滇池湖濱濕地植物對環(huán)境影響及經(jīng)濟效益分析

譚 喨，劉春學(xué)，徐 杉，王鵬云，曾 艷

(1.云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，云南昆明650216；2.云南財經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650221；3.昆明學(xué)院，云南昆明 650214；4.云南省昆明農(nóng)業(yè)氣象試驗站，云南昆明650228)

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滇池湖濱濕地植物對環(huán)境影響及經(jīng)濟效益分析

譚 喨1，劉春學(xué)2，徐 杉3，王鵬云4*，曾 艷4

(1.云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，云南昆明650216；2.云南財經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，云南昆明650221；3.昆明學(xué)院，云南昆明 650214；4.云南省昆明農(nóng)業(yè)氣象試驗站，云南昆明650228)

[目的]分析滇池湖濱濕地蘆葦和茭草對氮、磷、有機質(zhì)的累積吸收量，并計算滇池湖濱濕地的養(yǎng)分循環(huán)效益和氣候調(diào)節(jié)效益。[方法]運用成分有效性分析法和碳稅法分析2012～2013年在滇池湖濱濕地實地調(diào)查取樣的數(shù)據(jù)。[結(jié)果]滇池湖濱濕地植株對氮、磷的累積吸收量與干物質(zhì)量變化具有相同的趨勢，即7～8月最高，10～11月最低，而且蘆葦?shù)墓烫寄芰娪谲?。此外，滇池湖濱濕地的養(yǎng)分循環(huán)效益和氣候調(diào)節(jié)效益分別為27.83萬和120.23萬元，共計148.06萬元，其中蘆葦所產(chǎn)生的效益為96.40萬元，茭草所產(chǎn)生的效益為51.66萬元。[結(jié)論]植物在滇池湖濱濕地生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素的吸收、積累、分配及歸還的循環(huán)過程中發(fā)揮著重要的作用。

滇池湖濱濕地；蘆葦；茭草；環(huán)境影響；經(jīng)濟效益

濕地作為三大生態(tài)系統(tǒng)(森林、海洋、濕地)中唯一的四圈(大氣圈、水圈、土圈、巖石圈)交匯系統(tǒng)，其生物多樣性和生態(tài)功能顯著，且與人類生存關(guān)系密切。氮、磷是濕地生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)水平的主要指示劑與限制性養(yǎng)分，其含量直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，進而影響濕地的生態(tài)功能。而濕地植物不僅吸收和累積生態(tài)系統(tǒng)中氮和磷，還對其進行分配及歸還，在整個循環(huán)過程中發(fā)揮著重要的作用。

通過收集大量國內(nèi)外文獻(xiàn)得知，目前研究的重點在于濕地周邊環(huán)境對植物的生長發(fā)育的影響，其中包括浮游植物和水生植物，尤其是蘆葦[1-3]，也有不少文獻(xiàn)僅僅定性分析了植物生態(tài)變化對濕地自然環(huán)境的影響[4-5]，并沒有定量地分析植物對濕地環(huán)境的影響以及產(chǎn)生的效益，同時縱觀國內(nèi)外的研究，鮮有針對滇池湖濱濕地植物對環(huán)境影響功能的研究。筆者通過對蘆葦、茭草兩種濕地植物生長過程中的樣本取樣，并對其進行了探索研究，分析滇池湖濱濕地植物對環(huán)境影響效益，為制定相應(yīng)措施對其進行管護提供科學(xué)依據(jù)。

1 滇池湖濱濕地植物對環(huán)境影響效益分析方法

1.1 滇池湖濱濕地概況滇池湖濱濕地位于102°32′58″～102°58′28″ E、24°30′49″～25°13′14″ N之間，地處昆明市南部，面積1 838.3 hm2，跨西山區(qū)、官渡區(qū)、晉寧縣和呈貢區(qū)，包括西華、寶豐、東大河、五甲塘等濕地(公園)(圖1)，串珠狀分布在滇池周邊[6]。滇池湖濱濕地為高原斷陷湖泊濕地，生態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能特殊，在保持流域生態(tài)平衡中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用[7]。滇池湖濱濕地是環(huán)境變化的緩沖場、重要物種的棲息地，對調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、維持生物養(yǎng)分循環(huán)等有顯著的作用，是滇池流域生態(tài)安全和水資源平衡的重要屏障，也是滇池流域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和保證。

1.2 樣本取樣2012年4月至2013年11月，歷時兩年在滇池湖濱濕地中的西華紅映濕地開展野外調(diào)查。以同一植物群落類型為基本單位，采取典型取樣法，隨機選取8個10 m×10 m的樣方，其中蘆葦和茭草各4個采樣區(qū)，考察植物群落的類型、密度、高度以及生物量等特征，并設(shè)置地標(biāo)，方便下次取樣。采樣間隔為15 d，每次在每個采樣區(qū)采集樣本5株，同時采集植株附近的土壤，每個采樣區(qū)各2組。

1.3 試驗方法該研究主要測定植株中氮和磷的含量以及植株土壤中有機質(zhì)含量，因此運用蒸餾法、釩鉬黃比色法和土壤有機質(zhì)測定法(國際法)分別測定，其中測定植株中氮磷含量的樣品共計20組，最后取其平均值；植株周邊土壤測定固氮量的樣品共計16組，最后取其平均數(shù)。

蒸餾法：在pH為6.0～7.4水樣中，加入適量氧化鎂使呈微堿性(也可加入pH 9.5的Na2B4O7-NaOH緩沖溶液使呈弱堿性進行蒸餾；pH過高能促使有機氮的水解，導(dǎo)致結(jié)果偏高)，蒸餾釋放出的氨被吸收于硫酸或硼酸溶液中。

釩鉬黃比色法：將植物樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消煮分解，制備的待測液中正磷酸能與偏磷酸鹽和鉬酸鹽在酸性條件下作用，形成黃色的雜聚化合物釩鉬酸鹽，其溶液的黃色很穩(wěn)定，其深淺與磷含量成正比。釩鉬黃比色法操作簡便迅速，準(zhǔn)確度和重復(fù)性較好，相對誤差為1%～3%，不但對于酸的濃度要求不嚴(yán)格，容易控制，而且干擾離子少，被廣泛用于植物樣品中磷的測定。

土壤有機質(zhì)測定法(國際法)即是用定量的重鉻酸鉀-硫酸溶液，在電砂浴加熱條件下，使土容重的有機碳氧化，剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，并以二氧化硅為添加物作試劑空白標(biāo)定。根據(jù)氧化前后氧化劑質(zhì)量差值，計算出有機碳量，再乘以系數(shù)1.724，即為土壤有機質(zhì)含量。

1.4 評價方法濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值分類很多，其中只有養(yǎng)分循環(huán)和氣體調(diào)節(jié)兩方面效益涉及到植株及周圍土壤中的氮、磷、有機質(zhì)的含量。該研究即從此著手，分析其產(chǎn)生的效益。濕地是一個養(yǎng)分獲取、形成、內(nèi)部循環(huán)和存儲的場所，針對固氮和氮、磷等元素的養(yǎng)分效果明顯。該研究運用成分有效性分析法，針對滇池湖濱濕地中蘆葦和茭草植株中氮、磷的含量，分析濕地中養(yǎng)分循環(huán)。計算公式為[8]：

V1=A×C×P

(1)

式中，V1為濕地養(yǎng)分循環(huán)效益；A為濕地面積；C為養(yǎng)分含量；P為肥料價格。

而氣候調(diào)節(jié)主要是指濕地對氣溫、降水的調(diào)節(jié)以及對其他氣候過程的生物調(diào)節(jié)作用。綠色植物進行光合作用，吸收二氧化碳，釋放氧氣，調(diào)整大氣的成分組成，這是濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要功能之一。滇池湖濱濕地氣候調(diào)節(jié)效益主要是固碳釋氧，但同時也排放溫室氣體。該研究運用碳稅法分別對蘆葦?shù)睾蛙莸氐墓烫純r值來計算氣候調(diào)節(jié)效益。其計算公式為：

V2=Q×RC×Tax

(2)

式中，V2為濕地氣候調(diào)節(jié)效益；Q為植物的干物質(zhì)量；RC為植物中的碳含量；Tax為瑞典碳稅率，指針對二氧化碳排放所征收的稅率。

2 滇池湖濱濕地植物對環(huán)境影響效益評價

2.1 滇池湖濱濕地植物對氮、磷的吸收植物在濕地生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)元素的吸收、積累、分配及歸還的循環(huán)過程中發(fā)揮著重要的作用。氮、磷是濕地生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)水平的主要指示劑與限制性養(yǎng)分，其含量直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，進而影響濕地的生態(tài)功能。研究證明，磷是引起湖泊水體富營養(yǎng)化的限制性因子。有效地控制入湖水源中磷的含量，對于控制水體富營養(yǎng)化和延緩湖泊衰老具有重要意義。

表1表明，茭草、蘆葦?shù)娜⑷缀侩S時間變化規(guī)律明顯，總體變化趨勢是生長季初期，植株營養(yǎng)元素含量比較高；旺盛生長期和生長季后期，營養(yǎng)元素含量逐步降低。茭草植株全氮、全磷含量平均值分別為6.164、1.062 g/kg；蘆葦全氮、全磷平均值分別為5.643、1.029 g/kg。茭草吸收的氮、磷含量高于茭草，這是由于茭草植株葉面積較大，植株含水量較高，氮、磷吸收量高于蘆葦。茭草、蘆葦?shù)?、磷吸收量峰值出現(xiàn)在3～4月返青、萌芽期和展葉期，為滿足快速生長需要，吸收大量氮、磷，植株全氮、全磷含量較高。茭草全氮、全磷含量分別為2.122～10.175和0.828～1.271 g/kg。蘆葦全氮、全磷含量分別為2.520～11.961和0.759～1.146 g/kg。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與濕地茭草、蘆葦生長狀況密切相關(guān)。通過前面對茭草、蘆葦生長狀況的分析可知，3月上、中旬，茭草和蘆葦進入快速生長期，植物莖葉生長，需要從土壤和水體中吸收大量養(yǎng)分，其體內(nèi)氮、磷含量逐步升高；春末夏初(4～6月)是茭草、蘆葦干物質(zhì)重量增長高峰期，干物質(zhì)的增長速率達(dá)到最大，同時，葉面積增長速率達(dá)到最大，不斷從土壤、水體中吸收氮、磷；到秋季茭草、蘆葦處于生長末期，植株很少或完全停止吸收養(yǎng)分，而部分養(yǎng)分又通過死亡的枝葉釋放到水體。因此，在3～6月茭草和蘆葦為了滿足旺盛生長的需要，從土壤中吸收大量養(yǎng)分，導(dǎo)致體內(nèi)氮、磷含量增加，并降低了水體中的氮、磷含量。

表1 蘆葦和茭草氮、磷累積吸收量 g/kg

2.2 滇池湖濱濕地植物的氮、磷累積吸收量在濕地植物生長期，吸收的氮、磷主要用于其新生組織的生長，同時，生長過程伴隨著營養(yǎng)元素的積累。研究濕地植物氮、磷吸收量和動態(tài)變化，對分析濕地植物與水質(zhì)指標(biāo)間的相互作用過程和植物固定的氮、磷量有重要意義。植物初級生產(chǎn)是能量固定和營養(yǎng)元素的積累過程，植物中營養(yǎng)元素的積累與分配取決于植物生物量的積累和植株氮、磷元素含量。由于植物在不同時期生物量不同，可根據(jù)植株內(nèi)氮、磷元素含量和相應(yīng)時期生物量計算氮、磷吸收量，計算公式如下：

(3)

式中，T為氮、磷累積吸收量(g/m2)；W為單位面積干物質(zhì)量(g/m2)；C為植株氮、磷含量(g/kg)。

表2為蘆葦、茭草氮、磷累積吸收量。由表2可知，6～7月蘆葦對氮的累積吸收量在207.52～241.41g/m2之間。由于植株處于生長季的高值期，即植株的干物質(zhì)達(dá)到峰值，所以這期間植株體內(nèi)的氮含量最高。10～11月蘆葦植株內(nèi)的含氮量為50.86～61.28g/m2之間，幾乎為峰值的1/4。這是由于植株開始枯萎，累積吸收量也快速下降，尤其是在10月以后。綜上所述，蘆葦植株氮累積吸收量與干物質(zhì)變化具有相同的趨勢。茭草植株內(nèi)的氮累積吸收量的情況亦相似，但茭草的生長季峰值在7～8月，因此這期間茭草對氮的累積吸收量最高，值為171.00～194.62g/m2之間，而10月以后氮累積吸收量快速下降，最低值為10月的40.59g/m2。此外，植株對磷的累積吸收量的情況和氮的情況相似，即植株的磷累積吸收量與干物質(zhì)變化具有相同的趨勢，最高值出現(xiàn)在7～8月，最低值出現(xiàn)在10～11月。上述分析可知，茭草、蘆葦?shù)追e累量與生物量在同一時期達(dá)到最大值，這一時期蘆葦和茭草均能發(fā)揮較好的去除濕地的氮磷功能。過了植株生長季的峰值，即10月以后可以考慮收割蘆葦和茭草。

表2 蘆葦、茭草氮磷累積吸收量 g/m2

2.3 滇池湖濱濕地土壤的含碳量濕地生態(tài)系統(tǒng)能夠作為一個抑制大氣CO2濃度升高的碳匯，濕地植物凈同化的碳僅有15%再釋放到大氣中。該研究從滇池湖濱濕地蘆葦?shù)睾蛙莸刂?，檢測其土壤中的碳含量。表3表明，茭草地碳含量在270.776～377.800 g/kg之間，平均為327.610 g/kg；蘆葦?shù)靥己吭?66.935～364.404 g/kg之間，平均為328.730 g/kg。對比蘆葦?shù)睾蛙莸氐暮剂靠芍J葦?shù)暮剂扛哂谲荨?/p>

表3 蘆葦?shù)?、茭草地含碳?g/kg

從圖2可知，隨著生長量的增加，植株的碳儲量逐步上升。生長前期，蘆葦與茭草碳累積量差異較小，從5月以后，茭草單位面積碳儲量高于蘆葦，但從8月以后，蘆葦單位面積碳儲量高于茭草，茭草、蘆葦植株內(nèi)的碳累積量均在10月下旬快速下降，表明蘆葦?shù)墓烫寄芰娪谲?，這是由于蘆葦單位面積干物質(zhì)量比茭草多。

2.4 滇池湖濱濕地植株對氮、磷、有機質(zhì)累積吸收量的效益該研究結(jié)合上述滇池湖濱濕地內(nèi)的植物蘆葦和茭草對氮、磷、有機質(zhì)的累積吸收量，取其平均值參與運算，其他數(shù)據(jù)見表4。結(jié)合表4以及算式(1)可以算出，滇池湖濱濕地養(yǎng)分循環(huán)效益為27.83萬元，其中蘆葦?shù)牡尊B(yǎng)分效益分別為11.17萬和6.58萬元，而茭草的氮磷養(yǎng)分效益分別為6.47萬和3.61萬元；結(jié)合算式(2)可以算出，滇池湖濱濕地氣候調(diào)節(jié)效益為120.23萬元，其中蘆葦?shù)氐墓烫夹б鏋?8.65萬元，而茭草地的固碳效益為4.16萬元。

3 結(jié)論與討論

(1)滇池湖濱濕地植物的生長需要不斷從土壤和水體吸收氮、磷等養(yǎng)分。根據(jù)調(diào)查所得，蘆葦和茭草在每年7～8月達(dá)到生長季的峰值，其植株對氮磷的累積吸收量與干物質(zhì)量變化具有相同的趨勢，待植株開始枯萎，氮磷的累積吸收量會快速下降，每年10～11月為最低值，僅為峰值的1/4。

表4 計算數(shù)據(jù)

注：以上肥料價格為多年市場平均價格。

(2)根據(jù)滇池湖濱濕地蘆葦?shù)睾蛙莸氐暮剂康膶Ρ瓤傻?，由于蘆葦單位面積干物質(zhì)質(zhì)量比茭草多，因此蘆葦?shù)墓烫寄芰娪谲荨?/p>

(3)通過計算得出滇池湖濱濕地的養(yǎng)分循環(huán)效益和氣候調(diào)節(jié)效益為27.83萬和120.23萬元，共計148.06萬元，其中蘆葦所產(chǎn)生的效益為96.40萬元，茭草所產(chǎn)生的效益為51.66萬元。

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Influence Analysis of the Aquatic Plant to the Environment and Economic Benefit in Dianchi Lake Wetland

TAN Liang1, LIU Chun-xue2, XU Shan3, WANG Peng-yun4*et al

(1. Yunnan Institute of Geological Environment Monitoring, Kunming, Yunnan 650216; 2 School of Urban and Environment, Yunnan University of Finance and Economics, Kunming, Yunnan 650221; 3. Kunming University, Kunming, Yunnan 650214; 4. Station of Agro-meteorology of Kunming City, Kunming, Yunnan 650228)

[Objective] This study was to analyze the cumulative absorption of nitrogen, phosphorus and organic matter of the aquatic plant(reed andZizaniacaduciflora), and evaluate the value of nutrient cycling and climate regulation in Dianchi Lake wetland. [Method] According to the Component Effectiveness Analysis and Carbon Tax Law to evaluate with data, which was collected by investigation from 2012 to 2013. [Result] The same trend between the cumulative absorption of nitrogen, phosphorus and the change of dry matter quantity to the aquatic plant, what is the maximum in July, August and the minimum in October, November. Reed is better thanZizaniacaduciflorain carbon sequestration capacity. The value of nutrient cycling and climate regulation is 0.278 million yuan and 1.20 million yuan respectively, amount to 1.48 million yuan. [Conclusion] The aquatic plant plays an important role in nutrient absorption, accumulation, distribution and return cycle in ecosystem of Dianchi Lake wetland.

Dianchi Lake wetland; Reed;Zizaniacaduciflora; Environmental effect; Economic benefit

昆明市科技計劃項目(2012-02-10-A-S-02-001)。

譚喨(1987- )，女，重慶人，助理工程師，碩士，從事氣象地災(zāi)預(yù)警和生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟學(xué)研究。*通訊作者，高級工程師，從事應(yīng)用氣象研究。

2015-02-28

S 181.3

A

0517-6611(2015)09-240-03