湖泊水动力对水生植物分布的直接影响研究与展望

水动力作为湖泊水生植物恢复的关键限制性因子,其对水生植物的影响机制是当前迫切需要关注的科学问题。从水动力作用下水生植物的分布、水生植物受力以及水生植物自身机械抗性3个方面系统梳理了当前的研究方法与结论。结果表明,水生植物在河流湖泊中的丰度、空间分布与水动力密切相关,各物种对水流胁迫表现出不同的响应;植物在水动力作用下的受力观测和研究主要依赖模拟试验,通过计算定量表征不同物理外型物种在水动力作用下的受力,明确了生物量和植物系数等影响受力的关键参数,为不同塑形物种受力的对比分析提供了研究方法;植物机械抗性主要基于测力装置观测,通过断裂应力、弯曲力等生物力学参数表征。在当前研究背景下,水生植物尤其是沉水植物在湖泊中的实际受力情况依然是研究难点,需要借助新的观测手段和研究方法来阐明植物在复杂的湖泊水动力环境下的实际受力特征。此外,还需要进一步开展水生植物在湖泊中的实际受力与植物自身机械抗性的耦合研究,这是开展水生植物响应湖泊水动力机理研究的关键。     

湖泊水动力对水生植物分布的影响

水动力作为湖泊水生植物恢复的关键限制性因子,其对水生植物的影响机制是当前迫切需要关注的科学问题。从水动力作用下水生植物的分布、水生植物受力以及水生植物自身机械抗性3个方面系统梳理了当前的研究方法与结论。结果表明,水生植物在河流湖泊中的丰度、空间分布与水动力密切相关,各物种对水流胁迫表现出不同的响应;植物在水动力作用下的受力观测和研究主要依赖模拟试验,通过计算定量表征不同物理外型物种在水动力作用下的受力,明确了生物量和植物系数等影响受力的关键参数,为不同塑形物种受力的对比分析提供了研究方法;植物机械抗性主要基于测力装置观测,通过断裂应力、弯曲力等生物力学参数表征。在当前研究背景下,水生植物尤其是沉水植物在湖泊中的实际受力情况依然是研究难点,需要借助新的观测手段和研究方法来阐明植物在复杂的湖泊水动力环境下的实际受力特征。此外,还需要进一步开展水生植物在湖泊中的实际受力与植物自身机械抗性的耦合研究,这是开展水生植物响应湖泊水动力机理研究的关键。     

湖泊形态与水生植物多样性关系——以长江中下游湖群典型湖泊为例

通过野外调查、资料收集并结合GIS方法对长江中下游9个湖泊岸线形态演变和水生植物多样性现状及变化进行了研究。结果显示,近几十年来长江中下游一些湖泊岸线长度和计盒维数均显著降低;水生植物物种多样性总体呈下降趋势。相关性分析表明,湖泊岸线发育系数和湖泊计盒维数均与水生植物多样性呈显著相关;湖泊岸线形态特征显著影响沉水、漂浮植物物种多样性。本研究表明湖泊岸线形态对水生植物的生长及分布影响显著,保护湖泊岸线形态对维持水生植物多样性及湖泊生态系统功能具有重要作用。     

湖泊水生植物稳定碳同位素分馏机制与应用研究进展

水生植物是维持湖泊生态系统健康发展的重要基础与支撑。与陆地植物相比,水生植物稳定碳同位素(δ~(13)C)的分馏过程较复杂,为系统的了解水生植物δ~(13)C的分馏过程及其在湖泊现代生态系统和古环境研究中的应用,调研了国内外相关研究进展。总结已有研究表明,水生植物的δ~(13)C主要与其吸收利用的碳源和水体环境要素等密切相关,影响因素较复杂,而且目前在利用水生植物的δ~(13)C研究不同时间尺度上湖泊环境变化时所选用的载体存在差异。植物不同组分样品的选择对解释水生植物δ~(13)C与环境之间的关系至关重要。因此,以太湖典型水生植物为研究实例,探讨了水生植物不同组分稳定碳同位素的分布特征及其对环境因子的响应差异,结果显示水生植物不同组分的δ~(13)C存在一定的差异,而且对环境的响应也不同,未来在利用水生植物δ~(13)C研究湖泊环境变化时对于水生植物样品组分的选择应谨慎考虑。     

小兴凯湖的水生植被及其生态作用

本文论述了小兴凯湖水生植物的种类组成、植被类型、生物量及其在湖泊淤积和渔业中的作用。该湖属老年期湖泊,水生维管束植物共有25科56种,优势种为竹叶眼子菜、荇菜、芦、菰等。植被类型可划分为沉水植被、浮叶植被和挺水植被等三个亚型,包括12个主要植物群丛。全湖水生植物总生物量(湿重)为196380吨;以植物现存量计算,草食性鱼类的年生产力应为78.75吨。由于水生植物大量繁殖,为减缓湖泊的垫平作用,可适量放养草食性鱼类,控制住水生植物的过量繁殖;同时引种一些经济水生植物,压住水中杂草的生长。     

淡水湖泊生态系统中砷的赋存与转化行为研究进展

砷(As)是一种无处不在的元素,目前已有很多关于湖泊水体、沉积物、浮游生物、底栖动物、鱼类及水生植物中As的含量分布与赋存形态的研究报道.As在全球淡水湖泊中分布不均,区域差异性较大;湖泊沉积物中As含量水平对底栖动物的自然生境影响很大,甚至造成底栖物种生物区系的改变;水生植物普遍具有富集As的能力,一般表现为沉水植物＞浮水植物＞挺水植物;水生动物中As含量一般为底栖动物＞浮游动物＞鱼类.相对于海洋生态系统,目前对湖泊生态系统环境与生物质中砷的赋存形态及其转化的认识还很不足,今后应加强人类活动影响下我国重要湖泊As的迁移、富集与转化行为的研究.     

湖泊生态恢复的基本原理与实现

当前我国湖泊污染及富营养化问题非常严重。湖泊治理的一个有效途径就是恢复水生植物,通过草型湖泊生态系统的培植来达到控制富营养化和净化水质的目的。但是,迄今为止,只有在局部水域或滨岸地区获得成功,恢复的水生植物主要是挺水植物或漂浮植物。鲜有全湖性的水生植物恢复和生态修复成功的例子。原因是对湖泊生态系统退化及其修复的机理了解甚少。实际上,环境条件不同决定了生态系统类型的不同,只有通过环境条件的改变才能实现生态系统的转变。利用草型湖泊生态系统来净化水质,其实质是利用生态系统对环境条件的反馈机制。但是,这种反馈无法从根本上改变其环境条件,因此其作用是有限的,不宜过分夸大。以往许多湖泊生态修复的工作之所以鲜有成功的例子,原因就是过于注重水生植物种植本身,而忽视了水生植物生长所需的环境条件的分析和改善。实施以水生植物恢复为核心的生态修复需要一定的前提条件。就富营养化湖泊生态恢复而言,这些环境条件包括氮磷浓度不能太高,富含有机质的沉积物应该去除,风浪不能太大以免对水生植物造成机械损伤,水深不能太深以免影响水生植物光合作用,鱼类种群结构应以食肉性鱼为主等等。因此,在湖泊污染很重或者氮磷负荷很高的情况下,寻求以沉水植物为核心的湖泊生态恢复来改善水质是不切实际的。为此,提出湖泊治理应该遵循先控源截污、后生态恢复,即先改善基础环境,后实施生态恢复的战略路线。     

长江中下游浅水湖泊水生植被生态恢复种的筛选与应用研究

湖泊富营养化是全球性的生态学问题。长江中下游浅水湖泊群作为我国八大湖泊群之一, 近30年来水体富营养化以及生态系统功能退化极为严重, 亟待系统性修复。水生植物生态修复技术则是面向富营养化浅水湖泊生态治理的重要技术。然而, 选择合适的水生植物恢复种来保证恢复效果以及长期的生态安全与稳定性仍是目前恢复工程中的重要且薄弱环节。结合长江中下游湖泊中水生植物的生长、分布、繁殖、来源及污染耐受性等提出了以乡土物种操控为理念适合该区域湖泊的生态恢复先锋物种建议名录, 并依据所筛选的物种特性和淡水生态学相关理论, 提出不同的优化组合方案来指导长江中下游不同类型湖泊的水生植物生态恢复。     

长江中下游浅水湖泊水生植被生态修复种的筛选与应用研究

湖泊富营养化是全球性的生态学问题。长江中下游浅水湖泊群作为我国八大湖泊群之一,近30年来水体富营养化以及生态系统功能退化极为严重,亟待系统性修复。水生植物生态修复技术则是面向富营养化浅水湖泊生态治理的重要技术。然而,选择合适的水生植物恢复种来保证恢复效果以及长期的生态安全与稳定性仍是目前恢复工程中的重要且薄弱环节。结合长江中下游湖泊中水生植物的生长、分布、繁殖、来源及污染耐受性等提出了以乡土物种操控为理念适合该区域湖泊的生态恢复先锋物种建议名录,并依据所筛选的物种特性和淡水生态学相关理论,提出不同的优化组合方案来指导长江中下游不同类型湖泊的水生植物生态恢复。     

水生维管束植物在太湖生态系统中的作用

水生维管束植物(简称水生植物)是鱼类的饵料基础,它的种群数量变动对湖泊生态及水域环境的影响,都具有重要的作用。因此,在大中型湖泊中如何开发利用水生植物,是值得探讨的问题。作者近年来在太湖资源调查的基础上,对水生植物在太湖生态系统中的作用进行了初步研究。     

机械损伤对9种水生植物叶片的影响

水生植物叶片的功能性状特征与陆生植物有所不同,同时叶脉类型也显著影响叶片的功能性状。本研究选取9种具有不同叶脉类型的水生植物,通过对叶脉进行直接损伤,分析叶片性状（形态、色素含量和叶绿素荧光指标）在叶脉受损后的变化程度与叶脉类型的关系。结果显示：具有平行脉的3种水生植物对叶脉损伤具有较强的耐受性;具羽状脉的4种植物主脉受损后显著抑制叶片生长,而侧脉受损的影响在不同物种间有所不同,具有物种特异性。本研究可为大型湖泊水生植物修复的水生物种筛选提供参考。     

机械损伤对9种水生植物叶片的影响

水生植物叶片的功能性状特征与陆生植物有所不同,同时叶脉类型也显著影响叶片的功能性状。本研究选取9种具有不同叶脉类型的水生植物,通过对叶脉进行直接损伤,分析叶片性状(形态、色素含量和叶绿素荧光指标)在叶脉受损后的变化程度与叶脉类型的关系。结果显示:具有平行脉的3种水生植物对叶脉损伤具有较强的耐受性;具羽状脉的4种植物主脉受损后显著抑制叶片生长,而侧脉受损的影响在不同物种间有所不同,具有物种特异性。本研究可为大型湖泊水生植物修复的水生物种筛选提供参考。     

湖泊水动力变化对沉水植物的影响研究综述

随着全球气候变化加剧及水利工程的快速发展,湖泊水动力状况发生了显著变化。通过影响湖泊水体和沉积物理化性质,水动力变化可以作用于沉水植物生存、生长与分布等方面。在长期适应进化过程中,沉水植物演化出了一系列有效的适应策略,能一定程度上克服水动力变化的负面影响。但当前湖泊水动力变化程度远超沉水植物适应上限,湖泊沉水植物消退已成为全球普遍现象。了解沉水植物适应水动力条件的过程有助于揭示湖泊沉水植被退化机制,为未来沉水植物的保护和恢复提供借鉴。因此,本文系统综述当前湖泊水动力变化成因,水动力变化对沉水植物的不利影响及沉水植物适应策略,包括：繁殖对策、形态学对策、生理对策等。同时,综述当前研究进展,今后还需大力加强沉水植物解剖学及物种忍耐力差异方面的研究。     

湖湾效应对长江中游湖泊水生植物多样性的影响

在３ａ野外调查和定位研究的基础上,本文对长江中游地区水生植物物种多样性进行了初步研究。主要工作在１０个有代表性的湖泊进行,结果表明：湖泊水生植物多样性指数沿湖湾至中央敞水区由２．１６５５降至０．３６３３;植物种类和个体数自湖湾至湖心区急剧减少,植物群落生物量自湖湾至湖中央区也发生明显变化;水深梯度与植物种类分布密切相关,在保安湖０．５ｍ水深中有１９种植物,在２ｍ水深中仅有４种植物,绘出３个湖的种－     

长江中游浅水湖泊水生植物氮磷含量与水柱营养的关系

水生植物组织内氮和磷(N和P)含量受到水体营养状况和植物生长状况影响。对长江中游江汉湖群不同营养水平湖泊中大型水生植物的N和P含量3个季度的研究表明,在不同生活型水生植物中,沉水植物主要分布在中营养到中富营养湖泊中,在富营养湖泊均无分布,浮叶和挺水植物在不同营养类型湖泊的沿岸带均有分布。N和P含量以沉水植物最高,浮叶植物次之,挺水植物最低。水生植物的N和P含量都达到或超过生长所需最低N和P阈值,代表性浮叶植物和沉水植物的N和P含量随着湖泊营养水平提高呈现规律性变化。湖泊5种常见的水生植物N和P含量与水柱中不同种类N和P浓度具有季节性相关:菱(TrapabispinosaRoxb.)春夏季P含量都与TP(总磷)和TDP(总溶解磷)明显相关,春季N含量与NH4—N(氨氮)明显相关;春季黄丝草(PotamogetonmaackianusA.Benn.)的P含量与TP明显相关,夏季与TDP明显相关,春季和夏季黄丝草和穗花狐尾藻(MyriophyllumspicatumL.)的N含量与TN(总氮)和TDN(总溶解氮)显著正相关,秋季成负相关;夏季芦苇(PhragmitescommunisTrin.)P含量与TP和TDP显著相关;春季芦苇和香蒲(TyphaorientalisPresl.)N含量与NH4N和NO2N(亚硝态氮)显著相关。       

旅游扰动下湿地公园植物多样性研究进展

湿地公园的生态脆弱区特性与保存湿地原生境矛盾引起国内外学者关注, 使其未来可能成为人类扰动下生态脆弱区生物多样性研究的模式基地。植物是湿地公园承受旅游活动等干扰的积极响应者, 已有研究多关注旅游对园内植物物种多样性等层面上的单一尺度影响, 忽视了其多尺度性, 使得植物在公园关键生态过程及整体功能发挥中的作用存争议。未来的工作中, 应注重开展多重时空格局下旅游扰动对自然湿地公园植物的物种、群落及景观等尺度多样性的独立和耦合影响研究, 筛选出驱动湿地公园不同尺度植物多样性变化响应的关键环境因子, 阐明其关键生态过程,探究湿地公园植物多样性对旅游扰动的多尺度响应机理, 构建湿地公园不同尺度植物多样性的保护机制。相关研究成果也将丰富生态脆弱区生物多样性研究的理论体系。     

内蒙古草原不同基因组大小植物对氮水添加的响应

被子植物基因组大小的种间差异巨大,约为2400倍.基因组大小与植物从细胞核到个体水平的一系列性状密切相关,进而影响植物对环境变化的响应.作为水分和养分共同限制的生态系统,内蒙古草原植物群落对氮素、水分有效性变化的响应具有明显的种间差异,这种差异可能与种间基因组大小不同有关.本研究利用流式细胞术测定了内蒙古典型草原水分、氮素添加实验平台植物的基因组大小,研究了不同基因组大小植物地上净初级生产力(ANPP)和物种丰富度对水分、氮素添加及其交互作用的响应.结果表明:基因组大小显著影响了不同植物ANPP对水分的响应,小基因组植物ANPP对氮水添加响应更敏感,加水和氮水共同添加显著增加了小基因组植物ANPP,而大基因组植物ANPP对所有处理响应均不显著.加氮对大小基因组植物ANPP都无显著影响.大小基因组植物的物种丰富度对氮水添加的响应也均不显著.基因组大小影响内蒙古草原不同植物ANPP对水分增加的响应.作为植物细胞核水平上十分稳定且种间差异巨大的物种性状,将基因组大小引入生态学研究将对全球变化背景下生态系统结构与功能变化研究起到重要作用.     

逆境胁迫下植物DNA甲基化变异的研究进展

胁迫是指生物体持续地暴露在环境的刺激下,并且植物有能力建立保护和适应的机制.逆境胁迫抑制生物体的生长、发育和繁殖,它通常决定了物种的分布,更重要的是它对特定的种群提供了一种选择性进化动力.植物可以通过忍受、抗性和避免或最终逃避这三种不同的策略来应对胁迫.DNA甲基化作为一种表观遗传现象,是指在甲基化酶的作用下,不涉及基因的DNA序列改变,而使基因功能发生变化,以对外界的环境刺激作出应答反应.这种变化常常可以传递给后代,并形成表观遗传记忆,这对培育植物抗性新品种提供了可能.综述了植物响应逆境胁迫中的DNA甲基化修饰的研究进展,旨在深入了解DNA甲基化变化对植物抗逆性的影响.     

挺水植物与浮叶植物光合荧光特性的差异

为探讨自然生境中不同生活型水生植物光合生理特征的差异,选取4种挺水植物菖蒲(Acorus calamus L.)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、梭鱼草(Pontederia cordata L.)、茭草(Zizania latifolia(Griseb.)Stapf),以及4种浮叶植物黄睡莲(Nymphaea mexicana Zucc.)、莼菜(Brasenia schreberi J.F.Gmel.)、金银莲花(Nymphoides indica(L.)O.Kuntze)、菱(Trapa bispinosa Roxb.)为研究对象,比较其叶绿素荧光参数、色素组成和比叶重的差异。研究发现,高光强下挺水植物电子传递速率(ETR)、非光化学淬灭(NPQ)等光合荧光参数、以及低光强下ETR拟合曲线的初始斜率(α)均值显著大于浮叶植物。不同挺水植物间光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(F_v/F_m)、ETR、NPQ、最大潜在电子传递速率(Ps)、最大电子传递速率(ETR_m)及饱和光强(E_m)变化幅度较大;不同浮叶植物间上述参数变化幅度较小。挺水植物叶绿素(Chls)、类胡萝卜素(Cars)含量均值也高于浮叶植物。但由于比叶重(SLW)的影响,不同水生植物间单位叶面积和单位叶鲜重色素含量的变化规律略有不同。挺水植物中再力花、梭鱼草光合能力较强,其光合荧光参数和色素比例均符合典型阳生型特征;菖蒲、茭草光合能力略弱,部分指标符合阴生型特征。4种浮叶植物各指标均符合阳生型特征。实验推测,挺水植物和浮叶植物由于叶片所处环境不同,其光合适应机制存在明显分化。挺水植物叶片所处环境异质性较大,因而不同物种之间光合参数适应范围也大;浮叶植物叶片所处环境相对均一,因而光合参数差异也小。浮叶植物也不依赖NPQ进行高光保护。在湿地植被恢复工具种筛选过程中应综合考虑环境异质性和不同物种光适应能力的差异。     

不同水生植物残体分解过程中真菌群落结构

水生植物是浅水湖泊主要的初级生产者,其分解和矿化过程对于水体营养物质循环具有重要影响.真菌是生态系统中植物残体的主要分解者之一,其在不同水生植物残体分解过程中的群落组成和功能目前尚缺乏系统的研究.本研究通过在完整的沉积物和上覆水体系中添加不同的植物残体,在确定适合的扩增真菌18S rRNA基因特异性引物的基础上,通过构建克隆文库以及序列分析,研究了水体和表层沉积物在不同水生植物残体分解过程中的真菌群落组成.结果显示,引物对nu-SSU-0817/nu-SSU-1536和nu-SSU-0817/nu-SSU-1196更适合扩增真菌18S rRNA基因;水体中的真菌类群主要是担子菌(Basidiomycota),而表层沉积物中主要是壶菌(Chytridiomycota).统计分析显示,水体和表层沉积物中真菌群落结构存在明显差异.本研究有助于进一步认识真菌在水生植物残体分解过程中的功能和生态位分化.