洪泽湖湿地退化区植被构建技术效果评估

摘要 为评估洪泽湖湿地围网拆除区水生植被修复技术应用示范与推广工程的效果，基于样方调查及水质、沉积物检测，通过单因素方差分析（ANOVA）对项目区与对照区进行对比评价。结果表明，项目区生物组成与生物多样性相比对照区有明显提升;项目区水质情况有所改善，但敞水区由于水生植被尚处于群落演替发育早期，缺少植物净化，硝酸盐氮含量较高，整体水质特别是溶氧量相比对照区有明显提升;沉积环境富营养化程度得到明显改善。总体来看，该技术取得了良好效果，项目区整体生态环境得到了一定程度上的修复。

关键词 洪泽湖;湿地;退化区;生物多样性;水质;沉积物

中图分类号 X 171.4  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）18-0075-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.18.019

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effect Evaluation of Vegetation Construction Technology in Wetland Degradation Area of Hongze Lake

LI Cheng-zhi1，DONG Qian2，GUO Yan-ru2 et al

（1.Sihong Hongze Lake Wetland National Nature Reserve，Sihong，Jiangsu 223900;2.School of Life Sciences，Nanjing University，Nanjing，Jiangsu 210046）

Abstract To evaluate the Hongze lake wetland seine demolition area aquatic vegetation restoration technology application demonstration and extension project，based on the quadrat investigation and detection of water quality，sediment by single factor analysis of variance （ANOVA） for evaluation of project area compared with the control area，the results showed that the project area of biological control area had significantly increased compared with biodiversity.The water quality of the project area was improved，but the nitrate nitrogen content was higher in the open water area because the aquatic vegetation was still in the early stage of community succession and development，lacking plant purification.However，the overall water quality，especially dissolved oxygen，was significantly improved compared with the control area.The eutrophication degree of sedimentary environment was improved significantly.In general，the technology had received good results，and the overall ecological environment of the project area had been restored to a certain extent.

Key words Hongze Lake;Wetland;Degradation area;Biodiversity;Water quality;Sediment

湖泊生态系统具有调蓄水资源、改良水质[1]、提供动物栖息地、调节局部气候[2]等重要的生态学意义，包括水陆交错带和敞水区，与河流相比，湖泊生态系统流动性差，物质交互缓慢，含氧量相对较低，更容易被污染[3]。

洪泽湖是我国第四大淡水湖、江苏省第二大淡水湖，是南水北调工程重要的水源地和调节湖泊，近年来，由于围湖造田、围网养殖、过度捕捞等人类活动的严重干扰，洪泽湖及湖区湿地面临着生态功能萎缩、生境破碎化程度升高、生物多样性下降等一系列问题，有研究表明，湿地退化已经成为限制洪泽湖区可持续发展的主要因素[4]。为了探究洪泽湖水质主要限制因子，在湖区范围内已经开展了许多科学研究，表明TN、CODMn和TP是洪泽湖水环境治理最重要的控制因子[5]，特别是氮、磷已经成为湖区主要超标的污染物，湖区总体仅达到Ⅳ类水质标准[6]。在针对影响湖区水质的主要因子的研究中发现，建设用地、围网和围圩养殖面积增加以及景观破碎化增强与湖区TN、TP浓度上升呈显著正相关[7]。

为了改善洪泽湖区及湖区湿地的生态环境，有必要通过退渔还湿、退圩还湖、两船清理、十年禁渔、增殖放流和生态移民等措施，减少人类活动干扰，促进洪泽湖湿地的生态恢复。

据调查，洪泽湖区拆除围网大面积退渔还湿后，由于湖区景观单一、生态位空缺，导致外来物种喜旱莲子草（Alternanthera philoxeroides，又称水花生）入侵并大肆蔓延，形成单优群落，有研究表明，水花生群落的水环境效益较差[8]，且会造成本土物种多样性下降[9]。保护区范围内有约0.3万hm2的生态脆弱区亟待修复，多样性植被构建与适应性管理有可能对水花生的入侵起到抑制作用，并促进湖区湿地生态系统功能提高。对此，在江苏泗洪洪泽湖湿地国家级自然保护区怀洪新河入湖口北侧开展了湿地退化区的水生植被修复技术应用示范与推广工程，对湖区进行植被和生态环境的修复。该项目对生态系统的修复工程包括湖区地貌改造、土著物种再植、水生群落重建等，以实现洪泽湖区生物多样性提高和水环境改善的目标。将研究示范区水生植被修复技术推广应用至保护区其他生态脆弱区甚至将要实施退渔还湿的江苏省其他湖泊湿地区域上，将产生巨大的生态效益和社会效益。该研究主要针对该水生植被修复技术应用示范与推广工程，通过对生物多样性、水质指标、沉积物指标的检测，评估该项目工程对洪泽湖区生态环境的修复效果。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

洪泽湖是由黄河夺淮形成[10]，洪泽湖区（118°10′～118°52′E、 33°06′～33°40′N）位于我国江苏省淮安市与宿迁市，涉及淮阴区、宿豫区、洪泽区、盱眙县、泗阳县、泗洪县6个区县，在南水北调工程中发挥重要的调节作用。水域总面积1 708 km 湖区流域保护面积达3 704 km 平均水深1.90 m，最大水深可达4.50 m，平均入湖水量342亿m3，出湖水量313亿m3，平均水位12.55 m。

本植被景观构建技术项目范围为江苏泗洪洪泽湖湿地国家级自然保护区怀洪新河入湖口北侧，溧河洼区域，中心地理位置为118°13′26.630″～118°13′30.782″E、33°14′11.420″～33°14′12.869″N，总面积约18 600 m2（图1）。项目区为新拆围网水域，景观和生物多样性退化严重。但其水下微地形、水环境在围网拆除区域具有典型代表性，同时该区域位于暖温带与北亚热带分界线，水域水深常年保持在2 m上下，温度和光照等条件适合浮游生物及沉水、挺水植物的生长繁殖。

1.2 数据采集与分析

2021年6月，在项目区根据群落类型采集水质样品和沉积物样品，具体采样编号及对应位置和群落类型见表1和图2。另外在不同的恢复区域随机取1 m×1 m样方，统计样方内植被盖度、物种类型及分布比例。

将采集好的样品进行分类测定，测定均依照国家水质和土壤测定标准，水质样品检测方法具体见表 沉积物样品检测方法具体见表3。

将采集的样方数据按照恢复区分类整理，分别计算样方内群落的Simpson多样性指数（D）[11]、Shannon-Wiener多样性指数（H′）[12]和Pielou均匀度指数（J）[13]。Simpson多样性指数描述的是从一个群落中连续2次抽样所得到的个体数属于同一种的概率;Shannon-Wiener多样性指数借用了信息论的方法，测量对象是系统的序或无序的含量，反映了群落物种构成的复杂性;Pielou均匀度指数反映群落均匀度。计算公式如下：

D=1-Si=1P2i（1）

H′=-Si=1（PilnPi）（2）

J=H′log2S（3）

式中，S为物种数;Pi为种i的个体数占群落中总个体数的比例。

以上计算均由Excel 2020软件完成，并使用RStudio 4.0.5 绘制条形图并进行单因素方差分析（ANOVA），分析结果包含在条形图中。

2 结果与分析

2.1 生物组成及多样性变化

从表4可以看出，对照区优势种有水花生（Alternanthera philoxeroides）和芦苇（Phragmites australis）等，试验区优势种有水蓼（Polygonum hydropiper）、莎草（Cyperus rotundus）、酸模（Rumex acetosa）、蛇床（Cnidium monnieri）等草本植物和荇菜（Nymphoides peltatum）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）、菹草（Potamogeton crispus）、浮萍（Lemna minor）等水生植物。此次调查共记录植物33种，分属23科32属。其中禾本科植物种数最多（4种），其次为莎草科（3种）、菊科（2种）、蓼科（2种）、十字花科（2种）、水鳖科（2种）、眼子菜科（2种）等。

据统计，项目区内优势种基本情况如表5所示，根据《中国植被》对植物生活型的划分，项目区植物以多年生草本为主，依据植物对水分的适应特点，项目区植物以水生植物为主。

从图3可以看出，各样方盖度之间差异性不显著（P=0.080 2），对照区植被平均盖度为77.22%，除芦苇区（82.26%）外，对照区植被盖度高于其他区域，且明显高于自然区（46.36%）、浮叶区（70.29%）和沉水区（58.18%）。

从图4可以看出，各区域Simpson多样性指数（D）有极显著差异（P=0.001 63），除芦苇区外，其余区域D指数都大于对照区，特别是自然区和浮叶区，多样性明显高于对照区。各区域Shannon-Wiener多样性指数（H′）也有极显著差异（P=0.001 02），且趋势与D指数一致，当H′指数大于0且小于1时，生物多样性较差，H′指数大于等于1时，生物多样性良好[14]，除自然区、香蒲区、沉水区生物多样性良好外，其余区域多样性均较差。各区域Pielou均匀度指数（J）有极显著差异（P=0.000 657），对照区均匀度显著高于试验区，当J指数为0.8以上时，生物均匀度较好[15]。

2.2 水质变化

从项目区内各采样点水质物理指标（图5）可以看出，各样点水质电导率（EC）无显著差异（P=0.811）。对照区氧化还原电位（ORP）与试验区各组间无显著差异（P=0.174），但对照区氧化还原电位（207.13 mV）明显高于漂浮区（195.27 mV）。各样点水面温度有显著差异（P=0.009），航道区（27.13 ℃）和对照区（27.33 ℃）水面温度明显低于各试验区。各样点水质透明度也有显著差异（P=0.009），表现为对照区水质透明度（0.39 m）明显低于漂浮区（0.43 m）和挺水区（0.43 m）。

将样点水质化学指标与《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）进行对比，结果发现（图6），各区域高锰酸盐指数（CODMn）有显著差异（P=0.007），航道区（6.40 mg/L）和对照区高锰酸盐指数（6.67 mg/L）明显低于挺水区（6.94 mg/L）和敞水区（7.42 mg/L），各区域高锰酸盐指数均符合Ⅳ类水标准。而各个样点硝酸盐氮（P=0.71 达到国家标准）、氨氮（P=0.279，均达到 Ⅰ 类水标准）、总氮（P=0.667，均达到Ⅱ类水标准）、总磷（P=0.550，均达到Ⅳ类水标准）含量均无显著差异。各区域水样pH有极显著差异（P=0.000），航道区（7.48）和对照区（7.46）pH均低于试验区，但都在国家标准范围内。各区域水样溶解氧（DO）有极显著差异（P=0.000），其中航道区（5.96 mg/L）和对照区（5.78 mg/L）符合Ⅳ类水标准，明显低于试验区（Ⅰ 类水标准）。各区域硝酸根离子有显著差异（P=0.002），且对照区（0.26 mg/L）明显低于其他区域。