基于Ecopath的小清河河流生态系统关键功能组分析

关键功能组对于维持生态系统结构完整、功能完善具有重要意义。为此,本研究引入国际惯用的营养通道模型—Ecopath,定量分析计算了水生态系统结构组成及营养关系,并通过生态系统内物质、能量流动的方向与数量确定了水生生态系统关键种,提出了一套关键功能组构建的方法。将该方法应用于小清河流域,结果显示小清河流域关键功能组成员随季节有很大变动:春季包括青鳉、鲫、水丝蚓、原生动物、隐藻;夏季变为青鳉、泥鳅(包括大鳞副泥鳅)、水丝蚓、原生动物、黄藻;秋季则为泥鳅(包括大鳞副泥鳅)、餐、秀丽白虾、轮虫、裸藻)。本方法可为水生态文明建设提供明确的水生态系统保护重点物种,为流域生态需水计算、水生态健康修复及水生态文明建设提供管理和决策依据。

基于关键功能组的河道内生态需水计算

河道内生态需水是目前生态学、水文学和水资源学研究的热点领域,现有计算方法中从生态系统功能完整性的角度出发计算生态需水的较少。首先利用Ecopath模型对小清河流域2014年5月、8月、11月生态系统内群落间营养关系进行了模拟,分析得到了小清河流域生态系统关键功能组;然后,利用栖息地适应性指数(HSI)确定了各关键鱼类生存和繁殖的适宜流速及水位;最后,耦合多物种的适宜流速及水位,利用改进后的AEHRA法计算生态需水量。结果显示,小清河流域鱼类非产卵期(1月-3月、8月-12月)上、中、下游生态需水量分别为4.28m3/s、0.74m3/s、3.47m3/s;产卵期上、中、下游生态需水量分别为23.52m3/s、5.96m3/s(8.65m3/s)、37.38m3/s。与Tennant法比较,本方法计算结果可以将生态系统健康状况维持在"一般"水平以上,即可以满足流域内大多数水生物需水量,同时,该方法计算结果显示出鱼类产卵期与非产卵期的生态需水量差异,为流域内跨季节调水提供依据。

基于Ecopath模型的北方典型中小河流生态系统营养结构与能量流动分析

中小河流多而广,是与人类最为亲近的河流类型,但受到的人为改造及生产生活活动干扰强度也最大,表现出的生态退化程度更为明显。以北方典型中小河流清潩河(许昌段)为例,基于2021年夏、秋季水生态调查结果,采用Ecopath with Ecosim软件构建了夏、秋季食物网模型。模型模拟结果显示,清潩河生态系统主要由5个整合营养级(范围值为100~329)构成,其中,营养级Ⅰ、Ⅱ传递效率较低,严重阻碍了能量向更高营养级流动,夏、秋季系统总转化效率分别仅为108%和182%。清潩河生态系统夏、秋季交互营养关系无明显变化,捕食者中除翘嘴鲌外均表现出对饵料生物较强的抑制作用。对生态系统总体特征的分析发现,夏季生态系统规模(总流量为257106 t·km-2)大于秋季(147258 t·km-2),同时,Finn循环指数(FCI)和Finn平均路径长度(FML)计算结果也表明夏季生态系统成熟度和稳定性优于秋季。最后,利用食物网模型筛选出不同营养级范围的关键功能组为浮游植物、软体动物和翘嘴鲌。根据这3类生物的习性特征与生境适宜性需求,提出限制浮游植物优势种生长、加大对软体动物捕食压力和恢复翘嘴鲌种群等建议,为清潩河及同类河流生态修复提供方法支撑和决策参考。

基于习性和食物网的白洋淀大型底栖动物群落恢复研究

白洋淀由于长期受人类活动影响,部分区域内源污染严重。针对该类区域,"十三五"水专项开展了生态清淤试点工程以实现内源治理。在清淤过程中底栖生物容易遭到严重破坏,与之密切联系的食物网受到影响。在沉水植物补种成功后,如何科学地恢复底栖动物群落并维持长效稳定,急需寻求解决方案。本研究于2018年对白洋淀大型底栖动物群落进行调查,根据调研结果、习性特征和食物网模型,提出了受损后大型底栖动物群落恢复方案。研究发现,春季优势种为螺类软体动物和虾类甲壳类动物,夏季和秋季为螺类软体动物和昆虫类摇蚊幼虫。全年主要优势种为中华圆田螺、中国圆田螺、羽摇蚊和大红德永摇蚊。通过食物网模型计算,确定了软体动物是2010年和2018年的关键功能组。因此,综合优势种和关键种,底栖动物群落恢复物种主要选择虾类、螺类和摇蚊幼虫。根据底栖动物的习性,确定甲壳动物和摇蚊幼虫以自然恢复为主,螺类以人工恢复为主的恢复方式。针对螺类关键物种,根据2018年调研生物量、工程经验值和生态容量综合确定其恢复投加量合理范围。通过以上研究,建立了基于食物网成熟度和稳定性的底栖动物群落恢复优化调控方案,为受损底栖动物群落的恢复提供借鉴。