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近几十年来,随着人类社会的快速发展,河流和湖泊淡水生态系统正发生着严重的退化。对当前河流和湖泊的生态完整性进行合理评价,已成为生态系统管理和保护亟待解决的问题。长江流域生物多样性丰富,是我国种质资源保护和维持的重要地区。但是,拦河筑坝、江湖阻隔、水质污染和生境破坏等人为因素对长江流域淡水生态系统造成了严重的威胁。因此,基于河流和湖泊生态系统结构和功能特征,以鱼类适应和水生态系统结构和功能的对应关系为主线,本研究分别建立了河流和湖泊生态完整性评价体系(FI-REI/FI-LEI);并以长江流域典型淡水生态系统为例,将所建立的评价体系对长江上游干流、赤水河、中游宜昌江段和通江湖泊鄱阳湖的生态完整性现状进行系统评价,诊断其退化的原因,以期通过本研究推动河流和湖泊生态完整性评价工作在我国的开展,使其具有长期推广应用的实际意义。
本研究得到如下主要结果:
1.基于当前河流生态系统概念模型,提取出河流生态系统的4个属性:一般格局、空间连续性、空间异质性和时间过程;建立了鱼类适应与河流生态系统结构和功能的对应关系,以此为基础构建了河流生态完整性评价体系。该体系包含31个候选指标。候选指标体现了鱼类种类组成、多样性、营养结构、生活史、繁殖类群等方面的集群特征,以及对河流空间、时间特征的适应。
2.根据2005-2011年长江上游鱼类资源调查数据,对长江上游干流江段(攀枝花-万州江段)生态完整性现状进行了评价。删除冗余指标后,最终筛选出23个指标纳入长江上游干流江段生态完整性评估模型。以期望值10代表各江段的最佳情况,评价结果表明,长江上游攀枝花、宜宾、合江、木洞和万州江段的生态完整性得分分别为5.40,6.82,6.24,6.57和3.89。诊断分析显示,宜宾、木洞和合江江段的空间异质性得分相对其它属性较低;攀枝花江段在空间异质性和时间过程两部分得分较低;而万州江段的四个属性得分值均为最低,说明与河流生态系统的原有状态相比,万州江段发生的变化最大,其中空间异质性和时间过程受到的影响尤为明显。
3.结合赤水河2007-2011年鱼类监测数据,对赤水河河流生态完整性现状进行了评价。删除冗余指标后,最终筛选出14个指标纳入赤水河生态完整性评估模型。以期望值10代表各江段的最佳情况,评价结果显示赤水镇、赤水市和合江县江段的生态完整性得分分别为7.06,7.37和7.05。总体上看赤水河各江段的生态完整性相对较好。与长江干流保护区生态完整性相比较,赤水河的生态完整性各属性得分均较高,尤其是时间过程得分最高,显示了赤水河作为保护区的生态优势。
4.结合宜昌江段1997-2011年鱼类监测数据,对宜昌江段生态完整性的时间动态进行分析。删除冗余指标后,最终筛选出19个指标纳入宜昌江段生态完整性评估模型。评价结果表明,调查期间宜昌江段的生态完整性年际变化呈显著下降趋势(P<0.05)。诊断结果显示除空间连续性无明显变化趋势外,其余三个属性均显著下降(P<0.05)。聚类分析和多维度量分析表明,1997-2011年宜昌江段的鱼类群落可聚为三类,即1997-2002,2003-2007,2008-2011,分别对应于三峡水库蓄水前后的三个阶段(蓄水前阶段,初期蓄水阶段,175m蓄水阶段)。宜昌江段生态完整性变化在鱼类群落上的表现主要有:特有鱼类种类和相对丰度明显减少,广适性鱼类相对丰度增加以及CPUE持续下降等。
5.基于湖泊生态系统生态学的研究成果,针对湖泊生态系统沿岸带、敝水带和通江水道的结构功能特征以及鱼类对不同区域的适应性,建立了湖泊生态完整性评价体系,该体系包括31个候选指标,其中沿岸带11个指标,敞水带8个指标,通江水道12个指标。候选指标体现了鱼类组成、多样性、营养结构、生活史和栖息地偏好等方面的集群特征。
6.结合2010年对鄱阳湖通江水道、沿岸带和敞水带的鱼类资源调查,评价了鄱阳湖生态完整性的时空特征。以期望值100作为鄱阳湖通江水道、沿岸带和敞水带的生态完整性期望值进行评价分析。结果表明,在空间上,鄱阳湖通江水道、沿岸带和敞水带的生态完整性得分分别为60.5,54.4和56.9。在时间上,通江水道的生态完整性得分在7月最高,9月最低;沿岸带的生态完整性得分在4月最高,9月最低;敞水带的生态完整性得分在11月最高,4月最低。各水域生态完整性得分与环境因子的RDA分析结果显示,在空间上,支流有无是影响通江水道、江湖连通区域的沿岸带以及敞水带(L4和P4)生态完整性的重要因子,水温、pH是影响主湖区沿岸带和敞水带(L1和P1)生态完整性的重要因子;在时间上,支流有无对7月份和11月份的生态完整性得分影响较大,而4月份和9月份的生态完整性得分主要与水质等因素有关,如水温、pH等。