【摘要】:在对银川平原各级沟渠体系进行植物群落调查的基础上，计算了各级沟渠湿地的4个常用的植物多样性指数，即Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数，并分析了不同灌排水系植物多样性与水文、水利工程因素的关系。结果表明:Margalef物种丰富度指数和Shannon-Wiener物种多样性指数对植物多样性的表征意义比较显著;各级排水沟的生物多样性指数普遍比各级灌渠大，生态效应较好。在综合考虑节水和生态双重效益的前提下，应当采取干支渠全面砌护、斗渠减少砌护、农渠毛渠不砌护的生态水工策略。还可采取适当减缓沟渠迎水坡坡度，加长坡面，或者采取阶梯状边坡筑建模式，以及拉长排灌水系的修整间隔时间等措施。
【关键词】:植物多样性;灌排系统;生态效应;银川平原
水利工程建设是对生态系统的人为改造，必然会产生各种各样的生态影响。长期以来，国内研究者对水利水电工程的社会经济影响关注较多，而对生态环境影响研究则比较少。虽然我国的重大建设项目环境影响评价制度已经实施了近20a，对工程建设和运营中可能产生的生态环境影响有了规范化的评价方法，但是对于工程项目实施后生态环境的实时监测和评价工作的研究还较少［1－4］，有针对性地定量研究则更少［5－6］。开展水利工程生态效应的野外监测和分析研究，是推行“水利工程生态化”和“生态水利”的基础［7－8］，对于工程建设后的生态修复和同类工程的环境影响评价，都具有重要的理论和实践意义。
1银川平原及其灌排工程概况
银川平原位于我国西北地区东部，是贺兰山与鄂尔多斯高原之间的一块冲积洪积平原，南北长165km，东西宽10～50km，总面积为7978km2，黄河纵贯其中。银川平原海拔为1100～1200m，地势自西南向东北微倾，土层深厚。该区属温带大陆性半干旱气候区，年平均降水量为200mm左右，水面蒸发能力为2000mm左右，光照充足，年平均气温为9℃，气温年较差和日较差大，具有春迟秋早，冬长夏短，干燥多风的气候特点。银川平原的地带性植被和土壤分别是荒漠草原植被和灰钙土，隐域性的沙生、沼生、盐生植被及风沙土、潮土、盐渍土等都很发育.
自秦汉时起，包括银川平原与卫宁平原在内的宁夏平原就开始了自流灌溉工程建设和农业开发，2000多年来世代沿续，形成了越来越完善的灌排体系，为发展灌溉农业奠定了良好的水利基础，在唐代这里就有了“塞上江南”的美誉。到20世纪中期，银川平原已有大小干渠15条，灌溉面积有9．6万hm2。
1958年青铜峡水库建成后，结束了银川平原无坝引水的历史，水利事业得到突飞猛进的发展。目前，银川平原有总干渠、干渠和支干渠18条，总长度为1084km，总引水流量为603m3/s，灌溉面积为33．0万hm2;有骨干排水沟道24条，总长度为660km，控制排水面积为41．9万hm2，排水能力达955m3/s［9－10］。完善的灌排体系为银川平原的农业生产奠定了良好的基础，尽管其耕地面积仅占宁夏回族自治区耕地总面积的1/4左右，但是粮食产量则占到全区粮食总产量的2/3，粮食商品率在30%以上。
2灌排工程植物多样性研究方法
2．1野外调查本次研究采用样线与样地相结合的野外调查方法，分别对银川平原干、支、斗、农四级灌渠和排水沟进行选线，每个级别的沟渠视生境异质性程度和土地利用方式，少则选择3条、多则选择5～6条。针对每一条沟渠样线在其上、中、下游三段各选取1个断面，断面从沟渠一侧堤坝顶部沿伸至另一侧堤坝顶部，尽可能放在整修时间3a以上的地段，按照生态序列的递变特征，在断面上布设样方。草本群落取1m×1m的样方，灌木群落取4m×4m的样方，每个群系类型都在截面邻近地段沿沟渠流向设置3个重复。在样方调查中，陆生植物主要记录物种的名称、数量或多度、盖度、高度、生活型;水生植物主要记录物种名称和盖度。
2．2多样性指数
虽然多度、盖度、密度、频度等植物群落属性指标也能够体现一定的生态效应，但是其内涵相对简单和直接，不同样地面积和群落类型之间可比性差，而物种多样性指数则不然，它是测定生物多样性程度及其空间分布特征的综合数值指标，目前已有十多种表征意义不尽相同的物种多样性指数。这里主要选用几个常用的指数，即Margalef物种丰富度指数、Simpson物种优势度指数、Shannon-Wiener物种多样性指数和Pielou物种均匀度指数，其计算公式如下。
Margalef指数:
R=(S－1)/lnNSimpson指数:D=1－∑P2iShannon-Wiener指数:H=－∑PilbPiPielou指数:E=H/lbS式中:N为i类植物所在样方的各个种类的相对重要值之和;S为i类植物所在样方的物种总数;Pi为第i种植物的相对重要值。
草本和灌木的相对重要值=(相对高度+相对盖度)/2。
在计算出每个样地的多样性指数后，根据样地所属排灌系统类型，相加后求平均值，即得到不同等级沟渠的多样性指数。支沟与斗沟、农沟的等级排列关系在野外常难以区分，因此合并调查、计算。
3不同灌排水系的植物多样性特征及其影响因素3．1不同多样性指数的计算结果及其含义Margalef指数(R)是反映群落内部或环境中物种数目多少的指标，该数值越大，说明物种个体丰富度越高;反之说明个体丰富度越低。从银川平原不同类型灌排渠系的Margalef物种丰富度指数运算结果(图1(a))来看，泄洪沟的值最大，干渠的值最小，两者相差1倍左右。其他沟渠类型的物种丰富度为支－斗－农沟＞干沟＞农－毛渠＞支渠＞斗渠。
图1不同沟渠类型植物多样性指数Simpson指数(D)是反映植物群落中物种优势程度的指标，D值越大，说明优势物种越少;反之则说明优势物种越多。
银川平原不同类型灌排渠系的Simpson指数运算结果(图1(b))显示，不同灌排渠系的物种优势度相差不大，比较而言支渠和干沟的D值更大一些，干渠的D值最小，优势物种的组成情况是干渠最突出，支渠和干沟最不突出，其他沟渠类型居中。
Shannon-Wiener指数(H)是基于物种数量反映群落种类多样性的指标，H值越大，表示群落中生物种类越多，群落的复杂程度越高;H值越小，则表明群落中生物种类越少，群落的复杂程度越低。银川平原不同类型灌排渠系的Shannon-Wiener指数运算结果(图1(c))与Margalef物种丰富度指数类似，即泄洪沟最大，干渠最小，但两者相差只有1/3左右。其他沟渠类型的物种多样性指数大小为干沟＞支－斗－农沟＞支渠＞农－毛渠＞斗渠。
Pielou指数(E)为群落均匀度指标，一般用来指示群落中物种的空间分布是否均匀，是随机散点分布还是聚合成不同大小的团块状分布，E值越大，植物分布越均匀，物种的生态贡献也就越大。运算结果显示(图1(d))，银川平原灌排系统的Pielou指数大小为干沟＞农－毛渠＞支渠＞泄洪沟＞斗渠＞支－斗－农沟＞干渠，说明干沟的植物群落有较均匀的分布，干渠的植物分布最不均匀。
3．2影响灌排体系植物多样性的因素水质和土壤检测结果表明，其与植物多样性指数有较密切的相关关系。另外，水文和水利工程与植物多样性指数也密切相关。对比不同排灌水系200多个样地的多样性指数值，发现生态序列越完整的沟渠，反映样地中个体数量和种类的R值与H值越大，如典型泄洪沟断面(图2)自下而上出现从水生植物群落—湿生(盐生)植物群落—中生植物群落—旱生(盐生)植物群落的更替，缺失群落序列或生态序列狭窄的沟渠，其植物多样性的R值与H值往往都偏小。反映种类优势程度的D值与反映个体分布均匀程度的E值在不同排灌水系的样地中差异不太显著，这可能与水生环境的隐域性和相似性有关，总体上是支渠和干沟稍大，干渠稍小。生态序列的完整性主要受到水文和水利工程状态的影响。
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