人為干擾對(duì)武山湖水生植物多樣性的影響

人為干擾對(duì)武山湖水生植物多樣性的影響

淡水湖是一個(gè)天然濕地，生物多樣性豐富。水生維管束植物是湖泊水體生態(tài)系統(tǒng)的重要組分,其一方面為淡水湖泊的初級(jí)生產(chǎn)者,另一方面也是湖泊水體的凈化者,具有保障水產(chǎn)資源品種、質(zhì)量和維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)良性運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。但因人為干擾日益加劇,造成水生植物多樣性加速喪失,既嚴(yán)重影響了淡水湖泊水產(chǎn)資源的品質(zhì)而阻礙了水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,又造成湖泊生態(tài)環(huán)境不斷惡化而威脅到周圍居民的生活。因此,進(jìn)一步開展湖泊水生植物多樣性調(diào)查與監(jiān)測(cè)、保護(hù)淡水湖泊水生植物多樣性迫在眉睫。湖北省陽新縣的?？诤?、武穴市的太白湖和武山湖都屬中型湖泊,均為國營漁場(chǎng),專業(yè)養(yǎng)殖均已歷時(shí)40余年,3個(gè)湖泊原本具相似的水生植被,但近20a來,由于所受人為干擾程度的不同,其多樣性的現(xiàn)狀差別很大,湖泊生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益差別懸殊。其中武山湖水生植被完全消失,進(jìn)而使得水產(chǎn)品種單一,品質(zhì)嚴(yán)重下降,特種養(yǎng)殖無法開展,水質(zhì)惡化,使眾多飲用武山湖水的居民不得不另辟它途。因此保護(hù)湖泊水生植物多樣性的呼聲日益強(qiáng)烈,但到目前為止,有關(guān)上述3個(gè)湖泊水生植物多樣性的情況尚未見報(bào)道。本文旨在通過對(duì)上述3個(gè)湖泊水生植物多樣性進(jìn)行比較研究,探討干擾強(qiáng)度與湖泊水生植物多樣性的關(guān)系,為湖泊水生植物多樣性的監(jiān)測(cè)與保護(hù)積累資料,為其水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供必要的信息。1武穴市西部湖泊海口湖、太白湖與武山湖分別位于湖北省陽新縣東北部、武穴市東部和武穴市北郊,均為淺水型湖泊,湖盆平坦,淤泥較厚,土壤肥沃;三湖泊概屬亞熱帶濕熱季風(fēng)氣候,四季交替明顯,基本氣候相似。其背景資料見表1。2學(xué)習(xí)方法2.1水化學(xué)因子檢測(cè)水樣的采集——選取無風(fēng)的上午,用改良有機(jī)玻璃北原式采樣器,分上、中、下3層進(jìn)行采集并等量混勻,水樣采集點(diǎn)與水生植被采集點(diǎn)一致(圖1);同一水樣分為若干份,根據(jù)要求分別進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚?加入少量濃H2SO4或用玻璃纖微濾器過濾),然后低溫保存,帶回實(shí)驗(yàn)室用于各種水化學(xué)因子的檢測(cè)。透明度用黑白盤法(現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定);pH為pH計(jì)法(現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定);電導(dǎo)率為電導(dǎo)儀法;總氮(TN):過硫酸鉀氧化自動(dòng)比色法;總磷(TP)為硫酸硝化鉬藍(lán)比色法;化學(xué)需氧量(COD)為酸性高錳酸鉀滴定法;H2SiO3為硅鉬藍(lán)比色法;Mg2+、Ca2+、SO42-、總硬度為EDTA-2Na滴定法;PO3?443-為磷鉍目藍(lán)比色法;NH+4為納氏比色法;NO-3為紫外分光光度法;NO-2為α奈胺比色法;Cl-為硝酸銀滴定法;總堿度、HCO-3為酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定法;K+、Na+為原子發(fā)射光譜法。2.2調(diào)查和記錄方法按Cook的水生植物概念,從1999年7月～2000年9月,逐月在以上3個(gè)湖泊采集水生植物標(biāo)本、鑒別種類,并記錄各種類的相對(duì)數(shù)量。采集調(diào)查區(qū)域包括與湖泊毗鄰的沿岸小水體,各種類的相對(duì)數(shù)量采用布朗-布朗喀(Braun-Blanquet)的多度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。2.3水生植物群落多樣性研究方法2.3.1群落設(shè)置和樣方設(shè)置采用斷面法,各湖設(shè)置的斷面和采集點(diǎn)的數(shù)目及其分布見圖1,同時(shí)根據(jù)需要增設(shè)若干無規(guī)則斷面以確定群落邊界。對(duì)浮水植物群落和沉水植物群落,在每一樣點(diǎn)用樣方面積為0.32m×0.52m的加重帶網(wǎng)鐵夾,于方圍500m2的范圍內(nèi)隨機(jī)采草6次,將樣方內(nèi)的植株連根拔起,鑒別種類,并稱量樣方內(nèi)所有植株的總生物量(鮮重,下同);而對(duì)于濕生植物群落和挺水植物群落,在每一樣點(diǎn)于方圍500m2的范圍內(nèi)隨機(jī)設(shè)置6個(gè)2m×2m的樣方,鑒別種類并稱量各種植物地上部分的總生物量。用GARMIN12XL型GPS定位以確保定點(diǎn)多次調(diào)查。2.3.2群叢分布面積的求算結(jié)合1:50000的湖泊地形圖與野外采集、調(diào)查坐標(biāo),描繪水生植被圖。為提高準(zhǔn)確性,使用地理信息系統(tǒng)軟件求算各群叢的分布面積:首先使用繪圖軟件Coreldraw將所得植被圖矢量化,并勾繪群叢邊界線條→在GIS軟件ARC/INFO的支持下進(jìn)行圖形編輯(包括圖斑封閉與改錯(cuò))→在GIS軟件ARC/INFO的支持下建立拓?fù)潢P(guān)系,生成Pat表→在Pat表中量算各類型群叢斑塊所占該植被圖的百分比→結(jié)合中水位時(shí)的湖泊面積求算各群叢的實(shí)際分布面積。2.3.3物種多樣性指數(shù)各群叢各設(shè)6個(gè)2m×2m的樣方以研究多樣性指數(shù)(克隆繁殖的種類按無性系小株計(jì)算個(gè)體數(shù)),同時(shí)計(jì)算Sinpson物種多樣性指數(shù)和Shannon-Winer物種多樣性指數(shù),以便相互驗(yàn)證,其計(jì)算公式分別為D=1-Σp2ii2,H=3.3219(lgN-Σnilgni/N),式中Pi是第i物種第一次被抽中的概率(Pi=ni/N),ni是樣方內(nèi)第i物種的個(gè)體數(shù)目,N是樣方內(nèi)全部物種個(gè)體數(shù)。3研究結(jié)果3.1生化指標(biāo)n,n-檢測(cè)結(jié)果表明,?？诤?、太白湖與武山湖的pH值相差不大,NH+4、SO2?442-、NO-3、PO3?443-、HCO-3和K+的含量均以海口湖最底、武山湖最高;武山湖的化學(xué)耗氧量(COD)為太白湖的近2倍,為海口湖的5倍多;武山湖的總氮(TN)和總磷(TP)含量亦較太白湖的高,比?？诤母叩枚?。按水體富營養(yǎng)化的劃分標(biāo)準(zhǔn),1999年10月?？诤幱谥袪I養(yǎng)型、太白湖與武山湖處于極富營養(yǎng)型,武山湖處于嚴(yán)重的有機(jī)污染中(表2)。3.2個(gè)湖泊的水生植物種類及等級(jí)海口湖、太白湖和武山湖分別分布有水生植物57種、35種和11種,分別隸屬于28科42屬、18科30屬和6科9屬,3湖泊種數(shù)與面積的比值分別為8.14種/km2、1.35種/km2、0.68種/km2。此外,3個(gè)湖泊的毗鄰小水體尚各分布有水生植物32種、51種和41種;但依DenHartog和Segal的水生植物概念(狹義),3個(gè)湖泊水生植物種數(shù)分別只有27種、12種和0種。?？诤休喜?、密齒苦草、穗花狐尾藻、菱和大茨藻5個(gè)主要優(yōu)勢(shì)種,太白湖只有密齒苦草和菹草2個(gè)主要優(yōu)勢(shì)種,而武山湖無優(yōu)勢(shì)種。值得注意的是3個(gè)湖泊種的相對(duì)個(gè)體數(shù)目(多度等級(jí))各不相同,種類的多少順序是:?？诤?gt;太白湖>武山湖;3個(gè)湖泊多度等級(jí)值之和分別是114加6+、58加6+、10加5+。如果多度等級(jí)“+”以0.5計(jì),則其多度等級(jí)值總和分別為116、61和12.5。綜上所述,3個(gè)湖泊水生植物物種多樣性大小的順序是?？诤?gt;太白湖>武山湖(表3)。3.3海南山湖武山湖?？诤?999年至2000年水生植被覆蓋率為96.18%,平均生物量為2896g/m2;可劃分為14個(gè)群叢類型,主要為浮水植被和沉水植被。分布面積最大的是菹草群叢(占全湖面積的22.58%),多樣性指數(shù)值最高的是“野菱+菱群叢”(D=0.7047,H=2.0963),以輪葉黑藻群叢的多樣性指數(shù)值最小(D=0.1820,H=0.5621)。太白湖水生植被遠(yuǎn)不及?？诤?雖然植被覆蓋率達(dá)76.17%,但平均生物量?jī)H有177g/m2,植物群叢類型只有6個(gè),密齒苦草群叢占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(占全湖面積的73.15%),密齒苦草群叢、菹草群叢和“野菱+菱群叢”系太白湖與?？诤灿?太白湖此3個(gè)群叢單位面積的生物量較?？诤牡偷枚?分別為198±106g/m2、1140±297g/m2和493±191g/m2(而?？诤姆謩e為2584±388g/m2、2085±872g/m2和2285±382g/m2),且此3群叢的植物種類均只有2種(?？诤姆謩e為7、5、11種),群落多樣性指數(shù)值遠(yuǎn)沒有?？诤母?見表4)。武山湖的水生植被已完全消失,全湖為次生裸地,無群叢分布,群落多樣性為零,平均單位面積生物量為0g/m2。很明顯,群落多樣性豐富度程度的順序是:?？诤?gt;太白湖>武山湖(表4)。1983年對(duì)太白湖水生植被的調(diào)查結(jié)果1和有關(guān)?？诤O場(chǎng)與武山湖漁場(chǎng)的資料記載,結(jié)合3湖水生植物多樣性的現(xiàn)狀可知:近20a來多樣性喪失的程度是武山湖>太白湖>海口湖(表5),多樣性喪失的主要原因是過度養(yǎng)殖或廢水污染;?？诤挥袨趿?種消失,太白湖則有輪葉黑藻、竹葉眼子菜、金魚藻、穗花狐尾藻、烏菱、蓮、菰、假稻和野荸薺9種水生植物消失,而武山湖消失的種類包括苦草、輪葉黑藻、竹葉眼子菜、金魚藻、穗花狐尾藻、烏菱、蓮、菰等29種。海口湖與太白湖水生植被分布圖見圖2。從圖2可見海口湖群叢的邊界在很大程度上為直線,這是該湖用圍網(wǎng)劃分成多塊進(jìn)行圍欄養(yǎng)魚的的結(jié)果(因圍欄往往是直線)。密齒苦草群叢優(yōu)勢(shì)種密齒苦草生物量月動(dòng)態(tài)見圖3。4討論4.1干擾強(qiáng)度對(duì)水生植物物種多樣性的影響調(diào)查表明,三湖泊所受人為干擾強(qiáng)度的大小順序是:?？诤?lt;太白湖<武山湖(表6),表現(xiàn)在污水排入量、化肥投放量、魚類放養(yǎng)量均以?？诤钚?、武山湖最大,破壞水草的程度也是?？诤@著小于武山湖和太白湖。3個(gè)湖泊水化學(xué)因子檢測(cè)的結(jié)果表明:總氮(TN)和總磷(TP)含量均為?？诤?lt;太白湖<武山湖(表2),這與污水排入量和化肥投放量有關(guān)制藥廠和造紙廠排入的大量氮、磷類有機(jī)污染物和投放的大量氮肥與磷肥是造成武山湖重度有機(jī)污染、致使水體極度富營養(yǎng)化的原因,其結(jié)果是浮游生物大量繁殖,雖然有利于以浮游生物為食的花、白鰱放養(yǎng)量與產(chǎn)量的提高(質(zhì)劣),但湖水透明度極低,使水草無法進(jìn)行光合作用,致使武山湖水生植物多樣性嚴(yán)重下降。本研究表明,湖泊所受干擾強(qiáng)度與其水生植物物種多樣性豐富程度成負(fù)相關(guān):受干擾最小的?？诤奈锓N多樣性顯著高于太白湖和武山湖(表3)。同時(shí)種群密度、單位面積生物量亦是海口湖最大。干擾強(qiáng)度與群落多樣性豐富程度間亦成類似相關(guān)關(guān)系:群叢類型的數(shù)目和群落多樣性指數(shù)都是?？诤?gt;太白湖>武山湖(表4),群叢的物種數(shù)目亦是海口湖>太白湖,如?？诤荦X苦草群叢、菹草群叢和“野菱+菱群叢”各有7種、5種和11種,而太白湖此三群叢各僅由2個(gè)種組成。近20a來?？诤?、太白湖和武山湖消失的水生植物種數(shù)分別為1種、9種和29種,前者只有蓮群叢消失,太白湖有竹葉眼子菜群叢等5個(gè)群叢類型消失,而武山湖原有的密齒苦草群叢等6個(gè)群叢類型已完全喪失。此外3個(gè)湖泊水生植被單位面積生物量分別下降了12.1%、88.3%、100%(表5)。包括江漢湖群在內(nèi)的兩湖平原湖泊濕地是世界上相同緯度地區(qū)所特有的湖泊群,也是中國最主要的湖泊分布區(qū)域之一,該區(qū)域大小湖泊眾多,面積寬廣,目前只有極少數(shù)湖泊水生植被象?？诤菢颖４孑^好,相當(dāng)一部分湖泊已如武山湖那樣,水生植被受到了徹底破壞,若不采取有效措施加以保護(hù),在不久的將來大多數(shù)湖泊都會(huì)象武山湖一樣,水生植物多樣性將完全喪失。人為干擾的因素多種多樣,在打草、耙草、污染和過度養(yǎng)殖等諸多干擾因素中,對(duì)水生植物多樣性威脅最大的是過度養(yǎng)殖,江漢平原的洪湖、梁子湖、長湖、西涼湖、斧頭湖和洞庭湖平原益陽地區(qū)的大通湖、岳陽市郊的南湖和華容縣的東湖等均因過度養(yǎng)殖而造成其水生植物多樣性遭到了極為嚴(yán)重的破壞。為了養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、也為了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的良性運(yùn)轉(zhuǎn),政府部門必須采取有效的措施,保護(hù)寶貴的水生植物資源,應(yīng)給予依賴湖泊為生的漁民一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償,限制其養(yǎng)殖強(qiáng)度或捕撈強(qiáng)度以保護(hù)這些湖泊的水生植物多樣性。4.2密齒苦草的分布特點(diǎn)密齒苦草(Vallisneriadenseserrulata)為沉水植物,屬于水鱉科(Hydrochariaceae),是長江中下游湖泊最常見的優(yōu)勢(shì)種之一。在多年的過度化肥養(yǎng)魚和從武山湖流入的污水影響下,太白湖湖水透明度下降至0.42m,加上10余年來持續(xù)的耙蚌勞作,使太白湖原生長茂盛的竹葉眼子菜、輪葉黑藻、穗花狐尾藻和金魚藻等多種水生植物消失,但密齒苦草卻作為優(yōu)勢(shì)種得以保留,其分布面積從1983年的40%增加至2000年的73.15%(密齒苦草侵占其它消失種類的生態(tài)位所致)。雖然苦草屬(Vallisneria)植物能產(chǎn)生大量種子,且成熟種子發(fā)芽率高,但太白湖耙蚌勞作于4月初即已開始,使3月底才開始萌生幼苗的密齒苦草無法開花結(jié)實(shí)然而密齒苦草具有發(fā)達(dá)的地下根狀莖,根狀莖一方面能于冬季產(chǎn)生多數(shù)越冬塊莖,塊莖于次年3月底開始萌發(fā)出幼苗以行使繁殖功能;另一方面其斷枝繁殖能力強(qiáng),在頻繁的耙蚌勞作下存留于底質(zhì)中的根狀莖斷枝亦能生長出新的植株。這樣,密齒苦草種群便得以延續(xù)。密齒苦草這種適應(yīng)能力比菹草還強(qiáng),菹草雖亦具發(fā)達(dá)的地下根狀莖,但缺少能越冬的地下塊莖,其地上莖在頻繁的耙蚌勞作下無法產(chǎn)生石芽,且種子在自然狀況下發(fā)芽率極低,因此目前菹草在太白湖強(qiáng)烈的人為干擾下只能生長于無法進(jìn)行耙蚌勞作的沿岸淺水區(qū),分布區(qū)域狹小。對(duì)人為干擾耐受力最強(qiáng)、處于前三位的水生植物依次是:密齒苦草>菹草>野菱。4.3積極引種、共同造林退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)就是人為地改變和切斷造成生態(tài)系統(tǒng)退化的主導(dǎo)因子或過程,調(diào)整、配置和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組成及系統(tǒng)與外界的物質(zhì)、能量和信息流動(dòng)過程及其時(shí)空秩序,使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和潛力盡快地恢復(fù)至一定的或原有的乃至更高的水平。20世紀(jì)80年代初,武山湖水生植物多樣性豐富、水生植被茂盛,但自1987年以來其周圍6家工廠將污水排入和湖泊本身放養(yǎng)量增大后,使湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)日趨退化,水生植物種類相繼消失,全湖變?yōu)榇紊愕睾透粻I養(yǎng)化的水生生態(tài)系統(tǒng)(表2)。因此,要求整治、恢復(fù)的呼聲