澜沧江流域糯扎渡水库消落带植被的物种组成、空间分布特征及地形解释

澜沧江最大梯级水库——糯扎渡水库运行之后,消落带许多原有植被物种被淹消亡,造成大面积次生裸地以及严重水土流失现象.消落带植被亟待生态修复,但缺乏基本数据支撑和参考.2020年7月,基于轻型无人机支持下的3S技术,结合现场调研,采用神经网络模型、空间叠加分析、景观格局指数以及典型相关性分析等方法,提取了糯扎渡水库典型消落带植被分类图及地形数据,定量分析了研究区本土物种组成、面积、覆盖率、分布特征、景观空间格局及地形解释.结果显示,研究区消落带植被覆盖率达74.13%,涵盖18种植物,物种数量仅占蓄水前的18.9%,原生植物仅剩飞机草（Chromolaena odorata）存活,物种组成趋于简单,以一年生草本和多年生草本为主,分别占比55.56%、33.33%,菊科占据优势,苍耳（Xanthium sibiricum）、狗牙根（Cynodon dactylon）、牛筋草（Eleusine indica）和藿香蓟（Ageratum conyzoides）为主要优势物种,分别占比47.41%、29.39%、9.37%和4.56%,可作为生态修复备选物种.地形因子对消落带植被影响大小：高程>地表起伏度>水体距离>坡度>地形湿度指数>坡向.研究区优势植物均呈聚集分布,消落带中下部、上部分别以苍耳和狗牙根斑块为主导,苍耳和狗牙根在斑块优势度、连通性以及形状复杂性方面均远大于牛筋草和藿香蓟,表现出了较强的生存潜力.苍耳在地表起伏度0~1.26 m区段覆盖良好,狗牙根、牛筋草在地表起伏度0.78~2.07 m区段覆盖良好,当地表起伏度>2.07 m,植被生长困难.植被景观格局的破碎化程度、斑块形状复杂性分别与地表起伏度呈正相关、负相关,即地表起伏度越大导致植被景观格局越破碎和斑块形状越简单,进而导致种群生存力减弱.     

三峡水库不同间距高程消落带草本植物群落物种多样性与结构特征

植物群落结构特征与其生境具有重要关系.三峡水库消落带独特的水文状况和不同地区地理条件的差异导致其不同区域不同水位高程的植被群落结构差异.为研究三峡水库消落带典型区域植被群落结构特征,调查分析了位于三峡水库腹地的消落带上、中、下部3个不同间距高程(145~155、155~170、170~175 m)的草本植物群落物种组成、生物多样性和结构特征.结果表明:共发现49种草本植物,上、中、下部分3个高程物种数分别为4、18、45种,随高程的增加物种数呈较为显著的增加;3个高程草本植物平均盖度、平均密度和平均高度范围分别为(2.58%±1.29%)74.83%±2.57%、(43.58±85.93)466.08±48.04株/m²和(4.89±0.56)77.02±9.31cm.综合分析表明,三峡水库腹地小范围流域消落带草本植物物种组成和结构趋于简单化,由于受水淹胁迫影响及不同高程微生境的差异,不同高程消落带植物多样性有所差异,呈现出的群落特征也有所不同,因此应充分考虑不同水位高程物种组成和结构的差异性特征,分类(区)配置物种搭配、优化种间关系可促进消落带草本植物多样性以及群落结构的改善.     

三峡水库消落区植物群落演变趋势及优势植物适应策略

三峡水库周期性蓄水显著改变了消落区植物群落组成及多样性,植物群落的演变过程能反映和影响整个消落区生态系统的变化,但目前还缺乏长期连续的观测数据记录,因而本研究基于2009—2021年6月的固定样方长时间序列监测数据和优势植物叶片功能性状数据,分析了消落区3个高程(145～155、155～165和165～175m)区域植物群落多样性和优势植物重要值的变化趋势,通过冗余分析和蒙特卡罗检验揭示了水库运行特征参数和气象因子对消落区植物特征的影响。研究发现:1)消落区3个高程区域,优势植物差异明显,145～155和155～165 m区域以狗牙根、香附子和苍耳等为主,165～175 m区域以狗牙根、野胡萝卜和鬼针草等为主。145～155 m区域植物群落Shannon-Wiener多样性指数(1.47±0.47)和Pielou均匀度指数(0.67±0.07)显著低于165～175 m区域。2)2009—2021年期间,高程145～155和155～165 m区域Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数呈波动下降趋势,优势植物狗牙根和香附子的重要值呈增加趋势。3) RDA分析表明,...     

三峡库区与西南库区消落带植物多样性及群落构建比较

近年来,我国西南流域陆续建成多座梯级高坝大库工程,随之形成的大面积水库消落带面临着植物恢复等问题,能否借鉴三峡库区消落带已有的大量植物修复成果和经验尚缺乏科学依据。通过对2021年出露期三峡库区和西南库区消落带现存植物进行调查,采用淹水时间统一划分淹水梯度带,淹水时间7个月及以上为重度淹水区(S)、淹水时间为5～6个月为中度淹水区(M)和淹水时间4个月及以下为轻度淹水区(L),定量比较了三峡库区和西南库区消落带沿各淹水梯度的物种组成、物种多样性和系统发育多样性,探讨了水库消落带物种组成的驱动因子、植物群落构建策略以及多样性维持机制等。结果显示,三峡库区消落带共发现维管束植物20科36属36种,西南库区消落带共发现维管束植物21科41属45种,二者物种组成的Jaccard、Sorensen相似性系数分别为30.65%、46.91%,均以一年生为主要生活型、菊科和禾本科为优势科,相似的淹水时间可能是导致二者物种组成相似的主要因素;西南库区消落带的Gleason丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数整体优于三峡库区消落带,二者物种...     

南亚热带特大型水库浮游植物群落特征及其与环境因子的关系:以新丰江水库为例

为了解亚热带大型深水贫营养水库的浮游植物群落特征及生态现状,2019年9月至2020年8月对新丰江水库的浮游植物群落结构和水体理化指标进行了周年调查.结果 表明,新丰江水库水质达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅰ类标准,综合营养状态指数(TLI(∑))在15～28之间,整体上处于贫营养状态.共检出浮...     

华南热带水库丰水期浮游植物群落对氮、磷、铁加富的响应——以广东大沙河水库为例

富营养化是水生态系统主要的环境问题,自然条件下多种营养盐以组合形式进入水体,明确浮游植物群落对多种营养盐加富的响应对富营养化防治有重要意义。本研究以一座华南热带水库(大沙河水库)为例,分析了2021年枯水期(1—3月)和丰水期前期(4—6月)氮(N)、磷(P)、铁(Fe)和叶绿素a(Chl.a)浓度的变化趋势,并通过原位添加实验,解析浮游植物丰度和多样性对N、P、Fe加富的响应。结果表明:与1—3月相比,4—6月期间水体总磷浓度(TP)明显升高,总铁浓度(TFe)呈增加趋势但月度间波动较大,总氮浓度(TN)在4月最低,之后缓慢增加,期间Chl.a浓度从3月的5 μg/L快速增加到5月的29 μg/L。原位实验结果表明:浮游植物群落以蓝藻、绿藻和硅藻为主要组成,所有营养盐添加组浮游植物丰度均有增加,但只有NP同时添加时(NP和FeNP两组)生物量(以Chl.a表征)有显著升高;营养盐添加组细胞丰度的响应在门类和种类间差异明显,实验组组间群落结构和优势种类差异显著,所有处理组的群落多样性均明显高于对照组。N和P添加及其与Fe的联合添加(N、P、NP、FeN、FeP和FeNP)均导致蓝藻丰度升高,绿藻仅在NP添加组(FeNP组和NP组)显著升高且两组没有显著差异,硅藻仅在N和P单独添加组(N和P)显著升高。上述结果说明浮游植物生物量受N、P营养盐的共同影响而非单因子作用,N、P和Fe添加均影响群落结构和多样性,对水库富营养化的管理尤其是蓝藻水华防治应综合考虑3种营养盐的共同作用。     

热带水库敞水区轮虫种类组成与数量结构—基于海南7座典型水库的分析

海南省是我国典型的热带区域,目前对该地区浮游动物的研究和报道极少.为了解该地区轮虫的群落组成,于2006年12月和2007年5月对分布于海南省7座典型的水库敞水区进行了采样调查.共采集到轮虫32种,多为营浮游性生活的广温性和嗜温性种类.在不同时期,水库具体优势种类及其相对优势度有一定差别,主要优势种个体较小且有被甲.在丰水期,剪形臂尾轮虫和镰状臂尾轮虫为主要优势种,在枯水期则以柬隐三肢轮虫为主要优势种.海南省7座水库的平均丰度和生物量分别为66.8ind./L和21.6μg/L,均远低于亚热带和温带地区.总体上,海南省水库敞水区轮虫呈现出种类少、个体小、丰度低的特点.尽管两次采样期间的轮虫优势种的相对丰度存在一定变化,但轮虫的种类组成结构相对一致,反映出该地区水库轮虫的群落结构具有较高稳定性.     

热带水库浮游植物形态性状的季节变化及影响因子分析——以高州水库为例

体积、比表面积和最大轴性长度是浮游植物主要的形态性状,反映浮游植物资源竞争和反牧食能力.群落中物种的性状分布会随着环境条件的季节改变而变化,热带水库环境条件的季节性变化小,可能导致群落形态性状变化不显著.本文以热带大型水库——高州水库为研究对象,分析浮游植物形态性状季节动态及关键影响因子.高州水库浮游植物以丝状和单细胞藻类为主,群落水平的平均细胞体积在108.52~753.25 μm³之间,平均比表面积在0.93~2.08 μm^-1之间,平均最大轴性长度在5.21~17.44 μm之间,均有明显的季节特征.浮游植物群落平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关;平均比表面积与硝态氮浓度呈负相关.粘质长孢藻（Dolichospermum mucosa）和光角星鼓藻（Staurastrum muticum）是高州水库浮游植物优势种,其形态性状均具有明显的时空差异,表现出明显的形态可塑性.粘质长孢藻的平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈正相关,与水温呈负相关;平均比表面积与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关.光角星鼓藻的平均细胞体积、最大轴性长度与正磷酸盐浓度呈正相关.总体上高州水库浮游植物在群落和种群水平形态性状均有明显的季节差异,夏季以大细胞为主,其他季节以小细胞种类为主,水温、氮和磷的可利用性是导致浮游植物形态性状季节差异的关键因子.     

岩溶峡谷型水库沉积物磷形态分布及污染评价——以万峰水库为例

开展岩溶峡谷型水库沉积物磷形态分布、影响因素及污染风险研究,对区域水环境治理和水生态系统管理具有重要意义。研究选取典型岩溶峡谷型水库——万峰水库为研究对象,在分析沉积物磷形态分布特征基础上,识别沉积物磷形态空间分异影响因素并进行磷污染评价。结果表明,(1)沉积物总磷(TP)含量为79.37~438.04 mg/kg,无机磷(IP)占比为73.26%~78.84%,IP是沉积物磷的主要赋存形态。铁铝结合态无机磷(Fe/Al-Pi)含量为16.86 ~91.82 mg/kg,是IP的主要赋存形态;弱吸附态有机磷(H₂O-Po)含量为0.27~8.03 mg/kg,是有机磷(OP)的主要赋存形态。(2)残渣态磷(Res-P)、弱吸附态无机磷(H₂O-Pi)、钙结合态无机磷(Ca-Pi)、潜在活性无机磷(NaHCO₃-Pi)、Fe/Al-Pi是TP空间分异的主要影响因素。沉积物的厚度对于TP具有多重作用,与其他因素的共同作用影响显著。(3)生物有效性磷(BAP)含量为66.97~201.46 mg/kg,占TP的55.6%~59.6%;磷污染指数均值为0.53,生物有效性指数均值为0.81。表明沉积物磷污染程度整体为轻度污染,但仍存在潜在的内源磷污染上覆水体风险。建议岩溶峡谷型水库在控制外源磷输入的同时,也应加强对内源磷的管理,以降低内源磷释放污染上覆水体的风险。     

南方水库热分层消亡期混合层深度及缺氧区时空变化特征——以南宁市天雹水库为例

湖库热分层消亡引起的突发性水质恶化现象引起了广泛的关注,我国南方水库大多是暖单次混合型湖泊,每年混合一次,导致水库水质周期性下降,但目前对南方水库热分层消亡过程的高频监测研究较少。为探究我国南方水库热分层消亡期水体混合过程的时空变化规律及驱动因素,以广西南宁天雹水库为例,于冬季热分层消亡期(2019年11月—2020年2月)对水库多点位水体理化指标开展原位监测,并利用自建气象站获取气象水文数据。结果表明:(1)水库热分层消亡期间,过渡区水深较浅可在短期内达到完全混合状态且缺氧区同步消失;而湖泊区混合过程整体滞后于过渡区,混合层深度由6.85 m增加至13.65 m,缺氧区逐渐减小,缺氧指数(AI)由0.40减小至0.07,直至水体完全混合后缺氧区消失;水库过渡区较湖泊区提前约40 d达到完全混合状态。(2)气象因子是引起热分层结构变化的主要因素,气温(T)、辐射(R)与混合层深度(MLD)呈现显著负相关(R_T=0.927、R_R=0.925,P<0.01),风速(WS)与MLD呈现显著正相关(R_WS=0.728,P&...     

三峡消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程研究进展

流域氮污染问题是世界面临的共同难题,大型水利水电工程极大地改变了流域氮循环过程。三峡水库作为我国重要的优质淡水资源库,却面临着支流水华频繁暴发的水安全问题。如何有效削减氮污染并维持水库消落带生态系统的稳定性,是三峡水库生态安全运行中亟待解决的实际问题。水库消落带作为邻近水体的“生物地球化学循环热区”,在营养元素循环、面源污染截留、温室气体排放等过程中扮演着重要角色。随着生物信息学、分子生物学等新型研究手段在环境研究中广泛应用,氮循环过程与机理得到了更微观的诠释,氮循环功能微生物的多样性和生态位分化等方面的研究也取得了突出成果。本文基于对三峡水库消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程所开展的最新研究,结合消落带水陆交错的特殊环境条件,综述水库消落带中氮循环的关键过程和机理,分析水库消落带对流域水环境和温室气体排放的潜在影响,并对未来消落带亟待解决的问题做了进一步展望,以期为大型水库消落带生态系统的综合管理提供科学支撑。     

金沙江观音岩水库消落带绝对优势植物的表型可塑性与适应策略

金沙江是长江上游梯级大库富集之地,在金沙江地区选择典型水库开展植物表型可塑性和适应策略研究对该区一众水库生态治理具有重要的参考价值。本文以金沙江观音岩水库消落带为研究区,定量比较了经多年周期性水淹干扰后,绝对优势植物根茎叶性状的表型可塑性,分析了绝对优势植物应对主导因子的关键性状及其协同响应特征和权衡策略。结果表明:1)调查共记录了植物种类11科21属21种,优势度大于0.1的仅有狗牙根和苍耳,为绝对优势种。2)淹水对狗牙根和苍耳功能性状具有极显著影响,是二者功能性状变异的主导因子。3)狗牙根的株高、主茎长、分茎数量、主茎宽、叶片数量和叶面积,以及苍耳的分茎数量、叶片数量、根冠比和比叶面积的表型可塑性指数均超过0.6,是应对淹水的敏感性状。但是,狗牙根的叶片数量、叶面积以及苍耳的比叶面积对淹水的可塑性响应表现出短期时效性,为非适应性可塑性。4)淹水深度调控狗牙根在“逃避”策略和“静默”策略之间的权衡选择,并通过不同的性状组合以及地上和地下部分资源分配以协同响应。5)淹水导致狗牙根和苍耳的生态对策趋同,均采取S/SR策略。此外,相比于狗牙根为水库消落带的普遍推荐种,苍耳因其存在水质污染风险而褒贬不一,但苍耳具有重要的药用价值,能否在每次淹水来临前进行刈割值得进一步探讨。     

南亚热带富营养化抽水型水库轮虫的组成与动态

大镜山水库位于广东省珠海市,是一座供应珠海市和澳门特别行政区饮水的抽水型中型水库.抽水改变了水体的水动力过程以及水体生态系统的动态过程.为了解这一动态过程中轮虫的群落结构及环境冈子对轮虫的影响,于2005年1-12月,每月一次对该水库敞水区进行了采样调查.共采集到轮虫32种,其中,臂尾轮科12种,异尾轮科、腔轮科各有4种,它们主要是热带、亚热带地区的常见种和优势种类.热带龟甲轮虫(Keratella tropica)、对棘异尾轮虫(Trichocerea stylata)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)、迈氏三肢轮虫(Filinia maior)、裂痕龟纹轮虫(Anuraeopsis fissa)、角突臂尾轮虫(Brachionus angularis)、剪形臂尾轮虫(Brachionus forficula)、卵形无柄轮虫(Ascomorpha ovalis)、敞水胶鞘轮虫(Collotheea pelagiea)和卜氏品囊轮虫(Asplanchna brightwelli)为优势种,这些优势种个体小、具有硬被甲.轮虫的多样性指数在0.29-0.81之间变动,与相同营养水平的湖泊相比,大镜山水库轮虫的种类数和多样性指数均较低,轮虫丰度和生物量的分布范围分别为21-1094ind./L和4.04-1127μg/L,高峰期均出现在2月和5月,二者具有相似的动态特征.轮虫个体的大小范围在50-620μm之间,轮虫种类和丰度的组成均以200μm以下的小型个体为主,如裂痕龟纹轮虫、角突臂尾轮虫等,轮虫生物量组成主要是以200-400μm的中型个体为主,如卜氏晶囊轮虫、萼花臂尾轮虫(Brachionus Calyeiflorus)等,温度、透明度、浮游植物生物量和蓝藻生物量是影响水库轮虫群落结构特征和动态的主要环境因子.     

热带富营养水库敞水区浮游动物群落结构与季节变化:以广东大沙河水库为例

于2012-2013年对大沙河水库敞水区的浮游动物群落及环境因子进行监测,分析和探讨大沙河水库浮游动物群落结构的变化.2年共采集到后生浮游动物44种,其中桡足类5种、枝角类9种、轮虫30种.浮游动物种类组成季节变化较小,存在较多的常见种.2012、2013年浮游动物总生物量的年际波动范围分别为210.1~2560.5、512.7~3145.6μg/L,2012、2013年枝角类是浮游动物生物量的优势类群,分别占总生物量的45.5%、51.5%;其次是桡足类,分别占总生物量的31%、40%.枝角类的丰度和生物量与轮虫的丰度和生物量没有显著相关性,反映了它们之间的竞争强度较弱.2012与2013年的浮游动物总生物量不存在显著差异,但群落结构差异较大.2012与2013年对应月份的群落平均距离为0.61(SD=0.18),反映群落结构在季节变化上存在较大的随机性.浮游动物总丰度和总生物量存在较为明显的季节性变化:枯水期显著高于丰水期.群落组成与环境变量之间的RDA分析表明,由季风降水导致的水文变化是影响群落结构变化和产生随机性的关键要素.