河流對(duì)人類社會(huì)發(fā)展有重要意義,既為人類提供食物、工農(nóng)業(yè)生活用水、交通、商業(yè)、休閑娛樂等諸多服務(wù)功能,也為生物圈物質(zhì)循環(huán)提供重要通道。近年來,隨著人口急劇增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模的非理性擴(kuò)增,河流生態(tài)系統(tǒng)承受了前所未有的壓力。在全球范圍內(nèi),河流生態(tài)系統(tǒng)退化已成為重要的環(huán)境問題。如何合理有度的開發(fā)河流水資源,如何實(shí)現(xiàn)對(duì)河流健康的準(zhǔn)確、定量、快速評(píng)估和預(yù)測(cè),如何有效開展河流生態(tài)修復(fù),實(shí)現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展,已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文以淮河流域水生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,在流域水生態(tài)功能分區(qū)的基礎(chǔ)上,選擇具相似自然背景的典型子流域作為重點(diǎn)研究對(duì)象,運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)、河流生態(tài)學(xué)、GIS和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,以水環(huán)境調(diào)研數(shù)據(jù)、高精度土地利用數(shù)據(jù)、水文水利數(shù)據(jù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)為平臺(tái),探討不同尺度下以土地利用景觀格局變化為主的人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的影響,分辨驅(qū)動(dòng)河流生態(tài)系統(tǒng)各組分的主要因子,識(shí)別人為活動(dòng)干擾生態(tài)系統(tǒng)各組分的特征作用尺度,最后建立各組分與其主要驅(qū)動(dòng)因子的劑量響應(yīng)曲線,為快速、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài),制定經(jīng)濟(jì)、合理、高效的河流生態(tài)修復(fù)對(duì)策提供理論依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:(1)運(yùn)用生態(tài)學(xué)、水文學(xué)和水資源學(xué)原理和方法,在廣泛收集數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上,探討了淮河流域水質(zhì)、土地利用、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的空間異質(zhì)性,采用國(guó)內(nèi)外相關(guān)生態(tài)分區(qū)理論方法,結(jié)合淮河流域水生態(tài)環(huán)境特征,將淮河流域劃分為5個(gè)水生態(tài)功能區(qū),16個(gè)水生態(tài)功能亞區(qū),其中一級(jí)分區(qū)反映水資源空間分布特征的異質(zhì)性,二級(jí)分區(qū)反映生物棲息地生境特征的空間異質(zhì)性,并在此基礎(chǔ)上選擇位于同一生態(tài)亞區(qū),具相似自然背景、受不同程度人類活動(dòng)干擾的賈魯河和沙河兩大河流生態(tài)系統(tǒng)作為研究對(duì)象,為下一步開展河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)人類活干擾的劑量響應(yīng)研究提供基礎(chǔ),也為流域管理部門提供信息平臺(tái)和管理手段。(2)以土地利用景觀格局變化作為表征人類活動(dòng)的主要指標(biāo),探討不同尺度下影響河流生態(tài)系統(tǒng)各組分的主要驅(qū)動(dòng)因子及其側(cè)向特征響應(yīng)尺度;農(nóng)田是賈魯河和沙河兩個(gè)流域的主要土地利用類型,城鎮(zhèn)用地在兩個(gè)子流域的占比較小,卻是影響兩個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)變化的主要驅(qū)動(dòng)因子;在賈魯河,水質(zhì)對(duì)土地利用景觀格局的側(cè)向特征響應(yīng)尺度是河濱帶60m,而沙河水質(zhì)的特征尺度是流域尺度;底棲生物與側(cè)向不同尺度上的賈魯河土地利用景觀格局變化無明顯直接關(guān)系,僅與沙河的林地占比變化有一定負(fù)相關(guān),但與兩條河流的河道水流特征、河床粒徑以及物理生境變化極顯著相關(guān),因此河道內(nèi)的垂向尺度是其響應(yīng)特征尺度。(3)河流是一個(gè)變化的連續(xù)體,在已知側(cè)向特征尺度上,需進(jìn)一步探討縱向尺度上河流生態(tài)系統(tǒng)對(duì)周邊土地利用景觀格局的響應(yīng);賈魯河上游河段是其水質(zhì)污染的主要來源,自上游到下游,其水質(zhì)污染狀況有所好轉(zhuǎn),城鎮(zhèn)化加劇是水質(zhì)污染的主要驅(qū)動(dòng)因素,其與主要水質(zhì)污染指標(biāo)的劑量響應(yīng)曲線顯示,保持低于50%的城鎮(zhèn)用地占比,可適當(dāng)減緩賈魯河的水質(zhì)惡化狀況;沙河的水質(zhì)狀況總體良好,明顯優(yōu)于賈魯河,但中下游河段的城鎮(zhèn)化加劇仍是影響沙河水質(zhì)的主要因素,控制中游河段的污染輸入,可緩解沙河面臨的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化威脅,主要水質(zhì)污染指標(biāo)與城鎮(zhèn)占比的響應(yīng)曲線指出,控制周邊的城鎮(zhèn)化占比低于20%,有助于維護(hù)沙河現(xiàn)有的水生態(tài)系統(tǒng)健康。根據(jù)本研究結(jié)果可知,不同河流生態(tài)系統(tǒng)、河流生態(tài)系統(tǒng)的不同組分,均受不同尺度的生態(tài)過程調(diào)控,其主要驅(qū)動(dòng)因子和特征響應(yīng)尺度各異,單一尺度無法準(zhǔn)確反映生態(tài)系統(tǒng)對(duì)景觀格局變化為主的人為活動(dòng)的響應(yīng),河流生態(tài)修復(fù)應(yīng)針對(duì)不同生態(tài)因子、生態(tài)過程,選擇其特征響應(yīng)尺度,經(jīng)濟(jì)、有效的開展生態(tài)修復(fù)工程。傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀幸欢ǖ木窒扌?需結(jié)合共線性和空間自相關(guān)性分析,才能準(zhǔn)確明晰流域土地利用景觀格局變化與河流生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)關(guān)系。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：X171.1
【文章目錄】：
中文摘要
ABSTRACT
CHAPTER 1 LITERATURE REVIEW
    1.1 THE STATUS OF FLUVIAL ECOSYSTEM TODAY
    1.2 HUMAN IMPACTS ON FLUVIAL ECOSYSTEM
    1.3 BIOASSESSMENT AND RESTORATIONS
    1.4 LINEAR OR NON-LINEAR DOSE-RESPONSE CURVE
    1.5 LAND USE/LAND COVER
    1.6 SCALE
    1.7 EMPIRICAL MODELS
CHAPTER 2 RESEARCH OBJECTIVES AND CONTENTS
    2.1 INTRODUCTION
    2.2 SCIENTIFIC QUESTIONS
    2.3 RESEARCH CONTENTS
    2.4 RESEARCH OBJECTIVES
    2.5 RESEARCH CLUES
CHAPTER 3 SPATIAL HETEROGENEITY AND ECOLOGICAL REGIONALIZATION IN HUAI RIVER BASIN
    3.1 INTRODUCTION
    3.2 METHODS
        3.2.1 Sampling and field surveys
        3.2.2 Data analysis
    3.3 RESULTS
        3.3.1 Spatial distribution of water nutrients
    Discussion
    Conclusions
CHAPTER 4 RESPONSE OF STREAM ECOSYSTEM TO LANDSCAPE AT MULTIPLE LATERAL SPATIAL SCALES IN TWO RIVER ECOSYSTEMS
    4.1 INTRODUCTION
    4.2 METHODS
        4.2.1 Study area description
        4.2.2 Sampling and field surveys
        4.2.3 Water quality measurements
        4.2.4 Channel physical and chemical characteristics
        4.2.5 Macroinvertebrate assemblage and in-stream habitat assessment
        4.2.6 Land use/cover analysis
        4.2.7 Data analysis
    4.3 RESULTS （JIALU RIVER BASIN）
        4.3.1 Land use/cover distribution at multiple scales
        4.3.2 Spatial land use/cover pattern in collinearity
        4.3.3 Environmental characteristics and ecological response variables
        4.3.4 Relationship between landscape and river ecosystem
        4.3.5 Effect of spatial scale on river ecosystem
        4.3.6 RDA results
        4.3.7 Mantel and partial mantel test results
        4.3.8 Associations between biotic measures and in-stream habitat variables
    4.4 DISCUSSION （JIALU RIVER BASIN）
        4.4.1 Prime predictor for water quality
        4.4.2 Prime predictors for macroinvertebrales
        4.4.3 Scale
        4.4.4 Collinearity and spatial autocorrelation
    4.5 RESULTS （SHA RIVER BASIN）
        4.5.1 Land use/cover distribution at multiple scales
        4.5.2 Spatial land use/cover pattern in collinearity
        4.5.3 Environmental characteristics and ecological response variables
        4.5.4 Relationship between landscape and river ecosystem
        4.5.5 Effect of spatial scale on river ecosystem
        4.5.6 RDA results
        4.5.7 Mantel and partial mantel test results
        4.5.8 Associations between biotic measures and in-stream habitat variables
    4.6 DISCUSSION (SHARIVER BASIN
        4.6.1 Prime predictor for water quality
        4.6.2 Prime predictors for macroinvertebrates
        4.6.3 Scale
        4.6.4 Collinearity and spatial autocorrelation
CHAPTER 5 LONGITUDINAL CHANGES IN WATER QUALITY TO LANDSCAPE GRADIENTS ALONG JIALU RIVER AND SHA RIVER
    5.1 INTRODUCTION
    5.2 METHODS
        5.2.1 Study area and sampling mehods
        5.2.2 Statistic analyze
    5.3 RESULTS （JIALU RIVER BASIN）
        5.3.1 Land use
        5.3.2 Physical and hydrological conditions
        5.3.3 Water quality
        5.3.4 RDA results
        5.3.5 GAMS for water quality
    5.4 DISCUSSION （JIALU RIVER BASIN）
    5.5 RESULTS （SHA RIVER BASIN）
        5.5.1 Land use
        5.5.2 Physical and hydrological conditions
        5.5.3 Water quality
        5.5.4 RDA results
        5.5.5 GAMS for water quality
    5.6 DISCUSSION
CHAPTER 6 CONCLUSIONS AND INNOVATIONS AND PROSPECT
    6.1 CONCLUSIONS
    6.2 PROSPECTS
REFERENCE
攻博期間撰寫、發(fā)表學(xué)術(shù)論文及參加的科研項(xiàng)目
    完成論文情況
    參加項(xiàng)目情況
致謝


本文編號(hào)：2857542