论文部分内容阅读
三峡工程建成后,采用“蓄清排浑”的水位调度模式,在大坝上游形成了大面积水库消落区。库区蓄水改变了河流的水文节律,对消落区植物群落、土壤和水环境产生了巨大的影响,引发了消落区诸多生态环境问题。消落区的生态环境稳定关系到三峡工程的长期有效运行,对库区经济社会发展和长江中下游地区生态环境安全具有重要意义。本文以三峡库区腹心地带忠县-石柱段消落区为研究对象,通过在干流和7条主要支流进行样地调查及采样,运用植物群落学、环境生态学及GIS空间分析等研究方法,从消落区植被物种组成、地理区系、群落类型、物种多样性空间分布、入侵植物、土壤和水体重金属空间分布、重金属污染评价以及生境因子相关性等方面进行了综合研究,在此基础上开展消落区生态系统健康评价,明确消落区生态环境质量现状以及面临的生态环境问题,以期为消落区脆弱生态系统的保护和修复提供理论基础。主要研究结果如下:（1）野外样地调查忠县-石柱段河岸共计维管植物69科187属241种,其中消落区46科123属155种,非消落区59科142属174种,消落区与非消落区均分布的有88种。消落区与非消落区物种组成存在一定差异,消落区植被以一年生植物和多年生耐水淹草本植物为主;非消落区植物群落乔木、灌木物种更加丰富。种子植物科、属地理区系类型均以热带与温带分布为主,体现了三峡库区亚热带季风气候区的区位特征。河岸入侵植物共44种,占总物种数的18.26%,其中菊科植物种类最多,共有14种;入侵植物主要原产地为美洲大陆,生活型以一年生植物为主;消落区入侵植物种类和数量均高于非消落区,尤其是人类活动频繁的城镇消落区,外来植物入侵是造成消落区生态脆弱的重要原因之一。（2）消落区植被以草本群落为主,Ward方差聚类将消落区草本群落分为18个群丛,其中苍耳+大狼杷草+空心莲子群丛、狗牙根+苍耳+雀稗群丛和狗牙根+空心莲子草+酸模叶蓼群丛分布较广;受水淹梯度影响,消落区群落类型数量随海拔升高逐渐增加,低高程区、中高程区和高高程区群丛类型分别有5种、9种和13种。（3）物种多样性空间分析表明:受水淹和人类干扰,消落区群落物种多样性空间分布差异明显。在垂直方向上,消落区物种多样性指数随海拔升高逐渐增大;物种多样性沿干流水流方向的空间分布受人类活动影响显著,在人类干扰大的城镇区域,物种多样性指数显著降低;干流南北岸物种多样性指数差异不显著,支流受人类活动影响影响较小,上、中、下游物种多样性指数差异不明显。（4）消落区土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn元素平均含量分别为:19.57、0.43、167.81、26.31、0.07、35.30、30.72和96.26 mg/kg。地累积指数平均值排序为As＞Cd＞Cr＞Zn＞Pb＞Hg＞Cu＞Ni,内梅罗单因子指数平均值排序为Cd＞Cr＞As＞Zn＞Ni＞Pb＞Cu＞Hg,潜在生态风险系数平均值大小排序为Cd＞Hg＞As＞Pb＞Ni＞Cu＞Cr＞Zn。3种方法评价结果基本一致,消落区土壤重金属污染程度较低,以无污染和轻污染为主,存在一定程度的中-强污染,主要污染元素为As、Cd、Hg和Cr,需加强土壤重金属污染防治。（5）GIS空间分析结果表明:土壤重金属空间分布主要受人类污染源影响,在干流和支流表现出空间异质性。其中Cd、Cr、Pb和Zn元素含量随海拔升高逐渐减小,其余元素未表现出海拔梯度差异;沿干流水流方向重金属含量波动较大,城镇消落区含量显著高于农村消落区;干流南北岸重金属含量差异不显著,各支流重金属分布受人类活动影响,上、中、下游消落区含量差异较大。（6）水体As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn元素平均含量分别为:5.17、0.26、4.85、7.72、0.01、0.17、3.76和134.86μg/L,除Zn外,其余元素均达到《地表水环境质量标准》中Ⅰ类标准。各元素空间分布差异明显,在沿江城镇河段水体中含量较高,支流中不同河段含量变化也较大。7种元素单因子污染指数平均值均小于1,研究区水体整体比较清洁,但存在一定程度的Pb、Hg污染;水体中对人体健康风险较高的为Cr元素,有47.14%点位超过最大可接受风险水平,其余元素风险值均较低,需要加强水体Cr、Pb和Hg污染防治。（7）生境因子相关分析表明:消落区植物群落对重金属空间分布影响较小,重金属分布主要受人类污染源影响。土壤重金属元素之间相关性较高,可能具有相同的来源;水体重金属元素相关性较低;物种多样性指数与重金属空间分布相关性不显著;大狼杷草、马唐、鳢肠、香附子等物种构成的群落的土壤Cd、Cr、Cu、Pb和Zn元素含量显著低于其他类型群落,土壤重金属空间分布在一定程度上受到植物群落物种组成的影响。（8）消落区生态系统健康评价表明:城镇消落区生态系统健康状况较差,面临着生物多样性降低、外来植物入侵、土壤及水体重金属污染等生态问题;非城镇消落区和支流消落区受到的人类活动影响较小,生态系统健康状况良好。人工植被恢复和自然保护模式适用于人类干扰较小的消落区,而在人类干扰强烈的城镇消落区,可采用滨江工程等措施予以保护和修复。