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)整和儲存中心。線路的實施將對東平湖產(chǎn)生重大影響。1979年，山東省水生漁業(yè)廳對東平湖水生植物的種類、數(shù)量和分布進行了專項調(diào)查研究。1994年，龐清江進行了系統(tǒng)的調(diào)查，包括水生植物。然而，在實施江南東線項目后，對東平湖水生植物可能產(chǎn)生影響的研究仍然是空白。因此，本文對東平湖水生植物進行了實地調(diào)查，根據(jù)相關數(shù)據(jù)，對東平湖水生植物的衰退進行了初步分析，并對該湖水生植物的形成進行了系統(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)合計占水生植物生物量的74.6%;浮葉植物中的優(yōu)勢種為菱(Trapanatans)、芡(Euryaleferox),合計占15.87%;挺水植物優(yōu)勢種為菰(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年東平湖有水生植物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,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年東平湖水生植物共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年時還不存在,估計是大汶河流域漂流而入的,應防止其泛濫,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衰退動力分析1.2.1水質(zhì)污染指標cod和類水標準大汶河流域的污廢水以及水土流失嚴重地影響了東平湖的水質(zhì).主要污染指標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類水標準.1.2.2網(wǎng)圍養(yǎng)殖使水生物量過至2004年東平湖網(wǎng)圍養(yǎng)殖面積已達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)測數(shù)據(jù)顯示養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)指數(shù)P都在4級以上,遠高于非養(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)擴大趨勢.1.2.3圍墾導致的水土流失,經(jīng)營衛(wèi)生事件造成,是造成受圍墾者、是否對當?shù)赝顿Y、是經(jīng)營流動.兩水生植物的營養(yǎng)價值較高,其營養(yǎng)指標符合家畜、禽的飼養(yǎng)標準.因此,當?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,對植物群落形成了較為嚴重的破壞.此外,圍墾導致的湖灘地消失、植物發(fā)芽期時的高水位也是水生植物衰退的原因.2長江水入東平湖水南水北調(diào)東線工程分三期實施.一期工程重點是治污,規(guī)劃于2007年實現(xiàn)東平湖水質(zhì)穩(wěn)定達到國家地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水標準.二期工程規(guī)劃水平年為2010年,長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東平湖水環(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.二期工程設計蓄水位41.5m,高于多年平均水位1.05m.根據(jù)湖泊等深圖計算,原湖區(qū)平均水深達3.0m.湖東部無壩地帶將擴展23.5km2,平均水深1.2m.三期工程設計蓄水位43.0m,高于多年平均水位2.55m,原湖區(qū)平均水深4.50m.湖東部擴展29.9km2,平均水深2.7m.調(diào)水時間為3～10月,東平湖將呈現(xiàn)長期穩(wěn)定的高水位運行狀態(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,東平湖水體換水周期較長,約為337d.調(diào)水以后,將形成活性流動水體,換水周期大為縮短.經(jīng)計算,二期工程時換水周期約為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,進入東平湖的總磷(TP)、總氮(TN)等營養(yǎng)鹽將分別削減30%～50%左右,從而大幅度去除外源TP、TN的進入量;東平湖自南向北以往相對靜態(tài)的水體將呈現(xiàn)流動狀態(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,以及流動水體形成的擾動會使底泥中的N、P釋放.雖然COD、BOD5的大幅削減可使水體增氧,對底泥的釋放產(chǎn)生一定的抑制作用,但底泥N、P釋放對水體的補充過程將會存在相當長的時間.因此,上述因素的綜合將會使東平湖富營養(yǎng)化程度有所降低,但短時期還難以根除.3東平湖水生植物的水環(huán)境變化可能會影響水生植物3.1經(jīng)過2年的學習，項目結(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,透明度也是限制沉水植物萌發(fā)和生長的關鍵因子.水深增加或透明度低均會增加光衰減指數(shù),進而影響沉水植物的生長.有研究表明,當水深與透明度的比值超過2.50～5.59時,沉水植物生長受到威脅.按此方法計算,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年對東平湖的野外調(diào)查也驗證了此觀點.顯然,41.5m水位時東平湖水生植物適宜發(fā)芽和生長水位相應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)等深圖測算,預計這時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,預計其主要分布區(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與光補償深度和透明度呈顯著正相關,置信度為95%.根據(jù)此條件,推測新擴展的東平湖東部無壩地帶沉水植物可能恢復生長區(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小些,故其在水生植物中仍將成為優(yōu)勢類群.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.預計調(diào)水形成的廊道效應將使個別物種進入東平湖.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,預計二期工程時東平湖水生植物物種多樣性不會發(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)生物量將會有所提高,在一定程度上彌補水位升高對生存空間的不良影響.水質(zhì)的改善將會使馬來眼子菜、輪葉黑藻等對水質(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)勢地位;而穗花狐尾藻等耐污物種則會受到一定抑制,生物量相應減少.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,相互間的競爭不會很劇烈.3.2經(jīng)過三年的開發(fā)，三個項目完成后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.預計水生植物物種多樣性將會明顯下降.挺水植物失去了適宜的發(fā)芽和生存水位高度,受水位抑制作用強烈,僅會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,部分漂浮植物會零星地混雜其中.沉水植物的物種數(shù)量預計變化不大.3.2.2浮葉植物生長分析三期工程后,水生植物帶將會明顯縮窄.隨著時間推移,浮葉植物菱、芡將進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)等深圖測算,預計浮葉植物面積為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.水生植物種群結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)出單一化的趨勢,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)趨向簡單,由環(huán)帶狀分布向斷帶狀發(fā)展.其形成驅(qū)動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養(yǎng)化的間接影響.4.2南水北調(diào)東線工程將對東平湖水生植物產(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入;各物種分布面積會有不同程度的下降;各植物分布區(qū)的生物量將有小幅提高;湖東部新擴展地帶隨時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