滇池湖滨带湿地植被格局与功能研究

发布时间：2018-03-07 03:20

本文选题：湖滨带　切入点：水生植被　出处：《中国科学院武汉植物园》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：湖滨带是陆地生态系统与水生生态系统的过渡地带,是两大生态系统相互作用的桥梁和纽带。水生植物能够有效削减污染物从陆地生态系统向水生生态系统的转移,是湖滨带发挥生态功能的重要组成部分。为了遏制滇池水质恶化趋势,逐步恢复滇池生态系统结构和功能,当地政府决定恢复滇池环湖湿地中废弃农田、鱼塘与滇池主水体间的水文连通,从而发挥湖滨带的正常生态功能。本论文通过对滇池湖滨带水生植物、水体环境和高原湖泊湖滨带反硝化潜力的调查分析,评估了湖滨带水生植物分布特征、湖滨池塘系统中水生植物物种库储备、重金属含量和脱氮功能,为湖-塘连通提供科学支撑。得到如下主要结果:1.滇池湖滨湿地的水生植物物种库有着丰富的物种储备。调查表明,滇池湖滨湿地水生维管束植物共计有78科182属251种。以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)、唇形科(Labiatae)、眼子菜科(Potamogetonaceae)和伞形科(Umbelliferae)的物种为主。按照吴征镒关于中国种子植物属所划分的15个分布区类型对滇池湖滨带的水生植被进行了区系划分,结果表明滇池湖滨湿地的水生维管束植物占有其中13个类型,主要由世界分布属,泛热带分布属和北温带分布属组成,依次分别包含39属、18属和16属。滇池湖滨带湿地水生维管束植物区系总体表现出亚热带特征,并具有亚热带向暖温带过渡的特点。采用双向指示种分析(TWINSPAN)将19个湖滨带池塘样地分为5组,依据《中国植被》的分类系统并结合野外调查结果和群落的特征指示种,将滇池湖滨带池塘水生植被划分为5个群丛,分别为:睡莲+莲+再力花群丛(Nymphaea tetragona + Nelumbo nucifera + Thalia dealbata)满江红+菱群丛(Azolla imbricate + Trapa bispinosa);水葫芦群丛(Eichhornia crassipes);水花生群丛(Alternantheraphiloxeroides);浮萍群丛(Lemnaminor)。依照环境变量中的9个水环境变量对采样点植物分布数据进行冗余性分析。总体上,溶解氧、化学需氧量、总磷在水质环境中表现的相对更重要;而氨氮、硝氮、总氮、叶绿素含量对采样点植被分布作用相对较弱。2.滇池湖滨带不同水生植物对水深和底质条件的适应性不同,可用于不同环境条件下水生植物恢复的优选物种的筛选。我们选取16个常见湿地物种,对植株在不同水深下的存活率、干重值、生长期株高和分枝数进行了测量,通过对初选物种在不同环境条件下生活史特征和生理生态特征的分析,筛选适合滇池湖滨湿地恢复的优良物种。各水深条件下千屈菜(Lythrum saliaria)和香蒲(Typha orietalis)的总生物量显著高于其他物种。稗(Echinochloa crusalli)、茭白(Zizania latifolia)、菖蒲(Acorus calamus)、鸢尾(Iris tectorum)、水寥(Polygonum hydroiper)和香蒲等6种植物的总生物量在50 cm水深时生物量最大,其它物种的生物量在最深水深时降低。我们另选取了 10个物种探讨植株在不同底质水平下株高、干重值和分枝数的动态变化,分析结果表明,这10种水生植物耐沙程度均不高,在沙质比较严重的土壤(如全沙)生长状况较差。其中,慈姑(Sagittaria trilia)、泽泻(Alisma plantago-aquatica)、鸢尾(Iris tectorum)这三种挺水植物相对于湿生植物酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium)、荆三棱(Scirpus yaara)、菖蒲(Acorus calamus)、水葱(Scirpus validus)、芦苇(Phragmites australis)、茭白(Zizania latifolia)和鸭舌草(Monochoria vaginalis)而言,其对土壤底质要求最高,耐沙程度最差。3.滇池湖滨带水生植物对滇池周围池塘水体和底泥的重金属污染具有有效的富集作用,其中金鱼藻对多种重金属具有超富集能力。我们对滇池周围37个池塘的水体,底泥和沉水植物的重金属分布状况进行了调查,分别测定了水体,底泥和沉水植物样品中10种重金属(即砷、锦、钻、铬、铜、铁、锰、镍、铅、锌)的含量,并依据池塘周围不同的土地利用方式对数据进行分析。结果表明,滇池周围池塘的水体和底泥均被铅污染;水体中砷、铬、铁、锰和锌的最大含量分别为0.034、0.010、1.140、1.330和0.096 mg L-1,其中所有金属的平均含量(铅除外)均低于中国地表水环境水质标准I级值;底泥中钴和铅的平均含量超过云南省相应土壤背景值。但不同土地利用方式对池塘水体和底泥中的重金属含量并未表现出显著影响。对金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、微齿眼子菜(Potamogeton malaianus)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)四种主要沉水植物进行了重金属含量的对比,结果显示在沉水植物中只有钴含量存在明显差异(P0.05)。金鱼藻中的镉含量明显高于微齿眼子菜,但与穗状狐尾藻和篦齿眼子菜相差不大。除锰和锌以外,沉水植物中金属含量与水体中金属含量无明显关系。对于所有重金属,未发现沉水植物中含量和底泥中有明显关系。此外,该研究结果表明与其他物种相比,金鱼藻中铬、铁和镍的含量最高分别为4242、16429和2662 mg kg-1,因此金鱼藻可作为去除被污染水环境中重金属的优良候选物种。4.底泥反硝化是去除富营养化湖泊氮污染的有效途径。其中,湖滨带的浅水湖滨区是底泥反硝化和氮去除的热点区域,因此可作为湖塘连通后削减湖泊氮输入和氮储存的重要途径。通过测定不同流域不同土地利用类型下20个高原湖泊68个采样点的底泥潜在反硝化、背景反硝化和氧化亚氮产量,我们发现人类控制湖泊的潜在反硝化速率(37.94±8.91ngNg-1h-1)明显高于对照湖泊(18.50± 3.22 ng-1Ng-1h-1)。此外,潜在反硝化速率与流域中人类对土地的利用程度成正相关关系。水质和底泥性质对反硝化速率和氧化亚氮生产率变异的影响占0-69%。各种影响因素对沉积物反硝化的可解释的变异比例表明在人类控制湖泊中背景反硝化速率和氧化亚氮生产率主要由底泥性质控制,而在对照湖泊中一般由水质控制。然而,水质和底泥性质对湖泊反硝化和氧化亚氮产量的相对影响差别较大。高原湖泊可通过底泥反硝化除去大量氮同时产生少量氧化亚氮,且浅水湖滨区的背景反硝化速率明显高于湖泊的深水区,这表明浅水湖滨区是底泥反硝化和氮去除的热点区域。因此,描述氮动态特性和重建富营养化湖泊时必须将湖滨带区域考虑在内。尽管本文的研究表明湖泊底泥反硝化作用具有较强的氮去除能力,但同时也应控制流域中大量氮素的输入,加强湖滨带植被的保护与合理重建,以达到少输入多去除的目的来提高高原湖泊的水质。
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【学位授予单位】：中国科学院武汉植物园
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q948

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