms and animals’ response mechanisms to ecological stresses in the hyporheic zone, enrich the knowledge system of the hyporheic zone, and provide theoretical basis for the river ecological restoration and integrated management.

潜流层是位于河床之下并延伸至边岸带的饱和沉积物层，底栖动物是生活在潜流层的主要大型生物，其在潜流层的物质循环和能量流动中起着重要作用。然而，目前关于潜流层底栖动物对环境变化及各种生态压力的响应机制尚缺乏系统研究。本项目拟采取野外人工底质试验和水槽试验相结合的研究方法，研究不同底质的潜流层中底栖动物的垂向分布特征及底质对底栖动物的影响机制，研究不同流量、污染物浓度下潜流层中底栖动物的垂向分布、迁移特性，揭示潜流层底栖动物对流量、污染物浓度变化的响应过程和机制。本项目针对不同条件下潜流层底栖动物的响应等科学问题开展系统研究，有望提升对潜流层生态机制及潜流层生物对生态胁迫的响应机制的认识，丰富潜流层的知识体系，为河流生态修复和综合管理提供理论基础。

潜流层是位于河床之下并延伸至边岸带的饱和沉积物层，底栖动物是生活在潜流层的主要大型生物，关于潜流层底栖动物对环境变化及各种生态压力的响应机制尚缺乏系统研究。本研究采取野外调查、野外试验和室内试验相结合的方法，开展了河流地貌生态调查和采样，分析了不同河流断面的河流地貌、水力、环境和生物参数，选择了合适的野外试验样点；研究了不同底质潜流层中底栖动物的分布和影响因素，揭示了底质和流量变化对潜流层底栖动物的影响机制。基于野外试验设计室内试验，探明了潜流层底栖动物对醚菊酯浓度变化的响应过程和机制。主要取得以下重要结果：1）伊洛河流域水环境从上游到下游逐渐变差，底栖动物物种丰富度和生物多样性对环境因素响应关系显著，底栖动物多样性、种类数与土地健康指数呈非线性正相关关系。2）对于卵石河床，随着底质深度的增加，底栖动物多样性和密度呈减小趋势。在表层0-10 cm深度内，底栖动物密度与底质组成有关，在10 cm以下底栖动物密度同底质类型的关系不明显。卵石夹沙底质中双翅目的相对丰度高于中值粒径为2 cm和10 cm的卵石。3）由于洪水导致河流流量增大，床面剪切力增加，底栖动物为了躲避不利环境，会向下游漂移和向深层迁移，在3种试验工况中，中值粒径2 cm卵石底质中的底栖动物在流量变化前后的垂向分布格局变化最为明显。4）底栖动物在醚菊酯的影响下会做出三种选择：钻入底质中挖槽筑穴、漂移和死亡。不同种类底栖动物对醚菊酯的敏感性不同，长臂虾科和萝卜螺属（椎实螺科）对醚菊酯的刺激表现最为敏感。本研究结果有助于提升对潜流层生态机制及潜流层底栖动物对生态胁迫响应机制的认识，丰富潜流层的知识体系，为河流的生态修复和综合管理提供理论基础。