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水库消落带是水生生态系统与陆地生态系统的衔接过渡地带,对水库水体营养盐具有源和汇的双重作用。植被是消落带生态系统的重要组成部分,可以拦截、过滤大量由陆地向水体迁移的营养盐,但消落带淹水后植被腐烂分解将导致大量氮、磷释放而重新进入水体,这可能成为水库富营养化的重要污染源。三峡水库消落带面积达349km2,而针对消落带植物养分淹水释放的研究还缺乏实质性进展,因此,研究三峡库区消落带植物淹水后氮、磷养分释放特征是三峡水库营养源解析的重要内容,对三峡水库蓄水后环境效应评价及水环境保护具有重要意义。本研究借鉴陆地生态系统凋落物分解研究方法,利用生物调查方法,初步研究了三峡库区典型消落带草本植物的分布特征,开展了消落带优势草本植物的室内模拟和野外原位分解对照实验,力图查明消落带植物淹水后的矿化分解速率和氮磷养分的释放特征及其主要影响因素。主要研究结果与结论如下:
1.三峡库区消落带经过多次淹水陆生植被物种多样性急剧降低,消落带自然恢复植被类型主要为一年生草本植物,呈斑块状集中分布,沿水位高程梯度有层状分布特征。地上生物量、植被盖度和物种多样性沿水位高程梯度呈先增加后减小的抛物线状分布特征。消落带下部地上生物量和物种多样性与中上部存在显著差异。而且,随着物种多样性的提高,地上生物量也不断增加。
2.消落带草本植物初始基质的碳含量(345.6～451.0g/kg)、氮含量(5.1～28.5g/kg)差异显著(Pc＜0.05,PN＜0.01),而磷含量(1.78～3.47g/kg)彼此相近,植物种类之间无显著差异。消落带植物在淹水初期一个月左右时间分解较快,干重平均减少62％,分解率0.53g/d;而后期103d内干重减少21%,分解率0.072g/d。OIson指数衰减方程(Wt=a×Wo×e-kt)能够较好的描述消落带优势草本植物的分解失重动态。几种优势草本植物分解系数k值差异显著,平均为0.026±0.022d-1。
3.消落带植物的淹水浸泡会造成水体色度的加深、pH显著升高和氧化还原电位(Eh)的显著降低。消落带植物淹水后存在氮磷养分的释放,氨态氮和总氮释放过程浓度变化呈抛物线状,总磷释放过程呈对数曲线状。不同植物的氮磷养分释放过程、释放量、释放速率均存在显著差异。氮磷养分的释放峰值时间总氮(TN)=总磷(TP)＜氨态氮(AN),分别为15±10d和33±17d;养分释放量和释放速率均是总氮＞总磷＞氨态氮,释放量分别为:3.85±2.53mg/g、1.33±0.73m/g和0.92±0.80mg/g;释放速率分别为:0.305±0.189mg/g·d、0.155±0.149mg/g·d和0.035±0.040mg/g·d。
4.三峡库区消落带草本植物淹水后腐烂分解,在三个月的时间里,对三峡水库的氮磷污染负荷总氮平均22.4kg/hm2,氨态氮4.Skg/hm2,总磷8.9kg/hm2;完全腐烂分解后的污染负荷为:总氮平均为125.2kg/hm2,总磷21.0kg/hm2。消落带植被淹水分解后释放出的氮磷养分己成为三峡水库营养物质的重要来源和影响水库水环境安全的重要因素。
5.几种消落带优势草本植物淹水后的分解系数与其初始基质碳含量(P＜0.05)、C/N、C/P呈负相关,与氮含量(P＜0.01)、磷含量、N/P(P＜0.05)呈正相关。植物初始基质的碳含量越低,氮、磷含量越高,植物氮磷养分的释放量和释放速率就越大,释放峰值时间就越短。
6.不同pH值对消落带草本植物的氮磷养分释放过程和释放量有影响,且对不同植物影响程度不一致。酸碱性条件促进了消落带植物淹水分解后总氮(TN)、氨态氮(AN)和总磷(TP)的释放。酸碱性条件增加了消落带植物氨态氮(AN)的释放速率,但减小了总氮(TN)的释放速率,而对于总磷(TP)却是酸性条件下增加,碱性条件下减小。不同pH值条件下消落带植物的氮磷释放峰值时间酸性＞碱性＞中性,消落带植物氮磷养分的淹水释放量和释放速率总氮＞总磷＞氨氮。