（生态学专业论文）点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响.pdf

摘要 三峡库区一些污染严重的工业企业是当地主要的点源污染源，对周围植物 群落产生了巨大危害，而植物是生态系统赖以存在的基础，它的生长发育直接 影响到生态系统的结构及其正常功能的实现。本研究按照与点源污染源的距离 为梯度，通过在三峡库区兴山县白沙河磷化工厂周围布设了3 2 个植物群落固定 样地，并以点源污染无法影响到的植物群落为对照，进行样地的野外群落学调 查；在每个样地取不同种植物叶片1 0 0 克左右和样地o - 2 0 c m 土壤5 0 0 克，以 石灰滤纸法同步进行大气氟化物的取样。样品带回室内应用氟离子选择电极法， 测定大气氟化物含量、植物叶片氟的累积量和土壤水溶性氟的含量。同时在野 外调查时使用p a m 2 1 0 0 叶绿素荧光仪测定植物最大光化学效率即f v f m 的值。 通过野外调查试验和相关的室内分析，研究了( 1 ) ：点源污染对三峡库区陆生 植物群落组成和物种多样性的影响；( 2 ) ：点源污染中的主要污染物对植物及土 壤环境的影响；( 3 ) ：不同物种叶片最大光化学效率f v f m 对污染胁迫响应的差 异。结果如下： 点源污染对植物群落物种丰富度以及p i c l o u 均匀度指数均有不同程度的影 响，对于群落结构相对简单的马尾松林和柏木林的不利影响更为显著。相对于 污染区来说，对照区中物种重要值的集中程度有所下降。许多物种的重要值在 污染区与对照区有明显的变化。马尾松( p n u sm a s s o n i a n a ) 、橙木( l o r o p e t a l u m 西跏册船) 、铁仔( m y r s i n ea f r i c a n a ) 、卷柏( s e l a g i n e l l at a m a r i s c i n a ) 等对照区 重要值较污染区为高，黄檀( d a l b e r g i ah u p e a n a ) 、菱叶海桐( p i t t o s p o r u m t r u n c a t u m ) 、君迁子( d i o s p y r o sl o t u s ) 等污染区的重要值较对照区为高。群落 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 中有些物种比如柏木( c u p r e s s u s f u n e b r i s ) 的天然更新也受到污染的影响。 污染区土壤p h 值大多低于对照区，但是与离污染源距离的相关性不强。 污染区有些物种比如马尾松、柏木等叶片中的全氟含量与大气中氟化物的含量 和土壤水溶性氟含量明显正相关。但是另外有些物种氟的累积量受点源污染的 影响不显著，比如菱叶海桐、翅柃( e u r y aa l a t a ) 等在污染严重的样地内生存 状况仍然很好。 在距离点源污染近的样地内，大多数物种的最大光化学效率的值显 著下降。栓皮栎( q u e r c u sv a r i a b i l i s ) 、马尾松和柏木等的f v f m 值与距污染源 的距离呈明显的正相关，都是随着离污染源越来越近而逐渐降低。根据污染区 相对对照区帅值下降幅度的不同，把植物划分为三种类型：对污染敏感型 如柏木、铁仔、橙木等，中等敏感型如油桐( v e r n i c i a f o r d i i ) 、香叶树( l i n d e r a c o m m u n i s ) 和不敏感型如山胡椒( l i n d e r ag l a u c a ) 和蝴蝶花( i r i s j a p o n i c a ) 等。 关键词：点源污染；物种组成；重要值；天然更新；大气氟化物； 氟化物累积；f v f m a b s t r a c t t h ee f f e c t so fp o i n ts o u r c ep o l l u t i o no nt e r r e s t r i a l p l a n tc o m m u n i t y i nt h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a l i ，c h u a n l o n g ( e c o l o g y ) d i r e c t e db yp r o l d r x i e , z o n g q i a n g a b s t r a c t m a n yi n d u s t r i a lf a c t o r i e sh a v ec a u s e dd a m a g et o t e r r e s t r i a lp l a n tc o m m u n i t yi n t h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a p l a n ti st h ef o u n d a t i o no fe c o s y s t e m , i t sg r o w t h a n dd e v e l o p m e n td i r e c t l ya f f e c tt h es t r u c t u r eo fe c o s y s t e ma n dt h er e a l i z a t i o no fi t s n o r m a lf u n c t i o n i no r d e rt os t u d yt h ee f f e c t so fp o i n ts o u r o gp o l l u t i o no ns p e c i e s d i v e r s i t ya n dc o m m u n i t yc o m p o s i t i o no ft e r r e s t r i a lp l a n ti n t h et h r e eg o r g e s r e s e r v o i ra r e a , 3 2s a m p l i n gs i t e sw i t hs i m i l a rp h y s i c a lc o n d i t i o n sb u td i f f e r e n td i s t a n c ef r o m t h ep o l l u t i o ns o u r c ew e r es e l e c t e da r o u n dt h eb a i s h a h ec h e m i c a lf a c t o r yo fp h o s p h o r u s i n d u s t r ya tx i n s h a n ，h u b e ip r o v i n c e b e s i d e sr o u t i n ef i e l di n v e s t i g a t i o n ，t h es a m p l e s o fl e a v e sa n ds o i lw e r ec o l l e c t e da n dt h ec h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c em a x i m u m q u a n t u me f f i c i e n c y ( f v f m ) w e r em e a s u r e db yp a m 2 1 0 0 m e a n w h i l e ，a i rf l u o r i d e m 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 w a sc o l l e c t e db yt h em e t h o do fl i m e - p a p e rs a m p l i n g a l lo ft h es a m p l e sw e r et a k e n t ot h el a b o r a t o r ya n dd e t e r m i n e dt h ef l u o r i d ec o n t e n tb yf l u o r i n ei o n s e l e c t i v e e l e c t r o d ea n a l y s i s 皿em a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： t h es p e c i e sc o m p o s i t i o na n dt h ep l a n td i v e r s i t yw e r es i g n i f i c a n t l yi m p a c t e db yt h ep o 洫 s o u r c ep o h u f i o n b o t hs p e c i e sr i c h n e s sa n dp i e l o ue v e n l l e s si n d e xa e f f e c t e db yt h ep o i n t s o u r c ep o l l u t i o n s p e c sr i c h n e s si np o f l u t e da r e ai sb e t w e e n3 2a n d6 7 , b u ti nu n p o l l u t e d 铷他ai t i sb e t w e e n4 7a n d8 2 p i e l o ue v e n n e s si n d e xo ft r e el a y e ri s0 1 1 6 1 - 0 8 5 0 9 ，w h i l ei ns h r u bl a y e r a n dh e r bl a y e rt h ev a l u ea r eo 1 7 6 3 - 0 3 2 4 9a n d0 0 4 4 3 - 0 2 6 0 1 ，r e s p e c t i v e l y s p e c i e si m p o r t a n c e v a l u eh a ss i g n i f i c a n t ed i f f e r e n c e sb e t w e e np o l l u t e da r e aa n du n p o l l u t e d 锄乱s o m cs p e c k se v t l d i s a p p e a r e di np o l l u t e da r e a i ti ss h o w e dt h a tt h en a t u r a lr e g e n e r a t i o no fc u p r e s s u sf u n e b r i si s e f f e c t e db yp o l l u t i o ns e r i o u s l y 1 n h ef l u o r i d ec o n t e n t so fl e a v e sw a se f f e c t e db ya i rf l u o r i d es i g n i f i c a n t l y t h e r e w a sa ni d e n t i c a lt e n d e n c yb e t w e e nt h ef l u o r i d ec o n t e n t so fl e a v e sa n dt h ef l u o r i d e c o n t e n t so fs o i la n da i ri ns o m ep l o t si nw h i c he x i s t ss i m i l a rs l o p e ，s o i la n ds a m e r o c k b u tt h ef l u o r i d ec o n t e n to fs o m cp l a n t sw i t hl e a t h e r yl e a v e sw a se f f e c t e d s l i 曲t l yb yt h ep o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，s u c ha se u r y aa l a t aa n dp i t t o s p o r u m t r u n c a t u m t h e c h l o r o p h y l lf l u o r e s c e n c em a x i m u mq u a n t u me f f i c i e n c y ( f v f m ) i ns o m ep l o t s n e a rt h es o u r c eo ft h ep o l l u t i o nd e c r e a s e di nm o s tp l a n ts p e c i e s t h e r ew a sa n e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ev a l u eo ff v ，f ma n dt h ed i s t a n c ef r o mt h es o u l c 2o f p o l l u t i o ni nl e v e a so fq u e r c g sv a r i a b i l i s 、p i n g sm a s s o n i a n aa n dc u p r e s s g sf u n e b r i s k e yw o r d s ：p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ；s p e c i e sc o m p o s i t i o n ；i m p o r t a n c ev a l u e ； n a t u r a lr e g e n e r a t i o n ；a i rf l u o r i d e ；f l u o r i d ea c c u m u l a t i o n ；f 、，f m i v 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院植物研究所有关保留、使用学位论文的规定， 即：植物研究所有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以提供目录检索以及公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文。 学位论文作者签名： 冲钿7 日 3 番触 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：秀镌必 岬年石月7 日 4 第一章前言 第一章前言 生态环境是人类赖以生存的基础，人与自然环境的和谐发展是人类社会持 续稳定发展的基本保证。但是，生态环境的持续恶化却严重影响了人类自身的 可持续发展。在众多导致生态环境恶化的环境问题中，污染问题可以说是其中 一个重要而突出的方面，快速的工农业现代化在极大地促进了社会经济发展的 同时，也带来了一些严重的环境污染问题，对大气、水源、土壤、植被造成了 严重的危害。 植物是生态系统中的生产者，处于生态金字塔的最低层，是整个生态系统 完成其各种功能的基础。植物群落是生态系统的重要组成部分，也是生态系统 赖以存在的基础，它的生长发育直接影响到生态系统的结构及其正常功能的实 现。植物群落的物种多样性与群落的稳定性密切相关( e l t o n ，1 9 5 8 ；t i l m a n ， 1 9 9 4 ：王国宏，2 0 0 2 ) ，而植物群落对环境的响应直接影响到生态系统能否正 常运转。目前绝大多数的地球生态系统都受到了人类活动的干扰，超过4 0 的 植物受到了直接干扰( d a i l y ，1 9 9 5 ) 。 长江三峡地区由于其独特的地理位置，植物区系起源古老，生态类型复杂， 特有植物丰富。长期以来，人类活动是威胁库区生物多样性的主要原因( 程瑞 海等，1 9 9 8 ) 。由于经济的发展和三峡工程的建设，库区一些新搬迁城市工业 产业链不完整，过分依赖于当地的自然资源，形成了一大批重污染型企业，对 当地的生态环境造成了一定的负面影响。特别是一些过分依赖于当地矿产资源 的工业企业，是当地主要的点源污染源，对周围的植物群落产生了很大危害。 点源污染是相对于面源污染来说的，而现有的研究多集中在水域污染以及农药、 生活垃圾等面源污染上，对三峡库区点源污染的研究还不多见。 1 1 点源污染对植物生存环境的影响 我国大气环境污染问题集中在城市和工业区域，工业企业生产过程中排放 的各类废气、烟尘等是大气污染的主要来源( 曹洪法，1 9 9 0 ) ，因此这类工厂 企业也就是最具有代表性的点源污染源了。大气中主要的污染物质包括二氧化 硫、臭氧、氯气、一氧化碳、各类氮氧化合物及氟化物，同时还有化石燃料燃 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 烧释放出来的各种重金属，如c d 、p b 、c u 等，还包括各类固体颗粒物，如煤 烟、粉尘、各种金属氧化物的微粒子等。 大气中的污染物还可通过沉降等进入土壤，对土壤环境产生一系列的影响。 土壤是绝大部分陆生植物特别是高等陆生植物赖以生存的基础，同时又是多种 动物和微生物栖息的场所。总体来说，土壤是一个由固体、液体、气体组成的 三相复合体系。不同的污染可能对土壤具有不同影响，从而间接影响到植物的 生长发育。例如，点源污染中的酸沉降导致土壤酸化( l u k i n a ，1 9 9 5 ) ，从而 引起土壤中营养离子的淋失和土壤溶液中铝离子富集( w a n ge ta 1 ，2 0 0 3 ) ， 提高了土壤中可溶解盐基离子浓度，这对于植物的吸水是不利的。有毒离子的 活化，不仅对植物根系产生毒害作用，而且还影响到土壤微生物的生长和繁殖， 间接影响到土壤的分解作用( b u r r o w sa n de d v a r d s , 2 0 0 4 ) 。周国逸等( 2 0 0 3 ) 对鼎湖山季风常绿阔叶林沉积元素转移的研究中发现，酸性降水不仅活化了土 壤中的a 1 元素，而且对各个水文学过程中的离子浓度也有增大的作用；同时 加速了钠离子和镁离子从季风常绿阔叶林生态系统中淋洗出来，从而最终导致 整个森林生态系统将处于不稳定状态。 大气污染和酸沉降也对湖泊等水体生态系统造成了一系列危害。在大气污 染和酸沉降严重的地区，湖泊生态系统的生态平衡往往受到破坏，其水生植物 的多样性也因污染而降低( 王云飞等，2 0 0 3 ) 。 1 2 点源污染对植物结构和生理功能的影响 1 2 1 点源污染对植物结构的影响 叶片是植物光合作用的器官，气孔是叶片进行光合、蒸腾、呼吸作用时气 体交换的通道，飘尘等颗粒污染物可能堵塞气孔，使气体交换受阻。叶面积指 数是表征植物光合作用能力的重要指标。而二氧化硫和氟化氢的污染对叶面积 指数具有明显的负影响( 胡羡聪等，2 0 0 3 ) ，其中氟化氢对叶片的伤害主要是 嫩叶、幼芽上首先发生症状，叶片退绿，叶尖或叶缘出现伤区，伤区与非伤区 之间常有一红色或黑褐色的边界线，有的植物表现大量落叶，针叶树在春季迅 速生长时，对氟化氢最为敏感，表现叶尖退绿，进而显红褐色或浅褐色( 曹燕， 2 0 0 0 ) 。 2 第一章前言 植物从环境中吸收大量外来污染物时，经过体内运输，会分布到某些组织 器官，当其含量超出植物所能忍受的耐性限度时，植物可以自主脱落这些组织 器官。许多植物在大气污染的环境中能够脱落蓄积了高污染物的叶片，进而避 免了对植物的进一步危害( 熊治延，2 0 0 0 ) 。 1 2 2 点源污染对植物生理活动的影响 植物对污染的响应是多方面的，即使没有明显的伤害症状，也会在植物的 生理生化特性上表现出不同程度的变化来。例如，大气污染影响植物的叶绿素 含量，与清洁区相比，污染区植物的叶绿素含量明显下降( 彭长连等，2 0 0 2 ) 。 同时对叶绿素荧光特性具有显著影响，叶绿体光系统i i 活性和膜系统完整度的 下降与其生长地点污染的加剧程度是一致的( 苏行，2 0 0 2 ) 。受植物的生态学 特性、遗传学特性等因素所决定，不同种类的植物对各类污染的忍耐限度不同， 同种植物的不同种群由于其分布和生长的环境各异，长期受不同环境条件的影 响，在长期的生态适应过程中，也表现出明显不同的忍耐性，即使是同一种群 内同种植物的不同植株对污染的忍耐性也有着较大的变异性。例如，生长在污 染区的大多数植物的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度均出现不同程度的下降， 下降幅度因植物种类不同而有较大差异( 温达志等，2 0 0 3 ) 表明多数植物在 一定耐受限度内能够适应污染胁迫和调节气孔开度，是植物对胁迫环境的一种 适应策略。而苔藓植物由于其结构相对简单，不能忍受过于极端的环境，对环 境变化的反应较为敏感，其在较为严重的大气污染条件下往往不能生存( 吴玉 环，2 0 0 1 ) ，因而往往可以作为环境指示植物。 不同污染区植物生理生态指标的研究结果表明，植物的叶面积、叶绿素含 量、叶片细胞液p h 值和叶片细胞质膜透性等指标的变化规律与大气污染物浓 度密切相关( 杨景辉，1 9 9 4 ) 。大气中二氧化硫、臭氧、氟化物等污染物对植 物的生理生化过程均会产生影响( 朱成珞，1 9 7 9 ) ，这些污染物能破坏光合色素，引 起植物叶片退绿( 胡羡聪，2 0 0 3 ) 。 1 3 点源污染与大气污染的关系及其对植物影响的特殊性 点源污染作为一种特殊的干扰类型，有其自身的特点，比如污染物的种类、 3 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 数量( 即污染强度) 、作用频度、影响范围都是固定的，不仅对植物体本身造 成危害，而且对植物群落周围环境也产生了影响。在大范围内的大气污染背景 下，个别的点源污染对大气污染的作用起到了加强和放大的作用。目前的大多 数关于大气污染的研究都是集中在污染对于植物个体的生理活动的影响或者污 染对叶片物理损伤等方面。也有一些研究关注于抗污染绿化植物的鉴定和筛选 上，而从种群、群落以至生态系统水平上研究污染对植物的影响的研究还为数 不多，尽管有少数研究也提出了大气污染，酸雨等对光合系统合细胞膜的损害 可能最终会导致森林的退化( 胡迪琴和苏行，2 0 0 0 ) 而局部范围内的较为严 重的点源污染对植物群落的影响包括对群落动态的影响、对植物群落不同发育 阶段的影响以及对整个群落结构的影响，特别是污染对关键种及某些稀有濒危 种的影响，其研究更具有现实意义。 1 4 研究目的和意义 目前，许多有关三峡库区植物群落的研究涉及到生物多样性的丧失、濒危 物种的保护等，而有关污染的研究也大多集中在面源污染上，由于长江流域独 特的重要性和三峡工程的修建，这些研究也多集中在水域污染方面。有关点源 污染对陆生植被的影响还不多见。点源污染对植物群落的结构会产生什么样的 后果，其多样性会发生如何变化，点源污染对植物个体及周围的环境又会产生 什么样的影响，植物对污染物的吸收和累积有什么规律可循，植物的生理生态 活动在污染胁迫下会发生怎样的变化，特定类型的点源污染其影响的范围到底 有多大等等，对这些问题的探讨，不仅可以在群落水平上揭示植物对大气污染 的响应，而且还可以为人工生态恢复与进一步的生物多样性保护以及有关环境 政策的制定提供一定的参考。 4 第二章研究区域的自然环境及研究对象 i i i 第二章研究区域的自然环境及研究对象 2 1 研究区域的自然概况 2 1 1 地理位置 研究地点位于湖北省兴山县( 1 1 0 0 2 5 - - , 1 1 1 0 0 6 e ，3 1 。0 4 - - - , 3 1 0 3 4 n ) 高阳 镇白沙河村化工厂附近。该地位于湖北省西部，地处秦巴山区，长江西陵峡北 侧、大巴山余脉与巫山余脉交汇处。点源污染主要来自于一家磷化工工厂，其 产品主要以是黄磷和五硫化二磷，生产过程中的主要的空气污染物为黄磷尾气、 氟化物以及二氧化硫等。工厂所处的位置是一峡谷，工厂对面及背面山势较高， 常年风向并不固定，工厂排出污染物随机向峡谷两侧扩散。 2 1 2 地质地貌 属秦岭大巴山体系，山脉走向从东向西伸展，总地势为东西北三面高，南 面低，由南向北逐渐升高。东北部群山重叠，多山间台地，向南逐渐降低，地 表多由紫砂页岩、泥质岩及灰岩组成。 2 1 3 气候 本地区属亚热带大陆性季风气候。春季冷暖多变，雨水较多；夏季雨量集 中，炎热多伏旱；秋季多阴雨；冬季多雨雪、早霜。年平均气温在1 5 3 左右， 年际间气温变化不明显。极端最高气温为4 3 1 1 2 ，极端最低气温为- - 9 3 1 2 。年 平均无霜期2 7 2 d ，年平均降水量为1 0 0 0 m m 左右， 2 1 4 水文 本地区有较丰富的水资源，有发源于神农架地区的香溪河流经此地。 2 1 5 土壤 5 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 土壤以山地黄壤或黄棕壤为主。 2 1 6 植被 植被主要为天然次生林，由于长期受人为干扰较为严重，基本不存在天然 原始林。主要群落类型为落叶阔叶林、针阔混交林和人工针叶林。乔木层的优 势种主要为马尾松( 砌淞m a s s o n i a n a ) 、柏木( c u p r e s s u s f u n e b r i s ) 、栓皮栎 ( q u e r c u sv a r i a b i l i s ) 、短柄袍( q u e r c u ss e r r a t av a t b r e v i p e t i o l a t a ) 等。灌木 层优势种主要为橙木( l o r o p e t a l u mc h i n e n s e ) 、苎麻( b o e h m e r i an i v e av a t n i v e a ) 、 翅柃( e u r y aa l a t a ) 、铁仔( m y r s i n ea f r i c a n a ) 等 2 2 研究对象 化工厂是一家大型精细磷化工企业，主要生产以黄磷为主导的深加工磷化 系列产品。比如五硫化二磷、单氟磷酸钠、二甲基亚砜等。生产过程中排出的 废气中往往含有二氧化硫、氟化氢、四氟化硅、硫化氢、五硫化二磷等。 在工厂正常生产时间，周围空气中弥漫大量烟雾，且有刺激性气味。距离 工厂几公里外此气味仍可闻到。烟雾落于裸露的皮肤上时，皮肤会产生红斑且 奇痒难忍。若晚上观察，会发现厂区所有的烟囱不仅排出大量烟雾，而且烟囱 顶部一直有火焰冒出，从很远处即可看到。 周围植被从外观上看，均发生了异常变化。工厂厂房外的柏木林几乎全部 枯死，马尾松大量落叶，部分个体也已经枯死。对附近植物群落实地考察后发 现，不仅柏木和马尾松受害严重，而且其他植物也有明显的受害症状。比如阔 叶树种栓皮栎的叶片上也可明显看到斑点，叶缘部分也发生失绿现象了。同样 的情况也发生在一些灌木和草木植物身上，比如铁仔、橙木、盐肤木( r h u s c h i n e n s i s ) 等。工厂对面山上茶园内的茶叶可见坏死状斑点，且面积较大。而 附近一些草丛明显发黄。 6 第三章点源污染对三峡库区陆生植物群落组成和物种多样性的影响 第三章点源污染对三峡库区陆生植物群落组成和 物种多样性的影响 目前有关大气污染对植物危害的研究多关注于生理方面或者污染对叶片等 机体结构的物理损伤方面。例如，植物对于大气污染颗粒的吸收和捕获效率的 研究( k a t h l e e n ，2 0 0 1 ) ；化工厂的污染对树木的生长产生影响，使得年轮特征 发生了明显的变化( k i ma n df u k a z a w a , 1 9 9 7 ) ；模拟酸雨对植物生长及其元素 含量的影响( 黄益宗等，2 0 0 6 ) 等等。在群落动态上，长期遭受大气污染的植物群 落往往会表现出林分密度下降，衰亡木增多，结实量也不同程度下降( 严昌荣 和朱忠保，1 9 9 6 ) 。也有一些研究关注于抗污染绿化植物的鉴定和筛选( 孔国辉 等，2 0 0 3 a ；2 0 0 3 b ) 和潜在的大气污染生物指示种的确定( w j m a n n i n ge ta 1 ， 2 0 0 2 ) 。利用苔藓植物多样性来表征污染对环境变化的影响程度 ( l o p p i ，2 0 0 2 ；s t e f a n oe ta 1 ，2 0 0 6 ) ，以及利用地衣的多样性来监测大气污染 ( g i o r d a n ie ta 1 ，2 0 0 2 ) ，都取得了较好的效果。而从种群、群落以至生态系统水 平上研究污染对植物的影响还为数不多，植物群落中物种多样性对污染环境的 响应的报道还不多见。特别是有关工厂点源污染对物种多样性影响的研究还很 有限。许多树木受到氟化物污染后，叶绿素含量、光合速率等均有不同程度的 下降( m 蝌g ，1 9 9 9 ) ，磷化工厂所排放的空气污染物为黄磷尾气、氟化物以 及二氧化硫等。其中，二氧化硫和氟化氢不仅对叶面积指数具有明显的负影响， 而且破坏光合色素，引起植物叶片退绿( 胡羡聪等，2 0 0 3 ) ，对植物正常生长影 响较大。因此，在磷化工厂点源污染条件下，不同植物将会在结构和生理上不 同程度的受到影响，同时这种影响的结果也将会在群落水平上有所体现。群落 的稳定性与种群功能型的多样性之间也有着密切的关系( m c c a r m ，2 0 0 0 ) ，污 染条件下群落中乔木层、灌木层及草本层各自的多样性变化趋势如何? 污染胁 迫下群落的演替规律如何? 对这些问题的探讨，不仅可以在群落物种多样性水 平上揭示植物对大气污染的响应，而且还可以为进一步的生物多样性保护以及 有关环境政策的制定提供一定的参考。通过对三峡库区化工厂周围植物群落的 7 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 调查和分析，以期揭示三峡库区陆生植物多样性对局部点源污染的响应。 3 1 研究方法 3 1 1 研究地自然概况 见第二章 3 1 2 样方设置与植被调查 植被调查在2 0 0 6 年4 月中旬至6 月下旬进行。通过野外实地考察发现，在 距离工厂主要排污烟囱区约2 5 k a n 左右的距离范围内，植物群落受害较为严重， 3 k m 以外随着远离污染源受害程度逐步减弱。对照区样方即对照样方设置在远 离工厂、污染物无法到达、几乎不受工厂点源污染影响处，同时保证同类型群 落样地在海拔、坡位、坡度上大体一致。样地的设置采用典型取样法。取样面 积乔木样方为2 0 x 2 0 m 2 ，灌丛样方、草丛样方l o x l o m 2 。每个乔木样地设置4 个l o x l o m 2 小样方，4 个l o x l o m 2 灌木样方，4 个l o x l o m 2 草本样方。记录项 目主要包括：群落总盖度及各层的分盖度、样方内出现的各物种的名称；乔木 的高度、枝下高、胸径、冠幅；灌木和草本的高度、盖度、株数、物候期；群 落天然更新；生境因子如海拔、坡向、坡度、坡位、土壤类型等。乔木样方总 数为3 2 个，灌丛样方2 0 个。 3 1 3 数据处理与分析 采用以下两种物种多样性测度方法：丰富度( s ) ：指一个样地内所有 物种数目；p i e l o u 均匀度指数j ： j = h l n s h ，- 一fp ii np i 智 其中：h 为s h a n n o n w e i n e r 指数，s 表示物种数；n 表示所有物种个体总数： 8 第三章点源污染对三峡库区陆生植物群落组成和物种多样性的影响 篁皇曼巴曼皇詈詈鼍鼍i i 毫篁鼍曼詈! 詈毫曼! 暑鼍曼鼍! ! 鼍! ! ! 毫詈詈! ! ! ! ! 詈! 詈苎! ! ! ! 曼! ! ! ! 皇皇! ! 曼皇曼詈! 皇! ! 曼鼍皇曼! 詈曼皇置 p i 为第i 种个体占总个体数的比例。 分别计算各样方中乔木层、灌木层及草本层中各物种的重要值，其中乔 木层的重要值= ( 相对密度+ 相对频度+ 相对显著度) 3 ，灌木层和草本层的重要 值= ( 相对密度+ 相对盖度+ 相对频度) 3 3 2 结果 3 2 1 群落物种组成 所有样方中共计出现2 8 4 种植物，分属于7 6 科，1 8 2 属。其中物种数目较 多的科为菊科、豆科、禾本科、大戟科等。在污染区总共出现了由于本地区长 期受到人为活动的剧烈干扰，主要植被类型为天然次生林。可以大致分为四种 基本的群落类型：马尾松林、柏木林、栓皮栎林、马尾松栓皮栎混交林。乔木 层的优势种主要为马尾松( 砌淞m a s s o n i a n a ) 、柏木( c u p r e s s u s i m e b r i s ) 、 栓皮栎( q u e r c u $ v a r i a b i l i s ) 、短柄袍( q u e r c u ss e r r a t av a r b r e v i p e t i o l a t a ) 等。 在距离工厂近的几个样方内，乔木层主要以马尾松、柏木为优势种，但受害较 为严重，不仅树叶枯萎凋落，而且有枯死木。阔叶树优势种主要以栓皮栎、短 柄袍等为主。灌木层优势种主要为橙木( l o r o p e t a l u mc h i n e n s e ) 、苎麻( b o e h m e r i a n i v e av a t n i v e a ) 、翅柃( e u r y aa l a t a ) 、铁仔( m y r s i n ea f r i c a n a ) 等但是在 工厂附近，槛木、铁仔叶片受伤斑点密集，且大面积凋落。在对照区出现而在 污染区未出现的物种主要有乔木中的四照花( d e n d r o b e n t h a m i a j a p o n i c a ) 、黑 壳楠 ( l i n d e r am e g a p h y l l a ) 、飞蛾槭( a c e ro b l o n g u m ) 、华中山楂 ( c r a m e g u sw i l s o n i i ) 、石灰花楸( s o r b u s f o l g n e r i ) 、华山松( 砌船a r m a n d i ) ； 灌木主要有万寿竹( d i s p o r u mc a n t o n i e n s e ) 、宽叶旌节花( s t a c h y u r u s c h i n e n s i s c a r t a m s ) 、异叶梁王茶( n o t h o p a n a xd a v i d i i ) 、八月瓜( h o l b o e l l i al a a f o l i a ) 、 青荚叶( h e l w i n g i a j a p o n i c a ) 、湖北紫珠( c a l l i c a r p ag r a c i l i p e s ) 、华中五味子 ( s c h i s a n d r as p h e n a n t h e r a ) 、棣棠花( k e r r i ai a p o n i c a ) 、柱果铁线莲( c l e m a t i s u n c i n a t a ) 、小舌紫菀( a s t e ra l b e s c e n s ) 等：草本主要有变豆菜( s a n i c u l a c h i n e n s i s ) 、野棉花( a n e m o n ev i t i f o l i a ) 、虎耳草( s a x i f r a g as t o l o n i f e r a ) 、 石蒜( l y c o r i sr a d i a t a ) 、射干( b e l a m c a n d ac h i n e n s i s ) 、牛皮消 9 点源污染对三峡库区陆生植物群落的影响 ( c y n a n c h u ma u r i c u l a m m ) 、大油芒( s p o d i o p o g o ns i b l 驴i c u s ) 等。而对照区中 未出现仅污染区中出现的物种数量远远低于仅在对照区中出现的物种数量，主 要有以下几种：桑树( m o r u sa l b a ) 、构树( b r o u s s o n e t i ap a p y i f e r a ) 、铁杉( t s u g a c h i n e n s i s ) 、灰毛牡荆( v h e xc a n e s c e n s ) 、黄檀( d a l b e r g i ah u p e a n a ) 、粗糠 柴( m a l l o t u sp h i l i p p i n e n s i s ) 等。 在污染区一共记录到6 5 科、1 3 7 属、2 1 6 种植物，而在对照区一共记录到7 1 科、 1 6 3 属、2 5 8 种( 图3 1 ) 。因此，从物种数目上看，对照区明显要比污染区多。 一、 钿 名 j z 、 皿删 糕 3 0 0 厂 l 2 5 0 卜 2 0 0 - 1 5 0 _ 1 0 0 卜 5 0卜 0l 2 5 8 u 6 57 1 醋 m g l 3 - i e f f e z 坦o fp 0 妇蝴p o l l u t i o n 蛆s p e c i e sc o m p o s i t i o ni nt h et h r e eg o r g e s 3 2 2 污染对群落物种丰富度及均匀度的影响 在污染区内，距离污染源较近的样方其乔木层树种组成较为单一，多样性 指数较低。随着与污染源距离的增加，多样性指数明显升高，然后趋于稳定。 1 0 第三章点源污染对三峡库区陆生植物群落组成和物种多样性的影响 在以马尾松或者柏木为优势种的群落中，因优势种突出，物种组成较为单一， 从而导致群落物种丰富度与均匀度均较低。 为了进一步揭示点源污染对不同群落物种多样性及群落结构的影响，将所 调查样方划分为四种基本的群落类型：马尾松林，柏木林，栓皮栎林以及马尾 松一栓皮栎混交林。分别对这四种群落类型的物种丰富度指数及群落均匀度指 数进行方差分析。结果见表3 1 和表3 2 。 表3 1 不同群落物种丰富度( s ) 的变化( 平均值标准误) t a b l e1 c h a n g eo fs p e c i e sr i c h n e s si nd i f f e r e n tc o m m u n i t i e s ( m e a n _ _ s e ) 表3 - 2p i e l o u 均匀度指数的变化( 平均值标准误) t a b l e2c h a n g eo fp i e l o ue v e n n e s si n d e xi nd i f f e r e n tc o m m u n i t i e s ( m e a n _ s e ) 3 2 2 1 污染对不同群落物种丰富度的影响 从表1 可以看出，物种丰富度在不同群落类型中的变化有所不同。其中，乔 木层除栓皮栎林污染区与对照区没有显著差异外，其余群落中物种丰富度均有 1 l 点源污染对三峡厍区陆生植物群落的影响 显著差异；灌木层除马尾松林外其余群落丰富度均有显著差异；污染区与对照 区的马尾松林及柏木林草本层物种丰富度有显著差异，栓皮栎林以及马尾松 栓皮栎混交林中变化不明显。若以群落类型来说，污染区柏木林乔、灌、草三 个层次的物种丰富度皆与对照区有显著差异，而其余群落类型均有某一层次丰 富度变化不明显。 3 & 2 2 污染对不同群落均匀度的影响 群落均匀度的变化如表3 2 所示，除了马尾松栓皮栎混交林群落均匀度各 层均变化不显著外，其变化规律几乎与群落物种丰富度的变化完全一致。因此 从表3 1 和表3 2 可以看出对于单优群落来说，由于物种组成过于简单，物种 丰富度及均匀度都对环境的变化特别敏感。而两者之间的变化趋势也大致相同。 3 2 2 2 污染区内群落均匀度的变化 在污染区内，与污染源不同距离的样方其群落均匀度指数变化情况如图3 2 所示，样方1 1 1 分别距离污染源0 3 k m 到5 k m 不等。随着污染强度的减弱， 乔木层、灌木层和草本层的均匀度均有逐渐增大的趋势。图中个别样方乔木层 均匀度明显低于其他样方是由于群落为单一的柏木林，因此均匀度指数低于其 它样方。 0 6 o 5 o 4 0 3 o 2 0 1 0 l234 567891 0l l 样方号 s a m p l ep l o tn o 图3 - 2 与污染源不同距离的样方群落均匀度指数的变化 f i 9 3 - 2c h a n g e so fe v e n n e s si n d i c e si ns o m es a m p l ep l o t sw i t hd i f f e r e n td i s t a n c ef r o mt h e p o l l u t i o ns o u “七 t10一芷一辍靶越8露jo名芷 第三章点源污染对三峡库区陆生植物群落组成和物种多样性的影响 3 2 3 物种重要值的变化及物种的替代 重要值是衡量不同物种在群落中优势地位的指标，是确定群落中优势种的 重要依据，能够在一定程度上反映群落中某一物种相对于其他物种对群落资源 利用能力的差异。不同污染条件下物种重要值的差异反映了物种对污染胁迫的 不同的生态适应能力。 3 2 3 1 污染区物种重要值的变化和物种的替代 在污染区离污染源较近的样方中，马尾松的重要值在群落中最大，与其伴 生的树种仅有君迁子( d i o s p y r o sl o t u ) 、白檀( s y m p l o c o sp a n i c u l a t a ) 等，且 重要值较低。随着离污染源距离的增大，栓皮栎和短柄袍的重要值逐渐增加， 同时，开始出现较多的伴生树种。一些具有革质叶的树种往往对污染有较好的 抗性，从而即使在距离污染源很近的样方中其重要值仍然较高，比如菱叶海桐 ( p i t t o s p o r u mt r u n c a t u m ) 、君迁子、山胡椒( l i n d e r ag l a u c a ) 、翅柃等。橙 木、油桐( v e r n i c i af o r d i i ) 、铁仔( m y r s i n ea f r i c a n