流域景观格局对河流大型底栖动物的影响研究

The impacts of landscape pattern changes on river organisms is the a topic of river ecology. These researches are important for watershed management and river biodiversity protection. In the previous studies, area percent of landscape pattern was the widely used indicator. These indicators rarely considered the spatial weighting which was calculated using distance-decay functions. For the same landscape pattern, the spatial location has impacts on the influence degree of landscape pixel on river ecosystems. Based on high resolution remote sensing data, we used three distance-decay functions to calculate watershed-scale landscape indicators. Using multivariate statistical regression model, the key landscape pattern indicators can be identified to indicate macroinvertebrate attributes, including taxa, sensitivity and feeding groups. The distance-decay function from the key landscape pattern indicators can identify the distance-decay effect of landscape pixels. Reach-scale indicators are used to analysis the impact pathways depicting linkages among watershed landscape pattern, reach-scale indicator and macroinvertebrate attributes.

流域尺度景观格局变化对河流水生生物的影响研究是目前生态学关注的热点和前沿，对流域管理、河流生物多样性保护都具有重要的意义。在传统的“景观格局—河流大型底栖动物”关系研究中，格局定量化描述最常采用的指标为流域不同景观类型面积百分比，忽略了景观单元在空间上的距离衰减效应，因为即使是同一景观类型，景观单元由于空间位置不同，对河流的影响程度也将不同。本研究基于高精度遥感数据、水文分析等多种手段，采用3种不同的距离衰减函数，分别构建流域尺度景观指数。采用多元回归等统计方法，分析景观格局与底栖动物（分类单元数、敏感性、摄食类群）之间的关系，获得对底栖动物群落结构解释能力最强的景观格局指数，识别影响底栖动物的关键景观类型，揭示景观单元的距离衰减规律。基于筛选出的景观指数，结合河段尺度环境因子（水质、底质组成、粗颗粒有机质），分析“流域景观格局—河段尺度因子—底栖动物”的影响路径。

流域景观格局与河流生物关系研究可为河流生物多样性保护、流域土地利用规划、流域生态修复提供重要的科学支撑。在以往的流域景观格局刻画研究中对于景观空间配置考虑较少，基于太子河流域114个样点和滦河流域65个样点的底栖动物数据、物理生境数据、水质数据和构建的流域景观格局距离衰减指数关系分析，识别出最关键的景观类型和空间衰减规律。采用结构方程模型，识别了“流域景观格局-河段尺度因子-底栖动物”的影响路径，主要得到以下研究结果。.1）距离衰减指数考虑了流域水文过程。本研究基于流域土地利用数据和地形数据，计算了传统景观百分比指数和距离衰减指数，景观类型包括林地、耕地和农村居民地，距离衰减函数包括指数衰减函数和反距离衰减函数。景观格局指数计算中，“距离”考虑了“景观栅格到河流”的水流距离以及到达河流后的“河道内”水流距离。.2）距离衰减指数对于河流大型底栖动物的解释度更高。本研究涉及两个研究区，包括太子河流域和滦河流域。太子河流域研究结果表明，关键景观类型为农村居民地，最佳距离衰减函数为反距离衰减函数，对应的“景观栅格到河流”半衰减距离为10m，“河道内”半衰减距离为4000m。滦河流域的研究结果表明，基于水流路径的景观指数对于大型底栖动物生物完整性指数的解释度更高，关键景观类型为耕地和农村居民地，衰减函数类型为反距离衰减。.3）结构方程模型表明流域景观格局通过影响河流环境进而影响大型底栖动物。太子河流域研究中，通过 “流域土地利用格局-水环境和物理生境-底栖动物”的路径分析，模型解释了生物完整性指数B-IBI值59%的变异，主要通过影响河流的物理生境，进而影响生物完整性指数；滦河流域研究中，模型解释了生物完整性指数B-IBI值47%的变异，流域景观格局主要通过影响水质进而影响大型底栖动物。.本研究结果表明，流域内近河流区域中耕地和农村居民地对于河流底栖动物具有较大影响，因此在流域管理中应重点考虑对这两项景观类型的制约。