基于底栖动物的长江中游干流环境水流需求研究

The flow regimes in the mid-lower reaches of the Yangtze River have been greatly altered mainly due to the Three Gorges Dam, cascade reservoirs and water diversion, resulting in significant declines of biodiversity and ecosystem services. Therefore, it is urgent to implement environmental flow management of the river in purpose of mitigating adverse impacts and rehabilitating the ecosystem. However, the environment flow requirements (EFRs) are almost unknown. In the present project, we focus on one scientific question, i.e. how to determine EFRs of macrozoobenthos in large rivers? First, we will carry out field surveys in river segments with different water regimes (WRs) in the middle Yangtze mainstem, and classify species into water-regime-limited guilds (WRLGs) based on niche breadth and ordination analyses. Second, we will analyze effects of WRs on WRLGs and underlying mechanisms, and construct quantitative models between WRs-WRLGs. Last, we will construct quantitative models between WRs and macrozoobenthos for each river segment and the whole middle mainstem, and assess the EFRs based on benthos resource needs for the ecosystem health maintenance. The research will establish a methodology for EFRs assessment in large rivers，provide methodological bases for EFRs assessment of the entire Yangtze River, and promote ecohydrological operations of the Three Gorges Dam and upstream reservoirs.

受三峡工程、梯级水库和引水工程等影响，长江中下游干流水文情势发生显著改变，导致生物多样性显著下降、生态系统功能明显衰退。因此，亟需开展环境水流管理，以减缓水利工程影响、修复河流生态系统。但是，干流生态系统的环境水流需求尚不清楚。本项目围绕“如何确定大型河流底栖动物的环境水流需求？”这一关键科学问题，在中游干流不同水文情势江段开展调查，首先分析底栖动物的水文生态位和水文梯度分布，划分水文制约共位群；然后分析水文情势对共位群的影响及其机制，建立两者定量关系模型；最后建立中游干流底栖动物资源与水文情势的定量关系模型，以维持生态系统健康所必需的底栖动物资源量为标准，定量评估中游干流的环境水流需求。本项目将首次建立大型河流底栖动物环境水流需求评估的方法体系，为全面开展长江水系环境水流评估奠定方法学基础，从而为以三峡水库为核心的长江上游水库联合生态调度提供科学支撑。

受三峡工程等影响，长江中下游干流水文情势发生显著改变，导致水生态退化。本项目围绕“如何确定大型河流底栖动物的环境水流需求？”这一关键科学问题，通过对宜昌至安庆15个江段的底栖动物及其水文环境的调查研究，取得如下主要结果：1）底栖动物群落结构、时空格局与资源量：种类为99属种，密度为211±52 ind/m2，生物量为0.284±0.078 g/m2（干重）；优势类群为水生昆虫、钩虾和寡毛类；种类数向下游呈下降趋势，汛后种类数和现存量显著下降；中游干流总资源量为609t。2）水文生态位分析及水文制约共位群划分：计算了各种底栖动物的生态位宽度；定量分析了优势种密度和生物量沿水文情势梯度的分布格局；划分了12个水文制约共位群，即涡虫群、钩虾群、仙女虫群、颤蚓群、摇蚊群、蜻蜓群、蜉蝣群、蛭类群、鼠妇群、蜘蛛群、双壳类群、腹足类群。3）水文情势对各共位群的影响机制及两者的定量关系：发现水文情势影响各类底栖动物的主要机制是近底水流对底质的冲刷作用；建立了底栖动物总体和三个优势共位群与水文情势的定量关系模型；近底流速超过0.7 m/s时，底栖动物现存量随流速增加而下降；超过1.3 m/s时，无底栖动物分布。4）基于底栖动物的中游干流环境水流需求：构建了底栖动物适宜栖息地模型，确定生态系统健康所需底栖动物资源量为1.3-2.4t/km2；据此，定量了监利江段对流量的周年动态需求，提出了长江中下游干流生态系统的环境水流需求模式，即冬季（12-1月）主槽水流，基本流量；早春（2-3月）主槽水流，低流量；春至夏初（4-6月）主槽和漫滩水流，逐渐增加至中流量；夏季（7-8月）主槽和漫滩水流，高流量；秋季（9-11月）水流渐至主槽，降至中流量。本项目初步建立了大型河流底栖动物环境水流需求评估方法，提出的干流生态系统环境水流需求模式可为三峡水库生态调度提供支撑。