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2003年6月三峡水库蓄水后,水位上升、水体滞留时间延长、流速减缓,水环境发生了很大改变。与此同时,大量入库支流被淹,形成大大小小为数众多的库湾。这些库湾都是同时形成的,其水动力条件均受到干流水动力变化的影响,因而均与干流之间存在紧密的联系。另一方面,香溪河库湾上游的古洞口一级水库和古洞口二级水库与香溪河库湾一起构成一个梯级水库系统,因而彼此之间存在梯度联系。本研究选取三峡水库湖北段(包括干流和四个主要库湾)以及香溪河流域梯级水库系统为研究区域,通过底栖动物生态学研究,探讨了大型水利工程的生态学效应,从而为水库的生态管理提供理论基础。主要结果如下:
1.于2003年10月至2006年7月在三峡水库干流开展了连续12个季度的底栖动物群落结构调查与研究。筑坝之前其他学者已经对规划的三峡水库库区进行过调查,与他们的研究结果相比,发现底栖动物群落发生了显著改变。目前寡毛类和摇蚊为优势类群。蓄水后水体透明度呈现出明显的季节性周期变化,从第二年开始,底栖动物群落(分类单元数、密度及群落类型)也表现出明显的季节性周期变化。在入库流量低、水体透明度高的冬春季,底栖动物群落为仙女虫一多足摇蚊(Nais-Polypedilum)群落类型,随后入库流量高、透明度低的夏秋季为水丝蚓(Limnodrilus)群落类型。虽然有学者认为河流调控和筑坝会影响底栖动物对洪水的适应性,但是从目前的研究看来亚热带峡谷型水库中底栖动物仍然受洪水的影响。
2.对典型的富营养化库湾——香溪河库湾三年期间(2003年8月至2005年7月逐月,2005年10月至2006年7月逐季)底栖动物的群落演替及其对水体富营养化的响应进行研究。分析显示香溪河库湾底栖动物的群落演替大体上可分为三个阶段:2003年8月-2004年3月、2004年4月-2004年9月、2004年10月-2006年7月。总分类单元数在前两个阶段没有显著差异,第三阶段显著增加。总密度随着时间的推移在三个阶段显著增加,但自2005年1月以后总密度没有显著变化。在系统开始稳定的第三阶段,TN、TP显著地促进了优势类群寡毛类的发展,TP对群落结构的作用也临界显著(p=0.062)。2009年三峡工程全部完工时香溪河库湾的富营养化状况可能会加剧,应用定性模型可以预见届时底栖动物的密度会进一步增加。
3.于2005年11月、2006年1月、4月和7月对香溪河库湾沉积的季节格局及其与底栖动物群落的关系进行研究。调查显示流量最大的夏季是沉积最严重的季节。多数的样点一年四季寡毛类为优势类群。冬/春季时底栖动物的密度和丰富度增加。对应分析表明:夏秋季各样点的群落结构非常相似,冬季时库湾两端样点的群落结构出现不同,至春季时几乎所有样点的群落结构都不同。然而,沉积看起来对底栖动物群落的影响非常小。作者进一步分析了沉积与底栖动物之间这种有限的相关性,并提出两个方向(长期监测以探讨汛期的沉积是否是底栖动物的一个主要环境胁迫以及测量有机颗粒物的组分以定量分析浮游植物水华对底栖动物的影响)用于将来的研究。
4.于2005年10月、2006年1月、4月和7月对童庄河库湾、袁水河库湾和青干河库湾等三个不同库湾的底栖动物群落进行时空动态比较研究。三个库湾透明度的季节格局决定于三峡水库的入库流量。相应地,底栖动物群落(分类单元数、密度和群落结构)的季节格局与干流非常相似,反映了干流对这三个库湾的影响。不同于干流,在流量较小的冬春季,三个库湾的浮游植物叶绿素口含量决定了透明度的分布格局,反映了这三个库湾此时是内源因素占主导的系统。春季时底栖动物密度在三个库湾及干流的变化趋势与叶绿素α变化趋势完全一致,说明浮游植物可能为底栖动物提供了重要的食物来源。
5.应用Brey的经验公式对三峡水库干流和香溪河库湾底栖动物三年的相对次级生产力进行估算,并从不同空间尺度上分析影响次级生产力的环境因素。研究发现自第二年开始干流和香溪河库湾的次级生产力均比较稳定;几乎每一年香溪河库湾的次级生产力都比干流高一个数量级,但两者之间的差异只是临界显著(p=0.058),这主要是由于香溪河库湾次级生产力分布的空间异质性较高。干流的次级生产力仅受透明度的微弱影响,说明干流仍然是外源因素占主导;而香溪河库湾的次级生产力受底质营养元素的显著影响,反映了内源因素的主导地位。在将干流和香溪河库湾考虑为一个系统时,水体的叶绿素口含量和底质的TP含量是大尺度上影响底栖动物次级生产力的重要因素。
6.于2005年10月、2006年1月、4月和7月对香溪河流域的三个梯级水库(库湾)(古洞口一级水库、古洞口二级水库和香溪河库湾)的底栖动物群落进行了比较生态学研究。沿着水库的梯度,水体营养水平逐渐上升,底质营养水平逐渐降低,水温和底泥温度也逐渐升高。水库的梯级开发实质性地改变了香溪河天然的水文节律。梯级水库通过对河水的截留从而对营养物质产生了明显的截留,在一定程度上缓解了下游河流的营养水平。底栖动物的分类单元数沿着水库的梯度逐渐增加,这种增加趋势沿着河流的级别更加明显。三个水库(库湾)的底栖动物群落沿着水库梯度明显分化。平均滞留时间最短的古洞口二级水库其Shannon-Wiener多样性指数值最高,平均滞留时间最长的香溪河库湾其Simpson优势度指数值最高。研究显示增加水体的扰动能增加系统的生物多样性。
7.库湾的生态分区一向研究得较少,现有文献普遍认为库湾的生态分区与水库干流相似。对三峡水库香溪河库湾底栖动物群落三年的研究发现,一个典型库湾应分为四个区,比水库干流多一个位于河口的区(干流区)。对邻近的其他三个库湾的研究发现普遍存在干流区。干流区由于受干流的干扰,底栖动物的密度、生物量都低于湖泊区,并且群落结构不如湖泊区稳定。库湾的生态分区与库湾长度有关,当库湾不够长时,湖泊区就不存在。与水库干流分区一样,库湾分区也是个动态过程,在一定程度上受库湾的年龄、季节等因素的影响。干流区是干流与库湾联系的枢纽,由于强烈地受干流影响,因此该区暴发水华的可能性低于湖泊区。如何通过改变水库的水动力条件来改变库湾各区的相对长度从而有效控制藻类水华是水库管理方面一个值得关注的问题。