沉水植物恢复对湖泊沉积物产甲烷菌的影响研究

为探明沉水植物恢复对湖泊沉积物中产甲烷菌的影响,本文选用杭州西湖沉水植物恢复区域进行研究,同时对比分析未进行沉水植物恢复区域。产甲烷菌多样性和群落结构分析采用限制性片段长度多态性分析(PCR-RFLP)及分子克隆等技术。研究结果表明,沉水植物恢复区产甲烷菌OTU类型均数为13种,高于沉水植物匮乏区域的9种;并且沉水植物恢复区的Shannon指数、Simpson多样性指数较对照区分别高21.7%和9.5%,表明沉水植物的恢复有利于提高沉积物中产甲烷菌群落结构多样性。就产甲烷菌种类而言,沉水植物的恢复对甲烷微菌纲Methanomicrobia等影响不显著,恢复区和匮乏区分别占43.6%-67.4%、41.5%-58.1%。甲烷球菌纲Methanococci在沉水植物恢复区和匮乏区的存在量较少,分别占1.7%和4.1%。而沉水植物的恢复一定程度上提高甲烷杆菌纲Methanobacteria的比例,较匮乏区高14.6%,且仅在恢复区检测到甲烷杆状热菌科Methanothermaceae和甲烷八叠球菌科Methanosarcinaceae。       

光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展

光衰减对沉水植物的生长具有至关重要的影响。系统归纳总结了光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长的影响,指出:光因子是沉水植物生长的第一环境要素,水体中的有色可溶性有机质、浮游植物叶片细胞中的叶绿素和悬浮颗粒物以及水体本身,对光穿透水体时光强的衰减有着直接的影响,是影响沉水植物最重要的光衰减水质参数。其他环境因子如营养盐、沉积物和流水动力学等因素,则会直接或间接影响光衰减水质参数,进而影响水体透明度和浑浊度,影响沉水植物的光合作用,是影响沉水植物光衰减的间接环境因子。提出了研究中重点关注的几个问题。     

影响沉水植物恢复的环境阈值研究进展

沉水植物的恢复和重建是水体生态修复的核心目标, 然而植物恢复的进程受到多种环境条件的综合限制。综述水下光照条件、水体和沉积物营养盐等对沉水植物生长影响的研究进展, 总结出光照强度、水体氮磷含量、沉积物氮磷含量等单个因子对不同沉水植物物种的作用范围。在生态工程的应用实践中, 单一因子的作用阈值会由于因子间的交互作用而产生变化, 因此提出多重因素联合影响研究的必要性, 以期丰富沉水植物的生理生态学的基础理论, 并对生态修复工程实施提供切实的理论依据和实践指导。     

沉积物再悬浮对浮游藻类影响的模拟实验研究

作为浅水湖泊的重要特性之一,由风浪等动力作用引起的沉积物再悬浮对浮游藻类的初级生产力、群落结构具有重要意义。本研究通过生长季节(5-6月)在太湖梅梁湾湖岸的中宇宙模拟实验,比较在同样的外源负荷下浮游藻类对不同的沉积物再悬浮程度的影响特征,以及其主要的影响因子。实验在约250L的大桶中进行,通过位于沉积物-水界面的水泵的动力作用,模拟了三个不同程度沉积物再悬浮:无再悬浮即对照、弱悬浮和强悬浮程度。实验结果显示:(1)对照、弱悬浮和强悬浮之间悬浮物浓度呈显著性梯度变化,平均值分别为5、30、40 mg·L^-1,水下20cm光密度分别为表面光密度的80%、35%和25%。TN和TP在悬浮处理组显著高于对照组,但是弱悬浮和强悬浮之间差异不显著。生物可利用的各种溶解性营养盐形式对再悬浮的响应特征不明显。(2)浮游藻类生物量和群落结构对再悬浮的响应显著。对照组的Chla在整个实验阶段都很低,强悬浮组和弱悬浮组的平均Chla分别5倍和2倍于对照组。实验初始浮游藻类群落种类多样性低,优势种群主要为隐藻(隐藻属Cryptomonas spp.和蓝隐藻Chroomonas acuta)。再悬浮处理显著促进了隐藻的生长,但弱悬浮和强悬浮之间差异不显著。对照组优势种群演替为微小型种类蓝隐藻和绿藻门的纤维藻属(Ankistrodesmus sp.)。(3)以相对丰度为统计数据,浮游动物群落结构对再悬浮的响应显著,弱悬浮和强悬浮之间差异不显著。对照组的枝角类大型种类溞属(Daphnia spp.)丰度显著高于再悬浮处理组,枝角类小型种类象鼻溞属(Bosmina spp.)和网纹溞属(Ceriodaphnia spp.)、轮虫丰度则呈相反趋势。可见,再悬浮促进了沉积物营养盐的释放和水下光照的衰减,还影响了浮游动物的群落结构,使其向摄食藻类能力较差的种类演替,从而在上行(bottom-up)和下行(top-down)两个方面影响了浮游藻类的现存量和群落结构。     

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.     

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。     

湖泊底质与水生植物相互作用综述

简要阐述了湖泊生态系统中底质和水生植物的概念及重要性,综述了底质理化性质对水生植物生长的影响,以及水生植物对底质营养盐的释放和底质再悬浮的作用。通过大量的研究综述回顾论述了不同的湖泊底质类型在一定程度上决定了水生植物的生长状态,适合的底质营养盐范围能促进水生植物生长,不同水生植物对底质营养盐的耐受性有差异。水生植物能促进底质沉降并减少再悬浮,水生植物的存在对沉积物中磷的活性有显著的影响。污染底泥的修复能为水生植物的立地与生长提供了良好的底质条件,有利于富营养化湖泊水生植被的恢复与重建。     

衰亡期沉水植物对水和沉积物磷迁移的影响

通过室内模拟的方式,分别研究了秋季黑藻、苦草和春季菹草的衰亡过程,分析了沉水植物在衰亡期间水、沉积物中磷与环境因子[pH、氧化还原电位(Eh)和溶解氧(DO)]的相互作用.结果表明:沉水植物黑藻和菹草在衰亡期间能显著提高水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、颗粒磷(PP)、溶解性活性磷(SRP)和溶解性有机磷(DOP)的含量;苦草在衰亡期对水体各形态磷含量影响不显著,且各形态磷含量的变化相对较小(TP,0.04-0.06 mg/L);环境因子的变化对水中磷含量影响显著,黑藻和菹草水体中TP的含量和环境因子pH、DO和Eh均呈负相关,而苦草组水中各形态磷的含量受环境因子影响不显著.实验期间不同植物组沉积物中总磷(TP)、NaOH提取磷(NaOH-P)、HCl提取磷(HCl-P)、无机磷(IP)和有机磷(OP)的含量均呈上升趋势.沉积物IP的含量主要受NaOH-P的影响,OP对TP的影响要大于IP,沉积物OP与OM(有机质)的含量存在显著正相关.     

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。     

沉水植物生长影响因子研究进展

沉水植物恢复是近年来国内外广泛关注的热点.回顾了沉水植物恢复研究的总体情况,通过对影响沉水植物生长环境因子的系统分析与总结得出:光照强度对沉水植物生长起着主要限制作用;营养盐、底质、悬浮物、水流、温度对沉水植物生长影响较为明显,各因子都存在某一适宜取值区间,满足沉水植物的最佳生长,就不同类型沉水植物及在其不同生长阶段,该取值区间也有所变化;着生藻类、重金属、pH等因子也会对沉水植物生长产生一定影响,但其作用程度相对上述因子较低.目前研究中存在的问题有:(1)相关环境因子对沉水植物生长影响机理的动态、定量化研究不足;(2)考虑到多项因子的内在联系与相互作用,开展的综合性研究较少;(3)室内实验较多,野外实验较少,实验结果不能有效指导野外实践.     

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。     

沉水植物生长和腐解对富营养化水体氮磷的影响机制研究进展

沉水植物作为湖泊、河流等生态系统的主要高等植物, 在修复富营养化水体中的作用日益受到重视, 合理利用沉水植物是去除富营养化水体氮磷的有效途径。沉水植物对水体氮磷的迁移转化影响包括生长和腐解两个阶段。文章综述了沉水植物生长对富营养化水体氮、磷的净化效果和净化机制, 分析了沉水植物腐解对氮、磷迁移转化的持续影响, 并提出了今后沉水植物净化氮、磷的研究方向, 为沉水植物推广应用于修复富营养化水体提供理论基础。     

贵州草海氮磷分布特征及沉积物释放通量估算

通过对草海丰水期和枯水期水体、表层沉积物及周边河流水体系统的样品采集与测试分析,阐明丰水期和枯水期氮磷在草海水体的空间分布特征,分析表层沉积物中氮磷的释放通量的空间分布特征,识别沉积物的"源"和"汇"特征。结果表明,两个水文期大部分入湖河流的总氮和总磷浓度高于出湖河流,湖水氮磷浓度受外源输入影响较明显;丰、枯两期挺水植物区水中氮磷浓度高于沉水植物区,且沿主要水流方向逐渐降低;丰水期水-沉积物界面水中氮磷浓度高于表层水体,枯水期该特征不明显。枯水期沉积物中总氮的释放通量范围为5.244~362.506 mg·m~(-2)·d~(-1),呈现出"源"的特征;沉积物中总磷释放通量范围为-3.081~3.009 mg·m~(-2)·d~(-1),在挺水植物区表现为"汇",在沉水植物区表现为"源",内源释放也不可忽视。     

富营养化水体中光照对沉水植物的影响研究进展

恢复沉水植物是修复富营养化水体和维持水体生态系统健康的关键,其中光照是主要的限制因子.本文系统总结了影响水下光强衰减变化的因素和光强对沉水植物生理的影响机制,重点阐述了常见沉水植物在低光胁迫下体内碳、氮、磷的生理代谢机理,抗氧化酶系统的响应机制以及色素组成和浓度的变化反馈.此外,本文还列举了常用的恢复沉水植物的工程措施,提出了恢复富营养化水体中沉水植物群落的思路.并针对目前研究中存在的不足,就今后该领域的研究方向和侧重点提出建议,为理论研究与工程实践提供参考.     

底泥再悬浮对东湖水体初级生产力的影响

为研究底泥再悬浮对东湖初级生产力的影响, 通过模拟东湖通道施工导致的底泥再悬浮过程, 用原位黑白瓶法测量了水体初级生产力, 同步测定受试水体的光强、营养盐以及藻类叶绿素荧光活性, 结果表明, 随着再悬浮底泥含量的增加, 水体出现明显的光衰减现象, 光强显著降低(P0.05); 总氮总磷浓度升高; 藻类最大光化学效率(Fv/Fm)上升; 水体呼吸作用显著增强(P0.05), 总初级生产力与净初级生产力先增大后减小。与不含再悬浮底泥的对照组相比, 水体再悬浮底泥含量50100 g/L处理组具有较高的初级生产力; 相对其他处理组, 再悬浮底泥含量200 g/L处理组的初级生产力显著降低(P0.05), 且其净初级生产力为负值。研究结果表明, 在一定范围内的底泥再悬浮通过增加水体营养盐含量的方式提高水体初级生产力, 较大含量的再悬浮底泥则通过影响水体光强降低初级生产力, 该结果确认了东湖通道施工引起的底泥再悬浮对水域生态系统的影响, 值得引起关注和重视。     

蜡质标本制作与保存对沉水植物稳定同位素的影响

实验通过模拟传统方法制作和保存蜡质标本, 旨在探究制作和保存的不同阶段对3种沉水植物碳、氮稳定同位素值的影响。结果表明, 制作和保存标本的过程均会对沉水植物的碳、氮稳定同位素值产生影响。植物标本压制的过程显著降低了沉水植物平均碳稳定同位素值, 其中马来眼子菜下降了1.78‰, 穗花狐尾藻下降了0.98‰, 金鱼藻下降了0.72‰。在压制过程中氮稳定同位素值只有金鱼藻显著下降了1.1‰。沉水植物标本制作的浸泡过程使穗花狐尾藻和马来眼子菜的碳稳定同位素值分别出现了1.00‰和0.52‰的上升, 金鱼藻的碳稳定同位素值增长小于0.08‰, 氮稳定同位素值没有显著变化。沉水植物对标本制作和保存的过程响应存在种间差异。在制作和保存过程中对植物碳稳定同位素产生的影响大于氮稳定同位素值。因此建议, 如果所研究对象的稳定同位素生态学差异小于3‰, 蜡质标本的样品需要进行实验校准, 不然会对结果产生影响。     

上海市中小型河道沉积物和水生植物中重金属累积特征研究

采用野外调查和室内分析相结合的方法,以上海市8个区县25条中小型河道为研究对象,调查研究重金属在沉积物和水生植物中累积特征,采用潜在生态风险指数评价法对沉积物重金属污染进行了评价,采用生物富集系数(BCF)方法评价不同水生植物对重金属的富集特性,对水生植物与沉积物中的重金属含量进行相关性分析。分析表明,与土壤环境质量国家二级标准(GB15618-1995)相比,As、Ni和Zn平均含量是标准的6.7倍、1.5倍和1.4倍,Cd、Pb、Cu、Cr平均含量不超标。参照上海市土壤环境背景值,上海市中小型河道沉积物中7种重金属的潜在生态风险依次为：Cdgt;Asgt;Pbgt;Nigt;Cugt;Zngt;Cr,其中Cd、As生态风险严重,7种潜在生态风险Ri平均值为431.43,有强生态风险。植物体内累积最高的重金属为Cu,累积最低的重金属为Cd,沉水植物体内重金属Cd、As、Cr、Pb、Ni、Cu的含量均大于挺水植物,沉水植物苦草和水盾草对多种重金属的富集能力大于1,在重金属复合污染水体修复中具有较大潜力。根据植物体与沉积物中重金属的含量关系,发现黑藻与沉积物中重金属Cu、Ni、Pb的含量显著正相关;水盾草与沉积物中重金属Cu含量显著正相关,芦苇与沉积物中重金属Cr的含量显著正相关,上述3种植物可作为上海市河道重金属污染监测植物的选择对象。     

微生物抑制剂对黑藻（Hydrilla verticillata）分解过程及水体碳、氮、磷的影响研究

为了解微生物抑制剂对沉水植物衰亡分解以及水体碳、氮、磷的影响,在实验室模拟条件下研究了有无微生物抑制剂 条件沉水植物黑藻（Hydrilla verticillata）的分解过程,以及对水体与底泥碳、氮、磷的影响,并将有微生物抑制剂作为实验组,无微生物抑制剂作为对照组。结果表明：实验组沉水植物分解损失量是对照组的2.09 倍。实验组释放的碳、氮、磷量分别是对照组的2.81、1.42、1.11 倍。实验组水体碳、氮、磷含量呈现先上升后下降的变化过程,而对照组水体碳、氮、磷达到最大值后,基本保持稳定。水体碳、氮、磷的最大值,实验组条件均大于对照组,微生物抑制剂对沉水植物的分解以及在沉水植物分解过程中,对水体营养物质产生了较大的影响。因此,在进行沉水植物模拟实验时需考虑微生物对沉水植物分解的影响。     

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。     

上海市中小型河道沉积物和水生植物中重金属累积特征研究

采用野外调查和室内分析相结合的方法,以上海市8个区县25条中小型河道为研究对象,调查研究重金属在沉积物和水生植物中累积特征,采用潜在生态风险指数评价法对沉积物重金属污染进行了评价,采用生物富集系数(BCF)方法评价不同水生植物对重金属的富集特性,对水生植物与沉积物中的重金属含量进行相关性分析。分析表明,与土壤环境质量国家二级标准(GB15618-1995)相比,As、Ni和Zn平均含量是标准的6.7倍、1.5倍和1.4倍,Cd、Pb、Cu、Cr平均含量不超标。参照上海市土壤环境背景值,上海市中小型河道沉积物中7种重金属的潜在生态风险依次为:CdAsPbNiCuZnCr,其中Cd、As生态风险严重,7种潜在生态风险Ri平均值为431.43,有强生态风险。植物体内累积最高的重金属为Cu,累积最低的重金属为Cd,沉水植物体内重金属Cd、As、Cr、Pb、Ni、Cu的含量均大于挺水植物,沉水植物苦草和水盾草对多种重金属的富集能力大于1,在重金属复合污染水体修复中具有较大潜力。根据植物体与沉积物中重金属的含量关系,发现黑藻与沉积物中重金属Cu、Ni、Pb的含量显著正相关;水盾草与沉积物中重金属Cu含量显著正相关,芦苇与沉积物中重金属Cr的含量显著正相关,上述3种植物可作为上海市河道重金属污染监测植物的选择对象。