（环境科学专业论文）江苏泗洪洪泽湖湿地保护区植被多样性及其对水质的净化效应研究.pdf

b i o d i v e r s i t ya n dp u r i f i y i n ge f 托c to ne a t e rq u a i i t yo fv r e g e t a t i o ni nt h e h o n g z el a k ew e t l a n di ns i h o n gp r e f e c t u r e j i a n g s up r o v i n c e a b s t r a c t w e t l a n di so n eo ft h em o s ts i g n i n c a n te c o s y s t e m so nt h ee a r t h t h ed i v e r s i t y a q u a t i cp l a n tr e s o u r c e sa r et h eb a s i co fw e t l a n de c o s y s t e m i t sp r o t e c t i n ga n du s i n g i nr e a s o na r ea l s ot h ei m p o r t a n ta s p e c t 8o fw e t l a n dp r o g r a m m i n g t h er e c o n s t r u c t i o n 0 fa q u a t i cp l a n tc o m m u n i t i e si nw e t l a n di sa na d m i n i s t e rm o d ew h i c hc o m b i n e db y e c o l o g yp r i n c i p l e s a n d p r o g r a mc o n t r 0 1 l i n g t h ec o r eo ft h i sr e c o n s t r u c t i o ni s i m p l e m e n t i n gt h em a n u a lc o n t r o la n de c o l o g yr e c o v e r yf u n c t i o n si np r o m i s eo f e c o l o g yp r o t e c t i o n t h et h e s i sr e s e a r c h e dt h ed i v e r s i t yo fa q u a t i cp l a n ti nw e t l a n da n dt h er e s e a r c h w o r k sm a i n l yi n c l u d et h ef o l l o w i n ga s p e c t s f i r s t t h ep l a n td i v e r s i t yi nh o n g z el a k ew e t l a n dw a ss t u d i e di ns y s t e m i ca n di t g i v et h ea i mo ft h er e c o n s t r u c t i o np l a n n i n go fa q u a t i cp l a n tw h i c hm a k et h es c h e m e o fp r o t e c t i o na n dr e c o n s t r u c t i o np r o m o t i n g s e c o n d w a t e rq u a l i t yi st h ee c o l o g i c a lr e s t r i c tf a c t o rt h a td i r e c ta f f e c t st h e h o n g z el a k ew e t l a n de c o s y s t e m t h r o u g ht h ea n a l y s i so nt h ei n g r e d i e n t so fh o n g z e l a k e t h ep o l l u t i o no fb o d 5i st h en r s tp r o b l e m p o l l u t i o no fn pi st h eo t h e r a f f e c t i o nt h a tw es h o u l dp a ym o r ea t t e n t i o n s t h i r d b a s e do nt h e e x p e r i m e n t a n a l y z i n gs p e c i a l l yt h ep l a n t s h a b i t a t d i s t r i b u t i o n s i ti sd e m o n s t r a t e dt h a tt h ee c o s y s t e mi sg e n e r a l l yg o o d b u tt h e r ea r e s o m ee n v i r o n m e n t a lt r o u b l e s s u c ha se x c e s si n n i n g s i l l o g i c a lm a n n e r so fl i f ea n d p r o d u c t i o n e x t e n s i v em a n a g e m e n t t h ed e s t r u c t i o nf r o mp a r t i a lf o r e i g ns p e c i e s a n d w e t l a n dr e d u c t i o ni nc u l t i v a t e dr e g i o n h e n c e t h ew e t l a n dc o n s t r u c t i o nc a nr e s t o r e t h ee c o s y s t e ma n dc o n s e r v et h ew e t l a n dr e s e r v e k e yw o r d s e t l a n d h o n g z el a k e v e g e t a t i o nd i v e r s i t y h t e rq u a l i t y e v a l u a t i o n r e c o n s t r u c t i o np l a n n i n g 学位论文原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果 尽我所知 除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式注明并表示感谢 本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担 莩位论文作者 本人签名 朗眷萄如四年6 月 9 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留 使用学位论文的规定 同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 中国科学技术 信息研究所 国家图书馆等 允许论文被查阅和借阅 本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以汇编和综合 为学校的科技成果 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容 保密口 在 年解密后适用本授权书 本学位论文属于不保密d 请在以上方框内打 学位论文作者 本人签名 指导教师 本人签名 6 月厂9 日 saf 譬日 致谢 本文是在尊敬的导师 著名水土保持专家 南京林业大学水土保持与荒漠化 防治学科带头人张金他 教授的悉心拍导下完成的 从论文的选题 研究 到论文 的撰写 修改 定稿的各个环节 无不倾汪着导师的心血 导师以其深刻的学术 理念 渊博的学识内涵为论文的顺利完成奠定了坚实盼理论基础和基本框杂 导 师为师重教的崇高品质 润物无声的亲切关怀 唯真求实的科研精神 为学生潜 心研究 认真完成论文提供了强有力的精神动力和智力支特 导师和师母在生活 上的关怀与帮助 为学生顺利完成论文提供了良好的外部环境 要特别感谢南京林业大学生态与环境科学系万福绪教授 霹建辉教授 胡海 没教授 张银龙教授 徐雁南教授 林杰博士 庄家尧博士 到国华博士 陈吉古 敏老师以及中国矿业大学环境与测绘学院张雁秋教授等在论文方案设计等方面 提出的宝贵意见和建议 衷心感谢羽似级硕士研究生李海东 孙婵 王颀 张晓勉 李阴及嬲级 黄连同学等在论文的野外实验 样品采集 资料收集等方面提供了无私的支持和 帮助 在此 一并表示诚挚的谢意 更要感谢我的父母和亲朋好友为我顺利完成学业提供的默默支持和付出的 辛勤劳动 把感激深埋心底 用汗水成就明天 在此 我以青春的名义宣誓 我将倾毕 生之精力奉献国家 造福社会 服务人民 增辉母校 以报答所有在学习过程中 曾给予我真诚帮助的人们 作者 南楠 二零零 年六月亏南京 引言 湿地是地球上具有多种功能 独特多样的生态系统和景观 也是人们赖以生 存和发展极重要的环境和资源 为人类生产生活提供了水资源 生物资源 能源 泥炭 海盐等 交通和旅游等资源 是地球上最具生产力的生态系统之一 1 1 因为湿地在调节气候 涵养水源 蓄洪防旱 净化水质 保护生物多样性等方面 具有其他系统不可替代的环境功能和生态效益 被誉为 地球之肾 是水生和 陆生生态系统的过渡地带 生物基因库和人类摇篮 广泛分布于世界各地 拥有 众多野生动植物资源 是重要的生态系统之一 在世界自然资源保护联盟 i u c n 联合国环境规划署 u n e p 和世界自然基金会 w w f 编制的世界自然 保护大纲中 湿地与森林 海洋一起并列为全球三大生态系统 淡水湿地被当作 濒危野生生物的最后集结地 据资料统计 全世界共有自然湿地8 5 5 8 万k m 2 占 陆地面积的6 4 2 3 洪泽湖湿地位于江苏省西北部 发育在淮河中游的冲积平原上 面积2 0 6 9 k m 2 是我国重要的淡水湖泊湿地生态系统之一 也是江苏省湿地生态系统的重 点保护区域 为我国五大淡水湖中的第四大淡水湖 具有净化水体 调节气候 蓄洪抗旱 维护生物多样性 保护区域生态平衡 为南水北调提供优质水的巨大 作用 但随着人口增长和经济发展的加快 湿地保护 恢复与开发之间的矛盾突 显 原生植被破坏严重 给湿地生态系统带来极大的威胁 湿地的植被恢复迫在 眉睫 本课题以江苏省泗洪洪泽湖湿地国家级自然保护区为研究对象 通过对研究 区内各典型植物群落进行植被调查 分析其多样性特征 通过围隔实验 测定不 同植物群落水体的营养盐 n 和p c o d 化学需氧量 b o d 5 五日生化需氧量 含量的变化 分析植物生长过程对湿地生态系统中水环境的影响 探讨洪泽湖湿 地高等植物群落的环境效益及其恢复的原理与途径 为进一步科学规划恢复湿地 高等植物群落提供理论依据 第一章绪论 1 1 研究目的和意义 湿地作为地球上一种重要的生态系统 被称为 自然之肾 为人类生产生活 提供了水资源 生物资源 能源 泥炭 海盐等 交通和旅游等资源 是地球上 最具生产力的生态系统之一 湿地在蓄洪防旱 调节气候 控制土壤侵蚀 促淤 造陆 降解环境污染等方面起着极其重要的作用 在世界自然资源保护联盟 i u c n 联合国环境规划署 u n e p 和世界自然基金会 w w f 编制的世界自然 保护大纲中 湿地与森林 海洋一起并列为全球三大生态系统 淡水湿地被当作 濒危野生生物的最后集结地 4 l 我国湿地面积广大 2 0 0 4 年全国首次湿地资源调查显示 有湿地面积3 8 4 8 万h m 2 居亚洲第一位 世界第四位 天然湿地和人工湿地面积分别为3 6 2 0 万 h m 2 和2 2 8 万h m 2 分别占全国湿地面积的9 4 和6 在天然湿地中 沼泽湿 地 湖泊湿地 河流湿地 沿海湿地面积分别为13 7 0 万h m z 8 3 5 万h m 2 8 2 0 万h m 2 和5 9 4 万h m 2 我国湿地的生物多样性十分丰富 仅水禽就达2 7 1 种之多 是世界珍稀濒危水禽保护的重点地区 江苏省的湿地总面积为9 3 9 8 6 5h m 2 其 中近海及海岸湿地面积为6 0 3 5 5h m 2 河流湿地面积为5 8 2 2 3 0h m 2 湖泊湿地面 积为2 9 7 2 8 0h m 2 5 1 长期以来 湿地的价值不为人们所知晓 往往将其当作荒地 无用之地大量 开垦 围垦和围网养殖 随意侵占湿地 加上对湿地的保护与管理措施薄弱 湿 地面积不断缩小 水体质量同趋恶化 6 7 1 湿地退化的关键是人类活动的干扰 其内在实质是系统结构的紊乱和功能的减弱与破坏 而外在表现则是生物多样性 的下降或丧失 以及自然景观的衰退 湿地恢复和重建最重要的理论基础是生态 演替 只要消除干扰压力 并且在适宜的管理方式下 湿地是可以恢复的 8 2 0 世纪5 0 年代以来 9 1 在全球资源 环境 人口等问题向人类提出挑战面 前 湿地无论是作为自然景观和土地类型 还是作为一种多功能的生念系统以及 具有生物多样性的人类生存环境 越来越引起国际上学术界和社会公众以及政府 部门的日益关注和重视 在全球范围内注意保护和恢复湿地生态系统 对湿地生 态系统开始了更为合理的利用和保护 洪泽湖国家级自然保护区的面积达到4 9 3 6 5 h m 2 其中 湖泊湿地面积为 2 9 1 5 4h m 2 是中国2 1 个重要湿地之一 也是江苏省最大的内陆淡水湖泊湿地 本课题结合 江苏泗洪洪泽湖湿地国家级自然保护区规划 项目要求 从调查湿地 保护区水环境和水生高等植被群落特征入手 对洪泽湖湿地进行多次综合考察 收集了相关的数据资料 同时深入分析湿地保护区生态系统现状及其面临的生态 2 问题 通过对不同湿地植被群落水质的测定 分析 筛选水体净化功能强 景观 效果好的植物种类 运用生态恢复的理论与方法 提出科学的湿地保护规划 解 决湿地面临的生态功能退化问题 丰富湿地保护的方法和途径 以期为湿地生态 系统稳定和功能的提高提供理论依据和技术支撑 1 2 国内外研究进展 2 0 世纪6 0 年代以前 有关湿地生态系统的研究还比较零碎和少见 进入7 0 8 0 年代后 t e a l p o m r o y 等运用现代生态系统理论率先进行了湿地生态学方面的 系统研究 1 0 l 不仅研究范围很广 研究内容涉及了湿地的生境特点和效率 生产 力 湿地植被的因子 湿地损失原因 湿地生物多样性 湿地开发利用 湿地自 然资源保护和管理等方面 一批湿地研究中心也纷纷成立 如露易斯安娜州立大 学的湿地资源中心 弗罗里达大学的湿地中心 佐治亚州的s a p e l o 岛海洋研究 所等 目前 湿地研究己成为当前国际上生态学 环境科学 地学等的一个新的 研究热点 人们正试图通过不同的角度对湿地的结构 功能 过程 动态等各个 方面进行更深入的了解和认识 从而找出使湿地的开发和保护相协调的方式 l 针对湿地的退化情况 世界各国都在积极采取措施进行湿地的生态恢复 在美国 明尼苏达的北部地区 通过筑坝重建和恢复湿地 湿地面积已从1 9 4 0 年的2 18 3 h m 2 增加到19 8 8 年的3 6 8 7h m 2 12 1 在澳大利亚 1 3 1 c a p e l 附近修建的一个用于沉 积稀有金属矿砂的湖泊群 通过种植水生植物目前已被恢复为一个湿地生态系 统 德国学者k i c k u t hr 1 4 1 8 l 于19 7 7 年提出的根区法理论 研究湿地植被群落对 水体的净化功能 认为生长在湿地中的挺水植物由于对氧的运输 释放 扩散作 用 将空气中的氧转运到根部 再经过植物根部的扩散 在植物根区周围的微环 境中依次出现好氧区 兼氧区和厌氧区 有利于硝化 反硝化反应和微生物对磷 的过量积累作用 达到除氮 磷的效果 并通过在厌氧条件下有机物的降解 或 开环 或断成简单小分子 小分子 提高对生物难降解有机物的去除效果 d u n b a b i n 1 9 艺3j 等人通过测试小型湿地根区的氧浓度 p h 值及氧化能力 发现二 者在有植物系统中皆高于无植物系统 即使在人工湿地中补充碳量加大耗氧量的 情况下 无植物系统中氧浓度大量下降 而有植物系统根区仍然能保持良好氧化 状态 表明植物具有输送氧气至根区的功能 a c h i n t y a 等1 2 4 在研究芦苇根区氧含 量的过程中一也证明了芦苇在湿地中的输氧作用 在湿地植物生长 分解 积累过程与种群动态研究方面 进行了3 0 余年的 监测研究 取得了显著进展 2 5 五8 1 j u r g e nk e r n 3 0 用芦苇床处理生活污水试验 c o d m n t n t p 等的去除率变化在8 0 9 9 之间 艾尔肯 热合曼等引进国外 的高效净化驯化品种一野生水浮莲净化酿酒业污水 j n r g e nk e r n 等人研究了平 行流芦苇湿地对生活污水的处理情况 德国黑森州的一个奶牛场采用平行流芦苇 湿地净化奶牛场废水以及周边居民的生活污水实验结果表明 该系统对b o d 5 和 c o d 的平均去除率为7 8 2 和4 9 4 根据19 9 4 年对捷克斯洛伐克的调查 其 已有及建设中的芦苇湿地均采用平行流 主要用于城市污水的二级处理 这些系 统对有机物和悬浮固体具有较好的去除效果 但是对总氮的去除率在大多数情况 下超过6 0 远远低于德国j u r g e nk e r n 等人研究的结果 这主要是因为两者的 水源水质相差较大 在捷克 3 1 芦苇湿地进水的有机物含量较高 平行流芦苇 湿地传氧能力有限 大部分溶解氧都被有机物消耗 硝化作用受到限制 从而影 响了对氮的去除效果 若要有效地去除氮和磷 就应该保证芦苇湿地有足够大的 面积 为了减少占地面积 提高芦苇湿地传氧能力 人们研究出下行流芦苇湿地 通常情况下 平行流芦苇湿地主要用于三级处理 我国湿地类型多样 对于湿地的研究是从2 0 世纪6 0 年代对沼泽研究开始的 至8 0 年代中期 对湿地问题给予了更大程度的关注 使 湿地 这一概念广泛流 行 所开展的工作主要有 滨海湿地 沼泽湿地 湖泊湿地 以及人工湿地等研 究 洞庭湖湖群是我国面积最大的湖泊湿地 32 1 面积8 7 7h m z 于1 9 9 2 年被列 入 世界重要湿地名录 从5 0 年代至今 洞庭湖湖群的垦殖率已高达5 0 以上 由于泥沙淤积和人类活动干扰 湿地生态系统退化十分严重 调蓄洪水的功能在 逐渐衰退 为了恢复并合理利用湿地 王克林1 3 2 提出了洞庭湖的湿地景观结构和 生态工程模式 设计了浅水水体农业 过水洲滩和渍水低湖f f l 等不同类型湿地的 生态工程模式 通过湿地生态工程 建设高效复合的生态系统 通过入湖河流上 游的生态建设 减少入湖泥沙量 通过生物物种的合理配置 减缓湖泊淤塞过程 稳定湿地面积 保障湖泊的调蓄功能 在云南洱海湖滨带的生态恢复研究中 叶春 3 3 基于物理基底设计 生物种群 选择 生物群落结构设计 节律匹配设计和景观结构设计等原则 采用生境和生 物对策 提出了滩地模式 河口模式 陡岸模式 鱼塘模式 农田模式 堤防模 式等6 种湖滨带生态恢复工程模式 归纳了湖滨湿地工程技术 水生植被恢复工 程技术 人工浮岛工程技术 仿自然兴建堤坝工程技术 人工介质岸边生态净化 工程技术 防护林或草林复合系统工程技术 河流廊道水边生物恢复技术 湖滨 带截污及污水处理工程技术 林基鱼塘系统工程技术等9 项湖滨带生态恢复技 术 在湿地生态系统中 湿地植物占据着举足轻重的地位 其生长发育直接影响 到出水的水质 芦苇被国际上公认是人工湿地的首选植物 其种植简单 繁殖能 4 力强 管理要求粗放 处理效果好 吕国红 周莉1 3 4 等通过对芦苇湿地土壤有机 碳和全氮含量的研究 分析有机碳和全氮的垂直分布 得出土壤有机碳 全n 及c n 随土壤深度的增加呈下降趋势 成水平 3 5 l 利用香蒲 灯心草湿地净化城 镇污水 出水水质总体上达到国家i i i i i 类地面水标准 两种湿地对人工污水 中t n 去除率均维持在9 4 以上 俞子文 3 6 等研究了几种湿地植物的克藻效应 结果表明凤眼莲 大藻和水花生对雷氏衣藻均有克制作用 克藻效果为凤眼莲 大藻 水花生 唐述虞 3 7 利用芦苇 香蒲 灯心草等组成人工湿地处理铁矿酸性 废水 结果显示 该系统对c u f e m n z n m g 的去除率分别为9 7 8 8 6 6 5 6 0 8 7 4 6 3 2 且废水酸度明显降低 胡焕斌等1 3 8 利用人工湿地处理矿 山炸药污水 发现池杉比芦苇对重金属铅具有更强的富集能力 藻类也具有很强 的吸附净化重金属废水的能力 周风帆等 3 9 j 研究发现 凤眼莲对水中放射性核素 6 0 c o 6 5 z n 1 3 7 c s 具有选择性吸收的特点而且吸收迅速 对6 0 c o 和6 5 z n 的吸收 率高达9 7 和8 0 并能较长时间保持在植物体内 张鸿等f 40 1 研究了风眼莲 水芹两种人工湿地对武汉东湖污水中氮 磷净化率与介质中硝化细菌 磷细菌的 数量分布关系 结果表明 有植物组水体 底沙和根面的硝化细菌 磷细菌 反 硝化细菌的数量高于无植物组 有植物组的根面微生物数量高于介质 在人工湿 地中 湿地植物占据着举足轻重的地位 其生长发育直接影响到出水的水质 公 园小水体的富营养化严重影响了观赏价值 这是国内普遍存在的问题 为此 沈 治蕊 1 等对南京煦园采用了以水培经济植物为主的生态工程方法 种植了水芹 菜 水摧菜 黄花菜 睡莲及花卉等 所占面积仅占全湖面积的5 15 但1 个 月前后对比 湖中t n 较治理前降低4 6 3 t p 降低4 8 4 藻类密度降低6 3 2 透明度提高1 倍 王国祥等 4 2 利用镶嵌组合植物群落 由浮水 浮叶 沉水植物 为优势种的斑块小群丛构成 控制湖泊饮用水源区藻类及氮污染 结果表明 富 营养化湖水经净化后 藻类生物量下降5 7 7 藻类数量下降2 3 个数量级 t n 下降6 0 o 水质得到明显改善 综上所述 不同类型湿地的恢复方法不同 而且在恢复的过程中会出现不同 的问题 因此很难有统一的模式 但在一定区域内同一类型的湿地恢复还是可以 遵循一定的模式 当然这个模式是需要进行试验探索的 目前还没有直接的文献 是研究湿地自然保护区水生高等植被重建与规划的 水生高等植被重建与规划不 仅仅是湿地本身生态系统的完善 而且也是湿地与人关系的协调 通过自然保护 区生态规划和水生高等植被重建两者相结合 能较好地为湿地保护和开发研究提 出新的思路 具有一定的现实意义 1 3 本文研究内容 应用生态学基本原理 研究洪泽湖湿地保护区溧河洼区域水生高等植物群落 多样性 并对泗洪洪泽湖湿地保护区进行水质进行综合评价 设计人工湿地静态 实验 根据水生高等植物的生物学和生态学特性 分析几种水生植物对水环境的 影响 在此基础上进行高等水生植物群落恢复得与重建本文主要开展以下5 个方 面内容的研究 1 高等水生植被及生物多样性调查 2 主要水生植被生物量调查 3 保护区水质综合评价及富营养化评价 4 主要植被的水质净化效应 5 水生高等植物群落恢复与重建 6 第二章研究区概况与研究方法 2 1 研究区概况 2 1 1 自然概况 研究区位于江苏泗洪洪泽湖国家级湿地自然保护区 以下简称保护区 内 保护区位于江苏西北部 淮河中游 总面积4 9 3 6 5h m 2 占洪泽湖湖区面积的 10 17 排全国淡水湿地第11 位 华东地区第二位 江苏省第一位 保护区北 接泗洪县东南部 东靠洪泽湖 南临盱眙 北接泗洪县东南部 紧邻泗洪县的城 头乡 临淮镇 西与双沟镇相邻 交通便捷 图2 1 保护区区位图 f i 9 2 1l o c a t i o ng r a p ho ft h er e s e v e r 受季风环流影响 保护区呈现典型中纬度暖温带气候 气候温和 降水充沛 四季分明 夏季炎热间有伏旱 冬季以少雨 寒冷天气为主 年平均气温为14 8 极端最低气温为一16 1 极端最高气温为3 9 8 多年平均水温为l5 6 冰 期一般为10 2 0 天 最长不超过1 个月 冰厚一般10 2 0 c m 洪泽湖地区年降水 量多年平均为9 2 5 5 m m 雨季集中在6 9 月 降水量占全年6 5 5 冬季降水量 少 仅占约7 8 年蒸发量为15 9 2 2 m m 湿地常年水深6 0 c m 主要的灾害性 天气为 1 旱涝 春末和夏季常有洪涝发生 秋冬及早春干旱较突出 2 暴 雨 出现在3 9 月 平均每年的暴雨同为3 4 同 春 秋较多 3 寒潮 多年 平均为1 4 次 年 以1 1 月 2 月机率最高 4 冰雹 龙卷风 发生概率很低 如发生其造成的损失将很大 5 霜冻 2 月 3 月 1 1 月为主 发生概率0 4 次 年 6 连阴雨 春季连阴雨1 2 次 年 秋季连阴雨多在9 月 1 2 次 年 2 1 2 土地利用概况 保护区是江淮地区乃至长江中下游地区典型的湖泊湿地 是整个洪泽湖地区 中湿地生态系统保存最完整的区域 湿地生态系统类型较为复杂 生物多样性丰 富 主要由草甸 沼泽 水域等多种生态系统组成 完善的湖泊湿地生态系统维 系了保护区内的生物多样性和水环境质量等 保护区水体清澈透明 野生动植物 资源丰富 已经成为国家重点保护鸟类的理想栖息地和越冬地 保护区的主要保 护对象为湿地生态系统和珍稀鸟类 2 7 口湖泊 囵滩地 口n u 流 口林地 一农开j 口其他 5 9 u b 图2 2 保护i 又 十地利川现状分析 f j 9 2 2l a n d u s i n go ft h er e s e v e ri n2 0 0 7 保护区划分为核心区 缓冲区 实验区三个区 核心区面积16 6 6 3 h m 2 占 保护区总面积的3 3 7 6 缓冲区17 5 7 9h m 2 占总面积的3 6 2 2 实验区1512 4 h m 2 占总面积的3 0 0 2 核心区内天然芦苇荡成片分布 无居民 实验区及缓 冲区内无污染型工业企业 主要农业生产方式为种植业和水产养殖业 试验区内 湿地类型多样 主要分为天然湿地和人工湿地 农业生产活动全部在实验区及缓 冲区边沿滩地进行 核心区外围 沿洪泽湖大堤种植以杨 柳 榆 槐等阔叶树 为主的防护林16 6 7h m 2 自然环境得到有力地保护与控制 2 1 3 湿地资源概况 由于洪泽湖为一人工拦蓄形成的超大型水库 地形差异较大 加之入湖水量 水质的变化和人为因素的影响 根据不同地段 不同季节的湿地地形地貌及生态 系统结构特征 将洪泽湖湿地划分为以下五种类型 1 入湖河口滩地型湿地入湖河口滩地型湿地包括灌丛沼泽湿地 草丛沼 泽湿地 禾草沼泽湿地以及杂草沼泽湿地 主要分布于淮河 溧河等河流入湖河 口 这里的湿地生物资源及其丰富 主要有灌木 芦苇 各种湿生植物及与之相 应的动物种群 是鸟类栖息地及多种鱼类产卵 繁育的良好场所 2 滨湖河漫滩型湿地 沼泽型湿地 在洪泽湖西北角的临淮头 溧河沣 等区域分布有大面积的河漫滩地 这里挺水植物种类繁多 湿地生物资源丰富 生物量大 生物残体的长期淤积并出现沼泽化趋势 形成了沼泽型湿地 茂盛的 湿地植被 尤其是绵延的天然芦苇荡构成了鸟类的理想生境 在洪泽湖滨湖河漫 滩型湿地分布的保护珍禽鸟类主要有大鸨 东方白鹳等 3 开阔湖区水面型湿地开阔湖区水生植被特别丰富 尤其是在水体较浅 的洪泽湖西部开阔湖面 茂密的沉水植物构成了烟波浩淼的 水下森林 营造出 清澈见底的湖泊水环境 在我国大多数湖泊水生植被消失 水体严重富营养化现 象的情况下 洪泽湖在较高的环境压力下能够维持优良的清澈水质 主要得益于 多种生态类型的水生植被 4 岗洼型湿地洪泽湖的西部岸线为岗洼相间的波形地形 并行排列着沿 西北一东南向延伸的四道低岗和三道浅洼 介于岗地间的三道浅洼分别为溧河 洼 安河洼 成子洼 高程1 1 2 0 m 凹入陆地成为湖湾 组成洪泽湖三大著名 的湖湾 这种岗洼相问的缓坡地形 构成了复杂多样的生境 既有陆域以乔灌类 植物为优势的植被 又有以芦苇 茭草等挺水植物为优势的湿生植被 还有以丰 富的菹草和马来眼子菜等为优势的沉水植被 5 人工湿地洪泽湖的人工湿地主要包括围垦形成的鱼塘 湖区的围网养 鱼系统及荷花池 主要分布在围垦的洼地 湖湾和湖边 2 2 研究方法 2 2 1 水生植被群落调查 根据洪泽湖水生植被群落空间分布特点 选择近堤岸 湖滩地 碟形洼地 人 工湿地 枯水期的浅水区域 碟形洼地 各群落下缘 航道 低位湿地 近湖 心 等典型样地 共设采样点16 个 即能够较好地反映出植物群落的基本特征 又能够反映出人为干扰和动物活动的特点的样点 每个样点做一次重复 主要调 查对象为水生高等植物中的维管植物的种类 群落组成 分布及季相变化 样品采集 对调查区域内的常见植物进行记录 其余植物进行标本采集或野 外拍照 并带回实验室进行种类鉴定 其中对所有珍稀 濒危植物进行标本采集 记录其野外分布状况 现存数量及生境条件 2 2 2 水样采集与处理 1 湖区采样点的布设 水生植被群落调查结果显示 保护区内溧河洼段的水生植被多样性较高 洪 泽湖水质时空相关性分析表明 溧河洼地区是时空相关性小 具有一定离群性的 岛屿 区域 4 3 因此 选择溧河洼地区作为典型研究对象 监测断面采样点的布 9 设方法如下 在溧河洼到主湖区的临淮 老子山的入湖口选择3 个断面 分别是 大徐台断面 陶仓王断面及临淮 老子山断面 每个断面上设3 条垂线 除陶仓 王断面 该断面河道较窄 设2 条垂线 3 个断面上共有3 个入湖口 分别是 新汴河 新濉河 选择保护区中部和东部的徐洪河为对照点 在溧河沣距离入湖 口远 受人为干扰小的核心区内 选择典型植物群落分别在1o om 范围内随机布 设采样点4 6 个 在植物群落密集度较低的敞水区随机采集水样4 6 个 2 围隔实验区的建立 实验区选在泗洪洪泽湖保护区溧河沣区域原生态水上景观区的人工湿地内 人工湿地为保护区建设二期工程 因在施工阶段 搭建有塑料顶棚 暂未栽植水 生植物 湿地占地15 0 0 m 2 水泥池壁 平均水深1 5 m 底部为夯实泥土 在人 工湿地内建立围隔实验区 实验区分为7 个5 m 5 m 的围隔 其中的6 个围隔分 别种植水生植物 一个围隔作为对照没有种植任何植物 各围隔相互独立 以不 透水材料隔离 底泥厚0 8 m 充分搅匀 整个实验区可近似看作封闭体系 根 据各种植物对水体营养元素的去除率 评价几种水生植物对水体的净化效果 3 水样采集与处理 于2 0 0 7 年4 月至2 0 0 8 年3 月采用专业水样采集器 在湖区进行样品采集 每月中旬采集1 次 汛期 7 9 月 每月采集2 次 由于 洪泽湖湿地属于平均水深不足1 9m 的浅水湿地 因此不对湿地水体进行分层取 样 在围隔实验区 于2 0 0 7 年7 月1 2 日 2 0 0 7 年9 月1 1 日 进行样品采集 历 时6 0 天 每1 0 天在同一样点采样一次 为防止误差 采样时间均安排在下午 2 0 0 左右 此时植物的光合作用最强 每个水样重复3 次 取平均值 用于理化分析的水样 从采集到分析的过程中 由于物理的 化学的和生物 的作用会发生各种各样的变化 同时 鉴于每次取样数量较大 所需分析的指标 也较多 很难在极短暂的时间内分析完毕 为了能够在较长时间内保证待测水样 满足分析 测定的需要 针对不同分析指标 本次研究采用的具体水样预处理方 法见表2 1 表2 1 水样预处理与保存方法 t a b l e 2 1p r e s e r v a t i o nm e t h o d sf b rw a t e rs a m p l e sp r o c e s s i n g 注 g 硼硅玻璃瓶 p 塑料瓶 l o 2 2 3 测定方法 1 水样测定 高锰酸钾盐指数 c o d m g b l l 8 9 2 8 9 进行分析 生化需氧量 b o d 5 的测定 稀释与接种法 g b 7 4 8 8 8 7 水体总氮 t n 含量测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 g b l 18 9 4 8 9 水体总磷 t p 钼酸氨分光光度法 g b1 1 8 9 3 8 9 2 c h l a 的测定 叶绿素是植物光合作用中的重要光合色素 测定方法采用分光光度计 法 计算方法 叶绿素a 的含量按如下公式计算 锄肠 孵 所s 业坠坠型生型堕警竽坐塑坐坠型坐 d 式中 v 水样体积 l d 吸光度 v 1 提取液定容后的体积 m 1 6 比色皿光程 c m 3 污染物去除率的计算 去除率 取样时水体中物质浓度一实验初始时水体物质浓度 实验 初始时水体中物质浓度 1 0 0 相对于对照的净化效果 试验结束时植物围隔水体物质浓度一实验 结束时对照围隔水体中物质浓度 实验结束时对照围隔水体中物质浓度 l0 0 4 生物量的测定 a 挺水植物及其组成群落的生物量测定 在典型群落中划出0 0 4 m 2 面积的 样方 按种计算植株数目 选取其中有代表性的1 2 0 株称取水上重量 取平均 值换算出群落的单位面积生物量 g m 2 b 漂浮植物生物量测定 用面积为0 0 4 m 2 的捞网捞取 选取其中有代表性 的1 2 0 株称重 取平均值换算出群落的单位面积生物量 g m 2 c 沉水植物和浮叶植物的生物量 用已知面积的带网铁铗 并结合手捞的 方法将样方 1 m 2 内的全部植物连根带泥捞起 洗净淤泥和杂质后 按种分别称 量湿重 用标本纸吸除植株表面水分后称其鲜重 并计算出单位面积生物量 沉 水植物生物量垂直分布的测定 是将上述收集的样品茎 叶 拉直 从茎 叶 基部 算起 不包括根在内 每隔1o c m 为一段 剪下称其鲜重 生物量测算所取样方 数 挺水植物群落为5 漂浮植物群落为l o 浮叶及沉水植物群落分别为8 各群落样品称过鲜重后 将样品装入信封或纸袋 及时在电热烘干箱内保持 6 5 左右的温度烘烤8 1 0 h 烘干后用天平称重 2 2 4 数据分析与处理 植被调查数据采用下列方法分析 数 4 s h a n n o n w i e n e r 多样性指数 匀度指数 1 重要值 2 生物量 3 丰富度指 5 s i m p s o n 多样性指数 6 p i e l o u 均 水体实验数据采用m i c r o s o f te x c e l s a s l 2 0 s p s s l 5 o 等软件进行处理和分 析 1 2 第三章洪泽湖湿地水生高等植物多样性研究 水生高等植物 水草 是湖泊生态系统的重要组成部分 也是湖泊生物资源 的初级生产者 是物质循环和能量流动的重要环节 能够把丰富的光 热 水 气等资源转化为有机物质 4 4 1 水草能净化水质 保持湖泊的生态平衡 被认为是 湖泊生态系统的重要调节器 3 1 植物种类调查 3 1 1 植被种类及其特点 调查结果表明 湿地保护区内水生 湿生植物相当丰富 水生植物从岸边浅 水区到中央深水区按湿生 挺水 浮水及沉水四种基本类型呈带状分布 对于水 体自净和水系统的生态稳定性起到了很重要的作用 见表3 1 表3 1 保护区水生植物情况表 t 孙l e 3 1s i t u a t i o n so fa q u a t i cp l a n t si nt h er e s e r v e 优势种有芦苇 菰 莲 李氏禾 水蓼 喜旱莲子草 善菜 菱 马来眼子 菜 金鱼藻 聚草 菹草 黑藻 苦草 水鳖等 蕴藏量很丰富 是鱼类和鸟类 的上乘饵料 珍稀水生高等植物有2 种 即野菱和莲 均为野生种 均属于国家 i i 级保护植物 保护区的维管植物中水生植物在科级和属 种级上都较为丰富 水生单子叶植物在属和种级上也较为丰富 占一定优势 沉水植物菹草 苦草 成片分布于各航道两边的水域 浮叶植物菱和善菜 主要分布于滩地 芦苇为多年生的挺水植物 是湖区的 宝贵资源 素有 第二森林 的美称 也是湖区景观的重要构成因素 菰 茭白 是 多年生挺水植物 多分布于滩头 有大面积的野生群落 莲为多年生挺水植物 呈条片状分布于滩心 并在人工实验区种植有大片的莲 是保护区景观构成的另 一重要因素 李氏禾为多年生草本植物 是圩堤外滩地常见的植物 也是保护区 内的优势群落之一 空心莲子草 水鳖 满江红 槐叶萍等漂浮植物 主要混生 在挺水植物和浮叶植物中 多随风漂游 主要水生植被种类及分布情况见表3 2 1 3 表3 2 水生植物种基本情况表 t a b l e 3 2s i t u a t i o no fa q u a t i cp l a n t sd i s t r i b u t i o n 科名属名种名 拉丁名 分布地点 一 璺翌 zq 皇旦 垒 兰巳 竺i 整垒巴 竺 i o 一 益鲨型鲨星 鲨丝竺 呈坚 生型 d 竺圭 鎏型垄一一 萎 垫生苎型 垫生苎星丝生苎兰 竺丝竺竺 竺 竺 生 生 塑 一 灭 一 满江红科满江红属 满江红 爿z d 肠f 1 6 f c 口r p f 尺d 工6 型竺丝 塑 蓼科蓼属 旱苗蓼 红蓼 p 印口z 矗驴台 玩肼三f n n p o r e n r n l el i n n 下草湾 广布 查翌 堑生丝 圭 竺竺 兰鲨一一 i l l l l 一 苋科 些王兰星 室 堂整王兰兰 竺竺竺 竺 查 l i i 一一一 莲属莲 p 所6 d 托 c f 口g 口p f 胛 双 睡莲科睡莲属睡莲 肌p 4 p 口饱f r 口g o 舢f 堕 眼子菜科眼予菜属 菹草 竹叶眼予菜 光叶眼子菜 子 水鳖科黑藻属黑藻 叶 植 物 p o t q m o g e t o nc r i s p l l sl p m n t n i n u sm q p 1 h c e n sl h y d r i t t nv er t i c i l i n t ar o y e 下草湾 人工湿地 广布 广布 广布 禾本科 芦苇属 芦苇 菰属 芒属 菰 荻 p h r a g m i t e sn t l s t r d l i s z i z n n i ni n t i 加l i n m i s c a n t h t l ss a c c h d r 讲o r 缸s 1 4 广布 广布 下草湾 子叶植物 3 1 2 植物种的重要值 重要值是评价某一植物在湿地群落中作用的综合性数量指标 是植物种的相 对盖度 相对频度和相对密度 或相对高度 的总和 重要值 功计算 r d e r c o r f e 式中 r d e 为相对密度 是群落中某种植物的密度占群落总密度的百分比 密度 即单位面积上某植物种的个体数目 种群密度决定着种群的能 流 种群的生产力及资源的可利用性 r c d 为相对覆盖度 是群落中某种植物的盖度占总盖度的百分比 盖度 指植物地上部分的垂直投影 它可以反映植物种群在地面上的 生存空间 在一定程度上是植物利用环境及影响环境程度的反映 尺朋为相对频度 是群落中某种植物出现的频度占群落植物出现总频 度的百分比 表3 3 各季度优势种的重要值 t a b l e 3 3 yo fs e a s o n a ld o m i n a n ts d e c i e s 季度物种相对盖度相对频度相对密度重要值 皇1 2 翌璺巳皇 旦 竺2 皇 垒垒曼堑 旦竺曼旦 z 墅旦呈里 z 堑 第菹草3 0 1 3 1 7 8 92 0 5 46 8 5 6 一 芦苇 1 7 13 8 23 118 6 4 季空心莲子草 1 6 84 2 27 8 8 度莲 13 22 16 3 从表3 3 看出所选择的群落其关键种都在群落中占主导地位 样方中的总植 1 5 物密度都较高 因此确保了在各群落中所采集的水样都具有该群落的代表性 保 护区湿地的植物中 以芦苇的重要值最大 在湿地植物生长的三个季度中 芦苇 的重要值都在l4 5 以上 占据着绝对优势种的地位 其次是莲 重要值在2 0 以 上 菱在夏季和秋季也保持着优势种的地位 但是初春长势较弱 其它则为季节 性优势种 优势种的季节性变化明显 体现保护区湿生植物的季节变化趋势 第 二季度中 莲 马来眼子菜长势旺盛 重要值都高于第一季度的优势种菹草 但 此后菱的的快速成长 使其迅速成为三 四季度的优势物种 3 1 3 湿地植物建群种季节性变化 在各季度优势种中 挑选重要值的季节性变化明显的四个群落进行分析比 较 从图3 1 可以看出 芦苇群落的重要值在4 月开始上升 7 月份达最大值19 1 4 而莲群落的重要值则在8 月份达到最大4 1 6 然后开始缓慢下降 到1 月后趋于 稳定 空心莲子草群落和菹草群落的重要值分别在1 1 月和4 月达到最大 因为 此时进入冬季 大量的水生植物难以越冬 菹草从6 月份水温升高开始 进入衰 亡期 在7 9 月间的重要值和生物量均接近o 四个群落重要值的季节性变化既 体现了群落中优势种的生长规律 也反映了洪泽湖湿地的特殊生境情况 4 月初 芦苇开始出苗生长 部分浅滩和航道地区的芦苇 如溧河洼区域 在一个月内就 能达到2 3 m 左右 并形成单一优势群落 故重要值上升得很快 2 l o 1 8 0 1 5 0 趔1 2 0 暾 删9 0 6 0 3 0 o 芦苇群落 一 一莲群落 一 一空心莲子草群落 巾菹革群落 莲是在洪泽湖湿地3 4 月开始生长 但是由于莲绝大部分生长在洪泽湖近堤 和水塘中 分布面积没有芦苇广 因此优势度不明显 从6 月份开始 洪泽湖进 入汛期 水位急剧升高 换水率增高 对很多水生植物的生长都产生了不利影响 但因为大部分的莲都生长在人工水塘中 同时由于农业灌溉导致洪泽湖水面面积 减少 形成河滩地 这些使得部分湖区莲开始旺盛的生长 故莲的重要值从6 1 6 月底开始呈上升趋势 到8 月莲长势达到最大 9 月由于莲的枯萎和芦苇的收获 比重开始下降 水体中的光叶眼子菜 水鳖等群落占据了一定的重要值 故1 0 月份以后两者的重要值都有不同程度下降 空心莲子草 又名水花生 属于生物入侵种 具有顽强的生命力 其重要值 除在水温低于o 时有所下降 一直保持稳定 菹草群落的重要值变化明显 这与菹草的生物学特性有关 温度超过15 时 菹草会大量死亡 而到了10 月温度回落 菹草开始出现生长迹象 芦苇 莲重要值的季节变化既反映了两种湿地植物的生长特性 同时也反映 了湿地的气候 环境特性等客观因素的变化 尤其是芦苇 莲的生长与水分的丰 富程度有很大的相关性 因此 调查分析表明 洪泽湖湿地以芦苇和莲为主要景 观物种 但是 由于湿地的围垦和围网养殖导致湿地生境的生态退化 非常明显 的体现在物种莲的生态重要性上 莲的优势度与重要