沉水植物光合作用的特点与研究进展

沉水植物属于高等植物,由陆生被子植物演化而来,它们在形态、光合生态生理方面对水下生活环境发生了一系列适应性变化。沉水植物的光合作用受水体中光、温度、pH和无机碳等影响,本文对此进行了综述。水中低CO2扩散率以及细胞外较厚的扩散层阻碍了沉水植物净碳的吸收,因此,沉水植物光合作用速率受到无机碳供应的限制。为获得无机碳,沉水植物在形态结构和生理生化上表现一定的特性,包括薄的叶片层并含有叶绿体以及对HCO3-利用的能力,拟C4型和CAM型光合代谢途径的选择。这些是沉水植物碳浓缩机制的具体体现。     

富营养底质对沉水植物的胁迫研究Ⅰ.乙酸对伊乐藻和菹草萌发与幼芽生长的影响

湖泊底质中有机物的厌氧代谢产生多种有机酸,其中主要成分是乙酸。研究了暴露于不同浓度的乙酸溶液后伊乐藻（Elodea nuttallii）和菹草（Potamogeton crispus）无性繁殖体的萌发和幼芽的生长状况。1mmol／L的乙酸能显著抑制伊乐藻幼芽的生长（P〈0．05）,但对其繁殖体的萌发无明显影响。在4mmol／L的乙酸影响下,菹草幼芽仍有明显的生长;菹草繁殖体的萌发受到显著抑制（P〈0．05）,但在随后的培养中可全部萌发。4mmol／L以上的乙酸暴露3d或6d导致伊乐藻全部死亡,8mmol／L的乙酸处理6d或16mmol／L的乙酸处理3d或6d导致菹草全部死亡。研究表明厌氧底质中的乙酸可能是阻碍沉水植物生长的重要因素之一,菹草比伊乐藻能耐受较高强度的乙酸胁迫,更适合作为先锋物种用于富营养化湖泊中的沉水植物恢复。     

云南抚仙湖沉水植物分布及群落结构特征

2005年6～7月对抚仙湖沉水植物进行了调查。共采集到沉水植物12种。沉水植物在抚仙湖沿岸浅水区均有不同程度的分布,主要分布在北岸、南岸、河口以及湖湾。分布区内平均水深4．27m,平均透明度2．96m。优势种为黑藻、穗状狐尾藻、篦齿眼子菜、金鱼藻和苦草,其优势度分别为59．08％、54．47％、54．26％、48．71％和48．30％,占群落总优势度的65．19％。根据优势种及组成特征,可将沉水植物群落分为11个类型。全湖沉水植物分布区面积318．8hm^2,资源量19502．79t,平均生物量6118g/m^2。2005年与1980年前后和2003年的调查结果相比,抚仙湖沉水植物、生物量和分布范围显著增加。     

高邮湖沉水植物分布格局及其与水环境因子的关系

2016年对高邮湖沉水植物分布进行了采样调查, 并应用冗余分析法对沉水植物分布格局及其与主要环境因子的关系进行了研究。结果表明, 高邮湖现有沉水植物种类分布稀少, 其中春夏季菹草(Potamogeton crispus)是高邮湖沉水植物中绝对优势种, 其分布几乎遍及全湖, 穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)仅在个别点位少量分布。不同季节湖泊氮含量均可维持在Ⅲ类水标准, 而磷含量严重超标。相关分析发现, 沉水植物分布和透明度呈正相关, 与总磷、氨氮浓度显著负相关。Monte Carlo检验结果表明, 总磷和透明度是影响高邮湖沉水植物分布的主要环境因子。实验结果为进一步探讨高邮湖沉水植物资源的利用和保护提供依据。     

大型沉水植物苦草的光谱特征识别

地物特征与其光谱特征的关系是解译遥感影像的关键.利用地物光谱仪在实验室和上海“梦清园”人工湿地中,分别实测了不同盖度沉水植物苦草的反射光谱特征.结果表明随着苦草盖度的增加,其光谱反射率也相应增加,不同盖度苦草的光谱反射率差异主要表现在500～650 nm和700～900 nm 波段范围.受水体环境影响,实验室模拟试验与室外控制试验测得的苦草光谱反射率差异主要表现在近红外波段（700～900 nm）.分别将苦草的不同盖度与其在QuickBird多光谱遥感影像4个波段与盖度相关性最大波段处的光谱反射率进行回归分析,得到了较好的线性关系.应用回归分析得到的线性方程,可以根据测定的光谱反射率定量反演水体中的苦草盖度.研究结果可为监测沉水植物的高光谱遥感影像判读和解译分类提供技术支撑,为大尺度遥感监测沉水植物的分布和动态变化提供科学依据.     

五种沉水植物对富营养化水体的净化效果

为达到净化水质的目的,采用移栽沉水植物控制富营养化水体中营养盐含量和浮游藻类生物量。本研究在夏季藻类密度较高的富营养化水体中移栽5种长江中下游流域常见沉水植物,比较不同沉水植物去除营养盐和控制藻类总量的能力。研究结果:5种沉水植物对水体总氮含量去除率的大小顺序为:竹叶眼子菜>黑藻>苦草>微齿眼子菜>菹草,对总磷去除率大小顺序为:竹叶眼子菜>黑藻>微齿眼子菜>苦草>菹草;竹叶眼子菜控制水体中藻类总量的效果最佳,苦草、微齿眼子菜及菹草次之,黑藻对水体总磷和浮游植物的去除效果均极显著(p≤0.01),而对总氮含量的作用影响不明显(p=0.209)。综合营养盐吸收作用和藻类控制效果来看,竹叶眼子菜在整个实验过程中生长状态良好并达到较为稳定的净化作用,是夏季治理浅型富营养化静水水体的理想物种之一。     

不同基质中水鳖对共存的穗花狐尾藻和金鱼藻的影响

研究设置了营养水平不同的3种基质,在有或无浮水植物水鳖共存的情况下,混合种植营养吸收方式不同的两种沉水植物（仅从水中吸收营养的金鱼藻和从水和基质都能吸收营养的穗花狐尾藻）,探讨在不同的基质中浮水植物对沉水植物的影响。结果显示:实验中水鳖的存在均未对共存的两种沉水植物的生长产生抑制作用。当水鳖覆盖水面时,与无根的金鱼藻竞争光照和水体营养,促使其增加分枝数和茎长,并增加叶生物量的分配,最终导致水鳖的共存促进了金鱼藻的生物量积累。但与金鱼藻不同,有根的穗花狐尾藻可通过基质吸收营养,与共存的水鳖之间只存在光照竞争,使穗花狐尾藻仅以改变植株形态来适应浮水植物的表层覆盖,生物量积累并未发生显著变化。与沙处理相比,水鳖在营养水平较高的泥处理和泥沙混合处理中生长更旺盛,基质没有显著影响沉水植物的生物量和分株数。因此,在退化湿地生态系统中恢复水生植物时,为了提高群落的物种多样性,可以将沉水植物与少量的浮水植物组合配置,少量的浮水植物不会对沉水植物的生长带来负面影响。     

沉水植物茎叶微界面特性研究进展

沉水植物茎叶-水界面是浅水湖泊的重要界面之一,对湖泊生物地球化学循环和水环境质量具有重要影响。富营养化水体中,大量的附着物常富集在沉水植物茎叶表面,形成了特殊的生物-水微界面。对该微界面特性进行深入研究,有助于揭示沉水植物在微环境层面对富营养化水体中物质循环的调控过程和机制。沉水植物茎叶微界面具有促进水体养分转化、改变环境因子及可溶性物质的空间分布,增加物质运输的阻力和距离、降低植物光合作用、调控重金属等生态功能;微界面结构及环境因子受水体营养盐浓度、沉水植物种类及生长阶段等因素的影响。对微界面结构功能的主要研究方法进行了分析总结,并对沉水植物茎叶微界面的研究前沿进行了展望。     

苦草对砷的富集作用

为了探求合适的水体砷污染修复植物及砷在食物链中传递、累积的特点,以常见的沉水植物-苦草为研究对象,对受砷污染的水体进行修复,结果表明:苦草对水环境中砷的富集能在较短的时间内(3 d)达到一个较大值,到第14天,不同砷水平(2 mg/L)处理下的苦草对砷富集系数均超过200;苦草中砷浓度随处理时间及外源砷浓度的增加而增加,且与外源砷浓度之间存在极显著地正相关;苦草在不同浓度砷处理下都生长良好,对砷胁迫表现出较强的耐受性。因此,苦草对于水体的砷污染有着很好的去除效果,同时也能很好地反映出一个地区的砷污染水平。     

菹草对底泥中重金属污染的修复效果

以沉水植物菹草为研究对象, 通过生态缸模拟试验, 研究菹草的种植密度对底泥中不同重金属富集能力的影响, 探索沉水植物菹草对不同重金属污染的修复效果。结果表明: (1)250 株⋅m–2 密度组的菹草体内Cd、Cu、Pb 元素的平均增量最大, 分别达到30.02 mg⋅kg–1、271.2 mg⋅kg–1、226.48 mg⋅kg–1, 富集效果较好; 167 株⋅m–2 密度组菹草体内Zn元素的平均增量最大, 达到423.08 mg⋅kg–1, 可见该密度下对Zn 的富集效果最好。(2)菹草对四种重金属富集能力而言,在实验的三个密度组中对Zn 的富集效果都是最好的, 生物富集因子BSAF 分别为7.77、9.57、8.16; Cd、Cu、Pb 在250 株⋅m–2(每缸30 株)密度组下BSAF 分别达到最高7.63、6.33、3.93。(3)回归分析的曲线估计, 可知菹草植株中的重金属含量(y)与底泥中的重金属含量(x)是一种线性回归的关系。回归方程通式为y= –ax+b, 决定系数R2 都接近1, 回归模型的显著性均达到显著水平。