高 欣, 丁 森, 張 遠(yuǎn)，*,馬淑芹, 劉思思, 孟 偉

1 中國環(huán)境科學(xué)研究院, 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 2 中國環(huán)境科學(xué)研究院, 流域水生態(tài)保護(hù)技術(shù)研究室，北京 100012

魚類生物群落對太子河流域土地利用、河岸帶棲息地質(zhì)量的響應(yīng)

高 欣1,2, 丁 森1,2, 張 遠(yuǎn)1,2，*,馬淑芹1,2, 劉思思1,2, 孟 偉1

1 中國環(huán)境科學(xué)研究院, 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 2 中國環(huán)境科學(xué)研究院, 流域水生態(tài)保護(hù)技術(shù)研究室，北京 100012

河流生態(tài)系統(tǒng)的退化是多空間尺度環(huán)境因子作用的結(jié)果。探討不同尺度環(huán)境因子及水生生物之間的作用關(guān)系，識別影響水生生物群落完整性的尺度問題，是有效開展水生生物保護(hù)的基礎(chǔ)?；?009年對太子河流域15個樣點(diǎn)的魚類、河岸帶棲息地質(zhì)量評價，結(jié)合遙感影像解譯的太子河流域土地利用情況(包括流域尺度和河段尺度)，研究魚類完整性指數(shù)(F-IBI)與兩種尺度土地利用、棲息地質(zhì)量參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明太子河上游地區(qū)河岸棲息地質(zhì)量較好，下游地區(qū)由于農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地比例的增加河岸棲息地質(zhì)量明顯下降。F-IBI與自然用地比例呈正相關(guān)，與農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)用地比例呈負(fù)相關(guān)。農(nóng)業(yè)用地對F-IBI的影響體現(xiàn)在流域尺度，而城鎮(zhèn)用地在兩種尺度上都存在顯著影響。相比于農(nóng)業(yè)用地，城鎮(zhèn)用地相同比例的增加會導(dǎo)致F-IBI更快的下降。底質(zhì)、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度是顯著影響F-IBI的棲息地質(zhì)量評價參數(shù)。3項(xiàng)參數(shù)均隨農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)用地比例增加而降低，農(nóng)業(yè)用地主要在流域尺度上對3項(xiàng)參數(shù)產(chǎn)生影響，城鎮(zhèn)用地主要影響底質(zhì)和水質(zhì)狀況2項(xiàng)參數(shù)，而在兩種尺度上的影響相差不大。

太子河；魚類；尺度；土地利用；棲息地質(zhì)量

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國農(nóng)業(yè)和建設(shè)用地比例大幅度增加。用地類型的變化改變了流域的景觀結(jié)構(gòu)，并通過營養(yǎng)物富集、顆粒物沉降、水文情勢、河岸帶生境質(zhì)量等生態(tài)過程的改變繼而對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。土地利用與河流生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系一直是研究熱點(diǎn)，同時尺度效應(yīng)(包括流域尺度和河段尺度)，也是科學(xué)工作者最為關(guān)注的問題[2]。目前，國外學(xué)者對多尺度比較的土地利用尺度效應(yīng)研究較為全面[3- 6]。而國內(nèi)的學(xué)者則較多地關(guān)注單一尺度上土地利用的水生態(tài)效應(yīng)[7- 8]，僅吳璟等[9]研究了西苕溪支流大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)對不同尺度土地利用的響應(yīng)關(guān)系。這些少量的研究資料并不能滿足進(jìn)一步辨識我國土地利用的水生態(tài)學(xué)效應(yīng)的需要。

魚類作為頂級營養(yǎng)類群，是水生態(tài)系統(tǒng)健康監(jiān)測的主要指示生物。20世紀(jì)80年代初Karr[10]提出了魚類生物完整性指數(shù)(F-IBI)，隨后在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。相比群落指數(shù)，如多樣性、物種豐度、指示種等單一性指數(shù)，F(xiàn)-IBI為水生態(tài)系統(tǒng)健康提供了更為綜合全面的評價信息[11]。在流域景觀或棲息地質(zhì)量下降情況下，F(xiàn)-IBI更能反映河流健康狀況的退化。

流域景觀格局是由自然和人類經(jīng)營斑塊所組成的嵌塊體，也是流域管理的重要內(nèi)容。新的河流概念中包含著保障河流生態(tài)安全的內(nèi)涵，要求從景觀角度減少對河流生態(tài)安全的威脅，限制人類建設(shè)活動以及對自然資源的過渡開發(fā)[12]，即包括對流域內(nèi)土地利用方式的規(guī)劃。本文通過分析太子河流域土地利用、棲息地質(zhì)量與F-IBI三者之間的相互作用關(guān)系，以期探討魚類群落對不同尺度環(huán)境要素的響應(yīng)并為流域管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與樣點(diǎn)布設(shè)

太子河位于遼寧省東部地區(qū)(122°55′40″-124°55′16″ E，40°28′48″-41°38′46″ N)，全長413 km，流域總面積約1.39×104km2。多年平均天然徑流量為44.96×108m3。該流域?qū)倥瘻貛駶?半濕潤季風(fēng)氣候，上游地區(qū)為低山丘陵，植被類型以落葉闊葉林為主，植被覆蓋率較高。中下游為平原區(qū)，沿途分布有本溪、鞍山、遼陽等重要城市，農(nóng)業(yè)活動和城鎮(zhèn)建設(shè)較強(qiáng)烈。于2009年8月在太子河設(shè)置了15個調(diào)查樣點(diǎn)(圖1)，開展魚類采集和河岸帶棲息地質(zhì)量評價。

圖1 太子河流域調(diào)查樣點(diǎn)Fig.1 Sampling sites in Taizi River basin

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用格局分析

太子河土地利用格局以大遼河流域2007年9月的3景Landsat5 TM影像為數(shù)據(jù)源(軌道號P118R31、P119R31、P119R32)，在ENVI 4.4中對遙感影像進(jìn)行幾何精校正、影像拼接、影像截取等預(yù)處理后，導(dǎo)入Definiens Developer 7.0中將流域景觀分為森林、草地、農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地、河流、水庫、灘地、沼澤、魚塘等9種類型，結(jié)合流域野外實(shí)地踏查，采用人工解譯和鄰近分類相結(jié)合的人機(jī)交互式解譯方法，進(jìn)行信息提取，并結(jié)合研究區(qū)地形圖和野外調(diào)查情況，對初步解譯結(jié)果進(jìn)行修正，形成最終解譯結(jié)果。

從所有土地利用類型中選取森林、草地、農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地等4種類型進(jìn)行分析，其中森林和草地合并作為自然用地類型。分別計(jì)算自然用地、農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地在流域尺度和河段尺度上所有調(diào)查樣點(diǎn)上所占的比例：流域尺度上3種土地類型所占比例以調(diào)查樣點(diǎn)上游集水區(qū)范圍進(jìn)行計(jì)算獲得；河段尺度上3種土地類型所占比例以調(diào)查樣點(diǎn)上游10 km、河岸帶兩側(cè)各1 km范圍計(jì)算獲得。

1.2.2 河岸帶棲息地質(zhì)量評價

通過人工打分方式對太子河流域調(diào)查樣點(diǎn)河岸帶棲息地質(zhì)量進(jìn)行評價，選取包括底質(zhì)、棲息地復(fù)雜性、速度-深度結(jié)合特性、堤岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度、河岸土地利用類型等10項(xiàng)指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)滿分20分，總分共計(jì)200分。所有點(diǎn)位的棲息地評價均由同一位調(diào)查者完成，以消除由于人為誤差引起的評價結(jié)果不一致。各評價指標(biāo)的評定內(nèi)容及判定標(biāo)準(zhǔn)詳見表1[13]。

1.2.3 魚類及環(huán)境因子采集及測定方法

在每個調(diào)查樣點(diǎn)設(shè)置300 m的調(diào)查區(qū)間，選用電魚法和掛網(wǎng)法配合完成樣品采集。岸邊可涉水區(qū)域及對于水深小于1.5 m的樣點(diǎn)，采用雙肩背32管超聲電魚器電漁法(單位輸出為16.7ms)。具體做法如下：調(diào)查人員肩背安全電源，手持電極和抄網(wǎng)，沿河一側(cè)緩慢行進(jìn)采集魚類，采樣時間維持在1 h左右；對于水深大于1.5 m的樣點(diǎn)，使用刺網(wǎng)進(jìn)行掛網(wǎng)采集魚類，掛網(wǎng)時間維持在1 h左右。使用的網(wǎng)具包括3種不同網(wǎng)徑：6 cm×6 cm、12 cm×12 cm、20 cm×20 cm，以保證獲得較為全面的魚類樣品?，F(xiàn)場鑒定魚類種類后立即放生，對于不能現(xiàn)場鑒定的種類，選取3—5尾保存帶回實(shí)驗(yàn)室完成種類鑒定。

現(xiàn)場使用YSI-80型水質(zhì)檢測儀測定溶解氧(DO)、電導(dǎo)率(EC)和懸浮物濃度(SS)。水樣低溫保存，在24h之內(nèi)送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行BOD5、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)和總磷(TP)的測定。測定方法按照《水和廢水監(jiān)測方法》執(zhí)行。每個指標(biāo)測定3個平行樣品。

利用太子河流域水系圖并依據(jù)Strahler的河流等級計(jì)算方法[14]得到所有樣點(diǎn)所處的河流等級。

1.3 數(shù)據(jù)分析

太子河F-IBI研究結(jié)果見相關(guān)研究[15]，故不再贅述生物完整性評價過程，直接引用計(jì)算結(jié)果并附上每個樣點(diǎn)的基礎(chǔ)環(huán)境因子信息(表2)。利用相關(guān)性分析和回歸分析方法探討不同尺度土地利用、F-IBI指數(shù)、河岸帶棲息地狀況間的相關(guān)關(guān)系，所有統(tǒng)計(jì)過程在SPSS17.0下完成。

表1 太子河流域棲息地環(huán)境質(zhì)量調(diào)查項(xiàng)目及評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The surveyed environmental items and grade criterion of habitat in Taizi River basin

表2 太子河F-IBI評價等級、河岸帶棲息地質(zhì)量得分結(jié)果及各個點(diǎn)位環(huán)境因子信息Table 2 The results of F-IBI evaluation, riparian habitat condition score and environmental factors information for each site in Taizi River

2 結(jié)果與分析

2.1 河岸帶棲息地質(zhì)量與流域土地利用

太子河各點(diǎn)位間河岸帶棲息地質(zhì)量變化較大(表1)。上游地區(qū)(T5、T8、T12等樣點(diǎn))河岸帶棲息地質(zhì)量評價得分較高，表明該地區(qū)干擾程度較輕；中下游地區(qū)(T20、T21、T28、T34、T41、T47等樣點(diǎn))棲息地質(zhì)量評價得分較低，反映了該地區(qū)人類干擾大，棲息地質(zhì)量退化明顯。

在河段尺度上，中上游地區(qū)(T1、T5、T8、T16、T24等樣點(diǎn))自然用地比例較高，而城鎮(zhèn)用地比例較低；下游地區(qū)(T41、T44、T47、T59、T61等樣點(diǎn))農(nóng)業(yè)用地比例較高，自然用地比例大幅降低，同時城鎮(zhèn)用地比例有所上升(圖2)。在流域尺度上，自然用地比例整體相對較高，僅下游樣點(diǎn)農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地比例相對上升，體現(xiàn)了該區(qū)域人類活動強(qiáng)度有所增加。

圖2 太子河流域3種土地類型比例Fig.2 Percentage of three land use types in Taizi River basin

2.2 土地利用與F-IBI的關(guān)系

由圖3可見，自然用地類型與F-IBI呈正相關(guān)，農(nóng)業(yè)用地、城鎮(zhèn)用地與F-IBI呈負(fù)相關(guān)。F-IBI對兩種尺度土地利用響應(yīng)強(qiáng)度不同。自然用地比例在河段尺度(r=0.864，P<0.01)和流域尺度(r=0.798，P<0.01)都對F-IBI產(chǎn)生影響，但河段尺度與F-IBI的相關(guān)性要強(qiáng)于流域尺度。農(nóng)業(yè)用地僅在流域尺度上(r=-0.741，P<0.01)會顯著影響F-IBI。城鎮(zhèn)用地在河段尺度上(r=-0.774，P<0.01)與F-IBI的相關(guān)性略強(qiáng)于流域尺度(r=-0.746，P<0.01)。

圖3 兩種尺度土地類型與F-IBI的關(guān)系Fig.3 Relationship between land use types at two scales and F-IBI**表示P<0.01

2.3 棲息地質(zhì)量與F-IBI的關(guān)系

10項(xiàng)棲息地質(zhì)量評價參數(shù)與F-IBI的相關(guān)性結(jié)果見表3，底質(zhì)、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度與F-IBI呈顯著正相關(guān)關(guān)系。此3項(xiàng)參數(shù)總得分與F-IBI也呈顯著正相關(guān)，且相關(guān)性要強(qiáng)于各單項(xiàng)參數(shù)。

2.4 流域土地利用與河岸帶棲息地狀況的關(guān)系

圖4可見底質(zhì)、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度3項(xiàng)棲息地質(zhì)量參數(shù)得分均隨著農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地比例的增加而有所降低。底質(zhì)與農(nóng)業(yè)用地的相關(guān)性在流域尺度(r=-0.528，P<0.05)要強(qiáng)于河段尺度(r=-0.427，P>0.05)。水質(zhì)狀況(r=-0.531，P<0.05)、人類活動強(qiáng)度(r=-0.582，P<0.05)只與流域尺度農(nóng)業(yè)用地呈負(fù)相關(guān)。城鎮(zhèn)用地與底質(zhì)的相關(guān)性在河段尺度(r=-0.600，P<0.05)要強(qiáng)于流域尺度(r=-0.576，P<0.05)，與水質(zhì)狀況的相關(guān)性流域尺度(r=-0.630，P<0.05)強(qiáng)于河段尺度(r=-0.617，P<0.05)，而與人類活動強(qiáng)度均無顯著相關(guān)。

表3 河岸帶棲息地狀況與F-IBI得分的相關(guān)關(guān)系Table 3 Correlation between riparian habitat conditions and F-IBI score

圖4 兩種尺度土地類型與棲息地質(zhì)量參數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between land use types at two scales and habitat parameter●表示河段尺度，○表示流域尺度；*P<0.05；**P<0.01

3 討論

自然用地、農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地比例在太子河流域內(nèi)變化較大，呈區(qū)域性集中分布特征。自然用地主要集中在流域東部上游地區(qū)，此地區(qū)降雨充沛，以落葉闊葉林為主[16]。當(dāng)?shù)卣月糜螛I(yè)為發(fā)展定位，特別強(qiáng)調(diào)對自然林區(qū)的保護(hù)，維持自然用地的覆蓋面積。中下游地區(qū)自然用地比例下降，農(nóng)業(yè)用地和城鎮(zhèn)用地比例增加，原因有二：第一，中下游為平原區(qū)和丘陵過渡區(qū)，較為平坦的地形使得此地區(qū)適合開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動；第二，我國快速城市化進(jìn)程帶動了該地區(qū)自然用地向城鎮(zhèn)用地的轉(zhuǎn)化。朱君君等[17]分析了自1988年至2004年太子河流域景觀變化特征，發(fā)現(xiàn)流域內(nèi)草地面積逐漸下降并向城鎮(zhèn)用地類型轉(zhuǎn)化。太子河流域中下游自然用地的減少，表現(xiàn)出植被多樣性的下降與生境破碎化的加劇，影響了河岸穩(wěn)定性、水質(zhì)、底質(zhì)等棲息地質(zhì)量特征[18]。此外，實(shí)地調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)中下游大部分河段有嚴(yán)重的挖沙活動，采砂場大多沿岸設(shè)立，破壞了河岸帶植被覆蓋。太子河中下游強(qiáng)烈的人類干擾(用地類型，挖沙活動)造成其河岸帶棲息地質(zhì)量評價得分較低。

土地利用對河流的影響存在尺度效應(yīng)。河道物理形態(tài)、有機(jī)質(zhì)輸入主要受河岸帶植被覆蓋(小尺度土地利用)的影響，外源物質(zhì)的地表徑流輸入、水文條件、河道地貌類型等主要取決于流域景觀特征(大尺度土地利用)的影響[19]，這些物理、化學(xué)特征的改變又影響著水生生物的組成[20]。Lammert和Allan[21]發(fā)現(xiàn)魚類和大型底棲動物群落對農(nóng)業(yè)用地的響應(yīng)在河段尺度要強(qiáng)于在流域尺度；Heitke等[22]也發(fā)現(xiàn)小尺度的農(nóng)業(yè)用地可以很好地區(qū)分F-IBI等級。本研究結(jié)果與上述兩個研究相反，F(xiàn)-IBI對流域尺度農(nóng)業(yè)用地的響應(yīng)更為敏感。究其原因，上述兩個報道都選擇了典型農(nóng)業(yè)流域?yàn)檠芯繀^(qū)，農(nóng)業(yè)用地比例在流域上下游的變化并不大。這種過于均一的農(nóng)業(yè)用地分布，顯然會減弱農(nóng)業(yè)用地對魚類群落特征差異的解釋能力。Pinto等[23]在探討流域尺度土地利用與魚類群落關(guān)系時指出，變化幅度在5%—80%的草地面積比例與F-IBI呈顯著正相關(guān)關(guān)系，而變化幅度僅在0—15%的森林面積對F-IBI解釋能力較差。太子河流域上游以自然用地類型為主，中下游農(nóng)業(yè)用地比例逐漸增加(圖2)。流域尺度上農(nóng)業(yè)用地比例的變化與F-IBI的相關(guān)性更強(qiáng)，說明在流域尺度上變化幅度較大的景觀變量與水生生物群落結(jié)果更為緊密相關(guān)，研究區(qū)域土地利用背景在決定河流生物群落結(jié)構(gòu)上起到了重要作用。另一方面，底質(zhì)、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度等參數(shù)也對流域尺度農(nóng)業(yè)用地的響應(yīng)更明顯。這也證實(shí)了在流域整體干擾不均一的情況下，大尺度的環(huán)境因子對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響發(fā)揮更大的作用。

Allan[2]曾指出除了底質(zhì)與水化學(xué)特征，河岸帶棲息地質(zhì)量與非透水性區(qū)域幾乎毫不相關(guān)。這與本研究結(jié)果的發(fā)現(xiàn)相同，兩種尺度的城鎮(zhèn)用地都與底質(zhì)、水質(zhì)狀況顯著相關(guān)。城鎮(zhèn)用地、水化學(xué)特征、河道底質(zhì)之間是互相關(guān)聯(lián)的[1]，非透水性區(qū)域引起入河顆粒物與污染物的增加，改變水文、水化學(xué)、河道內(nèi)生境等特征，進(jìn)而影響水生生物群落結(jié)構(gòu)。兩種尺度的城鎮(zhèn)用地均對F-IBI產(chǎn)生影響，但與農(nóng)業(yè)用地相比，城鎮(zhèn)用地比例更小幅度的增加就可導(dǎo)致F-IBI明顯下降。流域尺度城鎮(zhèn)用地比例超過13%時(圖3)，F(xiàn)-IBI得分就低于10分(評價等級為“極差”)，而流域尺度農(nóng)業(yè)用地達(dá)到40%左右時，F(xiàn)-IBI的評價結(jié)果才為極差等級。在美國Ohio州，當(dāng)?shù)丨h(huán)保局曾指出流域尺度城鎮(zhèn)用地超過15%會導(dǎo)致魚類種群受到嚴(yán)重破壞[24]，與本研究發(fā)現(xiàn)13%城鎮(zhèn)用地比例基本一致(圖3)。在河段尺度上，城鎮(zhèn)用地比例達(dá)到30%左右F-IBI評價結(jié)果為極差等級，遠(yuǎn)低于相對應(yīng)的農(nóng)業(yè)用地比例。由此可見，無論是流域尺度還是河段尺度，城鎮(zhèn)用地比例同等增長幅度對魚類完整性的影響比農(nóng)業(yè)用地要更加突出。因此太子河流域城鎮(zhèn)化建設(shè)發(fā)展的同時，要結(jié)合考慮F-IBI所反映的河流生態(tài)健康狀況，合理制定流域城鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)規(guī)劃，盡量降低對河岸帶的開發(fā)利用。

河岸帶棲息地質(zhì)量影響著魚類群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。以往關(guān)于棲息地質(zhì)量與魚類群落結(jié)構(gòu)的研究，只關(guān)注河岸帶的植被情況與侵蝕情況[23]。本研究綜合考慮了10項(xiàng)河岸帶棲息地質(zhì)量參數(shù)，發(fā)現(xiàn)河岸帶棲息地質(zhì)量越高魚類群落結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，底質(zhì)、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度是影響該區(qū)域魚類群落的關(guān)鍵因素。國外流域管理一直強(qiáng)調(diào)與生物評價相結(jié)合，其目的就是為開展河流生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)。河流生態(tài)修復(fù)的目的是為了恢復(fù)水生生物的完整性，重點(diǎn)還在于河流物理生境和水體質(zhì)量的改善[25]。底質(zhì)、水質(zhì)狀況、人類活動強(qiáng)度作為影響太子河F-IBI的3項(xiàng)參數(shù)，也是河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)的重要內(nèi)容[25- 27]。這為太子河生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與魚類保護(hù)提供了管理方向，圍繞這些環(huán)境要素的保護(hù)閾值研究將成為下一步的工作。

致謝：黃顯偉、溫濤協(xié)助完成魚類采集與鑒定工作，孔維靜、萬峻博士在太子河流域土地利用GIS分析工作中提供幫助，在此一并致謝。

[1] Paul M J, Meyer J L. Streams in the urban landscape. Annual Review of Ecology and Systematics, 2001, 32: 333- 365.

[2] Allan J D. Landscapes and riverscapes: the influence of land use on stream ecosystems. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 2004, 35: 257- 284.

[3] Wang L Z, Lyons J, Kanehl P, Gatti R. Influences of watershed land use on habitat quality and biotic integrity in Wisconsin streams. Fisheries, 1997, 22(6): 6- 12.

[4] Wang L Z, Lyons J, Kanehl P, Bannerman R. Impacts of urbanization on stream habitat and fish across multiple spatial scales. Environmental Management, 2001, 28(2): 255- 266.

[5] Abell R A, Allan J D. Riparian shade and stream temperatures in an agricultural catchment, Michigan, USA. The Proceedings of the International Association of Theoretical and Applied Limnology, 2002, 28: 232- 237.

[6] Morley S A, Karr J R. Assessing and restoring the health of urban streams in the Puget Sound Basin. Conservation Biology, 2002, 16(6): 1498- 1509.

[7] 牟溥, 王慶成, Hershey A E, 于紅麗, 郭寶琴. 土地利用、溪流級別與溪流河水理化性質(zhì)的關(guān)系. 生態(tài)學(xué)報, 2004, 24(7): 1486- 1492.

[8] 劉華, 蔡穎, 於夢秋, 龔蕾婷, 安樹青. 太湖流域宜興片河流生境質(zhì)量評價. 生態(tài)學(xué)雜志, 2012, 31(5): 1288- 1295.

[9] 吳璟, 楊蓮芳, 姜小三, 李強(qiáng), 王備新. 浙江西苕溪土地利用變化對溪流大型底棲無脊椎動物完整性的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2008, 28(3): 1183- 1191.

[10] Karr J R. Assessment of biotic integrity using fish communities. Fisheries, 1981, 6(6): 21- 27.

[11] van Liefferinge C, Simoens I, Vogt C, Cox T J S, Breine J, Erchen D, Goethals P, Belpaire C, Meire P. Impact of habitat diversity on the sampling effort required for the assessment of river fish communities and IBI. Hydrobiologia, 2010, 644(1): 169- 183.

[12] Raven P J. How will river conservation cope with the global economic downturn? Observations from an international conference. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 2011, 21(1): 1- 6.

[13] 鄭丙輝, 張遠(yuǎn), 李英博. 遼河流域河流棲息地評價指標(biāo)與評價方法研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2007, 27(6): 928- 936.

[14] Strahler A N. Quantitative analysis of watershed geomorphology. Eos, Transactions American Geophysical Union, 1957, 38(6): 913- 920.

[15] 宋智剛, 王偉, 姜志強(qiáng), 殷旭旺, 譚淑榮, 張遠(yuǎn), 孟偉. 應(yīng)用F-IBI對太子河流域水生態(tài)健康評價的初步研究. 大連海洋大學(xué)學(xué)報, 2010, 25(6): 480- 487.

[16] 孟偉, 張遠(yuǎn), 鄭丙輝. 遼河流域水生態(tài)分區(qū)研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2007, 27(6): 911- 918.

[17] 朱君君, 胡遠(yuǎn)滿, 劉淼, 姚欣, 郗鳳鳴, 陳宏偉. 渾河太子河流域景觀變化及其驅(qū)動力. 生態(tài)學(xué)雜志, 2011, 30(1): 112- 118.

[18] Nakamura F, Yamada H. Effects of pasture development on the ecological functions of riparian forests in Hokkaido in northern Japan. Ecological Engineering, 2005, 24(5): 539- 550.

[19] Allan D, Erickson D, Fay J. The influence of catchment land use on stream integrity across multiple spatial scales. Freshwater Biology, 1997, 37(1): 149- 161.

[20] Meador M R, Goldstein R M. Assessing water quality at large geographic scales: relations among land use, water physicochemistry, riparian condition, and fish community structure. Environmental Management, 2003, 31(4): 504- 517.

[21] Lammert M, Allan J D. Assessing biotic integrity of streams: effects of scale in measuring the influence of land use/cover and habitat structure on fish and macroinvertebrates. Environmental Management, 1999, 23(2): 257- 270.

[22] Heitke J D, Pierce C L, Gelwicks G T, Simmons G A, Siegwarth G L. Habitat, land use, and fish assemblage relationships in Iowa streams: preliminary assessment in an agricultural landscape. American Fisheries Society Symposium, 2006, 48: 287- 303.

[23] Pinto B C T, Araujo F G, Hughes R M. Effects of landscape and riparian condition on a fish index of biotic integrity in a large southeastern Brazil river. Hydrobiologia, 2006, 556(1): 69- 83.

[24] Matthews WJ. Patterns in Freshwater Fish Ecology. New York: Chapman and Hall, 1998.

[25] Wang L Z, Seelbach P W, Lyons J. Effects of levels of human disturbance on the influence of catchment, riparian, and reach-scale factors on fish assemblages. American Fisheries Society Symposium, 2006, 48: 199- 219.

[26] Palmer M A, Menninger H L, Bernhardt E. River restoration, habitat heterogeneity and biodiversity: a failure of theory or practice? Freshwater Biology, 2010, 55(S1): 205- 222.

[27] Albertson L K, Cardinale B J, Zeug S C, Harrison L R, Lenihan H S, Wydzga M A. Impacts of channel reconstruction on invertebrate assemblages in a restored river. Restoration Ecology, 2011, 19(5): 627- 638.

Exploring the relationship among land-use, riparian habitat quality, and biological integrity of a fish community

GAO Xin1,2, DING Sen1,2, ZHANG Yuan1,2,*, MA Shuqin1,2, LIU Sisi1,2, MENG Wei1

1StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China

2LaboratoryofRiverineEcologicalConservationandTechnology,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China

River ecosystems are being degraded by various environmental factors across multi-spatial scales. In general, aquatic organism conservation aims to explore the relationship between aquatic organisms and environmental factors across multi-spatial scales, and to discern the scale at which the biological integrity of aquatic organisms is affected. We collected data about fishes and riparian habitat conditions at 15 sampling sites in the Taizi River basin during August, 2009. In parallel, we collected data on land use at the both of catchment and reach scales by interpreting the satellite images. We explored the relationship among the fish index of biotic integrity (F-IBI), land use at two scales, and riparian habitat condition. The results showed that riparian habitat condition is relatively better in the upper regions than the lower regions of rivers, due to a percentage increase in farmland and urban areas in the lower regions. F-IBI showed a positive correlation with the proportions of natural areas, but showed a negative correlation with the proportions of farmland and urban areas. F-IBI exhibited a stronger response to the proportion of farmland at the catchment scale, and to the proportion of urban areas at both scales. Compared to farmland, the same percentage increase in urban area resulted in a faster decrease of F-IBI. Substrate, water quality, and anthropogenic disturbances were three key riparian habitat parameters that significantly degraded F-IBI. These three parameters decreased with increasing proportions of farmland and urban areas. Farmland showed a significant effect on the three parameters at the catchment scale, whereas urban areas only significantly affected substrate and water quality at both scales.

Taizi River; fish; scale; land use; habitat quality

國家自然科學(xué)基金(41401066)；國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07501-001-04)；中歐環(huán)境可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃(DCI-ASIE/2013/323-261)

2014- 01- 14;

日期:2015- 04- 14

10.5846/stxb201401140106

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhangyuan@craes.org.cn

高欣, 丁森, 張遠(yuǎn),馬淑芹, 劉思思, 孟偉.魚類生物群落對太子河流域土地利用、河岸帶棲息地質(zhì)量的響應(yīng).生態(tài)學(xué)報,2015,35(21):7198- 7206.

Gao X, Ding S, Zhang Y, Ma S Q, Liu S S, Meng W.Exploring the relationship among land-use, riparian habitat quality, and biological integrity of a fish community.Acta Ecologica Sinica,2015,35(21):7198- 7206.