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湿地植物在长期的进化过程中逐步适应了自然水文节律,其散布、生长和繁殖均需要特定的水文条件。然而,江湖阻隔和水电工程等改变了长江泛滥平原湖泊的自然水位波动节律,导致湖泊植被严重退化。因此,开展长江泛滥平原湖泊植物的水位波动需求研究,对湖泊植物多样性的保护以及泛滥平原的管理均具有重要意义。目前国际上关于泛滥平原植物的水文需求主要集中于河漫滩的少数木本植物,草本植物则基本没有涉及。鉴于此,本研究选择长江泛滥平原14个湖泊进行野外调查,系统开展了湖泊植物的水位波动需求研究,取得主要结果如下:
1.根据水文特征对长江泛滥平原湖泊进行了初步分类。以长江干流(湖口)水位波动作为参考,初步将湖泊的水位波动型式划分为三大类,即近自然波动湖泊、间歇性波动湖泊和水库型波动湖泊。
2.系统分析了不同水位波动型式湖泊植物的群落特征及其影响因素。对三种不同水位波动型式湖泊植物的群落结构进行了分析,结果表明有较大差异。环境因子分析表明,水文因素对湖泊植物的分布和群落特征(种类数、盖度和生物量)均有重要影响。
3.系统分析了水位波动对长江泛滥平原湖泊植物的影响及其作用机制。长江泛滥平原湖泊共有植物55科、316种。除浮叶植物外,水位波动幅度对其他生活型植物均有显著影响。在中等波动幅度(4-5m)下,湖泊植物总种类数达到最大。水位波动的其他参数(变化速率、发生时机、持续时间和水深等)分别在植物生活史不同阶段影响植物的萌发、生长和繁殖。水位波动型式对湖泊植物的作用是水位波动各参数综合作用的结果。
4.划分了长江泛滥平原湖泊植物水位制约共位群。依据物种分布、水文生态位和综合指标三种方法划分了湖泊植物水位制约共位群。相比之下,前两种方法的划分结果都较为混乱;第三种方法较为理想,但植物水文特性所占权重相对较小。以第三种方法的划分结果为基础,结合野外实际情况,初步划分了长江泛滥平原湖泊植物水位制约共位群。
5.分析了不同共位群和湖泊植物的水位波动需求。通过野外比较湖沼学分析和室内模拟实验,系统分析了芦苇共位群和灰化苔草共位群的水位波动需求。芦苇共位群在近自然波动湖泊发育较好,适宜的淹没时机为6-8月,适宜的淹没时间为20-140天。苔草共位群在间歇性波动湖泊发育较好,1-5月需要稳定的水位,最适分布高程为水面以上85cm,最适淹没时机为6月,最适淹没时间为130天。鉴于数据量的限制,对其他共位群的水位波动需求只做了简要分析。最后,以湖泊植物多样性达到最大作为主要恢复目标,提出了长江泛滥平原湖泊植物的水位波动需求模式。
6.以巢湖为案例,系统分析了水生植被的退化原因,并提出了水生植被恢复的水位调控措施。自然水位波动节律改变使水生植物萌发期(2-3月)和快速生长期(4-6月)的水位需求得不到满足,是巢湖水生植被退化的主要原因。根据不同的植被恢复目标,制定了相应的水位调控方案,并对不同方案进行了比选。按照推荐的调控方案,1-3月水位应保持在7.5m,4-6月在7.5-9.0m,7-9月在9.0-10.5m,10-12月在7.5-9.0m。水位调控后巢湖水生植被盖度预计恢复到10%左右。
本论文主要的创新点是:较系统地研究了长江泛滥平原湖泊植物的水位波动需求,初步建立了湖泊植物水位波动需求的评估方法体系。