（环境科学专业论文）巢湖北岸河口湿地植被生态学研究——以烔炀河和十五里河为例.pdf

e c o l o g ys t u d yo ne s t u a r i n ew e t l a n dv e g e t a t i o ni nt h en o r t h e r n s h o r eo fc h a o h ul a k e c a s eo ft o n g y a n ga n ds h i w u l ir i v e r s a b s t r a c t i ti sw e l lk n o w nt h a te s t u a r i n ew e t l a n di sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ew e t l a n ds y s t e ms u c ha s l a k e t a k i n g2 0 08a st h eb a s ey e a r ，i nt h i sp a p e r , t h ee s t u a r i n ew e t l a n d so ft o n g y a n gr i v e ra n d s h i w u l ir i v e ri nt h en o r t h e r ns h o r eo fc h a o h ul a k ew e r es e l e c t e da st a r g e t st os t u d yt h e c o m p o s i t i o no fv e g e t a t i o n ，p l a n ta s s o c i a t i o n ，r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p e c i e s ，s p e c i e sd i v e r s i t y a n dc o r r e l a t i o nb e t w e e np l a n t sa n de n v i r o n m e n tc o n d i t i o n s ，e t c t h ec o n c l u s i o n sw e r ed r a w n a n ds u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) i n2 0 0 8a p r i l ，a u g u s ta n dn o v e m b e r , at o t a lo f6 0q u a d r a t sw e r er e s p e c t i v e l ys e ti n t h ee s t u a r i n ew e t l a n do ft o n g y a n gr i v e r t h en u m b e r so fp l a n ts p e c i e sc o r r e s p o n d i n gt o a b o v et h r e em o n t h sw e r ef i n a l l yo b t a in e dn a m e l y2 0 ，13a n d11 ，r e s p e c t i v e l y a sf o rt h e m ， g r a m i n e a e ，c o m p o s i t a ea n dt a d e s h i n aw e r et h em a j o rc o m p o s i t i o n s i na d d i t i o n ，t h en u m b e r s o fp l a n ta s s o c i a t i o n sc o r r e s p o n d i n gt oa b o v et h r e em o n t h sw e r ea l s od e t e r m i n e dn a m e l y1 2 ，9 a n d9 ，r e s p e c t i v e l y i n2 0 0 8a p r i l ，a u g u s ta n dn o v e m b e r ，at o t a lo f5 0 ，4 2a n d5 3q u a d r a t s w e r er e s p e c t i v e l ys e ti nt h ee s t u a r i n ew e t l a n do fs h i w u l ir i v e rt oi n v e s t i g a t et h en u m b e r so f p l a n ts p e c i e sa n dp l a n ta s s o c i a t i o n s f i n a l l y ，i tw a so b t a i n e dt h a t ，c o r r e s p o n d i n gt o a b o v e t h r e em o n t h s ，t h en u m b e r so fp l a n ts p e c i e sw e r er e s p e c t i v e l y2 2 ，16a n d14 ，a n dt h en u m b e r s o fp l a n ta s s o c i a t i o n sw e r e10 ，8a n d11 ，r e s p e c t i v e l y t h e r e i n t o ，g r a m i n e a ea n dc o m p o s i t a e w e r et h em a i nc o m p o s i t i o n s t w i n s p a nc l a s s i f i c a t i o na n dd c as o r t i n gs h o w e dt h a tt h es t y l e o fp l a n td i s t r i b u t i o np a t t e r n sw a sc l o s e l yc o r r e l a t e db o t ht os o i lt y p ea n ds o i lm o i s t u r e ( 2 ) t h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so nt h er e l a t i o n s h i po fw e t l a n dp l a n ts p e c i e sw a sp e r f o r m e d u s i n g2 2c o n t i n g e n c yt a b l e ，b ym e a n so ft h ex 2t e s ta n do c h i a i si n d e x t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h ed e g r e e so fi n t e r - p o s i t i v e ( o rn e g a t i v e ) c o r r e l a t i o n sb e t w e e nt h em o s td o m i n a n ts p e c i e s w e r ew e a ka n dt h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e ns p e c i e sw e r el o o s ef o rt h et w oe s t u a r i e si nd i f f e r e n t p e r i o d s a n dt h u si te n a b l e st of u l l ys h a r et h ec o m m u n i t yr e s o u r c e s ( 3 ) t h ew e t l a n dp l a n ts p e c i e sd i v e r s i t i e so ft h et w oe s t u a r i e si nd i f f e r e n tp e r i o d sw e r e a n a l y z e db ym e a n so fs u c ht h r e em e t h o d sa s r i c h n e s si n d e x ，s p e c i e sd i v e r s i t yi n d e xa n d e v e n n e s si n d e x t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er i c h n e s si n d e x ，e v e n n e s si n d e xa n ds p e c i e s d i v e r s i t y i n d e x sf o rw e t l a n dv e g e t a t i o no ft h et w oe s t u a r i e si nd i f f e r e n tp e r i o d sa l m o s t p r e s e n t e dt h es i m il a rc h a n g et r e n d e n c y k e yw o r d s ：e s t u a r yw e t l a n d ，v e g e t a t i o ns p e c i e s ，r e l a t i o n s h i p b e t w e e n s p e c i e s ，s p e c i e s d i v e r s i t y ，c h a o h ul a k e 图1 1 图1 2 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图2 7 图2 8 图2 - 9 图2 1 0 图2 1 l 图2 1 2 图2 1 3 图2 1 4 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图3 - 6 图3 7 图3 8 图3 - 9 图3 1 0 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 插图清单 巢湖流域图：6 本研究的技术路线图8 不同季节炯炀河河口湿地植被生长情况。1 0 不同季节十五里河河口湿地植被生长情况。1 l 4 月份炯炀河河口湿地t w i n s p a n 分类结果矩阵图1 7 8 月份炯炀河河口湿地t w i n s p a n 分类结果矩阵图2 0 1 1 月份炯炀河河口湿地t w i n s p a n 分类结果矩阵图2 3 4 月份十五里河河口湿地t w i n s p a n 分类结果矩阵图2 5 8 月份十五里河河口湿地t w i n s p a n 分类结果矩阵图2 9 1 1 月份十五里河河口湿地t w i n s p a n 分类结果矩阵图3 0 4 月份炯炀河河口湿地样方d c a 排序图3 4 8 月份炯炀河河口湿地样方d c a 排序图3 5 1 1 月份炯炀河河口湿地样方d c a 排序图3 6 4 月份十五里河河口湿地样方d c a 排序图3 7 8 月份十五里河河口湿地样方d c a 排序图3 8 1 1 月份十五里河河口湿地样方d c a 排序图3 9 4 月份炯炀河河口湿地植物群落种问关系的z 2 检验半矩阵图4 7 1 2 个优势种种间o c h i a i 关联指数半矩阵图4 7 1 1 月份炯炀河河口湿地植物群落种间关系的矿检验半矩阵图4 8 7 个优势种种间o c h i a i 关联指数半矩阵图4 9 4 月份十五里河河口湿地植物群落种间关系的z 2 检验半矩阵图5 0 1 1 个优势种种间o c h i a i 关联指数半矩阵图5 1 8 月份十五里河河 e l 湿地植物群落种间关系的矿检验半矩阵图5 1 8 个优势种种间o c h i a i 关联指数半矩阵图5 2 1 1 月份十五里河河口湿地植物群落种间关系的矿检验半矩阵图5 2 9 个优势种种间o c h i a i 关联指数半矩阵图5 3 4 月份炯炀河河口湿地植被群丛丰富度指数变化折线图5 7 4 月份炯炀河河口湿地植被群丛各指数变化关系图5 7 8 月份炯炀河河口湿地植被群丛丰富度指数变化折线图5 8 8 月份炯炀河河口湿地植被群丛各指数变化关系图5 8 1 1 月份炯炀河河口湿地植被群丛丰富度指数变化折线图5 9 1 1 月份炯炀河河口湿地植被群丛各指数变化关系图5 9 4 月份十五里河河口湿地植被群丛丰富度指数变化折线图6 0 4 月份十五里河河口湿地植被群丛各指数变化关系图6 1 图 图 图 图 8 月份十五里河河口湿地植被群丛丰富度指数变化折线图6 3 08 月份十五里河河口湿地植被群丛各指数变化关系图6 3 l 1 1 月份十五里河河口湿地植被群丛丰富度指数变化折线图6 4 21 1 月份十五里河河口湿地植被群丛各指数变化关系图6 4 表格清单 表1 12 0 0 8 年十五里河水质监测值6 表2 1不同季节炯炀河河口湿地植物组成1 3 表2 2不同季节十五里河河口湿地植物组成。1 4 表3 1两个种存在与否的2 2 列联表4 4 表3 24 月份炯炀河河口湿地植物群落优势种4 5 表3 38 月份炯炀河河口湿地植物群落优势种4 6 表3 - 41 1 月份炯炀河河口湿地植物群落优势种4 6 表3 54 月份十五里河河口湿地植物群落优势种4 9 表3 - 68 月份十五里河河口湿地植物群落优势种5 0 表3 71 1 月份十五里河河口湿地植物群落优势种5 0 表4 1炯炀河河口湿地不同植物群丛类型中物种多样性的比较5 6 表4 2十五里河河口湿地不同植物群丛类型中物种多样性的比较6 2 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金胆工些太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位蝴糍：了币 签字日期：沪哆年夕月f 口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金旦巴王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权金g 巴王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 一 呱 j矽 i 签字日期：净产尸月f 伯 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日坦：，。9 年p 月口日 j oo | | ， 电话： 邮编： 致谢 本论文的完成倾注着我的导师李如忠教授大量的精力和汗水。在已度过的 两年半的研究生学习生活中，导师不仅在学习和科研上给予精心的指导，在生 活上也给予热情关怀和帮助。导师渊博的知识、敬业的精神、严谨的治学态度、 正直的品格时刻感染着我激励着我，使我毫不懈怠地度过了我生命中非常重要 的学习生涯。在论文完成之际，谨向导师致以衷心的感谢和崇高的敬意! 舒琨、洪齐齐两位师弟和石勇在我的野外工作部分给予了大力支持，帮我 克服许多困难，在此表示深深的感谢。 感谢北京师范大学刘全儒教授、北京师范大学王天明同学、合肥工业大学 潘国林师兄和普兰塔一生态学和生物多样性论坛( 由中国科学院植物研究所创 建) 上的网友等在植物辨认、数量生态学和文献期刊查阅等方面提供的帮助和 指导。 在此，还要深深地感谢我的父母和兄弟姐妹。正是他( 她) 们长期以来的 无私关心、爱护、帮助和鼓励才使我克服了重重困难，不断前进。 最后，感谢在我成长过程中给予指导、帮助和关心的老师、同学和朋友们。 丁丰 2 0 0 9 年6 月 第一章前言 1 1 湿地定义及特点 湿地是分布于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡性生态系统。但对 于湿地的定义，国内外尚未形成统一的概念。考虑到我国已是国际湿地缔约国 成员，为了与国际接轨，便于保护和合理利用湿地资源，我国湿地植被通常系 指：生长在沼泽、泥炭地、盐沼、红树林以及浅水湖泊、河滩和沼泽性河流表 面的植物群落。湿地是具有独特水文、土壤、植被与生物特征的生态系统， 是世界上重要的生态系统之一，与森林、海洋并称为全球三大生态系统。湿地 生态系统与人类的生存、繁衍、发展息息相关，是最重要的环境资本之一，也 是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统。湿地生态系统的特点十分 明显：( 1 ) 脆弱性。湿地特殊的水文条件决定了湿地生态系统易受自然及人为 活动的干扰，生态易受破坏，且破坏后难以恢复。( 2 ) 高生产力和生物生态多 样性。( 3 ) 过渡性。湿地既具有陆生生态系统的地带性分布特点，又具有水生 生态系统的地带性分布特点，表现出水陆相兼的过渡性分布规律【2 ，3 】。上述特点 决定了湿地在环境调节方面具有重要的功能。湿地在提供水资源、调节气候、 涵养水源、均化洪水、促淤造陆、降解污染物、保护生物多样性和为人类提供 生产生活资源方面发挥了重要作用，因而享有“自然之肾的美称。 1 2 湿地生态研究进展 湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。随着经济快速发展、人 口持续增长、城市化进程加快以及环境污染加剧，世界各国的天然湿地正在遭 受破坏和严重威胁。据估计，目前全球湿地以每年8 0 0 0 0 1 6 0 0 0 0 h m 2 的速度消 失，湿地系统急剧减少引发了一系列生态环境问题。截至目前，国内外学者已 从生态学、地貌学、地理学、水文学、环境学以及经济学等方面对湿地生态系 统进行了较为广泛的研究。 湿地作为一门独立的学科，形成自己的科学理论和方法论是在2 0 世纪初， 以德国沼泽学家韦伯( c a w e b e r ) 等学者的沼泽统一发育过程学说理论为代表 【l 】。1 9 8 6 年美国的w j m i t s c h 和j g g o s s e l i n k 合著的湿地出版，该书是当 前关于湿地研究最综合和最全面的著作【4 j 。国际上湿地水处理技术发展较快， 在欧洲和北美，数以千计的天然湿地和人工湿地被广泛应用于处理多种废水， 欧洲芦苇床技术应用较广泛【5 j 。 我国对湿地的认识，在古代就有所记载或论及，虽然名称不同，但皆指“水 草所聚”之处，即今日的湿地。建国以来，科学发展，湿地成为不同学科的研 究对象。但是作为专门系统的调查研究是从五十年代末，东北师范大学和中国 科学院长春地理研究所对我国的沼泽湿地进行了系统的调查研究，并相继建立 沼泽研究室，完成了全国大部分地区的沼泽、泥炭资源、芦苇资源等考察。先 后出版了包括三江平原沼泽、中国沼泽、中国沼泽研究、中国湿地研 究、中国湿地研究与保护等著作。填补了我国沼泽研究的空白。经国务 院批准，中国于1 9 9 2 年7 月3 1 日，正式加入国际湿地公约并将“湿地的 保护与合理利用 列入中国2 1 世纪议程的优先发展领域。1 9 9 4 年1 2 月， 由林业部组织协调各部委，在湖南省岳阳召开了全国首届“中国湿地研讨会”， 推动了我国湿地保护与科研工作的发展。湿地生态修复是目前湿地科学应用领 域的重要研究内容【6 7 j 。湿地是世界上最易受威胁的生态系统之一，土地利用的 加速和人类活动的加剧是造成湿地减少的主要原因。过去，随着我国人口的急 剧增加，为扩大农业用地和发展经济，湿地生态系统曾一度遭受了最严重的破 坏【8 9 】。 人工湿地是湿地研究的另一个重要领域，人工湿地比天然湿地污水处理提 供了更好的机会，因为人工湿地部分采取了人为控制措施，从而可以优化系统 去除b o d 、c o d 等污染物，它不仅可以为昆虫和其它动物提供生境，也可以 作为一种美学景观【l 引。人工湿地是一个自适应的系统，其特点是投资省，处理效 果好，运行维护方便，它属于一种生态治理污水的方法，可作为传统的污水处理技 术的一种有效替代方案，这对于节省资金、保护水环境以及进行有效的生态恢复 具有十分重要的现实意义，也越来越受到世界各国的重视和关注。目前被广泛应 用于处理生活污水【1 、工业废水【12 1 、矿山及石油开采废水【1 3 , 1 4 1 、农业点源污染 和面源污染【1 5 。7 】及水体富营养化问题的治理【1 8 】。人工湿地作为一种新兴的生态 处理技术起源于德国i l 引，应用到城市生活污水的脱氮除磷领域中具有投资少、 建设运营成本低；净化效果好、去除n 、p 能力强；工艺设备简单、组合多样化、 易于维护；系统配置可塑性强、对负荷变化适应性强；生态环境效益显著、废 水资源化程度高等特点【2 0 。2 3 1 。对于解决缺水城市的水资源循环利用、中水回用 等有重要意义。目前，国内外对人工湿地污水处理技术的研究主要针对以下3 方面：人工湿地污水处理技术数据库的建立；人工湿地在低温环境下的运 行；人工湿地对氮、磷的高效脱除。国际上对人工湿地污水处理工艺开展了 广泛深入研究，对寒冷地区人工湿地污水处理技术的应用在北欧及北美等地区 受到广泛关注【2 4 1 。人工湿地生态污水处理技术更加适合中国等许多发展中国家 的基本国情【2 引，目前国内已有多所高校及科研单位对人工湿地污水处理技术开 发和应用的各个领域进行研究，如对填料品种和性质的改良、对处理效果的研 究、对处理机制的研究、对高效植物的研究、对工艺的优化研究等 2 6 - 3 0 l 。虽然 我国已经建造了许多人工湿地用于污、废水处理的工程实例，但是这些人工湿 地大多位于南方，由于受季节和气候等的影响，所取得的经验和数据难以在北 方直接应用。寒冷气候条件下人工湿地的运行与管理一直是人工湿地在我国北 方地区广泛应用的主要制约因素之一【3 。 国内外关于人工湿地对生活污水中有机物、氮和磷的处理效果的研究较多。 2 普遍的研究结果表明，各种类型人工湿地对污水中c o d 和t p 都具有较好的处理 效果，去除率达到8 0 1 0 0 3 1 , 3 2 1 ；而对于n 的脱除则受到湿地规模、水力负 荷、停留时间和环境温度等因素影响，处理效果差别较大 3 3 , 3 4 j 。一些中试规模的 人工湿地去除率可达9 0 ，大部分湿地的去除率波动范围在2 0 7 0 之间。例 如，丁晔等【35 】利用水力负荷为7 5 m m d ，h r t 为4 d ，面积0 2 5 m 2 ，深0 7 m 的黑麦 草垂直流人工湿地系统处理杭州地区经酸化水解的养猪场废水，各污染物的平 均去除率分别达到c o d 8 0 ，n h 4 + - n5 0 ，t n 2 0 4 0 ，t p 由8 0 逐渐下降 n 2 0 。s o h s a l a m 等p6 】利用面积为1 m 2 ，深o 6m 的自由表面流人工湿地处理热 带地区( 泰国) 海产品加工废水，在停留时间为5 d 时各污染物的去除率分别达到 b o d 5 9 1 9 9 ，t n 7 2 9 2 ，t p 7 2 7 7 。近年来对寒冷气候条件系人 工湿地的运行效果研究逐渐增多 3 7 - 4 0 】，刘学燕等【4 0 】利用总面积为2 0 0 m 2 的人工 湿地处理河北省官厅水库微污染水，在水力负荷率为o 15 0 4 5m d 的条件下， 冬季潜流人工湿地对微污染的地表水源水有较好的处理效果。周健等p9 】采用序 批式人工湿地处理校园生活污水，在冬季低温条件下，取得了c o d 、n h 4 + - n 和 t n 分别为8 1 1 2 、8 5 5 6 和4 8 4 4 的脱除效果。 近年来，国内外学者从不同角度如湿地微生物【4 1 , 4 2 】、湿地植物1 4 3 1 、湿地 基质【4 4 1 、湿地工艺参数变化【4 5 , 4 6 】等方面对潜流湿地的运行特性及处理效果进行 了广泛研究，但这些研究的监测数据多基于模拟湿地短期运行数据，不同研究 者所得到的有机物、氮、磷等的去除率相差也很大，而具有实际意义的野外潜 流湿地长期运行的动态监测数据报道相对较少，尽管有长期运行的湿地处理性 能的报道1 47 。”j 。 俞小明【5 2 】根据河1 3 滨海湿地的生态环境特点，建立了一套适用于河1 2 1 滨海 湿地的评价指标体系，该指标体系包括反映生态特征和功能的一级指标2 项，二 级指标5 项和三级指标1 项，可对河口滨海湿地的生态特征、生态演替阶段和生 态服务功能进行全面评价。吴晓琴【5 3 】以九龙江河口湿地为例，建立了一套包括 评价指标体系和赋值标准在内的河口湿地生态环境评价方法。1 9 9 8 年加拿大 学者根据景观生态学理论，以河流作为案例研究总结了评价湿地生态系统健康 的3 类指标：生物、物理与社会经济指标，社会经济指标的加入使得湿地健康评 价指标体系更加完善【5 4 1 。国内学者也分别在白洋淀湿地、博斯腾湖流域湿地、 城市公园湿地和扎龙湿地建立湿地水环境安全评价、湿地生态环境综合评价和 湿地水体富营养化评价指标体系 5 5 , 5 6 j 。 当前，我国许多饮用水水源出现富营养化趋势，严重威胁居民饮用水安全。 富营养化水源水与一般意义上的微污染水源水相比，不仅氨氮和耗氧量超标， 而且由于含藻量高，更增加了污水处理的难度1 57 。人工湿地以其能耗低、简单 易行、良好的净化效果和独特的生态功能而成为研究的热点【5 引。开展水生植物 床处理富营养化水源水的研究，为改善小型给水厂出水水质探索了一条新途径 3 岭。我国是一个水资源短缺的国家，全国城市中有一半以上缺水【5 9 1 。随着工业 化和城市化的发展，工业废水、城市生活污水的排放不断增加，导致河流与湖 泊水质生态恶化，污泥淤积、恶臭产生，从而引发出一系列的环境问题【6 0 】。为 解决流域内河流与湖泊的水污染问题，建设工业废水处理厂及城市生活污水处 理厂是一种非常有效的措施，但需要巨大的投资。另外，从世界各国的经验来 看，仅靠此种对策仍很难使已恶化的水环境得以完全修复，尤其是对富营养化 的水体。水生植物污水处理技术作为一种与污水处理厂污水处理技术互补的水 处理技术，以其投资少，运行维护费用低，没有二次环境污染，且能够改变生 态和景观环境质量的优点而日益受到人们的重视【59 。我国的南水北调工程是优 化配置水资源，解决北方地区缺水问题的重大战略措施，也是关系到我国在2 1 世纪经济社会可持续发展的重大基础性工程，南水北调东线工程重点污染源控 制点南四湖湖区，污染状况较为严重，对南水北调水质安全造成威胁。山东省 南四湖是东线治污的重点之一，为此，设计出符合生态学和生态经济基本原理 的生态工程，是湿地生态系统具有较高的生态、经济、社会综合效益，对于保 障南水北调工程实施的生态安全具有重要意义【6 1 1 。在进行生态工程设计时，重 点是对湖泊周围湿地的人工重建，特别是在与陆地生态系统物质、能量交换频 繁的河流入湖泊处开展人工生态系统的重建，提高系统的稳定能力和白净化能 力，对湖泊水质达到标准提供可靠的保障，无疑会发挥重要作用 6 2 , 6 3 j 。 据国家林业局调查，我国现有湿地面积3 8 4 8 万h m 2 ( 不包括水稻田湿地) ， 面积居亚洲第一位，世界第四位，世界各类型的湿地在我国均有分布。由于不 断围垦与不合理的开发利用，我国湿地面积大幅度减少，湿地退化严重。另外， 全球变暖的影响也是目前我国湿地大面积减少的原因之一。除气候变化以外， 人类活动加剧，致使湿地面积进一步减少，使生态环境进一步恶化，尤其湿地 的水文循环遭到严重破坏，湿地趋于干旱化和遭到退化的威胁【6 4 1 。多年来，各 级政府和有关部门在湿地保护方面做了大量工作，目前我国已有约4 0 的自然 湿地被纳入自然保护区得以保护。为尽快扭转自然湿地面积减少，生态功能退 化的局面，在2 0 0 4 年6 月，国务院办公厅颁发了关于加强湿地保护管理的通 知。 河口湿地( 特别是河口湿地植被) 是河流污染物进入湖泊、水库以及海洋 等水体的最后一道防线，加强受损河口湿地生态修复不仅具有环境意义，而且 对恢复河口湿地生态系统的组成、结构以及维持良好的生态关系都具有非常重 要的作用。因此，对河口湿地开展植被生态学研究非常必要。 1 3 研究区概况 1 3 1 河口湿地概况 巢湖是我国五大淡水湖泊之一，位于安徽省中部( 图1 1 ) ，大小入湖河流 4 共有3 6 条。其中，裕溪河是巢湖与外界水体( 长江) 交换的唯一通道。裕溪河 上巢湖闸的修建，打破了原有的生态平衡，使巢湖变成了一个封闭性水体。近 年来，随着汇水区经济的快速发展和人口的迅速增加，巢湖污染日趋加重，水 生生态环境日趋恶化，给沿湖城镇经济发展带来很大影响。目前，巢湖富营养 化已成为制约流域经济、社会可持续发展的“瓶颈”。从整个湖泊水体来看，巢 湖主要表现为生态系统结构简单、水位落差大、湖水浑浊、透明度低等特点。 水位落差大和底泥再悬浮作用强烈等因素影响了光的透射效果，尤其在夏季蓝 藻大量繁殖时，湖面盛行的东南风将蓝藻吹向沉水植物集中生长的岸边湿地， 致使沉水植物无法正常生长【6 5 1 。据调查，目前巢湖挺水植物的生物量和净生产 力均远高于沉水植物和漂浮植物【6 6 1 。 巢湖流域属亚热带、温带过渡的副热带季风气候区，气候温和湿润，年平 均温度l5 l6 。c 。1 月份平均气温2 3 ，七月份平均气温2 8 3 0 ，极端最 高气温3 9 2 ，极端最低气温2 0 6 。无霜期2 2 4 - 2 5 2 天，年降水量9 4 7 0 1 5 9 6 5 m m 。每年5 9 月，降雨量占全年降雨量的6 5 左右，形成较大地面径 流。 炯炀河河口湿地位于河口左侧，优势种中芦苇占绝对优势，由于这种植物 为深水挺水植物，受巢湖水位影响较小，炯炀河河口湿地植被的分布面积在丰 水期及平水期两个时期，没有太大变化。 春季、冬季时，巢湖处于枯水期，湖水水位较低，十五里河河口两侧有大 面积滩地出露地面，植被分布面积较大。夏季，处于丰水期，巢湖水位上涨， 十五里河左侧湿地被完全淹没，右侧出露水面的滩地减小，植被分布面积均有 不同程度的减少。秋季，巢湖处于平水期，巢湖水位处于正常水平，十五里河 河口左侧有部分滩地出露水面，两侧滩地往往较之丰水期时有所增加，植被分 布面积较大。 土壤类型：炯炀河和十五里河河口湿地土壤类型主要是潴育型水稻土，土 壤主要矿物成分为云母和石英。 5 图1 1 巢湖流域图 f i 9 1 一it h e m a po f c h a o h u l a k e b a s i n 132 河流水质 十五里河是一条天然河流，是所有入湖河道中污染最为严重的一条河道 ”。它发源于合肥市西郊大蜀山一带，十五里河全长约2 7 1 k i n ，是贯穿合肥市 区的一条中小型河流，发源于大蜀山东南麓，自西北流向东南，穿过合肥市蜀 山区和包河区在义城镇附近汇入巢湖，流域面积1 1 12 5 k m 2 。十五里河是合肥 市西南部的主要行洪通道之一，河道弯曲，源短流急洪枯水位变化大，水旱 灾害时有发生。河道现状防洪标准为1 0 2 0 年一遇，金寨路以上属合肥政务新 区范围，建有天鹅湖及箱涵等设施。天鹅湖以下由于生产生活污水排放和缺乏 水源补给，水体污染严重，河流生态环境较差。根据合肥市环境监测中心站2 0 0 8 年对十五里河的监测结果( 见下表1 1 ) ，除石油类监测园子外，其余各主要监 测因子己超过地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 中v 类标准限值，水体 污染情况较为严重，主要受汇流区域工业废水和生活污水污染影响。 表1 12 0 0 8 年十五里河水质监测值 t a b l e l - 1t h em o n i t or i n gd a t ao f w a t e rq u a l i t yo fs h l w u l ir i v e r i n2 0 0 8 炯炀河是巢湖北岸东部地区的一条人湖河流，位于巢湖市境内，长约3 0 k m ，宽2 0 - 一4 0 m ，平均水深1 4m ，为桐河和杨河两条河流交汇所形成的一条新 河流。桐河发源于肥东县桐山南麓，杨河发源于镇西的杨子山，两河交汇于炯 炀镇南，形成炯炀河，流经6 个自然村，由北向南于炯炀镇附近注入巢湖。炯炀 河流域没有污染严重的工业企业，河流污染物主要来自城镇生活污水和农业排 水。鉴于炯炀河的水质情况，炯炀河不是合肥市重点水体水质调查的对象，目 前为止，还没有关于炯炀河水质调查的监测数据。近年来，随着炯炀镇人口的 迅速增加和社会经济的快速发展，炯炀河水环境质量明显下降。其中上游河流 水质呈现灰黑色，伴有轻微臭味。河流下游河道中生长有大量水生植物，河流 水质较上游有所改善【6 7 1 。炯炀河河口湿地沿巢湖北侧河堤呈椭圆状分布。 根据上面所述，十五里河来水水质主要受工业废水和少量生活污水的污染； 炯炀河来水水质主要受农业排水和少量生活污水的污染。本文选取炯炀河和十 五里河两个河口湿地为研究对象，通过对河口湿地植被生态学的研究，揭示入 湖河流水质及湖泊水位变化对河口湿地植被的影响。 1 4 本文研究工作及技术路线 ( 1 ) 课题来源 本研究来源于安徽省“十一五”科技攻关计划重点项目：巢湖入湖河口湿 地生态修复机理及关键技术研究与示范( 2 0 0 7 年2 0 0 9 年，编号：0 7 0 1 0 3 0 2 1 6 5 ) 。 ( 2 ) 主要研究内容 应用双向指示种分析法( t w l n s p a n ) 和除趋势对应分析( d c a ) 两种数量 分析方法，分别对不同季节的炯炀河和十五里河河口湿地植被生态关系进行研 究，揭示河口湿地植被种类的构成及其变化特点。 以不同季节优势种种间关系为对象，对各优势种之间的种间联结性进行 研究。 运用丰富度指数、均匀度指数、多样性指数对不同季节水平下炯炀河和 十五里河河口湿地植被的物种多样性及物种多样性与群丛类型的关系进行分 析、研究。 ( 3 ) 研究方法和技术路线 本研究拟采用数量生态学、环境生态学、植物分类学、恢复生态学等基 本理论方法，对巢湖北岸炯炀河和十五里河河口湿地植被群落的组成、结构、 组合、物种多样性等进行研究。在对两河口湿地植被进行定期野外调查取样的 基础上，通过对其种类组成、群落结构变化、种间关联性和物种多样性特点的 分析，初步弄清这两个河口湿地植物群落的季节演化特征，从而为河口湿地生 态学修复提供依据。本研究拟采用的技术路线，如图1 2 所示。 7 图1 2 本研究的技术路线图 f i g l - 2 t h et e c h n i c a lr o u t eo ft h ec u r r e n ts t u d y 8 第二章河口湿地植被组成及特征分析 湿地植物是实现湿地生态及经济服务功能的基础。湿地植物群落与其生存 环境之间有着密切的相互关系，外在的环境可影响植物群落的组成、种类、结 构及其动态变化，而植物群落也能改变其所在的环境。多元分析技术近几十年 来在群落生态学的应用方面发展很快，促进了植物群落学的理论和方法的发展， 尤其是电子计算机软硬件技术的飞跃发展更使其目臻完善【6 ”。植物与环境的关 系是植被生态学研究的重点之一，分类和排序是研究植物与环境关系的两种重 要数量方法 7 0 1 。t w i n s p a n l 6 9 , 7 4 , 7 5 1 可以同时完成样地和植物种分类，使分类结 果更符台植被的自然分布规律，为当今国际上占主导地位的数量分类方法 ”】。本章采用双向指示种分析法( t w i n s p a n ) 和除趋势对应分析( d c a l l 6 9 , 7 4 , 7 5 两种数量分析方法，分别对炯炀河和十五里河两个河口湿地植被的生态关系进 行研究并以p c o r d 生态软件，对不同季节炯炀河和十五里河河口湿地植物进 行分类与排序分析，初步探讨植物群落的动态变化与河口环境之间的关系，从 理论上揭示影响河口湿地植物群落的分布、组成和变化的主要环境因子，为河 口湿地生态系统的恢复与重建提供理论参考。不同季节水平下，炯炀河和十五 里河河口湿地情况，分别见图2 1 和图2 - 2 。 图2 1 不同季节炯炀河河口湿地植被生长情况 t h e p l a n t s i n t h ee s t u a r y w e t l a n d o f t o n g y a n g k i v e r i n d i f f e r e n t n 图2 - 2 不同季节十五里河河口湿地植被生长情况 f i 9 2 - 2 mp l a n t s i n t h ee s t u a r y w e t l a n d o f s h i w u l i r i v e r i nd i f f e r e n ts e a s o n 2 1 研究方法 2 1 1 炯炀河河口取样及物种鉴定 针对巢湖流域气候特点和植物生境特性，分别于2 0 0 8 年4 月、8 月和1 1 月初 对炯炀河河口湿地进行实地调查和取样。从季节上看，巢湖流域在4 月、8 月和 1 1 月已分别进入春季、夏季和秋季；从水期上看，这三个月份则分别处于平水 期、丰水期和枯水期。这里考虑到炯炀河河口右侧为炯炀河堤坝，无湿地存在， 故将河口左侧长约3 6 0 m 范围作为河口湿地研究样地。取样情况如下：从河口开 始向左侧，每隔6 0 m 设置一条由湖堤至湖心方向的样带，共设置7 条。在每条采 样带上，每隔2 0 m 设置一个l m l m 的样方，直至没有植物生长的地方为止。4 月份、8 月份和11 月份均取得样方6 0 个。现场观察和采集植物标本，记录植物盖 度、频度等信息【7 3 1 ，并剔除频度 5 、盖度 5 的偶见种【7 4 川】，对野外采集的 样本进行室内鉴定【7 8 。8 0 】，分别得到2 0 、1 3 和1 1 个物种，见表2 1 。于是针对4 月 份、8 月份和1 1 月份，可以分别得到6 0 x 2 0 、6 0 x1 3 、6 0 x1 1 的数据矩阵。 2 1 2 十五里河河口取样及物种鉴定 在4 月份和1 1 月份时，从十五里河河口开始向左右两侧每隔4 0 m 设置一条由 湖堤至湖心方向的样带，考虑到8 月份河口左侧湿地全部被水淹没( 见图2 2 ) ， 因此仅取河口右侧湿地进行取样分析。于是，4 月份和1 1 月份均设置采样带1 3 条，8 月份设置采样带8 条。在每条采样带上，每隔5 m 设置一个l m l m 的样方， 直至没有植物生长的地方为止。4 月份、8 月份和1 1 月份分别取得样方5 0 个、4 2 个和5 3 个。同样现场观察，采集植物标本，记录植物盖度、频度等信息【7 3 】。并 剔除频度 5 、盖度 b c 时，种对间为正联结，a d 3 8 4 ( p 0 0 5 ) ，表 示种对间呈显著关联；z 2 6 6 3 ( p _ s o 0 1 ) ，表示种对间呈极显著关联。 z 2 检验要结合关联指数才能准确地表现种间关系【1 15 1 ，种间联结程度的测 定采用o e h i a i 指数，计算公式【7 3 1 为： 讲：竺，：一 ( 3 2 ) 口+ b 4 a + c 该指数在无关联时为0 ，在最大关联时为l ，种间关联值高，表明一个种的 存在对另一个种有利，或是这两个种对环境的差异有相似的反应；相反，关联 值低或负值，说明这两个种所需的环境条件不同或是一个种存在对另一个种有 排斥作用1 1 0 7 1 。 3 2 结果分析 3 2 1 炯炀河河口湿地植被种间关联性 依据第二章的t w i n s p a n 分类结果，由于炯炀河河口湿地4 月份和8 月份 的优势种种类相差不大( 如表3 2 ，表3 3 ) ，本文考虑选取这两个月份中优势 种种类相对较多的4 月份为例，开展优势种分析研究。按物种在各样方内存在 与否，将6 0 x 1 2 的数据矩阵转化为0 ，1 二元数据矩阵，在此基础上进行种间 关联分析。同样，对1 1 月份炯炀河河口湿地的7 个优势种( 如表3 - 4 ) ，采用 上述相同的分析方法进行处理。 表3 24 月份炯炀河河口湿地植物群落优势种 t a b l e3 - 2d o m i n a n ts p e c i e so fe s t u a r yw e t l a n dp l a n tc o m m u n i t i e so ft o n g y a n gr i v e ri na p r i l 4 5 表3 - 38 月份炯炀河河口湿地植物群落优势种 t a b l e3 - 3d o m i n a n ts p e c i e so fe s t u a r yw e t l a n dp