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丹江口水库是我国南水北调中线工程的水源地,维护其库区湿地生态系统的健康对调水工程具有非常重要的意义。湿地植被是湿地生态系统的主要初级生产者,也是湿地其它生物生长和新陈代谢所需能量的主要来源,良好的植被条件是湿地健康和功能完整性的必要基础。
目前丹江口水库面临着两大人为干扰因素:一是坝顶高程将从162m加高到176.6m,正常蓄水水位将由157m提高到170m,剧烈的水文变化将直接改变库区湿地生态系统的基本结构和特征;二是库区日趋严重的面源污染,导致水库水体的氮素含量严重超过中线调水工程所要求的地表水二类标准,同时总磷的含量也接近二类标准的上限。
本文以丹江口库区的水库滩涂和入库支流等湿地类型为研究对象,运用野外调查、室内试验以及模型构建等方法对库区的湿地植被进行了研究,主要内容包括库区湿地植被的现状分析、大坝加高后库区湿地植被的预测以及湿地植被在面源污染治理中的作用等三个部分。
1.库区湿地的植被现状.
丹江口库区湿地的水生维管束植物共计有30科56属90种。以禾本科(Gramineae)、莎革科(Cyperaceae)、眼子菜科(Potamogetonaceae)、蓼科(Polygonaceae)和玄参科(Scrophulariaceae)的物种为主。
数最分类把库区湿地植被划分为14个群落类型。水库滩涂植被主要由以狗牙根(Cynodon dactylon)、长刺酸模(Rumex trisetifer)、通泉草(Mazus japonicus)和稗(Echinochloa crusgalli)等为优势种的植物群落构成,而入库支流则主要分布着双穗雀稗(Paspalum paspaloides)、水蓼(Polygonum hydropiper)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)等湿生或沉水植物群落。
入库河流滩涂的土壤种子库物种数要显著高于水库滩涂和大坝下游河滩湿地,这与“大坝隔离假说”相吻合。入库河流滩涂和水库滩涂的土壤种子库有20个相同的物种,表达了56%的相似性,这也间接说明繁殖体的水媒传播能够为库区湿地植被的建立提供良好的物种库。
2.大坝加高后库区湿地植被的预测.
典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis)表明坡度、周边土地利用以及离水面的距离是影响库区湿地植被分布的最主要环境因子。
相关分析表明坡度、离水面的距离以及植被盖度和物种丰富度间存在着显著的相关关系。逐步回归分析的结果则揭示坡度和植被盖度共计能解释物种丰富度44%的变异量。
从数字高程模型(DEM)以及土地利用图中提取坡度、海拔、土地利用等三个环境因子,结合植被调查数据构建了分类回归树模型,并运用ArcGis软件预测大坝加高后库区湿地的植被类型和物种多样性状况。
植被类型的预测结果表明:丹汀口大坝加高后,库区湿地中生植被的而积最大,可以达到183.14 km2,主要分布在库区的湖北省境内。湿生植被的面积为112.83 km2,主要分布在库区的河南省淅川县境内。植被类型的总体预测精度为77.4%。
植物物种多样性的预测结果表明:物种丰富度较低(≥1/m2)区域的面积为4.11 km2,中等物种丰富度区域(2~4/m2)的面积为56.34 km2,而物种丰富度较高(≥5/m2)区域的面积达到了237.25 km2。物种多样性的总体预测精度达到75.6%。
3.湿地植被在面源污染治理中的作用.
不同植物群落下的土壤反硝化能力存在着显著性的差异,藨草群落和水蓼群落的土壤反硝化能力要显著高于其它三种群落。植物生物量与反硝化能力呈显著的正相关关系(R2=0.24,p<0.01),植被盖度和反硝化能力之间也存在显著的正相关关系.(R2=0.17,p<0.01)。
植物群落类型对土壤的磷吸附最大值Smax没有显著性影响,藨草、双穗雀稗群落下土壤的吸附参数K}显著高于水蓼群落,同时双穗雀稗群落下土壤的最大磷缓冲能力MBC也高于水蓼群落。植物生物量、植被盖度、物种多样性等群落特征与磷吸附参数间都没有显著性的相关性。