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三峡水库建成运行后,库区水位每年在高程145 m至175 m之间的变化,在库区两岸形成海拔高度差达30 m,冬季淹没夏季出露的消落区。由于水文节律的巨大变化,消落区内许多植物因不适应现有环境而消亡,植被的组成和结构会发生急剧的变化,进而影响生态系统的生态服务功能。本论文针对三峡水库运行后消落区生态环境特点,通过野外调查和室内分析,系统地研究了三峡水库175m蓄水后消落区植被和土壤主要元素的动态变化,得出以下主要结论:
(1)三峡库区消落区植被动态特征水库蓄水显著改变了消落区原有植被物种组成和结构,灌木和乔木物种数显著减少,库区总的物种数也显著减少。长期的水淹使消落区植被以草本为主,并且以一年生草本占优势。植被群落结构受到淹水时间、淹水深度、重金属污染和土壤养分等因素的影响,其中,植被物种丰富度和多样性与水淹的时间、土壤重金属含量、总磷、有效磷、有效钾和硝态氮的含量呈显著负相关,多种因素的共同作用能更好的解释植被群落结构与环境因子的关系。
(2)三峡库区消落区土壤重金属动态变化消落区土壤重金属具有显著的时间变异性,总体上Hg和Cd含量有减少的趋势,但是Cu、Pb和Zn均有增加的趋势。水淹前(2008年)后土壤重金属具有显著的空间变异性,上游和下游地区As、Cd、Pb、Cu和Zn含量较高,As和Cd是主要污染物,主要来自生活污水和工业废水。水淹后(2009年),Hg、Cd和Pb为主要污染物,主要来自于交通污染和工业废水。水淹造成消落区土壤Hg、Cd、Pb、Cu和Zn的富集,这主要与蓄水时消落区频繁的物质交换以及水上航运有关。
人工和自然植被恢复区土壤重金属具有显著差异(例如As、Cd、Pb、Zn和Mn)。人工植被恢复区土壤重金属含量较低,说明人工植被恢复对于控制消落区土壤重金属污染具有一定的作用。地质累积指数法和因子分析表明自然植被恢复区的中度污染物Cd,以及人工和自然植被恢复区中轻微污染物Hg,污染物的主要来源有工业和生活污水来源、自然风化来源、交通污染来源和地壳来源。然而,土壤微生物群落结构却没有监测出土壤重金属污染。因此,将地球化学评价法和土壤微生物数量评价法相结合能够更好的评价三峡库区消落区土壤重金属的污染状况。
(3)三峡库区消落区土壤养分动态变化三峡库区消落区土壤养分除有效钾外,均呈现显著的时间动态特征,其中有机质、总氮和铵态氮呈现减少的趋势,总磷、总钾和有效磷呈现增加的趋势,而硝态氮则先减少后增加。土壤养分具有显著的空间变异性,在库区中游和下游土壤养分含量较高,这是土壤颗粒组成、植被和人为活动共同作用的结果。淹水增加了土壤有效钾的含量,减少了总氮、铵态氮和硝态氮的含量,这主要是因为淹水改变了土壤性质,包括土壤pH值和土壤机械组成,以及植被状况的改变促进河流和消落区之间物质的交换。淹水时间和深度对土壤养分含量的影响不大。
(4)三峡库区消落区植被恢复区土壤氮动态变化消落区植被恢复区土壤氮存在显著的时间动态特征。短期的植被恢复和水淹使得土壤中无机氮(铵态氮和硝态氮)含量显著下降,这主要与地表径流、水淹、植被吸收和氮的转化过程及其相互作用有关。植被和水淹提高了土壤的矿化和硝化潜力,反硝化潜力在植被恢复初期增加,在退水后又显著降低,这主要是由于土壤中有机碳和C/N改变和土壤容重降低有关。植被类型对土壤中的无机氮、矿化潜力、硝化潜力和反硝化潜力的影响主要是通过改变土壤中有机碳、氮的可利用和C/N。本研究表明植被恢复和水淹可以降低土壤中无机氮的含量从而降低库区富营养化风险。
然而,短期的水淹和植被恢复还不能充分的解释消落区土壤主要元素动态变化,需要长期的研究才能较好的分析植被和水淹对土壤元素循环的影响。另外,有关土壤毒理试验以及植被对重金属的生物富集等值得作进一步的研究和探讨。