白洋淀水生植被的物種組成及分布格局

白洋淀水生植被的物種組成及分布格局

白洋淀位于中國(guó)北方平原東部，是中國(guó)北方平原最大的湖泊濕地。它不僅是中國(guó)重要的淡水養(yǎng)殖基地，而且還承擔(dān)著各種生態(tài)功能，如蓄水、防洪、氣候變化、地下水補(bǔ)充、生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)平衡等。然而，近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)污染、人口增長(zhǎng)和全球變化的發(fā)生，白洋淀地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化，水位和水環(huán)境質(zhì)量惡化，導(dǎo)致生物喪失和生物多樣性惡化，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)生活，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的平衡和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了重大威脅。因此，如何更好地保護(hù)陽(yáng)淀濕地資源，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)淀地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，已成為生態(tài)學(xué)家的熱點(diǎn)之一。到目前為止，白洋淀的研究主要集中在生態(tài)功能和價(jià)值評(píng)估、水環(huán)境條件和水文特征、土壤理化性質(zhì)及其功能、植被組成和生態(tài)功能等方面。這些研究對(duì)于理解白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展過程，以及促進(jìn)白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)具有重要意義。國(guó)內(nèi)關(guān)于白洋淀水生植被綜合性的研究較少,僅田玉梅等在1995年進(jìn)行了白洋淀水生植被調(diào)查,現(xiàn)在的白洋淀無(wú)論從濕地面積、基質(zhì)特性,還是水文特征、生物種類等方面都發(fā)生了巨大變化,本研究于2007年秋對(duì)白洋淀濕地進(jìn)行了一次系統(tǒng)調(diào)查,以了解白洋淀水生植被組成、群落類型、群落分布及群落生物量的現(xiàn)狀,分析導(dǎo)致濕地植被變化的主要因子,并提出相應(yīng)的防治措施,旨在揭示環(huán)境變化對(duì)水生植被的影響以及物種的適應(yīng)特性,為白洋淀水生植被的保護(hù)、利用及其退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和重建提供理論基礎(chǔ).1研究領(lǐng)域和方法1.1淀水河流生物多樣性白洋淀(38°43′—39°02′N,115°38′—116°07′E)位于河北省中部,總面積為366km2,淀區(qū)由143個(gè)大小不等的淀泊構(gòu)成,上游由潴龍河、孝義河、唐河、府河、漕河、瀑河、萍河和白溝引河等河流注入,淀水經(jīng)東部趙北口東流與海河相通.該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū),冬季寒冷干燥,夏季炎熱多雨,多年平均氣溫7.3℃～12.7℃,最高氣溫43.5℃.平均年積溫在2992℃～4409℃.全流域多年平均降雨量為563.7mm.淀內(nèi)以沼澤為主,土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富,生物種類繁多.常見的水生植物類群為蘆葦(Phragmitesaustralis)、狹葉香蒲(Typhaangustifolia)、蓮(Nelumbonucifera)、金魚藻(Ceratophyllumdemersum)、穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、龍須眼子菜(Potamogetonpectinatus)等.1.2學(xué)習(xí)方法1.2.1樣點(diǎn)設(shè)置與調(diào)查方法野外調(diào)查在2007年9月進(jìn)行,該時(shí)期水生植物種類最豐富、生物量最高.根據(jù)白洋淀的地形特征按照直線取樣法確定4條調(diào)查路線(圖1).在實(shí)際調(diào)查中,由于有些區(qū)域不能通航,因此樣點(diǎn)的設(shè)置做了部分調(diào)整.在每條線路上每隔300～500m設(shè)置一大小為1m×1m的樣方,用特制水草莢(0.5m×0.5m)將樣方內(nèi)所有物種莢起,測(cè)量并記錄各物種高度、個(gè)體數(shù)、鮮質(zhì)量等指標(biāo).其中狹葉香蒲、蓮只測(cè)量其地上部分鮮質(zhì)量,其他均為全株鮮質(zhì)量.為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,首先將撈取后的植物放置于船上5min后再稱量其鮮質(zhì)量.調(diào)查過程中還對(duì)各物種的蓋度、多度及水深、水體透明度、樣方外物種等進(jìn)行詳細(xì)記錄.調(diào)查樣方數(shù)共計(jì)150個(gè).1.2.2測(cè)定干質(zhì)量野外調(diào)查過程中,每一物種取一定量(已知鮮質(zhì)量)進(jìn)行室內(nèi)含水量的測(cè)定,先將植物材料清洗干凈后,在采集地風(fēng)干,帶回實(shí)驗(yàn)室,用80℃恒溫烘箱烘至恒量,用精度為0.01g的電子天平測(cè)定干質(zhì)量,5次重復(fù).根據(jù)以下公式進(jìn)行含水量的計(jì)算.C水=Μ鮮-Μ干Μ鮮×100%式中:C水為水生植物含水量;M鮮為水生植物鮮質(zhì)量;M干為水生植物干質(zhì)量.1.2.3植被生物量生物量是重要的植物群落數(shù)量特征,直接反映生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者的物質(zhì)生產(chǎn)量,是生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的重要體現(xiàn).因此,本文對(duì)白洋淀水生植被的生物量進(jìn)行了估算:根據(jù)物種的含水量及鮮質(zhì)量對(duì)樣方中的每個(gè)物種進(jìn)行生物量(干質(zhì)量)的計(jì)算,樣方內(nèi)各物種生物量的總和為該樣方生物量.研究表明,水生植物尤其是沉水植物、漂浮植物對(duì)水文條件及水質(zhì)變化比較敏感,具有很好的指示作用.在白洋淀地區(qū),蘆葦通常分布于水位梯度的最高端,水文變化對(duì)其生物量的影響可能沒有其他水生植物顯著,故本次生物量調(diào)查中未包括蘆葦群落.2結(jié)果與分析2.1優(yōu)勢(shì)種的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)從表1可以看出,白洋淀共有水生植物39種,隸屬于21科,31屬.按照生活型劃分,挺水植物共16種,占總數(shù)的41.03%;沉水植物共14種,占35.90%;浮葉根生植物共6種,占15.38%;漂浮植物3種,占7.69%.按植物的科屬劃分,眼子菜科、禾本科、睡蓮科、水鱉科植物占的比例較大,而貍藻科、小二仙草科、槐葉萍科、龍膽科等分別僅有1種.與20世紀(jì)90年代初相比,密穗磚子苗(Mariscuscompactus)、萍蓬草(Nupharpumilum)、菖蒲(Acoruscalamus)及輪藻屬(Chara)的一種為新發(fā)現(xiàn)種,但物種總數(shù)減少了9種,尤其是莼菜(Braseniaschrberi)、梅花藻(Batrachiumtrichophyllum)、黃花貍藻(Utricularialour)、延藥睡蓮(Nymphaeastellata)以及莎草科的水蔥(Scirpustabernaemontani)等消失,其他幾個(gè)物種由于生物學(xué)特性及調(diào)查時(shí)間和方法的限制,需進(jìn)一步確認(rèn).睡蓮(Nymphaeaietragona)、貍藻(Utriculariavulgaris)雖在調(diào)查中有發(fā)現(xiàn),但數(shù)量極少,尤其是睡蓮,僅為人工種植的幾株.本次調(diào)查優(yōu)勢(shì)種為金魚藻、蘆葦、槐葉萍(Salvinianatans)、荷、狹葉香蒲、水鱉(Hydracharisdubta)、紫背浮萍(Spirodelapolyhiza)等,其中狹葉香蒲、金魚藻為新增優(yōu)勢(shì)種,而馬來(lái)眼子菜(Potamogetonmalaianus)、輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、光葉眼子菜(Potamogetonlucens)等物種的優(yōu)勢(shì)性已經(jīng)消失.2.2接種物+側(cè)最根據(jù)植被分類原則,將白洋淀水生植物分為13個(gè)主要群落類型(表2):其中蘆葦群落、狹葉香蒲群落、金魚藻群落、蓮群落、紫背浮萍+槐葉萍群落為優(yōu)勢(shì)群落,分布面積較廣;小茨藻群落主要分布于前、后塘區(qū)域,大面積的穗花狐尾藻和微齒眼子菜群落分布于趙北口鎮(zhèn)附近;龍須眼子菜群落分布范圍較廣,但缺乏大面積分布;而芡實(shí)+菱群落只在小楊家淀內(nèi)發(fā)現(xiàn),且為人工種植群落;馬來(lái)眼子菜群落、荇菜群落、水鱉群落多分布于航道兩側(cè),但未見大面積分布.與90年代初相比,群落類型減少了3個(gè),具有從沉水植物優(yōu)勢(shì)群落向挺水植物優(yōu)勢(shì)群落轉(zhuǎn)變的特征.其中微齒眼子菜、狹葉香蒲以及小茨藻等群落為新生群落,而原來(lái)的輪葉黑藻、光葉眼子菜、水蓼+兩棲廖等群落在本次調(diào)查中均未發(fā)現(xiàn).但據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民介紹,每年3—4月仍有大面積的菹草群落分布.因此,本次調(diào)查結(jié)果很可能和我們的調(diào)查時(shí)間有關(guān),因?yàn)檩喜轂榍锛景l(fā)芽、冬春季生長(zhǎng)的一種特殊生活史類型的沉水植物,而我們調(diào)查的時(shí)間正好是其剛開始萌發(fā)的秋季,故未見其大面積分布.此外調(diào)查還發(fā)現(xiàn),芡實(shí)、菱、睡蓮等群落的分布面積急劇下降,如在20世紀(jì)90年代初白洋淀地區(qū)芡實(shí)、菱年平均種植面積為133.3hm2和1428.1hm2,但本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前這兩種群落種植面積總和不足3.3hm2.而原來(lái)在藻苲淀、蓮花淀、大麥淀廣泛分布的睡蓮群落,本次調(diào)查僅在東淀頭村附近發(fā)現(xiàn)零星的幾株.2.3浮葉根生植物物種組成白洋淀水生植物群落垂直分層現(xiàn)象比較明顯.最典型的群落景觀為狹葉香蒲、蓮等挺水植物位于群落最上層,水鱉、槐葉萍、紫背浮萍、荇菜等位于群落第二層,而穗花狐尾藻、金魚藻、馬來(lái)眼子菜等沉水植物位于最下層,這種景觀在荷葉淀、王家淀等較為常見,但不同淀泊中水生植被分布情況又有很大差異.如在趙北口鎮(zhèn)附近的蓮花淀,浮葉根生植物水鱉、荇菜很少見,狹葉香蒲、穗花狐尾藻、微齒眼子菜等物種形成大面積的單優(yōu)群落,群落分層現(xiàn)象并不明顯.水平分布格局與20世紀(jì)90年代初相比已發(fā)生巨大變化.如原來(lái)分布于藻乍淀、燒車淀、蓮花淀的大茨藻優(yōu)勢(shì)群落消失.藻乍淀由于干淀目前已被當(dāng)?shù)鼐用穹N植玉米等糧食作物,原來(lái)分布的馬來(lái)眼子菜、輪葉黑藻、芡實(shí)、細(xì)果野菱等群落早已消失.此外,位于白洋淀北部的燒車淀也僅存一條狹窄的航道,主要群落僅為蘆葦、狹葉香蒲、龍須眼子菜和金魚藻等幾種類型,原來(lái)的光葉眼子菜、睡蓮+荇菜、穗花狐尾藻等群落已完全消失.原來(lái)沉水植物豐富的內(nèi)白洋淀目前水生植物很少見,沉水植物只發(fā)現(xiàn)金魚藻1種,此外還有蘆葦以及零星的水鱉群落分布.有些地區(qū)雖然水生植物非常豐富,但群落類型已發(fā)生明顯變化,如前、后塘地區(qū)已由原來(lái)的馬來(lái)眼子菜、龍須眼子菜優(yōu)勢(shì)群落改變?yōu)楝F(xiàn)在的小茨藻優(yōu)勢(shì)群落,蓮花淀目前以微齒眼子菜、穗花狐尾藻等為優(yōu)勢(shì)群落,而原來(lái)的大茨藻、水鱉、睡蓮+荇菜等群落已不復(fù)存在.2.4群落生物量生物量計(jì)算結(jié)果表明,白洋淀主要植物群落生物量呈急劇下降趨勢(shì).據(jù)文獻(xiàn)記載,1980年白洋淀菹草群落生物量為813g·m-2,為幾種主要沉水植物生物量的最低值,群落生物量的最大值為6725g·m-2.而此次調(diào)查結(jié)果顯示,生物量最高的龍須眼子菜群落也僅為1220g·m-2.由表3可以看出,群落間生物量相差很大.以紫背浮萍+槐葉萍群落生物量最低,僅為8.34g·m-2,而龍須眼子菜、微齒眼子菜、馬來(lái)眼子菜等群落的生物量相對(duì)較高.相同類型的不同群落生物量差別也很大,以龍須眼子菜和蓮群落為例,最大值與最小值之間相差分別為1154.33和357.60g·m-2.這是由物種特性、伴生種及生長(zhǎng)環(huán)境的差異共同作用的結(jié)果.3世紀(jì)90年代,20世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)90年代初期植物生長(zhǎng)情況植被是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能起著重要的支撐作用.隨著對(duì)濕地保護(hù)及合理開發(fā)利用認(rèn)識(shí)的深化,對(duì)濕地植被的研究越來(lái)越受到重視.濕地植被動(dòng)態(tài)是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一.而生物量作為生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要評(píng)價(jià)指標(biāo),其變化會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)過程(如生物地球化學(xué)循環(huán)等)產(chǎn)生重要影響,因此,區(qū)域或全球尺度下生物量的變異及其決定因素也一直是生態(tài)學(xué)家關(guān)注的熱點(diǎn).本研究表明,白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重,水生植被種類、群落類型及分布面積、群落生物量與歷史資料相比均急劇下降,群落分布格局與20世紀(jì)90年代初相比也發(fā)生了巨大變化.主要體現(xiàn)在:水生植物種類與群落類型分別減少了9種和3種;許多優(yōu)勢(shì)群落如大茨藻、輪葉黑藻的消失以及群落生物量的不斷下降等幾個(gè)方面.造成這種情況的可能原因主要包括:1)上游許多大型水庫(kù)的修建、降雨量的持續(xù)下降、蒸發(fā)量和滲透量的不斷上升等因素使得白洋淀水位不斷下降,嚴(yán)重威脅了水生植物的生存.由圖3不難看出,白洋淀的水位年際變化顯著,尤其是進(jìn)入20世紀(jì)80年代以后,很長(zhǎng)一段時(shí)間處于干淀狀態(tài),導(dǎo)致了很多水生植物的喪失.這種情況直到20世紀(jì)90年代初,通過人工補(bǔ)水才有所好轉(zhuǎn),而田玉梅等對(duì)白洋淀的調(diào)查也正是在這個(gè)時(shí)期進(jìn)行的,故植物種類相對(duì)較多.但隨后水位又呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì).2001—2003年白洋淀平均最大水位為6.82m,與20世紀(jì)90年代相比下降了2.98m,僅比其最低平均水位高0.51m;而到了2004年平均水位僅為3.90m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于6.50m的干淀水位.本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),2007年這種狀況仍然未得到改善.可見,水位的持續(xù)下降給水生植物尤其是沉水植物的生存、生長(zhǎng)和繁殖帶來(lái)了巨大威脅.如20世紀(jì)90年代初調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),馬來(lái)眼子菜、光葉眼子菜、菹草等沉水植物均生活在水深超過1m的水域,而此次調(diào)查發(fā)現(xiàn),許多沉水植物目前生存水位甚至不到30cm.從植被類型變化的趨勢(shì)來(lái)看,某些沉水植物群落可能會(huì)進(jìn)一步被挺水植物群落所替代.以燒車淀為例,原來(lái)分布的穗花狐尾藻+大茨藻群落已不復(fù)存在,取而代之的是大面積的狹葉香蒲群落.2)水體污染嚴(yán)重,破壞了水生植物的生存環(huán)境.未經(jīng)處理的工農(nóng)業(yè)污水和生活垃圾大量入淀,使得水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化,水體透明度很低.每年僅保定市經(jīng)府河排入的污水量就達(dá)6000～7000萬(wàn)t,而每天排入淀區(qū)的生活污水也達(dá)320～800m3,使得白洋淀水體中化學(xué)需氧量、生化需氧量、總N、總P嚴(yán)重超標(biāo),水體處于嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),并且有逐年加劇惡化的趨勢(shì).水體富營(yíng)養(yǎng)化將促使藻類劇增,導(dǎo)致水體透明度的急劇下降,最終致使水生植物尤其是沉水植物的退化或消失.如本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),在麥淀、澇王淀等區(qū)域,水體透明度最低值僅為21cm,這對(duì)沉水植物的光合作用產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響.3)漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展使得白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)破碎化嚴(yán)重,這嚴(yán)重阻礙了水生植物的繁殖更新,致使生物多樣性水平不斷下降.白洋淀淀內(nèi)有39個(gè)純水村,周邊有84個(gè)半水村,總?cè)丝?6.8萬(wàn)人,主要從事水上種植、養(yǎng)殖業(yè)等經(jīng)濟(jì)活動(dòng),有數(shù)據(jù)表明,目前淀內(nèi)人工水產(chǎn)養(yǎng)殖面積已超過4萬(wàn)hm2,