不同光照强度和底质营养对三种沉水植物的影响

沉水植物的生长不但与光照强度的关系密切, 也受底质营养的影响, 因此研究光照强度和底质营养两种环境因子的共同作用对沉水植物的影响尤为重要。本文选择轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans L.)和大茨藻(Najasmarina L.)3 种沉水植物为研究对象, 设置3 种光照强度(高、中、低)和2 种底质营养(高、低)处理, 通过测定植物生长指标(生物量和叶绿素)及水质指标(水体溶氧量和pH)的变化反映光照强度与底质营养对三类沉水植物生长的影响。结果表明: (1)高底质营养处理促进了三种沉水植物的生长, 生物量、叶绿素含量、水体溶氧量和pH 均高于低底质营养处理组。(2)高底质营养处理组中, 轮叶黑藻在中光照强度处理下其生物量最高为4.87 g, 苦草在低光照强度处理下生物量最高为3.13 g, 大茨藻在高光照强度处理下生物量最高为4.71 g, 相应的叶绿素含量和水体溶氧量也都达到了最大值。因此根据修复湿地环境中的光照和底质条件, 因地适宜的选择沉水植物必须研究各种沉水植物不同的生态影响因子。     

叶片损害强度与基质营养水平对苦草补偿性生长的影响

通过室外双因子控制试验,研究了叶片损害强度与基质营养水平对沉水植物苦草补偿性生长的影响.结果表明：叶片损害与基质类型对苦草的累积生物量、生物量的分配（根叶比）及分株数均有显著影响.与未受损植物相比,强受损使苦草的累积生物量及无性分株数显著降低,根叶比明显升高,而弱受损与未受损处理之间没有明显差别.与营养贫瘠的岸泥相比,生长在肥力较高湖泥中的苦草的累积生物量较高,而根叶比与分株数较低;叶片损害与基质类型对苦草的相对生长率也有显著影响,受损使苦草的生长率明显提高,而两受损处理之间无显著差别.未受损与强受损时,湖泥中苦草的生长速率明显高于岸泥,弱受损时则相近.并初步探讨了水生植物受损后的补偿生长机理.     

三种沉积物改良措施比较及其对苦草生长的影响

在沉水植物的生活史中,沉积物提供植物固着基质和所需的大量营养元素,对沉水植物的兴衰有长期且深远的影响.通过模拟试验,研究了北里湖沉积物经过3种处理(覆盖砂、锁磷剂、粘土)后对苦草(Vallisneria natans)生长的影响,初步获得该湖生态恢复中适宜沉水植物生长的沉积物的最佳改良措施.结果表明:3种沉积物处理对沉积物的化学性状改变相对不大,而对物理性状改变效果较明显;生长于砂、锁磷剂和粘土处理的沉积物上的苦草株高、生物量和根冠比表现出明显的差异性(P＜0.001);生长在砂处理上的苦草的生物量和株高最高,根系指标(表面积、体积、根尖数及长度)也证明砂处理对苦草生长起到了促进作用;锁磷剂和粘土处理对苦草生长效果不明显,甚至抑制其生长.因此,北里湖沉积物的改良采用砂处理方法较为适宜.     

蓝藻堆积和螺类牧食对苦草生长的影响

设计了双因素四组处理(对照组,加螺组,加藻组,螺藻组)的室外受控实验,模拟湖泊沿岸带水华蓝藻的堆积以及底栖螺类的牧食活动对沉水植物苦草生长的影响。结果表明:蓝藻堆积(水体叶绿素a浓度为220μg/L)对苦草的生长具有明显的抑制作用,和对照组以及加螺组相比,加藻组和螺藻组中苦草的相对生长率分别下降了40.9%和36.4%,分株数也分别下降了56.4%和64.1%,分析认为蓝藻在水体表层堆积所产生的遮光可能是抑制底层苦草生长的主要原因。然而,环棱螺能在一定程度上促进苦草的生长,加螺组和螺藻组中苦草的相对生长率和分株数分别要明显高于对照组和加藻组,这可能要归因于螺类的牧食去除了沉水植物表面附着生物。实验中蓝藻堆积和螺类牧食对苦草的各项生长指标均无显著的交互作用,但蓝藻对苦草生长的抑制作用要远大于螺类对植物生长的促进作用。研究证实了在富营养浅水湖泊中,水华蓝藻在湖泊沿岸带的堆积会严重胁迫沉水植物的生长,而底栖螺类的牧食活动则能在一定程度上提高植物在不良环境下的生存能力。     

不同基质对四种沉水植物生长的影响

通过模拟试验,研究了太湖五里湖主要3种基质类型(沙石、生土、湖泥)对4种沉水植物(苦草、马来眼子菜、金鱼藻、轮叶黑藻)生长的影响. 结果表明,生长于沙石、生土、湖泥上的苦草和马来眼子菜平均生物量分别为72.37、126.25、134.10 g和40.0、72.10、90.70 g,而金鱼藻和轮叶黑藻平均生物量分别为0.27、6.58、73.64 g和0.17、3.26、84.42 g,说明湖泥较适合这四种沉水植物生长. 苦草和马来眼子菜对相对贫瘠的生土有较强的适应性,而金鱼藻和轮叶黑藻不适宜在生土中生长. 生长在沙石上的4种沉水植物的生物量和株高最低,其中金鱼藻和轮叶黑藻于试验期间死亡.苦草的根系活力(TTC)低于马来眼子菜,生长在沙石、生土、湖泥中苦草的根系活力分别为0、(0.16±0.05) mg·g^-1·h^-1和(0.36±0.33) mg·g^-1·h^-1,而马来眼子菜则分别为(2.68±0.34) mg·g^-1·h^-1、(2.30±0.77) mg·g^-1·h^-1、(5.24±0.67) mg·g^-1·h^-1. 叶绿素、质膜透性和丙二醛(MDA)的测定结果进一步证明了以上结论.此外,苦草、马来眼子菜和轮叶黑藻对基质有较强的沁氧能力,其大小顺序为苦草＞马来眼子菜＞轮叶黑藻.     

螺类牧食与沉积物类型对苦草生长的影响

在室外实验条件下,研究了螺类牧食与沉积物类型对苦草生长的影响。结果表明:椭圆萝卜螺的牧食对苦草生长有显著影响,牧食损害使苦草的相对生长率明显降低、块茎数量及重量下降。沉积物类型对苦草生长也有明显影响,苦草的相对生长率在营养盐相对丰富的湖泥处理组中要远高于岸泥处理组,而根须数与块茎重量在湖泥处理组中显著低于岸泥处理组。螺类牧食与沉积物类型对苦草的各项生长指标无明显交互作用。     

不同光照强度下物种组合对沉水植物苦草种间关系的影响

为了解种间关系对沉水植物群落结构的影响，在不同光照(20%自然光和50%自然光)和不同物种组合下，研究了长江中下游常见优势沉水植物苦草(Vallisneria natans)与黑藻(Hydrilla verticillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的相互作用。结果表明，在低光下，苦草与穗状狐尾藻混种时，苦草生物量、株高和叶数均没有明显变化，当穗状狐尾藻的比例较高时，苦草根长生长受到抑制，根叶比呈下降趋势；在高光下，穗状狐尾藻比例的增加会促进苦草单株生物量和叶生物量的增加，而对苦草株高、根长和叶数无显著影响；与黑藻混种相比，苦草与穗状狐尾藻混种时，苦草的株高、根长和叶数均无显著差异，而苦草的单株生物量和叶生物量均呈降低趋势。因此，物种组合和混种比例均会影响苦草与其他物种的相互作用关系，进而影响沉水植被的群落动态。     

背角无齿蚌(Anodonta woodiana)、苦草(Vallisneria natans)及其共存对水质的影响

滤食性贝类与沉水植物是水生态系统的重要组成部分,对浅水湖泊生态系统的结构、功能和过程具有重要影响,但两者共存产生的生态环境效应尚不明确。本文以背角无齿蚌(Anodonta woodiana)及沉水植物苦草(Vallisneria natans)为对象,通过构建中型水生态系统(对照组、蚌处理组、草处理组、蚌草共存组),研究了背角无齿蚌、苦草及其共存对水质的影响。结果表明:背角无齿蚌可显著降低浮游藻类生物量(Chl-a,P0.05);苦草显著降低了总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、总磷(TP)、溶解性总磷(TDP)及浮游藻类Chl-a(P0.05);蚌草共存显著降低了氮、磷营养盐水平及浮游藻类Chl-a(P0.05);背角无齿蚌对苦草的生长起促进作用,实验结束时蚌草共存组的苦草干重及株高显著高于草处理组(P0.05)。     

不同功能型沉水植物对溶解氧影响及环境效应

研究选用刺苦草(Vallisneria spinulosa)、黑藻(Hydrilla verticillata)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)分别代表底层型、冠层少根型和冠层多根型沉水植物,通过中宇宙实验,探索不同功能型沉水植物在生长过程中水柱和沉积物中溶解氧(DO)浓度及其相关指标的差异。实验结果表明:不同处理组水柱DO浓度存在显著差异,空白组水柱DO浓度显著低于植物处理组,且空白组水柱总氮(TN)和总磷(TP)浓度降低程度最少;黑藻组比叶面积、叶面积指数、净增长生物量、相对生长速率和水柱DO浓度最大,能够有效降低水柱TP和TN浓度;穗花狐尾藻组株高最高,提升水柱DO浓度显著高于刺苦草,水柱TP降低程度最大;刺苦草组比根长、单株总根长和根冠比最大,提升沉积物深度6 cm以内的DO效果最好,沉积物铁含量最高,沉积物总氮(TN)、总碳(TC)含量和间隙水总溶解性磷(TDP)浓度最低。在修复富营养湖泊过程中,可根据水和沉积物缺氧状况,合理配置底层型和冠层型沉水植物,构建释氧能力较强的群落,从沉积物表层到水柱上层均为湖泊提供充足的氧气,从而更加有利于清水态的形成。     

衰亡期黑藻与生长期菹草交替生长对水体磷迁移的影响

为利用冷暖种交替控制水体磷污染、抑制水体富营养化,揭示湖泊演化规律和机理。研究设置单季植物组(黑藻组、菹草组)和交替生长组(黑藻组+菹草组)进行实验。交替生长组在黑藻衰亡期种植菹草,监测各组上覆水和底泥中各形态磷含量的变化,计算黑藻衰亡释放磷及菹草生长吸收磷的总量,同时测定环境因子指标。分析沉水植物交替生长(黑藻+菹草)过程对衰亡期沉水植物(黑藻组)释放磷所带来的二次污染的消减作用,并分析环境因子变化与磷含量之间的关系。实验结果表明:黑藻+菹草组显著(P<0.05)降低了上覆水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性活性磷(SRP)的浓度;显著(P<0.05)降低了间隙水中DTP和SRP的浓度。底泥TP含量黑藻组呈上升趋势,黑藻+菹草和菹草组呈下降趋势。在采用菹草生物量期望2倍于衰亡植物黑藻生物量的模拟实验条件下,每实验组沉水植物黑藻衰亡分解所释放的磷为1.51 g,沉水植物菹草生长所富集吸收的磷为1.83 g。因此,菹草具备消减黑藻所释放磷的能力,可作为冷暖种交替控制水体富营养化的备选物种。实验组磷的迁移方向分别为:黑藻组磷迁移最终方向为底泥,黑藻+菹草组和菹草组磷的迁移方向为植物。黑藻+菹草组通过提高环境中DO和ORP,使得水相中磷向沉积物相中迁移,从而使得水相中各形态磷浓度保持在相对较低的水平。     

在极度弱光和两种底质条件下苦草的生长和生理响应

实验以云南大理州洱海水生植被重度退化区(湖心平台)作为实验地点, 探究极度弱光和两种底质(黏土、淤泥)环境下苦草(Vallisneria natans)在恢复过程中的形态及生理响应, 并依此探讨底质改善对苦草种群恢复的作用。结果表明: (1)在极度弱光环境下, 苦草部分死亡, 存活数量下降, 并在形态特征和生理特征上均表现出胁迫响应, 其形态特征值下降, 氮(N)含量和游离氨基酸含量上升, 碳(C)含量和淀粉含量下降; (2)苦草不同器官对弱光环境的响应有所差异, 叶片(地上部分)受到的胁迫影响大于根茎(地下部分); (3)苦草对弱光环境的响应在不同底质条件下有显著性差异, 苦草在黏土底质上表现出更小的胁迫反应和更高的存活数量, 两种底质相比较, 黏土更适合作为苦草恢复的底质条件。研究表明在洱海当前的水质环境下有希望结合局部的底质改善来实现在南部湖心平台的沉水植物恢复。     

六种沉水植物的克隆生长特征

为构建种群动态模型以指导沉水植被修复工程实践, 研究采用同质园实验方法对6种常见沉水植物(竹叶眼子菜(Potamogeton wrightii)、眼子菜(P. distinctus)、光叶眼子菜(P. lucens)、穿叶眼子菜(P. perfoliatus)、扭叶眼子菜(P. intortifolius)和苦草(Vallisneria natans)的克隆生长模式进行了连续观测研究, 获取了分株形成速率、空间扩张速率、株高增加速率等种群扩张动态参数,及分株数、间隔子长度、分株高度等克隆构件特征参数。结果表明, 6种沉水植物的分株数从28d开始增长, 其中苦草的分株形成速率最高, 平均为1.09株/d, 分株形成最大速率出现在55d之后; 穿叶眼子菜和扭叶眼子菜的分株形成速率低于苦草, 但是高于竹叶眼子菜、眼子菜和光叶眼子菜, 最大速率出现在41d之后。虽然苦草的分株最多, 但是分株的株高最低, 其株高增长速率均值为0.2 cm/d。眼子菜属物种中竹叶眼子菜和眼子菜株高增长速率最高, 光叶眼子菜的株高增长速率和分株形成速率都最低。克隆系占据面积随时间的扩张速率为穿叶眼子菜(113.22 cm2/d)>扭叶眼子菜(71.70 cm2/d)>苦草(35.48 cm2/d)>竹叶眼子菜(12.09 cm2/d)>眼子菜(3.07 cm2/d)>光叶眼子菜(0.53 cm2/d)。此外, 研究还发现眼子菜属植物普遍表现出匍匐茎上“节”的形成, 而苦草则不具备这种特性, 匍匐茎“节”的形成及随之形成的不定根在眼子菜属植物空间扩张过程中具有重要的生态功能, 并在种群构建方面与苦草等其他物种发生分异。基于眼子菜属植物匍匐茎上的“节”可以形成跳跃性的分株, 在种群面积扩张方面更具优势; 而苦草形成分株的数量更多、速度更快, 在提高种群密度保障种群稳定方面更有优势。     

根际促生菌对沉水植物的促生效应及其与沉积物氮磷赋存形态的关系

研究在沉积物高有机质条件下, 通过接种根际促生菌(Plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR) PC2(Bacillus stratosphericus)、H19(Bacillus subtilis)和L3(Bacillus cereus)的方式探讨其对苦草(Vallisneria natans)植株的促生效应及其与沉积物氮磷赋存形态的关系。结果表明, 接种组对苦草生长具有显著促进作用, 空白处理种植的苦草生长受到抑制, PGPR对苦草生长促进的综合影响为PC2>H19>L3, PC2处理组株高、根长、地上鲜重和根鲜重比空白分别增加了165.0%、17.4%、378.8%和165.1%。进一步分析不同时期苦草的各种生长指标增量与氮磷赋存形态增量的关系, 通过RDA分析及皮尔森相关分析, 苦草生长指标增量与沉积物中无机氮(Inorg-N)、亚硝态氮(NO₂-N)、硝态氮(NO₃-N)、无机磷(Inorg-P)和铁/铝磷(Fe/Al-P)等增量显著负相关, 表明PGPR对沉积物中无机态N、P具有一定的控制作用。因此, 接种PGPR对解决受污染湖泊沉水植物恢复及内源污染等问题具有一定潜力。     

洱海底泥特性对七种沉水植物生长的影响

为研究洱海底泥特性对沉水植物生长的影响,采用不同比例洱海底泥与湖岸土壤掺混形成五种基质,并分别移栽苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻,进行为期70d的室外生长实验,结果表明不同基质对几种植物的影响具种间差异。（1）在基质为50%深层底泥+50%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为31.59、0.334和0.095 mg/g）时,苦草、马来眼子菜和光叶眼子菜的株高最大;基质为100%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为37.88、0.803和0.149 mg/g）时,黑藻、微齿眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻的株高最大;（2）基质为100%深层底泥时,苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜和光叶眼子菜生物量增加最多且相对生长速率最大;基质为100%浅层底泥（碳、氮、磷含量分别为77.37、5.691和0.136 mg/g）时,穿叶眼子菜生物量增加最多,相对生长速率最大;狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥（碳、氮、磷含量分别为49.27、2.005和0.131 mg/g）时生物量增加最多,相对生长速率最大;（3）基质为100%湖岸土壤（碳、氮、磷含量分别为22.06、0.327和0.231 mg/g）时,7种沉水植物均生长缓慢,生物量增加较少。综上所述,中营养底泥（碳、氮、磷含量分别为31.59-49.27、0.334-2.005和0.095-0.131 mg/g）更适合沉水植物生长,底泥中过高或过低营养都不利于沉水植物生长。     

两种沉水植物对间隙水磷浓度的影响

为研究两种根系特征的沉水植物在生长过程中对间隙水中磷浓度的影响,选取根系较多的沉水植物苦草和根系相对较少的沉水植物黑藻作为实验材料,监测底泥中间隙水各形态磷含量及环境因子的变化,探讨不同根系特征沉水植物对间隙水中磷的影响。结果表明:黑藻和苦草实验组沉积物间隙水中各形态磷的浓度均呈不同程度的降低,黑藻和苦草对于稳定水质,减少底泥中磷向水中转移具有明显的效果;沉水植物不同,底泥间隙水中溶解性总磷(DTP)和溶解性活性磷(SRP)存在明显差异。实验结束时黑藻组和苦草组间隙水中DTP的浓度分别为0.24,0.01 mg/L,SRP的浓度分别为0.22 mg/L,0.004 mg/L。间隙水中磷的形态主要以DTP和SRP为主,溶解性有机磷(DOP)的含量相对较低。沉水植物对间隙水中磷的吸收是降低间隙水中磷含量的重要原因,苦草的吸收能力大于黑藻。沉水植物根系通过降低底泥p H值,提高氧化还原电位(Eh)的方式抑制了底泥中磷的释放。     

Community collocation of four submerged macrophytes on two kinds of sediments in Lake Taihu, China

To explore a method for rapid restoration and artificial regulation of submerged macrophytes in large-scale restoration of eutrophic lakes, the succession and the biodiversity changes of four communities composed of four native, common submerged macrophytes, Hydrilla verticillata, Potamogeton malaianus, Vallisneria spiralis and Najas marina, on two kinds of sediments were investigated. Under low light intensity (reduced by 99%), the plant biomass changed with seasonal changes, plant competition, and environmental stress. The competitive capability for light differed in the four species due to different shoot height and tiller number. After 405 days of transplantation, H. verticillata became dominant in all communities. The biomass of H. verticillata, with strong ability to endure low water light environment, accounted for more than 90% of the total community biomass, and P. malaianus had only weak growth, while V. spiralis and N. marina almost disappeared. Based on livability and biomass of submerged macrophytes on two sediment types, brown clay sediment appeared to be more favorable for the settlement of the plants, while fertile sludge sediment was suitable for vegetative growth. In conclusion, the improvement of habitats and the selection of appropriate plant species are of the greatest importance for ecological restoration of the aquatic ecosystem.     

泥沙埋深对苦草和微齿眼子菜及两物种混合分解的影响

为探讨泥沙淤积对水生植物分解的影响,研究了沉水植物苦草(Vallisneria natans)、微齿眼子菜(Pota-mogeton maackianus)及两物种混合在底泥中不同埋深(0 和5 cm)的分解速率和养分动态,实验周期为117d。结果显示:(1)在0和5 cm埋深处理下,苦草、微齿眼子菜及两物种混合的分解速率均表现为苦草最快,微齿眼子菜最慢,物种混合介于两单种之间。与0 cm处理相比,在5 cm埋深处理下苦草、微齿眼子菜及两物种混合的分解速率显著降低(P0.05)。苦草在0和5 cm埋深处理下分解35天后干重剩余率分别为0和43.51%、在5 cm处理下分解82d后干重剩余率为0。微齿眼子菜和两物种混合在5 cm埋深处理下分解117d后的干重剩余率分别提高了31.09%和37.44%。(2)与0 cm处理相比,5 cm埋深处理显著抑制苦草、微齿眼子菜及两物种混合的N、P释放。苦草在0和 5 cm埋深处理下分解35天后N剩余率分别为0和31.28%、P剩余率分别为0和24.45%。在5 cm埋深处理下分解117天后微齿眼子菜N和P剩余率分别提高了19.45%和14.73%、两物种混合N、P剩余率分别提高了41.57%和22.82%。(3)两物种混合在0和5 cm埋深处理下,其分解速率均表现为加和效应,但N、P元素释放在0 cm处理下分别表现为协同效应和加和效应,在5 cm埋深处理下均表现为拮抗效应。(4)随着分解的进行,5 cm埋深处理下的苦草和微齿眼子菜的微生物呼吸速率均显著降低,物种混合的微生物生物量始终低于0 cm处理。这些结果表明泥沙埋深显著降低了苦草、微齿眼子菜及两物种混合的分解速率和N、P元素释放,物种混合的N、P元素释放在分解后期均因沉积作用而产生了拮抗效应。此外,泥沙埋深对分解的抑制作用与微生物呼吸及生物量降低有密切的关系。研究结果可为认识水生植物分解对沉积作用的响应机制提供资料,并为了解水生植物分解对底质营养动态的影响提供参考。