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河流生态系统的健康正成为河流生态学研究热点之一，大型底栖无脊椎动物群落作为河流生态系统的重要组成部分，在河流生态系统健康评价中起着越来越重要的作用。本研究通过对广东省粤北地区横石水河流域底栖动物群落结构的调查，结合环境因子进行相关、排序和聚类分析，揭示环境因子和群落构成的相关关系，讨论酸性矿山废水等人为干扰对河流生态系统健康的影响，建立基于底栖动物群落结构多项生物指数的横石水河流域健康评价方法，为流域水环境和生物多样性保护等提供基础资料和科学依据。主要研究结果如下：
⑴底栖动物群落结构和时空分布。30个样点4次共采集到大型底栖动物总个体数为36，546头，属17目99种(类)，其中水生昆虫无论在种类和数量上都占绝大多数，共84种，总个体数为30，121头，占总数的82％。宜兴似动蜉、肖扁泥甲、白背锯形蜉、七鳃假二翅蜉和双突细蜉是横石水河流域的优势种类，优势类群组成及其相对丰度在各季节间存在较大差异。总个体数和密度在采样过程中表现出明显的季节差异性，而Shannon—Wiener多样性指数、Margalef多样性指数、均匀度指数和Simpson多样性指数在不同的季节的差异都不显著。摄食功能群主要以集食者和刮食者为主，个体占底栖动物全部个体总数的72％，滤食者为22％，捕食者为4％，撕食者为2％。受酸性矿山废水影响的样点和清洁样点相比，种类数和密度以及多样性指数存在极显著差异。
⑵环境因子的测定和栖息地质量的评价。测定了流域内各样点18项环境变量，采用主成分法确定了5个主成分，由重金属浓度和pH等水体理化指标构成的第一主成分对方差贡献率高达46.54％，表明流域水质污染现状主要是由酸性矿山废水为主。30个样点在各主成分上的综合得分，反映出各样点受损程度，环境变量通过主成分分析能评判河流生态系统的受损情况。参照美国EPA的RBPs标准，选取8个能反应栖息地状况的参数建立了横石水河流域栖息地质量快速评价标准。各种生物指数和栖息地得分呈正相关。
⑶群落结构和环境因子的多元统计分析。用多元统计方法解决环境变量的多重共线性问题。其中，岭回归分析表明在横石水河流域影响底栖动物群落丰富度的环境因子主要有7个，其中pH、流速、底质直径和荫蔽度与底栖动物丰富度呈正相关，氨氮、水深和重金属与底栖动物丰富度呈负相关。CCA排序结果表明，环境因子对大型底栖动物群落的影响是随季节的变化而发生变化的，4月影响底栖动物群落结构的主要因子有2个，分别为重金属和氯离子的含量，而10月份CCA排序结果表明，对底栖动物群落结构影响较大的环境因子包括pH、荫蔽度、水温、河流级别和五日生化需氧量。人工神经网络的利用自组织方法对样点的聚类结果和常规方法一致，结果更准确和客观，通过BP网络对样点水质评价结果的精度大大提高，使用更方便。
⑷底栖动物耐污值的估算方法。根据底栖动物在不同水质条件下在样点中的出现频率和个体相对丰度的百分比计算出横石水河流域常见的81个分类单元的耐污值，确定了流域内GBI指数评价河流水质级别标准。GBI指数的平均值和环境因子各主成分做相关分析表明，GBI指数和水体理化指标极显著正相关，证明GBI指数能反映水质的变化情况。
⑸B—IBI指数对河流生态系统健康的评价。选取和底栖动物群落相关的23项生物指数作为生物完整指数(IBI)的候选指数，通过箱线图法和相关性分析，确定了10项指数按四分法进行赋分，构建了评价河流生态系统健康的B—IBI指数。结果表明：横石水河流域流域30个样点中处于健康状态的样点为6个，亚健康状态为9个采样点，一般的为6个，健康状况为差的为9个，全为受到酸性矿山废水影响的样点。B—IBI指数和水质、栖息地得分、BI指数、Simpson多样性指数都是显著相关的关系，说明B—IBI指数是对底栖动物群落多样性、栖息地质量以及水质的综合反映。
⑹底栖动物漂流的昼夜节律。比较了横石水河流域二条相邻的3级溪流大型底栖动物的漂流种类组成及昼夜节律，其中一条溪流受广东大宝山矿外排的酸性矿山废水严重污染，而另一条为相邻的清洁溪流。结果表明：清洁溪流中大型底栖动物的数量和种类远比受酸性矿山废水污染的溪流丰富。大型底栖动物的漂流表现出明显的昼夜节律，漂流主要在夜间进行，未发现有日漂者。漂流密度高峰出现在21：00和凌晨02：00。大多数优势种类漂流高峰出现的时段略有不同，但有些优势种类(如摇蚊科和肖扁泥甲)并未表现出明显的漂流昼夜差异。在受酸性矿山废水污染的溪流中，漂流动物只有1种嗜酸性的多足摇蚊，其漂流活动也在夜间进行，并有3个明显的漂流高峰，分别出现在傍晚19：00、午夜0：00和凌晨04：00。说明酸性矿山废水不仅降低了溪流中漂流底栖动物的物种多样性和数量，也改变了其漂流模式。