丹江口水庫水濱帶植被特征及其與環(huán)境因素的關系.pdf

1、水濱帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶，是兩大生態(tài)系統(tǒng)相互作用的橋梁和紐帶。雖然水濱帶在整個地球生態(tài)系統(tǒng)中只占很小比例，但是其在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。水濱帶植被具有保護水域生態(tài)安全、穩(wěn)定堤岸和保持生境連通性等一系列重要的生態(tài)功能，是保護水質預防水體污染的最后一道生態(tài)屏障。由于各種因素的影響，世界范圍內(nèi)的水濱帶植被都出現(xiàn)了嚴重退化的現(xiàn)象。丹江口水庫(32°36′-33°48'N，110°59′-111°49′E)是我國南水北調(diào)

2、中線工程的水源地。自1973年大壩建成，丹江口水庫已運行了近40年。經(jīng)過40年的自然演替，丹江口水庫在最低水位140m和最高水位157m之間的區(qū)域，以及157m以上可能受到水淹影響的區(qū)域內(nèi)形成了明顯不同于陸生或水生植被的水濱帶植被。2014年南水北調(diào)中線將開始運行，水庫常水位會抬升到170m，現(xiàn)有的水濱帶植被將被淹沒，在更高的海拔區(qū)域上會形成新的水濱帶。如何保護和恢復水濱帶植被，使其充分發(fā)揮生態(tài)功能，對水源地的水質保護和南水北調(diào)中線工程

3、的正常運行有著重要意義。探討水濱帶的植被特征及其與環(huán)境之間的關系對水濱帶植被的保護和恢復有重要的理論和實踐意義。本文以丹江口水庫水濱帶為研究對象，在植被生態(tài)學、恢復生態(tài)學、數(shù)量生態(tài)學及相關理論的指導下，在實地調(diào)查和室內(nèi)實驗的基礎上，綜合運用數(shù)量生態(tài)學和統(tǒng)計學的相關方法，分析丹江口水庫水濱帶的植被特征及其與環(huán)境的關系。研究結果表明:
　　(1)丹江口水庫水濱帶維管植物共72科208屬285種，其中蕨類植物3科3屬3種，裸子植物2科3

4、屬4種，被子植物67科202屬278種。從科的組成看，水庫水濱帶維管植物的組成表現(xiàn)出兩個趨勢，一方面物種向豆科(Leguminosae)、禾本科(Gramineae)和菊科(Compositae)這樣的世界性大科集中，同時又向少種科和區(qū)域性單種科分散，反映出本區(qū)域維管植物大科少小科多的特點。從屬的組成看，水濱帶維管植物的優(yōu)勢屬明顯，同時區(qū)域性單種屬數(shù)量多，說明水濱帶生境條件復雜，高度異質性的環(huán)境為多種植物提供了生存條件。從植物區(qū)系類型組

5、成上，以熱帶成分和溫帶成分為主，體現(xiàn)出丹江口水庫處于亞熱帶向北溫帶過渡的區(qū)域。從生活型組成看，喬木35種，灌木49種，木質藤本7種，草本蕨類植物3種，一二年生草本植物73種，多年生草本植物118種。草本植物發(fā)達，是構建水濱帶植物群落的主要建群種。
　　(2)丹江口水庫水濱帶植被主要包括7種群落類型，分別是蔚蓄群落、苘麻群落、細葉水芹群落、狗牙根群落、響葉楊群落、杜梨群落和側柏群落。不同群落類型在物種組成、群落結構和生活型組成上差異

6、較大。植物群落類型以草本植物群落為主，木本植物群落少數(shù)，反映水濱帶惡劣的環(huán)境條件使植物群落結構逐漸趨于簡單化。7種植物群落類型沿海拔和水淹影響梯度分布，不同群落類型之間有一定程度的重疊。植物群落在水濱帶的分布呈現(xiàn)出植物群落從位于低海拔的一年生草本植物群落，到位于中海拔的多年生草本群落和灌叢群落，再過渡到位于高海拔的喬木群落。以草本植物群落為主，上部零星木本植物群落分布的空間格局形成了水濱帶植被的總體外貌特征。
　　(3)相對高程和

7、水文因素是影響水濱帶植被變化的主導因素，土壤屬性也對水濱帶植被變化產(chǎn)生一定影響，而地形因素如坡度和坡向對植被變化的影響較小。對單個環(huán)境因子對植被變化解釋能力的分析表明，13個環(huán)境因子中年平均水淹時間對植被變化的影響最大，其次是相對高程、水淹頻率、土壤有機質含量、土壤pH、土層厚度、土壤速效磷含量、土壤總氮含量、土壤速效氮含量、坡度、坡向、土壤總磷含量和土壤質地，解釋能力依次降低。對地形、土壤和水文3類環(huán)境因素，土壤因素的植被變化解釋能力

8、大于地形因素，水文因素的解釋能力最小。各類環(huán)境因素之間存在交互作用，地形、水文和土壤因素三者間的交互作用最大，其次是地形和水文因素、土壤和水位因素之間的交互作用，地形和土壤因素之間的交互作用最小。所收集的3類環(huán)境因素13個環(huán)境因子共解釋了水濱帶植被變化的21.99％，未解釋部分為78.01％。
　　(4)通過主成分分析和多元回歸得到水濱帶植物多樣性與環(huán)境因素的回歸模型，結果表明，與水濱帶植物群落物種豐富度相關性較大的環(huán)境變量有坡向

9、、土層厚度、坡度、相對高程和土壤速效氮含量;與水濱帶植物群落物種多樣性相關性較大的環(huán)境因子有土層厚度、坡向、土壤有機質含量、土壤速效氮含量和水淹頻率。根據(jù)Pearson相關性檢驗，物種豐富度與相對高程、土壤質地、年平均水淹時間、坡向和土層厚度顯著相關;物種多樣性與土層厚度、土壤有機質含量、水淹頻率和土壤速效氮含量顯著相關。對單個環(huán)境因子對水濱帶植物多樣性的影響效應進行分析，其中物種豐富度與相對高程呈二次拋物線關系，與土壤質地呈三次拋物線

10、關系，與年平均水淹時間呈三次拋物線關系，與土層厚度呈冪函數(shù)曲線關系;物種多樣性與土層厚度呈冪函數(shù)曲線關系，與土壤有機質含量呈三次拋物線關系，與水淹頻率呈指數(shù)曲線關系。
　　(5)丹江口水庫水濱帶土壤種子庫共有維管植物44種，隸屬于20科38屬。物種組成以草本植物為主，僅出現(xiàn)2種木本植物——白刺花（Sophora davidii）和假奓包葉（Discocleidion rufescens）。土壤種子庫的平均密度為8950粒/m2，種

11、子密度最大的是一年生草本植物。對不同水淹影響區(qū)域土壤種子庫特征比較，發(fā)現(xiàn)水濱帶土壤種子庫的物種豐富度和種子密度隨著水淹影響程度的增強而增加。結果表明水淹影響造成的水濱帶植被退化并不會嚴重影響其土壤種子庫的儲量，水濱帶退化植被的恢復不受土壤種子庫種子儲量的限制。水濱帶土壤種子庫和地上植被在物種組成上存在顯著差異，而且水淹影響對土壤種子庫和地上植被之間的相似性有明顯影響，中度淹沒區(qū)土壤種子庫和地上植被在物種組成上的差異最大，而永久淹沒區(qū)土壤

12、種子庫和地上植被之間的差異最小。水濱帶的土壤種子庫與地上植被之間的相似性較低表明土壤種子庫對于水濱帶植被恢復的貢獻有限，水濱帶的植被恢復不能僅僅依靠土壤種子庫。但水濱帶的土壤種子庫與地上植被之間有著非常密切的聯(lián)系，證明了土壤種子庫是水濱帶植被恢復與重建的重要資源。通過對水濱帶土壤種子庫密度和環(huán)境關系的分析發(fā)現(xiàn)，與土壤種子庫密度相關性較大的環(huán)境因子是地上植被蓋度、土壤速效氮含量和土壤全磷含量。根據(jù)Pearson相關性檢驗，土壤種子庫密度與