淡水生态系统在人类社会中扮演着非常重要的角色。由于城市生活用水和工农业的快速发展,人为干扰严重影响了水质,淡水生态系统遭受了严重的破坏,引起生态系统的退化。对河流进行生态恢复和健康评估,是有效恢复淡水生态系统健康的前提和基础,已成为近年来生态学的热点研究。底栖动物在发达国家已经作为一种常用的生物学评价手段,而我国学者也逐步开始利用大型底栖无脊椎动物作为评价水质的指示生物,引进国外成熟的评估体系对我国各类淡水生态系统进行生物学评价。但目前大多评价体系对数据需求量大,需要大量基础工作的累积,学术性、专业性强,建模要求高。我国自然环境多样性高、人为扰动复杂,探究国内影响底栖动物分布模式的因素,建立适用于我国的底栖动物评价体系有重要意义。徒骇河、马颊河是流经山东北部的两条重要的河流。"十二五"期间,徒骇河、马颊河流域开展了大规模污水治理与湿地修复工程,河流水质逐步改善中。本文以徒骇河、马颊河、赵牛河人工湿地为研究案例,在调查河流水系分布、水质与底质、生境要素等的基础上,依据多年底栖动物群落特征的数据,深入分析了徒骇河、马颊河流域乃至全国湖泊的底栖动物群落对环境特征的响应:通过文献调研与群落调查,依据徒骇河、马颊河水文特征与底栖动物群落结构,建立以指示物种为主的河流健康评价体系,并对赵牛河人工湿地生态恢复作用进行了评估,同时从物种丰富度出发,分析底栖动物群落与多种环境因素的关系,验证桥梁建设对河流生态系统的健康具有重要影响。考虑到河流与湖泊之间的相互影响,本文还拓展研究内容,利用多年来中国范围内湖泊底栖动物研究的数据,对中国的62个湖泊底栖动物的丰富度与多种湖泊环境因素进行皮尔逊相关性分析,揭示大尺度上湖泊底栖动物的种-流域面积分布模式。在研究过程中发现底栖动物研究存在采样与计数工作量大,物种鉴别困难,稀有种去除具有争议的现状,因此本文利用2001-2015年已发表的相关文献,建立全国范围的底栖动物数据库并构建假想模型,分析稀有种在生物学指数中的地位,验证多种底栖动物指数对稀有种去除的响应机制。本文主要研究结果如下:流域调查结果显示,徒骇河、马颊河干流共收集到底栖动物16种,赵牛河人工湿地采集到18种,干流与人工湿群落物种组成差异较大,由于优势种不同,各样点底栖动物群落多度、丰富度差异也很大。赵牛河人工湿地对底栖动物群落有明显的恢复作用。尽管采取了多种生态系统恢复手段,但目前国际常用的评价体系不适用于徒骇河、马颊河流域生态系统退化较严重的区域。为建立适用于徒骇河、马颊河流域的底栖动物评价体系,通过人工湿地示范工程进行生态恢复前后的比较,依据当地水质、水文学特征等因素,以赵牛河人工湿地为参照体系建立了适用于徒骇河、马颊河的底栖动物指示物种的评价体系。对徒骇河、马颊河干流桥梁附近的底栖动物群落与未受桥墩影响的群落进行对比的结果显示,在已经遭受人为干扰的徒骇河与马颊河,桥墩引起的河岸淤积会进一步影响底栖动物的群落结构。桥下点与参照点群落结构有显著相关性,其中密度、生物量丰富度、与香农-威纳多样性指数相关性分别达到(0.961、0.931、0.930与0.603),并且桥下点与参照点底栖动物的群落在密度与生物量上的分配十分接近,但是底栖动物的丰富度与物种组成有显著的差异。淤积引起的生境片段化会导致底栖动物群落结构的退化,因此为保证河流生态环境的健康,在桥梁建设过程中底栖动物生境的保护问题值得关注。通过对底栖动物多样性与湖区面积、水容量、流域面积、平均水深、平均矿化度、平均气温与平均降雨量对国内62个湖泊的环境与生物特征进行相关性分析。结果表明底栖动物与流域面积、湖区面积、水容量有显著相关性,其中与流域面积的相关性最为显著(R~2=0.380,p<0.001)。仅有东部地区的湖泊的底栖动物丰富度与湖泊水量呈正相关(R~2=0.220,p<0.001);东部、西部湖泊的湖区面积均与底栖动物丰富度呈正相关(R~2=0.280,p<0.001;R~2=0.533,p=0.002),但西部未受干扰的地区相关性更显著。底栖动物多样性在人为扰动较少的湖泊,与湖泊面积的相关性更显著;而在人为扰动较多的湖泊则与水容量相关性更显著。这表明东部地区的湖泊的底栖动物群落的丰富度更易受到湖水容量变化带来的影响,而处于自然状态下的底栖动物群落则有可能对洪水与干旱产生的水量变化有一定的抵抗能力。此外,大尺度上底栖动物物种丰富度分布模式与经典种面积曲线定义的分布规律不同,虽然底栖动物物种丰富度与湖泊面积和其流域面积均有显著相关性,但总体来讲,不论在东部、西部地区还是全国范围内,流域面积的大小与物种丰富度的相关性更显著,形成了种-流域面积的分布特征。底栖动物多样性与环境因素的关系是研究底栖动物群落结构的重要视角,它能为底栖动物多样性研究与保护工作的开展提供重要的理论支持。基于不同生物学指数对稀有种去除会产生不同响应的假设,本文利用15年已发表底栖动物的数据建立假想模型,对香农-威纳多样性指数、辛普森多样性指数、马格列夫多样性指数、均匀度、BMWP评分系统(Biological Monitoring Working Party)与ASPT(Average Score Per Taxon)评分系统进行假想模型的测试。假想模型的结果表明与其他生物学指数相比,常见种在辛普森多样性指数占据极高的地位。仅考虑物种多样性的马格列夫与底栖动物专用的BMWP指标中有一定的比重,而在稀有种在经典的香农-威纳多样性指数占有较小的比重。经典的多样性指数更注重群落的均匀程度,在随着稀有种去除,均匀程度会略微增加并超过真实值。而ASPT评分系统对稀有种去除没有产生有规律的响应。在该研究的基础上,利用南四湖5年的底栖动物群落结构数据对香农多样性指数的响应进行验证,结果表明在利用香农多样性指数进行生物学评估时,适度的稀有种去除不会对香农多样性指数结果产生显著影响。通过理论与实地研究结合所得出生物学指数对稀有种去除的响应,能有效的减少在物种采集、鉴定时的工作量,显著提高工作效率,对改善当前中国众多淡水生态系统缺乏底栖动物群落数据的局面有重要的作用。综上所述,本文从人为扰动、环境因素、方法优化等多方面对底栖动物进行了系统的研究。通过徒骇河、马颊河流域的底栖动物群落的案例建立了适用于已退化生态系统的河流生态健康评价体系,成功对赵牛河人工湿地的恢复状况进行了评估。对徒骇河、马颊河干流的底栖动物群落进行分析,证实了桥墩对底栖动物群落的影响,认为桥梁建设的过程中对生物群落的干扰不容忽视。分析底栖动物大尺度的分布模式,提出底栖动物特有的种-流域面积分布规律。总结出多种生物学指数与稀有种的关系,依据实际情况采用合理的生物学指标与二次取样方法,能有效地增加底栖动物采集鉴定时的效率与准确性,能为全国开展大规模底栖动物群落调查的方法改进提供科学依据。