江汉湖群缓冲区水文特征和土地利用类型对水生植物多样性的影响及其尺度依赖性研究 - 景观和流域的比较

Macrophytes have been used as a key bio-indicator for the assessment of lake ecological status. In biogeography, it is well established that lake-scale variables and multi-scale variables (e.g. catchment or landscape) both have effects on the species diversity of lake macrophyte. Landscape-scale variables (lake riparian buffers) represents the effects of the groundwater interacting with the lake water on the lake macrophyte richness and diversity, while catchment-scale variables (lake topographic catchment) could be used to characterize the influence of surface water on macrophyte species diversity. Most previous studies focus on the purification mechanism of macrophyte absorbing the nutrients and heavy metals from lake water, while few domestic studies focus on the big sample sizes from a large spatial scale. The study chooses Jianghan lake group as the research objects. Hydrological connectivity and land use within the landscape surrounding each lake, at continuous spatial extents varying from 0.1 km to 5 km from the shoreline, with (catchment buffer) and without (landscape buffer) adherence to the catchment boundary, were constructed using GIS. The study highlights the key spatial extent of landscape or catchment buffers for restricting adverse effects of human activities, such as farming, drainage and stream engineering on lake ecosystems, especially those with protected status. The study could provide recommendations for government planning on the protection of the lake biodiversity.

水生植物是衡量湖泊生态系统健康的重要生物指标之一。水生植物多样性被认为是湖泊理化因子和多尺度（如景观、流域）限制因素共同作用的结果。湖泊的景观尺度（沿湖泊岸线向外等距离的缓冲带）指示湖泊水位和缓冲带地下水位的相互作用去除污染物的过程；流域尺度（湖泊的集水区）反映了湖泊上游地表径流对水生植物的影响。国外关于缓冲区的研究主要围绕尺度依赖性，结果表明毗邻湖泊岸线的土地利用对水生植物的影响超过湖泊整个流域的影响。国内研究侧重于单一湖泊的缓冲区对污染物的截留机理研究，缺乏以湖泊大数据为基础的尺度效应研究。本研究以江汉湖群为研究对象，通过尺度依赖性研究确定对湖泊缓冲区人为干扰（如农田，人为筑坝等）在不同生态尺度（景观和流域）的最佳限制距离范围，为政府制定湖泊生态系统的生物多样性保护规划提供理论依据。

水生植物作为湖泊初级生产力是水生食物网的基本组成，是湿地水质的重要指示性植物。水生植物物种多样性对淡水生态系统的富营养化程度做出不同的响应，有助于预测淡水生态系统的变化和稳定。本研究以江汉湖群和安徽多塘系统缓冲区土地利用类型和湖泊水体环境作为评估指标，探讨在缓冲区不同尺度范围内，湖泊和池塘周边的土地利用类型和水文特征对水生植物物种多样性影响的尺度依赖性。研究以江汉平原的32个湖泊群为研究对象，基于文献和以往数据积累搜集到湖泊的水生植物物种和水体理化指标数据，分别从景观和流域两个尺度，利用尺度依赖性分析方法发现：景观缓冲区2.5km内的农田和城镇建设覆盖面积对水生植物多样性和群落构建影响最大。研究也发现流域缓冲区内的人为干扰对江汉湖群的水生植物多样性影响不大，可能是因为江汉湖群大部分湖泊已非严格意义上的自然湖泊，人为调控水位使得自然集水区的影响被大大削弱。多塘系统的研究结果表明人为干扰对水生植物多样性的影响尺度主要在缓冲区75m内；在最靠近池塘的10m缓冲区范围内，农田的影响最大；建筑对池塘水生植物多样性的影响在250m最大，随后影响力缓慢降低。土地利用方式对不同富营养化程度池塘的尺度依赖性表现为最大空间尺度随营养程度增加呈递增趋势。对于富营养化程度较低的湖泊来说，人为干扰影响水生植物多样性的最佳范围为100m。中等营养程度和重度富营养化湖泊的最佳影响范围分别为150m和200m。