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城镇化对溪流底栖动物物种多样性和功能多样性影响的研究

作　者: 张潋波
导　师: 王备新
学　校: 南京农业大学
专　业: 农业昆虫与害虫防治
关键词: 生物学性状功能多样性指数水生昆虫生物监测及评价
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

物种功能多样性是以物种功能特征为基础。和传统的物种多样性不同,功能多样性考虑了群落中物种性状的分布和差异。功能多样性用性状描述生态系统功能的多样化,它将有机体和生态系统功能连接起来,是对生态系统过程的反映。由于研究难度较大,目前国内功能多样性研究仅局限于陆生植被生态系统,水生生态实际尚未展开。本文以浙江省钱塘江中游流域为研究地域,选择80个采样点,开展水生昆虫生物学性状及其功能多样性对土地利用变化响应研究。采用两种不同类型的功能性状——连续型和二进制型,两种不同的量化手段——定量和定性,构建了两类物种-性状数据表,并以此为基础,计算出相应的功能多样性指数。旨在比较和说明城镇化土地利用造成水生昆虫群落生物学性状组成和功能多样性指数的差异。选择11个连续型生物性状,反映水生昆虫的生活史、对外界的抵抗力和生理特征等方面,采用“模糊编码”对性状进行定量量化,应用目前国际上通用的技术和方法(fourth-corner statistic),将生物性状-物种组成-环境因子三者间的关系进行整合,以期探究功能多样性与人类干扰而引起的生境变化及生物群落变异的之间的相关关系。研究发现,随着水体化学和生境质量的下降,部分生物学性状的变化与预期的吻合,比如最大个体长度逐渐下降,呼吸方式从以鳃呼吸为主转变为以表皮呼吸为主,以及掘穴者数量显著增加。而功能多样性的变化也和预期的一致,即参照点的功能多样性指数(Rao值)显著高于干扰点(p<0.001)。选择8个二进制型生物性状,反映水生昆虫的生活习性、生理特征等属性,先按照其对应编码进行标记,后采用“0-1”打分进行定量量化,计算并比较生境不同物种的性状频率和功能多样性指数的变化差异。结果显示,干扰溪流与参照溪流相比,捕食者逐渐消失；有机体的运动和驱散能力普遍较差,挖掘能力和耐受能力变强；呼吸方式随溶解氧的变化转为体壁呼吸为主；食性方式变单一,以集食者为主；依赖的底质类型异质化程度下降,以沉积型为主。多数功能多样性指数显著下降,反映出物种丰富度下降后,生物占据的生态位数量也在下降,pearson相关性的检验的结果验证了功能多样性指数代表了功能空间的3个不同方面,这3个类别彼此相互独立,因此,不同类别功能多样性指数的下降代表了干扰溪流功能多样性整体下降。以上结果皆说明人类活动引起的土地利用变化导致溪流水质和栖境质量下降,引起群落的变异和对生物性状组成的筛选,最终导致水生昆虫群落功能多样性的改变。生物性状及功能多样性是未来评价生态健康的潜在指标。

全文目录

图表目录  7-8
摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章文献综述  12-30
  1.1 功能多样性(functional diversity)的概念  12
  1.2 功能多样性在生态学研究中的意义和作用  12-13
  1.3 与功能多样性研究相关的理论  13-16
    1.3.1 水生昆虫功能性状及其生态意义  13-14
    1.3.2 生物性状与环境过滤理论：栖息地样板概念  14-16
  1.4 水生昆虫功能多样性国外研究进展  16-17
    1.4.1 第一次大规模的功能性状的研究——‘Rh6ne’项目  16
    1.4.2 人类活动的生态效应检测  16-17
  1.5 水体生态功能多样性研究的技术路线  17-20
    1.5.1 选择合适的生物类群  17
    1.5.2 选择合适的生物学性状  17-20
      1.5.2.1 定量量化——连续型生物性状  19-20
      1.5.2.2 定性量化——二进制型性状  20
  1.6 功能多样性指数及其计算方法  20-27
    1.6.1 功能丰富度(Functional richness)  22-24
      1.6.1.1 FRci(功能范围)  22
      1.6.1.2 FRic(功能体积)  22-23
      1.6.1.3 FD(功能树状图指数)  23-24
    1.6.2 功能均一度(Functional evenness)  24
      1.6.2.1 FEve(多维功能均匀度指数)  24
    1.6.3 功能离散度(Functional divergence)  24-27
      1.6.3.1 FDiv(功能离散度指数)  25-26
      1.6.3.2 FDis(功能分散度)  26-27
      1.6.3.3 RaoQ(Rao的二次熵指数)  27
  1.7 功能多样性研究所存在的难点  27-28
    1.7.1 获取相关的功能性状信息  27-28
    1.7.2 准确量化功能性状信息  28
  1.8 城镇化土地利用对溪流生物多样性的影响及存在问题  28-29
    1.8.1 城市化对溪流水生生物物种多样性的影响  28
    1.8.2 城镇化对溪流水生动物群落功能多样性的影响  28-29
  1.9 本研究的意义  29-30
第二章材料和方法  30-36
  2.1 采样点流域概况  30
  2.2 采样点确定  30-31
  2.3 流域土地利用类型计算  31-32
  2.4 环境因子的选择  32
  2.5 生物类群的采集和筛选  32-33
  2.6 数据处理与分析  33-36
    2.6.1 物种多样性指数  33
    2.6.2 生物学性状  33-34
      2.6.2.1 生物学性状的选择  33
      2.6.2.2 生物学性状信息的获取  33-34
    2.6.3 功能多样性指数  34-35
    2.6.4 Fourth corner统计方法  35-36
第三章城镇化对钱塘江中游溪流水质和底栖动物群落结构的影响  36-42
  3.1 流域概况和采样点分布及选择  36
  3.2 样本采集和数据分析  36
  3.3 结果与分析  36-41
    3.3.1 城镇干扰溪流与参照溪流环境因子的比较  36-38
    3.3.2 城镇化对溪流水生昆虫群落变异的影响  38-40
    3.3.3 两种类型的生境中物种多样性指数的比较  40-41
  3.4 讨论  41-42
    3.4.1 环境因子的变化以及对水生昆虫群落的影响  41
    3.4.2 物种多样性指数在不同环境梯度下的变化  41-42
第四章城镇化土地利用对溪流水生昆虫群落生物性状的影响  42-52
  4.1 采样点分布及样点概况  42
  4.2 环境因子的选择  42
  4.3 生物样本选择  42
  4.4 生物学性状  42-44
    4.4.1 生物学性状的选择  42-44
    4.4.2 生物·性状的获取  44
    4.4.3 对性状的信息进行量化——模糊编码  44
  4.5 选择合适的性状多样性指数  44
  4.6 数据分析  44-45
  4.7 结果  45-48
    4.7.1 用fourth-corner统计方法求出具有显著相关性的生物性状-环境因子的组合的结果  45-48
    4.7.2 两种生境中生物性状多样性的差异性比较  48
  4.8 讨论  48-52
    4.8.1 土地利用变化对水生昆虫群落性状多样性的影响  48-49
    4.8.2 fourth-corner统计方法描述环境因子与生物性状关系的优点和不足  49-52
第五章城镇化土地利用对溪流水生昆虫群落功能多样性的影响  52-64
  5.1 采样点分布及样点概况  52
  5.2 环境梯度划分  52
  5.3 生物样本选择  52
  5.4 生物学性状  52-53
    5.4.1 生物学性状的选择  52-53
    5.4.2 生物性状的获取  53
    5.4.3 对性状的信息进行量化  53
  5.5 选择合适的性状多样性指数  53
  5.6 数据分析  53-54
    5.6.1 计算两种环境梯度下,每个功能性状所占比例的变化  53-54
    5.6.2 比较两种环境梯度下,所选功能多样性指数的变化  54
    5.6.3 对6个功能多性指数和4个物种多样性指数进行pearson相关性比较  54
  5.7 结果分析  54-61
    5.7.1 城镇化土地利用对水生昆虫群落功能性状的影响  54-57
    5.7.2 城镇化土地利用对水生昆虫群落功能多样性指数的影响  57-60
    5.7.3 功能多样性指数与物种多样性指数的相关性比较  60-61
  5.8 讨论  61-64
    5.8.1 城镇化土地利用对水生昆虫群落功能性状的影响  61-62
    5.8.2 城镇化土地利用对水生昆虫群落功能多样性指数的影响  62
    5.8.3 功能多样性指数与物种多样性指数的相关性比较  62-64
全文总结  64-66
附录  66-74
参考文献  74-80
攻读学位期间发表的学术论文  80-82
致谢  82

城镇化对溪流底栖动物物种多样性和功能多样性影响的研究

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