溪流底栖动物漂流规律及其对颗粒有机质通量的影响研究

Macroinvertebrate drift is the important ecological and behavioral adaptation to stream heterogenous habitat. As the one of the most important decomposer and consumer, drifted macroinvertebrates plays a important role for the down stream community composition. Meanwhile driftedmacroinvertebrate not onlyconstitutepartial organic matters (POMs)fluxes in the stream ecosystems,but also contribute to important preys for stream fishes in the stream food web. The drift behaviors may play important roles to community spatial and dynamic patterns of macroinvertebrate, and to allochthonous nutrients and energy transportation in the stream ecosystems. By using long term field monitoring data design, the communities composition of driftedand local macroinvertebrates would be compared. Specially designed artificial channel would be constructed in suit. By using hydrological and hydraulic simulation, ordination and statistical methods, and ecological models, in-stream habitat heterogeneity, stream flow regime, and hydraulic variables were selected as the keys environmental condition to evaluate their effects on drift behaviors of macroinvertebrate. The ecological mechanisms would be discussed about how environmental conditions would affect the drift behaviors of macroinvertebrates in the headstreams. Finally, the total biomass of drifted macroinvertebrates was collected to account for total particle organic matter fluxes at different stream orders and different seasons. This study would contribute to understand whether the drifted macroinvetebrate would affect the POMs fluxes in the streams. The research would also be beneficial to understand the dynamic longitidual distribution patterns of stream aquatic ecosystems. Meanwhile, the results would also enrich and perfect the basic theories of river fluxes and ecohydrology.

大型底栖动物的漂流行为是应对溪流高异质性生境特征的一种行为适应机制，漂流而下的底栖动物不仅直接参与下游河道内底栖动物群落的演替，还为溪流鱼类提供重要的食物源，也构成部分河流颗粒有机质通量。因此，漂流行为可能在河流群落结构的动态演替、物质传输和能量流动过程中扮演重要角色。本申请拟通过对大型底栖动物漂流行为与河流颗粒有机质的长序列连续监测，探讨底栖动物的漂流规律，及其与区域底栖动物纵向格局的关系。结合原位调控和人工控制实验，综合运用水文模拟、数理统计和生态模型等方法，针对性研究河道内栖息地微生境特征、溪流水文节律、水动力条件等如何影响底栖动物的漂流行为。通过定量研究溪流颗粒有机质与漂流性底栖动物生物量的关系，重点阐明底栖动物漂流行为对溪流生源物质输移的影响。本项目将重点阐明中性理论与河流生态系统纵向格局的内在联系，并为河流水文-生态过程中颗粒有机质通量的研究提供重要的理论依据。

大型底栖动物的漂流机制是决定和影响河流生态系统结构和功能稳定的重要因素。本项目选择神农架原始自然河流，以漂流型大型底栖动物群落为对象开展溪流底栖动物漂流规律及其对颗粒有机质通量的影响研究。结果表明：1）河流源头不同季节之间漂流优势物种存在一定差异，但不同季节群落总体相似性较高，漂流底栖动物的时空差异性在河流源头较小。2）光照强度是影响大型底栖动物日漂流规律的主要影响因素，水动力条件是决定大型底栖动物季节差异的重要因素。3）降雨形成高流量过程中，漂流型底栖动物表现出明显的主动躲避行为特征，降雨集中期大型底栖动物漂流密度明显小于降雨前和降雨后。4）从长序列监测数据来看，大型底栖动物的漂流是一种持续不断行为特征，不同物种之间对漂流的选择存在显著差异，这不符合中性理论的预测，这对于重新认识河流水文/水动力过程对河流生态系统纵向格局的形成及其稳定具有重要意义。5）漂流底栖动物占定植底栖动物的比例通常介于5%-20%之间，但最高可超过40%，因此漂流底栖动物是河流生物有机质的重要构成部分，也是维持河流中大型底栖动物群落稳定的重要因素。从河流总的有机质占比来看，底栖动物生物量占总的颗粒态有机质的比例平均约为0.2%，占漂流态细颗粒有机质的比例平均约为2%，这表明漂流型大型底栖动物也是河流有机质的重要构成部分。本研究结论深化了传统底栖动物漂流理论，表明大型底栖动物的漂流更多表现为一种典型的主动行为，被动发生的概率是较低的，灾变漂流比预期发生的概率要小很多，且可能仅存在于较大规模的降雨及其洪水过程中，或者人为活动对栖息地的影响，以及突发性的水污染过程中。研究结论进一步明确了河流连续性和河流水生生物群落稳定性之间的耦合关系，这对于认识底栖动物的漂流行为对河流生态系统纵向格局稳定性的维持具有重要意义，也为进一步整合中性理论和河流连续统理论提供了重要的生态实测数据基础，推动了河流生态学与河流水文学、水动力学的融合发展。