汉江上游不同尺度土地利用及水质对底栖藻类的影响研究

Benthic algae are the main constituent component of biota in the aquatic ecosystem, and they are considered the major source of energy and also play the several roles of fundamental importance in transitions of chemicals and conversion of energy in the aquatic ecosystem. Yet, human activities such as land use change have dramatically affected benthic algal assemblage in the system. In this study, we will conduct a research on the structure and spatial distribution of benthic algal assemblage in the upper Han River, i.e., the donor basin of the South-do-North Water Transfer Project. Consequently we will use multivariable analyses to explore correlation between the structure and spatial distribution of benthic algal assemblage and physico-chemicals in water and evaluate benthic algal assemblage as bioindicator for water quality health assessment. Additionally, the research will carry out to investigate the scaling fator of land use on benthic algal assemblage at stream, raparian and catchment levels. The research will provide critical information for river health assessment and water resource concervation in subtropical rivers.

底栖藻类是河流生态系统中生物群系的重要组成部分，是系统的化学物质调解者、多样性的维持者和重要初级生产者，但人类活动尤其是土地利用变化对其群落结构的影响日益加剧，进而影响水域生态系统的功能。本项目拟通过野外观测、实验室分析与统计分析等技术手段，研究南水北调中线工程水源地汉江上游河流中底栖藻类群落分布特征、生物量、优势种及其物种丰富度的时空动态变化，在此基础上定量分析底栖藻类群落特征与主要水环境因子之间的关系，针对河流生态健康评价筛选底栖藻类中对主要水环境影响因子的指示物种，进而在河段、河岸带和子流域等多空间尺度上探讨流域内土地利用对底栖藻类群落的影响。研究结果将加深土地利用变化对河流水域生态系统影响的理解，为评价土地利用对亚热带河流生态系统的影响提供参考。

南水北调中线工程从丹江口水库调水到华北地区，为北京，天津等大中城市提供工农业及生活用水，因此其水源地的汉江上游水质状况直接关系到工程能否发挥其社会经济效益并会影响受水区居民的健康。南水北调研究南水北调中线工程水源地汉江上游河流中底栖藻类群落分布特征、生物量、优势种及其物种丰富度的时空动态变化，确定了影响底栖藻类群落结构空间格局的主要环境因子，并在此基础上定量分析底栖藻类群落特征与主要水环境因子之间的关系；针对河流生态健康评价筛选底栖藻类中对主要水环境影响因子的指示物种；并建立了生物完整性指数，对河流生态健康进行了既有针对性的又全面的生态健康评价。结论如下：典型对应分析（Canonical correspondence analysis，CCA）表明汉江上游底栖藻类的空间格局主要受可溶性有机碳（dissolved organic carbon, DOC）、 pH、主要离子和流速的影响。基于底栖硅藻的双向指示物分析（Two-way indicator species analysis , TWINSPAN）把采样点分成干流点位和支流点位。群落的香浓维纳多样性指数、均匀度指数、丰富度和硅藻指数的在两类点位中差异显著。利用已经筛选出来的经典的基于底栖硅藻的硅藻指数对汉江上游的评价结果为，干流为中营养，支流为寡中营养。创新性的联合运用了多元统计及多度量统计方法建立生物完整性指数，从98个备选参数中筛选出四个参数，匍匐形个体百分比（%prostrate individuals）、双眉藻个体百分比（%Amphora individuals）、腐生种百分比（%polysaprob species）和EPI-D （diatom-based eutrophication/ pollution index）构建了汉江上游的生物完整性指数。对汉江上游流域的河流的评价结果显示，54%的河流生态系统保存优良，25%的河流生态系统已经中度退化，21%的河流生态系统已经严重退化。其中，生境退化的主要原因为过度开发农业及河流中营养盐的过度富余。