沉水植物菹草对富营养化水体中TN 生态效应及模型研究

通过室内模拟构建水体营养盐和菹草生物量正交试验, 研究菹草从石芽萌发至菹草植株衰亡腐烂整个生命周期中, 对水体中TN 的生态效应, 并以此为依据建立菹草对富营养化水体生态效应模型。研究表明: 在不同生物量菹草作用下, 富营养化水体中TN 含量是先下降后上升的一个周期式过程; 在相同营养水平条件下, 菹草对TN 的吸收量随菹草生物量的增大而依次递增, 而在相同生物量的前提下, 菹草对TN 的修复力存在一个最佳营养水平范围, 即13.95-20.56 mg·L–1 之间; 菹草对富营养化水体生态效应模型分两部分: 菹草对富营养化水体中TN 与时间关系模型以及菹草生态修复水体TN 限度理论模型, 通过这两个模型的构建可以为生产实践中菹草在生态修复富营养化水体的投放量和菹草的最佳收割时间提供有力依据, 为工程实践提供有效保障。     

水生植物在水生态健康中的环境负效应

水生植物作为水生态系统中的初级生产者,为水生态系统健康做出贡献的同时也带来了不容忽视的问题,如占据大量其它生物生存空间,水生植物的光合作用以及呼吸作用可以使得水体pH值升高或降低,非生长季节水生植物体早期的腐烂降解使得水体TP、TN、COD含量迅速上升以及DO下降,水生植物的促淤作用加速湖泊淤积与沼泽化进度等。本文通过探讨水生植物在水生态健康中起到的环境负效应,为湖泊水生植物管理提供相关建议与参考。     

利用大型围隔研究沉水植被对水体富营养化的影响

在严重富营养化的东湖设置大型围隔（20×29m）两个,并在其中引种沉水植物—菹草（PotamogetoncrispusL．）,探讨了菹草的恢复对水体富营养化的影响。菹草的恢复,使两个大型围隔中的各种营养盐水平都显著地低于围隔外围的湖水（P＜0．01）,溶解氧和透明度显著升高,电导率明显下降,即水质得到了明显的改善。又将其中一个围隔中已恢复的菹草全部收割并移出,在一个多月的期间,未被收割的围隔内水体中各种营养盐浓度比已收割围隔稍低,但未能达到统计学上的显著差异（P＞0．6）,对水体浮游植物叶绿素a浓度也没有显著影响。即在短期（一个月左右）未使水质明显恶化。     

菹草附着物对营养盐浓度的响应及其与菹草衰亡的关系

在菹草衰亡阶段对5个静水水体中菹草叶片表面附着物进行野外调查,并将其与水体营养盐浓度、沉水植物衰亡程度进行相关性分析。附着物共调查Chl.a含量、干重、有机质含量和藻类数量4个指标,沉水植物衰亡程度用单位面积叶片Chl.a含量表示,水体营养盐含量测量了TP、TN和N/P 3个指标。结果显示：附着物生物量与水体营养盐状况存在一定的正相关;各个点的附着物生物量与菹草衰亡状况存在一定相关性但相关性趋势与水体污染程度有关。在污染程度较高的水体中附着物生物量与菹草衰亡程度呈正相关,在污染程度较低的水体中附着物生物量与菹草衰亡程度呈负相关。结论为富营养化湖泊中营养盐含量的增加会导致附着物生物量的增加,但附着物只在污染程度较高的水体中促进植物衰亡。     

红枫湖富营养化水体生态修复中水生植物化学成分

高原山区深水型湖泊水深大、水位变化剧烈,不利于水生植物生长,通常的浅水湖泊生态修复技术难以应用.本文选取贵州红枫湖这一典型的高原深水湖泊作为试验点,在右二湖湾以浮岛为载体引种多种水生植物,并对植物根茎叶中的氮、磷及重金属成分进行了分析.结果表明:各水生植物氮含量为菹草＞鲁梅克斯＞聚合草,磷含量为菹草＞伊乐藻＞鲁梅克斯,氮、磷元素去除效果较好的植物为菹草、伊乐藻、鲁梅克斯;试验植物对重金属Cu、Cd、Pb、Zn和Hg均具有一定的耐受性,植物内不同重金属的累积浓度为Zn＞Pb＞Cu＞＞Cd＞Hg,重金属富集系数根＞叶＞茎,Zn/Cd比值为叶＞茎＞根;总体上,黑麦草、鲁梅克斯和菹草重金属的富集系数较高;植物中总氮(TN)与总磷(TP)含量呈显著正相关,重金属与营养元素之间不存在明显的相关性.试验表明,陆生植物依靠浮岛载体能在水面较好地生长,可应用于深水型湖泊污染水体生态修复.在实际应用时,需结合水体污染特点和植物吸收特性选择最佳植物组合类型.     

菹草种群内外水质日变化

对菹草(Potamogeton crispus)种群内外水体进行了昼夜连续监测,分析菹草种群内外水质的日变化趋势.结果显示,种群内DO自日出后增加,日落后持续下降,且与水温变化一致,于19:30左右出现1次明显低谷,后略有恢复,后一直降至日出前后;开阔水域DO变化与水温呈现一定相关性,但变化幅度较小;交界处DO含量兼有种群内与开阔水域的变化特点.种群内水体pH值自日出前后升高,日落时达最高值,后开始下降,直至次日出前后;交界处与种群变化趋势一致;开阔水域pH总体变化幅度较小,白天高于夜间,总体DO含量及pH分布:种群区＞交界处＞开阔水域.种群及交界处TN含量均在日出前后达最高,日出后递减,开阔水域夜间含量较高,日出前后达最高;各点NH+4-N变化规律不显著;种群内水体TP含量夜间较高,日出前后达最高值,日出后递减,日落后递增;开阔水域TP含量夜间较高,白天略低;交界处正午前后达最低值,傍晚达最高值,TN、TP总体分布:种群＜交界处＜开阔水域.菹草种群存在对水体DO、pH等环境因子均产生重要影响,继而影响水体内源性氮磷的迁移,其中对pH影响较小,其变化未能影响水体氮磷迁移,而DO昼夜变化较大,对水体内源性氮磷的迁移起重要影响.     

大型溞引导的沉水植被生态修复对滴水湖水质的净化效果

2007年4月-2008年1月,在滴水湖D港中段长950m(水量为10000m3)的修复区内投放大型溞(Daphnia magna),以滤除水华藻类等颗粒有机物,然后移栽伊乐藻、苦草、轮叶黒藻、光叶眼子菜和菹草等沉水植物,逐月监测水体中总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、亚硝态氮(NO2--N)、总磷(TP)、活性磷酸盐(PO43--P)和COD等水质指标,分析沉水植被栽培对滴水湖水体水质的净化效果.结果表明:试验期间,修复区水体TN、TP、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P和COD显著低于对照区(P0.01),溶解氧(DO)增加了50.4%,水体透明度(SD)平均在3.4~3.7m,水质达到国家Ⅱ~Ⅲ类地表水水质标准;2008年3月应用已构建的沉水植被群落对富营养化流水水体水质进行净化试验,7d后修复区流水水体除BOD外,TN、TP、NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P和COD均显著降低(P0.01),DO增加了17.98%,SD提高了30cm.利用大型溞控藻后移栽沉水植物对滴水湖水体水质的净化效果十分显著.     

利用水生植物原位修复污染水体

在实验围隔系统中,夏季利用凤眼莲、冬季利用耐寒型沉水植物伊乐藻等恢复水生生态系统,研究水生植物对水体氮、磷营养盐、透明度等理化性质的影响.结果表明：水生植物处理围区营养盐水平均显著低于围区对照和大湖水体.最初15 d,凤眼莲生长速度快,覆盖面积从100 m²增加到470 m²;44 d后,覆盖面积达到65％,处理围区的水质最佳,总氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺ -N)、亚硝态氮(NO₂^- -N)、高锰酸钾盐指数(COD_Mn)和叶绿素a浓度最低,透明度达到1.7～1.8 m(水底).10月份后,处理围区水体总磷(TP)维持在0.1 mg·L^-1左右.处理围区透明度提高后,伊乐藻逐渐成为优势种(覆盖面积达到总水域的1/3),在净化水质、维持水质理化性质稳定和提高透明度方面作用显著.表明水生植被恢复可以有效降低水体营养盐,控制浮游植物增长,是改善富营养湖泊水质的重要措施.     

透明度胁迫对菹草(Potamogeton crispus)生长的定量影响及其生长动力学模型

在实验室研究了不同水体透明度对沉水植物菹草生长的影响,结果表明,在实验条件下,当水体透明度低于12cm时,菹草由于水下光照不足而无法存活;透明度为15cm时菹草的生物量明显低于透明度为70cm(对照)、35cm和20cm 3种情况下的生物量,表明在透明度为15cm时,菹草的生长受到了明显的抑制.实验期间,菹草生物量变化的回归分析表明,不同透明度下菹草的生长均符合逻辑斯谛曲线.采用逻辑斯谛方程描述菹草的生长规律,结合实验结果,确定不同水体透明度下菹草的生长参数,结果显示:水体透明度对菹草生长的内禀增长率rm影响较大,而对菹草生长的环境容纳量k无明显影响.综合考虑水体透明度对菹草生长的影响,建立考虑水深和透明度因素的菹草生长动力学模型,该模型可预测出在外部水环境因素作用下菹草的动态生长过程.     

水生植物腐烂分解对水质的影响

对6种水生植物进行64 d的腐烂分解试验,对比不同水生植物腐烂分解过程中水体营养盐浓度的变化.结果表明： 6种水生植物的腐烂分解速率差别较大,浮叶植物分解速度最快,沉水植物次之,挺水植物最慢.不同水生植物腐解过程对水质影响不同,并与植物生物量密度相关.挺水植物芦苇腐解过程中的水体化学需氧量、总氮和总磷浓度最低;在茭草分解后期,水体化学需氧量和总氮浓度上升,水质变差.浮叶植物荇菜和莲腐解过程中,水体化学需氧量和总氮浓度高于其他植物.沉水植物菹草和狐尾藻腐解过程中,水体铵态氮、硝态氮和总磷浓度最高.对于同一种植物,不同生物量密度处理下,主要水质指标变化趋势相似.适量的植物残体的存在可以有效促进水体氮、磷等营养元素的循环,一定程度上去除硝态氮,降低水体氮负荷.     

影响北京地区湿地沉水植物群落组成的主要水环境因子

为了揭示影响沉水植物群落组成的水环境因子,包括水体的水文过程和理化特性,分析用特定沉水植物或群落作为检测水环境的直接指示物的可能性,选取北京地区的淡水湿地9处,采用系统取样法进行野外调查.每条样带记录沉水植物的鲜质量和湿地水文参数(流速和水深);同时取水样检测其理化参数:透明度、水温、电导率、pH值、氧化还原位、总氮、总磷、化学需氧量.对环境因子和沉水植物生物量进行DCCA排序,再运用双向分类矩阵,最终将14种沉水植物分为10个类群.结合群落水环境参数综合分析,影响植物群落组成的因子是流速、总氮含量、化学需氧量、电导率、氧化还原电位,其中流速的作用非常显著.不同沉水植物群落分类组对环境因子有明显的指示意义,狐尾藻+菹草群落是水体严重富营养化的表现,而北京水毛茛群落的出现是水质较好的表现.

Abstract：

In order to reveal the hydro-environmental factors affecting the community composition of wetland submerged plants, and to approach the possibility of using certain submerged plant species or communities as the direct indicators in detecting hydro-environment, a field investiga-tion was conducted on nine freshwater wetlands in Beijing. The plant fresh mass, wetland hydro-logical parameters (flow rate and water depth), and water physical and chemical parameters (transparency, temperature, conductivity, pH, redox potential, total nitrogen, total phosphorus, and chemical oxygen demand) were measured, and DCCA ordination was made. Based on the ordination, and by using two-way classification matrix, the fourteen wetland submerged plant spe-cies in Beijing were classified into ten groups. According to the comprehensive analysis on the measured variables, the factors affecting the community composition of the wetland submerged plants were flow rate, total nitrogen concentration, chemical oxygen demand, conductivity, and redox potential, among which, flow rate was the key. Different submerged plant communities had indicative significanees for the wetland hydro-environment. For example, the occurrence of Myri-ophyllum spicatum + Potamongeton crispus community was an indicator for severe eutrophication, while that of Batrachium pekinens community could be regarded as an indicator of better water quality.     

沉水植物菹草的人工种子技术

为满足水生态系统重建及水体景观对沉水植物种苗的需求,本文建立了菹草（Potamogeton crispus L.）人工种子的制作方法,并分析了菹草人工种子的萌发条件。结果表明,以海藻酸钠为包埋剂,在包埋剂中添加IBA 1.0 mg/L + 6-BA 0.5 mg/L,制备的菹草人工种子在灭菌自来水中萌发率可达80％,且转株率达20％。在15－25℃之间,温度对菹草人工种子萌发和转株的影响不显著;氮磷水平对菹草人工种子萌发和转株的影响不显著;光强对菹草人工种子的萌发和转株有显著影响,较高的光强有较高的萌发率和转株率,光强为40μmol/ m2. s时,菹草人工种子萌发率、转株率可达67.8％、35.6％;底质对菹草人工种子的萌发和转株有显著影响,菹草人工种子在黄沙壤上的萌发率、转株率分别为60%和42.2%,黄沙壤比淤泥和砂石更适合菹草人工种子萌发和转株;菹草人工种子在野外湖水的试验中萌发率、转株率分别达到28%、15%。     

灞河城市段浮游生物群落结构时空变化及其与环境因子的关系

为了解灞河城市段浮游生物群落结构及其与环境因子之间的关系,于2016年9月至2017年7月每2个月进行一次采样分析。调查期间共鉴定出浮游植物7门63属,其中绿藻门种类数最多(34.9%),其次为硅藻门(30.2%);浮游动物4类45种,以轮虫(48.9%)和原生动物(24.4%)为主。浮游植物和浮游动物的丰度分别为0.73×10~4—98.5×10~4个/L和20—1084个/L,在时空分布上均呈现下游高于上游的趋势,峰值均出现在夏季。根据水体透明度、溶解氧、总磷、总氮、高锰酸盐指数和重金属等理化指标、浮游生物丰度、Shannon-Wiener多样性指数和Margalef丰富度指数对灞河城市段水质状况进行综合评价,结果显示,所研究流域总体为中污状态,上游景观河道内的水生植物对水体具有一定的修复能力。典范对应分析表明,水温、总氮、pH、溶解氧和汞是浮游植物群落分布的主要影响因子;影响浮游动物群落分布的主要因子为水温、总氮、总磷、叶绿素a和汞。     

富营养化水体的水生植物净化试验研究

利用水生植物净化和底泥遮蔽的方法对养鱼池的富营养化水体进行控制研究．结果表明,金鱼藻等6种水生植物对水中总氮、总磷和硝态氮有较好的去除效果,而以狐尾藻和微齿眼子菜两种效果最好,1个月后对总氮的去除率分别为83．84％和77．54％,对硝态氮的去除率分别为95．85％和90．65％,磷的去除率都达到了91．7％．但对氨氮的去除效果稍差,1个月时去除效果只有14％～70％．底泥进行塑料遮蔽处理后在前期(15～20d)能控制底泥中营养盐的释放,但不能保持长久;并在后期表现出“补偿效应”．试验结果还表明。水生植物能有效提高水体透明度和水体观感,但对改善COD和DO的效果不明显．     

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。     

西湖引水工程絮凝剂余铝对菹草生长及水质的影响

为分析杭州西湖引水工程絮凝剂残余铝盐对水质和沉水植物的影响,研究采用室外模拟试验,考察了连续投加不同浓度梯度的明矾(KAlSO412H2O)絮凝剂对菹草(Potamogeton crispus)的生理影响和对水质的影响。试验设置了4个处理: 对照组、低剂量组(35050) g/L、中剂量组(65070) g/L、高剂量组(1100150) g/L。结果表明: (1)低、中剂量投加对水中铝盐含量无显著影响,高剂量投加导致水中铝盐含量显著上升; (2)水中铝盐含量呈先升高后降低的趋势,pH随铝盐含量升高而降低,总磷(TP)随之有所下降,各处理组水中总氮(TN)、浮游植物密度、浊度均明显下降; (3)3个剂量组菹草各生化指标较对照组几乎无显著变化,试验浓度的铝盐投加对菹草的生长没有造成明显损害,在菹草耐受范围内,建议在西湖引水工程入水口附近[水中铝盐含量约(25050) g/L]可选用菹草进行植被恢复。     

白洋淀菹草对富营养化水体总磷的净化

利用白洋淀区域鲥鯸淀、王家寨和小淀3个淀区的水体、底泥和菹草组成室内静态的模拟生长体系,研究白洋淀菹草在不同水体及底泥环境下的生长状况,以及不同菹草生长体系对水体总磷的净化效果.结果表明:鲥鯸淀菹草生长体系对水体总磷的净化效果最佳,最大去除率为87.9%,单位生物量对水体总磷的最大去除率为2.2%;王家寨和小淀菹草生长体系对水体总磷的最大去除率分别为47.4%和76.9%,单位生物量对水体总磷的最大去除率分别为0.9%和1.4%.3个菹草生长体系的底泥对水体总磷吸附的最大百分比分别为9.1%、7.4%和7.7%.菹草生长体系的TP-t和v-t拟合方程表明,水体中总磷浓度及其去除速率随时间的延长以负指数形式衰减.