南水北調(diào)東線調(diào)蓄樞紐東平湖水生植物群落結(jié)構(gòu)分析

南水北調(diào)東線調(diào)蓄樞紐東平湖水生植物群落結(jié)構(gòu)分析

東平湖位于山東省東平縣。1954年至2003年的平均水位為40.45米，平均水面為133公里。這是一個(gè)典型的平坦而清淡的湖泊濕地。東平湖是南北線路的重要調(diào)整和儲(chǔ)存中心。線路的實(shí)施將對(duì)東平湖產(chǎn)生重大影響。1979年，山東省水生漁業(yè)廳對(duì)東平湖水生植物的種類、數(shù)量和分布進(jìn)行了專項(xiàng)調(diào)查研究。1994年，龐清江進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查，包括水生植物。然而，在實(shí)施江南東線項(xiàng)目后，對(duì)東平湖水生植物可能產(chǎn)生影響的研究仍然是空白。因此，本文對(duì)東平湖水生植物進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)東平湖水生植物的衰退進(jìn)行了初步分析，并對(duì)該湖水生植物的形成進(jìn)行了系統(tǒng)的探討，為東平湖的生態(tài)信息安全和可持續(xù)發(fā)展提供了一些參考。1東平湖水生植物的衰退與活力分析1.1水生植物分類東平湖1979年有水生植物40種,分別屬于2門18科30屬.其中,挺水植物21種,沉水植物11種,浮葉植物4種,漂浮植物4種.9月份水生植物生物量為2147.3g/m2(濕重),總生物量為30.06×104t.從生物量來看,沉水植物輪葉黑藻(Hydrillaverticillata)、苦草(Vallisneriaspiralis)、馬來眼子菜(Potamogetonmalaianus)、金魚藻(Ceratophyllumdemersum)以及穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)合計(jì)占水生植物生物量的74.6%;浮葉植物中的優(yōu)勢(shì)種為菱(Trapanatans)、芡(Euryaleferox),合計(jì)占15.87%;挺水植物優(yōu)勢(shì)種為菰(Zizaniacaduciflora),占3.29%;蘆葦(Phragmitascommunis)、蒲草(Typhaangustifolia)等其他種類合占6.24%.水生植物基本呈環(huán)帶狀分布,覆蓋度85%.挺水植物主要分布在水深0.25～1.0m的湖岸帶;漂浮植物和浮葉植物帶不明顯,多分布在水深1.0m左右,并常與挺水植物和沉水植物混雜伴生,如菱—輪葉黑藻群落,菱—芡—輪葉黑藻—馬來眼子菜群落;沉水植物多分布在水深1.98～2.20m的廣泛水域內(nèi).1994年?yáng)|平湖有水生植物19種.其中,挺水植物6種,沉水植物9種,浮葉植物4種.漂浮植物已絕跡,物種多樣性明顯下降.挺水植物中,菰、水蔥(Scirpustabernaemontani)、荊三棱(S.maritimus)以及鵝觀草(Roegneriakamoji)等常見種已消失,蘆葦面積逐年萎縮,僅存220hm2左右.浮葉植物菱、芡大多為1983年人工種植,面積呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì),從1983年7000hm2降至3600hm2,產(chǎn)量也從10000t降至5600t左右.根據(jù)作者的野外調(diào)查,2003～2004年?yáng)|平湖水生植物共18種,挺水植物4種,浮葉植物3種,漂浮植物3種,沉水植物8種.主要物種群落的分布面積、平均生物量均有不同程度減少(表1).挺水植物菰、兩棲蓼(Polygonumamphibium)、藨草(Scirpustrigueter)等已消失.蘆葦僅在湖北部、老湖鎮(zhèn)西部有少量分布,面積110hm2.蒲草主要分布在東金山以東湖區(qū),面積約40hm2.兩群落中有少量花藺(Butomusumbellatus)、假稻(Leersiajaponicus)伴生.浮葉植物菱、芡以及四角菱(Trapaquadrispinosa)群落面積約3160hm2,主要分布在湖東及湖西部,邊緣常伴生有少量的漂浮植物浮萍(Lemnaminor)、紫萍(Spirodelapolyrhiza)和鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes).鳳眼蓮在1979年時(shí)還不存在,估計(jì)是大汶河流域漂流而入的,應(yīng)防止其泛濫,危害生態(tài)安全.在沉水植物分布中,輪葉黑藻、金魚藻、馬來眼子菜、穗花狐尾藻等尚能構(gòu)成單一或共優(yōu)群落,而苦草、菹草(Potrmogetoncrispus)已成為伴生種.2004年9月采用GPS手段多斷面調(diào)查,水生植物覆蓋度已降至51%;平均生物量降為852.6g/m2(濕重).總體來看,水生植物群落的分布已經(jīng)從環(huán)帶狀轉(zhuǎn)變?yōu)閿鄮?1.2衰退動(dòng)力分析1.2.1水質(zhì)污染指標(biāo)cod和類水標(biāo)準(zhǔn)大汶河流域的污廢水以及水土流失嚴(yán)重地影響了東平湖的水質(zhì).主要污染指標(biāo)COD雖然從1998年有所下降(圖1),但仍高于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn).1.2.2網(wǎng)圍養(yǎng)殖使水生物量過至2004年?yáng)|平湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖面積已達(dá)2670hm2,網(wǎng)箱養(yǎng)殖面積67hm2.過量的網(wǎng)箱、網(wǎng)圍養(yǎng)殖形成了水質(zhì)污染.2002年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)指數(shù)P都在4級(jí)以上,遠(yuǎn)高于非養(yǎng)殖區(qū).其次,網(wǎng)圍養(yǎng)殖方式使網(wǎng)圍內(nèi)的水生植物逐漸枯竭:在2～3年內(nèi),魚類喜食的馬來眼子菜、輪葉黑藻以及苦草、小茨藻(Najasminor)、菰、蘆葦?shù)确N群數(shù)量相繼減少、直至完全消失;而不喜食的物種如穗花狐尾藻呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì).1.2.3圍墾導(dǎo)致的水土流失,經(jīng)營(yíng)衛(wèi)生事件造成,是造成受圍墾者、是否對(duì)當(dāng)?shù)赝顿Y、是經(jīng)營(yíng)流動(dòng).兩水生植物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高,其營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)符合家畜、禽的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn).因此,當(dāng)?shù)貪O民常大量毀壞性撈取沉水植物來喂養(yǎng)池魚、家畜、禽,對(duì)植物群落形成了較為嚴(yán)重的破壞.此外,圍墾導(dǎo)致的湖灘地消失、植物發(fā)芽期時(shí)的高水位也是水生植物衰退的原因.2長(zhǎng)江水入東平湖水南水北調(diào)東線工程分三期實(shí)施.一期工程重點(diǎn)是治污,規(guī)劃于2007年實(shí)現(xiàn)東平湖水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn).二期工程規(guī)劃水平年為2010年,長(zhǎng)江水入東平湖流量為170m3/s,過黃河流量100m3/s,向膠東地區(qū)供水流量50m3/s;三期規(guī)劃水平年為2030年,長(zhǎng)江水入東平湖流量325m3/s,過黃河流量200m3/s,向膠東地區(qū)供水流量90m3/s.本研究主要討論二期和三期工程?hào)|平湖水環(huán)境的變化.2.1湖東部下水位調(diào)水后,東平湖水位將有兩次變化.二期工程設(shè)計(jì)蓄水位41.5m,高于多年平均水位1.05m.根據(jù)湖泊等深圖計(jì)算,原湖區(qū)平均水深達(dá)3.0m.湖東部無壩地帶將擴(kuò)展23.5km2,平均水深1.2m.三期工程設(shè)計(jì)蓄水位43.0m,高于多年平均水位2.55m,原湖區(qū)平均水深4.50m.湖東部擴(kuò)展29.9km2,平均水深2.7m.調(diào)水時(shí)間為3～10月,東平湖將呈現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的高水位運(yùn)行狀態(tài).2.2換水周期變化由于受到閘、壩的控制,以及大汶河明顯的豐枯水期特點(diǎn),東平湖水體換水周期較長(zhǎng),約為337d.調(diào)水以后,將形成活性流動(dòng)水體,換水周期大為縮短.經(jīng)計(jì)算,二期工程時(shí)換水周期約為24d,三期工程為23d.換水周期的顯著縮短,將使水體得到迅速更新.2.3改善東平湖水質(zhì)按照南水北調(diào)東線工程規(guī)劃,通過對(duì)大汶河流域的排污治理,使水體COD削減50%以上,BOD5等也將有較大幅度下降.此外,東平縣規(guī)劃到2010年網(wǎng)圍、網(wǎng)箱養(yǎng)殖面積將分別下降至2000hm2和40hm2.這些措施都有助于東平湖水質(zhì)的改善.調(diào)水以后,進(jìn)入東平湖的總磷(TP)、總氮(TN)等營(yíng)養(yǎng)鹽將分別削減30%～50%左右,從而大幅度去除外源TP、TN的進(jìn)入量;東平湖自南向北以往相對(duì)靜態(tài)的水體將呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài),防止了P、N的內(nèi)源性累積.但調(diào)水后水體與底泥之間N、P含量將產(chǎn)生密度差,以及流動(dòng)水體形成的擾動(dòng)會(huì)使底泥中的N、P釋放.雖然COD、BOD5的大幅削減可使水體增氧,對(duì)底泥的釋放產(chǎn)生一定的抑制作用,但底泥N、P釋放對(duì)水體的補(bǔ)充過程將會(huì)存在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間.因此,上述因素的綜合將會(huì)使東平湖富營(yíng)養(yǎng)化程度有所降低,但短時(shí)期還難以根除.3東平湖水生植物的水環(huán)境變化可能會(huì)影響水生植物3.1經(jīng)過2年的學(xué)習(xí)，項(xiàng)目結(jié)束后3.1.1水生植物極限生存高度、物種多樣性與物種多樣性就水生植物而言,挺水植物、浮葉植物適宜水深分別為0.5～1.0m和1.0～2.0m.沉水植物適宜水深較大,一般認(rèn)為在淡水湖泊中水深5.0m以下由于缺少光照沒有體形較大的植物生長(zhǎng),透明度也是限制沉水植物萌發(fā)和生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子.水深增加或透明度低均會(huì)增加光衰減指數(shù),進(jìn)而影響沉水植物的生長(zhǎng).有研究表明,當(dāng)水深與透明度的比值超過2.50～5.59時(shí),沉水植物生長(zhǎng)受到威脅.按此方法計(jì)算,東平湖透明度取植物發(fā)芽期多年平均數(shù)值55cm,沉水植物的極限生存水深在3.07m以內(nèi).作者于2004年對(duì)東平湖的野外調(diào)查也驗(yàn)證了此觀點(diǎn).顯然,41.5m水位時(shí)東平湖水生植物適宜發(fā)芽和生長(zhǎng)水位相應(yīng)高度的面積有所減少,分布區(qū)域?qū)l(fā)生明顯的變化.挺水植物受水位變化影響最大,湖北部挺水植物將全部消亡,湖東部新擴(kuò)展的水深1.0m區(qū)域內(nèi)將逐漸成為挺水植物的主要分布區(qū).浮葉植物受水位變化影響也較大,也將隨水深的增加向湖東部和湖岸帶遷移,生存空間縮小.根據(jù)等深圖測(cè)算,預(yù)計(jì)這時(shí)期浮葉植物和挺水植物的面積為30.3km2,比目前減少18%.由于極限生存水深在3.07m以下,故沉水植物原有部分分布區(qū)域諸如陳辛莊以北、南塘以東將喪失其生存條件.因此,預(yù)計(jì)其主要分布區(qū)為原有的臥牛山村以東、二道坡以北以及新擴(kuò)展的湖東部無壩地帶.另有研究表明,具有一定生物量的沉水植物的恢復(fù)與光補(bǔ)償深度和透明度呈顯著正相關(guān),置信度為95%.根據(jù)此條件,推測(cè)新擴(kuò)展的東平湖東部無壩地帶沉水植物可能恢復(fù)生長(zhǎng)區(qū)域的水深在2.0m以內(nèi).由于總體上沉水植物受水位影響相對(duì)小些,故其在水生植物中仍將成為優(yōu)勢(shì)類群.南水北調(diào)東線工程所經(jīng)由的湖泊濕地水生植物較豐富,如南四湖有水生植物73種.預(yù)計(jì)調(diào)水形成的廊道效應(yīng)將使個(gè)別物種進(jìn)入東平湖.不過,受水環(huán)境及生境限制,能夠生存的水生植物種類將十分有限,并可能為東平湖原有的菰、水蔥等物種,生存空間也將限制在湖東部無壩地帶.因此,預(yù)計(jì)二期工程時(shí)東平湖水生植物物種多樣性不會(huì)發(fā)生較大變化.3.1.2提高區(qū)域生物量調(diào)水后水質(zhì)好轉(zhuǎn),富營(yíng)養(yǎng)化程度降低,浮游藻類生物量將有所下降.因此,能夠生存下來的水生植物的株高、密度及分布區(qū)域內(nèi)生物量將會(huì)有所提高,在一定程度上彌補(bǔ)水位升高對(duì)生存空間的不良影響.水質(zhì)的改善將會(huì)使馬來眼子菜、輪葉黑藻等對(duì)水質(zhì)要求較高的物種有所發(fā)展、生物量提高,鞏固其在群落中的優(yōu)勢(shì)地位;而穗花狐尾藻等耐污物種則會(huì)受到一定抑制,生物量相應(yīng)減少.雖然水生植物生存區(qū)域總體趨于減少,但由于物種間季節(jié)演替形成生態(tài)位的不同,相互間的競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)很劇烈.3.2經(jīng)過三年的開發(fā)，三個(gè)項(xiàng)目完成后3.2.1浮葉植物物種數(shù)量將繼續(xù)下降三期工程后,水位的變化已成為影響水生植物生存、分布的決定因素.預(yù)計(jì)水生植物物種多樣性將會(huì)明顯下降.挺水植物失去了適宜的發(fā)芽和生存水位高度,受水位抑制作用強(qiáng)烈,僅會(huì)在湖岸邊緣零星存在,最終將逐漸從東平湖淡出.浮葉植物雖然原有分布區(qū)水深已不符合生存,但在湖東部無壩地帶適宜水深處仍能繼續(xù)存在,部分漂浮植物會(huì)零星地混雜其中.沉水植物的物種數(shù)量預(yù)計(jì)變化不大.3.2.2浮葉植物生長(zhǎng)分析三期工程后,水生植物帶將會(huì)明顯縮窄.隨著時(shí)間推移,浮葉植物菱、芡將進(jìn)一步向湖東部無壩地帶遷移并縮窄,占據(jù)原挺水植物的分布區(qū)域.根據(jù)等深圖測(cè)算,預(yù)計(jì)浮葉植物面積為11.0km2,比目前減少63%左右.而沉水植物分布區(qū)域所受影響亦很大,主要生存區(qū)域?qū)楹|部無壩地帶及部分淺水湖岸,呈現(xiàn)出向湖岸帶遷移、縮窄的趨勢(shì).水生植物種群結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)出單一化的趨勢(shì),挺水植物基本消失浮葉植物菱、芡生存空間急劇減少;沉水植物也受到較大影響,能夠適應(yīng)較深水位的物種輪葉黑藻、馬來眼子菜、金魚藻、穗花狐尾藻等仍將成為優(yōu)勢(shì)群落.在其邊緣地帶可能與菱、芡形成混生群落.4水生植物物種多樣性的工程影響4.1東平湖水生植物從1979年至今,呈現(xiàn)出一定的衰退現(xiàn)象,物種多樣性減少,生物量逐漸下降群落結(jié)構(gòu)趨向簡(jiǎn)單,由環(huán)帶狀分布向斷帶狀發(fā)展.其形成驅(qū)動(dòng)力主要為大汶河水質(zhì)污染,過量的網(wǎng)圍、網(wǎng)箱養(yǎng)魚的影響,過度撈取以及水體富營(yíng)養(yǎng)化的間接影響.4.2南水北調(diào)東線工程將對(duì)東平湖水生植物產(chǎn)生較大影響.二期工程之后,物種多樣性變化不大也可能有外來種的進(jìn)入;各物種分布面積會(huì)有不同程度的下降;各植物分布區(qū)的生物量將有小幅提高;湖東部新擴(kuò)展地帶隨時(shí)間推移將成為挺水植物和浮葉植物的主要生存地帶,水生植物群落總體的斷帶狀分布將更為典型.三期工程以后,水生植物物種多樣性將明顯下降,種群