河流水文变化对河岸带植物群落的影响

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由于人为或自然干扰的影响,河流水文条件的变化对河岸带植物群落有严重干扰,植物群落特征发生重大改变。开展河岸带植物群落对水文变化的响应的研究,对维护湿地生态平衡、保护河岸带生物多样性、改善生境质量、提升河岸带管理、促进生态修复及河道可持续发展具有重要的意义。  本研究以“河流水文变化对河岸带植物群落的影响”为主题,以两个科学问题为主线,从河岸带植物群落对河流水文变化响应的思路出发,在两个案例区(北京永定河和的德国易北河中部)研究河流水文变化对河岸带植物群落的影响。通过比较不同水文类型样方的植物群落特征的差异,旨在揭示植物群落结构和功能对水文变化的响应。从生物多样性、物种来源、区系结构、生活型、生态型结构和生物量等多方面对不同水文类型生境的植物群落特征进行了详细分析与比较,对受河流断流和洪水等影响、与水文变化相关的环境影响因素进行总结和排序,并探讨这些影响因子对植物群落的影响,最后综合各项结果对河岸带生态系统的管理和生态恢复提出建议。主要结论如下:  (1)永定河河岸带草本植物群落共有维管束植物17科43属56种,其中种子植物16科43属55种,蕨类植物有1科1种。常年有水河段的种子植物有32种,占总种数的57.1%;季节性有水河段共有22种,占总种数的39.3%;常年干涸河段有17种,占总种数的30.4%。在三种水文类型的河段中,种数最多的科均为禾本科和菊科,分别占各自河段总种数的比例在25%以上。与常年有水和常年干涸河段相比,季节性有水河段具有最高的物种丰富度和生物多样性指数。常年有水与季节性有水河段的湿生种构成有最高的相似性。  (2)永定河河岸带植物群落的生态型和生活型结构在不同水文河段具有显著性差异,但是它们对河流水文变化具有不同的生态响应。从常年有水到季节性有水河段,一年生和二年生植物比例增加至59%,而多年生植物比例则降低至41%。而随着干旱进一步加剧,到常年干涸河段,生活型结构则基本保持不变。而生态型结构从常年有水到季节性有水河段仅有微小变化,但随着水文条件进一步丧失,到常年干涸河段,生态型结构发生剧烈变化。中生和旱生种的植物比例分别增加了12.8%和11.8%,而湿生种比例则大幅下降了24.6%。常年有水河段的植物地上生物量显著地高于其它两个水文类型河段。  (3)北京永定河河岸带植物群落特征的主要梯度与水文因子及相关联的土壤因子有显著的相关关系。RDA分析结果显示,河岸带水文因子土壤湿度与土壤全氮呈现正相关关系,这表明具有更高营养水平和更湿润土壤的河岸带生境可产生更高的区域性草本生物多样性。河岸带多年生植物更倾向于选择一个具有高土壤养分和常年有水的环境。植物生态型结构与水文因子强相关关系,表明植物群落对于水文条件的长期生态响应。而生物量和土壤全氮、水文因子具有正相关关系,表明河岸带植物在湿润与土壤营养丰富的环境中具有更好的生态功能。  (4)德国易北河中部的河岸带草本植物群落共有维管束植物29科76属113种,其中种子植物28科75属112种,蕨类植物有1科1种。湿润草地的种子植物有35种,占总种数的30.7%;中湿草地的种子植物共有50种,占总种数的43.9%;干旱草地有最多的种子植物,共有78种,占总种数的69.3%。在三种水文类型的分层草地中,种数最多的科均为禾本科和菊科,分别占各自河段总种数的比例在28%以上。三个水文类型分层中,湿润草地的物种丰富度和生物多样性指数最低,中湿草地与干旱草地的香浓多样性指数都较高。中湿草地和干旱草地在各个生态型物种构成上都具有最高相似性。  (5)德国易北河中部河岸带植物群落的生态型和生活型结构在不同水文河段具有显著性差异,但是它们对河流水文变化具有不同的生态响应。在三种水文类型分层样方中,多年生植物的比例都占据主导优势地位,比例始终在66%以上。而从湿润草地到中湿草地,一年生植物比例仅有微小的变化;但随着水分进一步递减,一年生植物比例则发生剧烈变化,锐减至干旱草地的13.8%,降幅超过50%。从湿润草地到中湿草地,湿生种从湿润草地的68.6%降至中湿草地的50%,而中生种和旱生种的比例则不断增加。随着水分条件进一步递减,到干旱草地湿生种比例已锐减至30%,而中生种和旱生种比例已经分别增加至45%和25%。  (6)德国易北河中部的河岸带植物群落特征的主要梯度与水文因子及相关联的土壤因子有显著的相关关系。RDA分析结果显示,德国易北河中部的河流水文因子是影响河岸带植物群落结构最重要的环境因子,同时也揭示了与水文因子相关的土壤营养因子对河岸带植物群落也产生影响。河岸带水文因子洪水滞留时间、地下水最大值与土壤有效钾呈现正相关关系,这显示了河岸带水文状况的改变影响了土壤环境因子。本研究结果表明,受洪水物理胁迫较小的河岸带生境可能产生更高的区域生物多样性,河岸带多年生植物倾向于选择具有受洪水干扰较小,但仍有一定水分支持的环境生长。  (7)在河流极端水文事件(河流断流和洪水)的影响下,两条河流的植物群落生态型结构和生活型结构对水文变化的响应表现出相同的规律。随着环境中水分条件的增加,从干旱草地到湿润草地、从常年干涸到常年有水河段,湿生种比例增加,中生和旱生种比例减少;一年生植物的比例呈单峰型变化,在“中等干扰”的水文条件生境中(季节性有水和中湿草地)比例最高。两条河流河岸带植物的生物多样性对干扰强度的响应上呈现出相同的规律:随着胁迫干扰(干旱和水淹胁迫)强度的增加,两条河流河岸带植物的生物多样性均逐渐降低。两条河流的河岸带植物群落与环境因子都呈显著相关关系,河流水文因子是影响植物群落的最重要的环境因子,受水文变化影响的土壤因子也对植物群落产生影响。  对北京永定河和德国易北河中部河岸带植物的研究结果表明,河流水文条件变化对河岸带植物群落结构和功能有很大的影响。河岸带植物群落在生物多样性、生态型结构、生活型结构和生物量等方面对水文变化产生了生态型响应。河岸带植物群落结构和功能的变化与河流水文条件有重大关系,因此河流极端水文事件对河岸带生态系统的影响已不容忽视。
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