不同空间配置的湿地植物群落对生活污水的净化作用研究

植物是湿地生态系统的重要组分,湿地湖滨植物群落物种组成和空间格局对湿地水体净化功能具有重要作用。选择茭草（Zizania caduciflora）、野菱（Trapa incisa）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）和蓖齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）等4种云南高原湿地常见湖滨带植物物种,以不同配置方式分别构建4种不同植物群落：茭草-金鱼藻-金鱼藻（Z-C-C）、茭草-野菱-金鱼藻（Z-T-C）、茭草-蓖齿眼子菜-蓖齿眼子菜（Z-P-P）、和茭草-蓖齿眼子菜-金鱼藻（Z-P-C）,对不同植物群落净化污水的效果进行对比研究。结果表明：4种不同植物群落人工湿地对生活污水净化效果不同,经过Z-C-C群落处理后水体的COD降低率为（50.56±1.98）%,显著低于Z-T-C群落（69.66±4.15）%、Z-P-P群落（64.29±1.05）%,Z-P-C群落（66.67±1.13）%,（P〈0.05）;经过Z-T-C群落处理后水体TN降低率为（24.69±4.64）%,显著低于Z-C-C群落（53.29±0.71）%、Z-P-P群落（53.36±2.04）%、Z-P-C群落（54.44±0.29）%,（P〈0.05）;各群落对NH4＋-N去除率有显著差异（P〈0.05）,分别为（71.77±0.37）%,（67.22±0.53）%,（69.22±0.13）%,（80.85±0.31）%。研究表明：3种植物配置模式对生活污水的净化效果比2种植物配置模式的好;适当增加沉水植物的配置比例,可提高人工湿地对氮的去除效果;根系发达的植物具有更强的净化效果。     

水体营养水平对3种沉水植物生长及抗氧化酶活性的影响

模拟研究了沉水植物狐尾藻Myriophyllum spicatum L、轮叶黑藻Hydrilla verticillata L和金鱼藻Ceratophyllum demersum L在中、富两种营养水平下的生长及生理特性.研究结果表明,在45 d的培养过程中,狐尾藻、轮叶黑藻和金鱼藻在中营养(TN1.86 mg·L-1;TP0.087 mg·L-1)和富营养(TN2.47 mg·L-1;TP0.16 mg·L-1)水平下的单株最大生物量分别是0.92、0.27、1.11、0.56、0.41和0.87 g,狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下单株最大生物量分别较富营养水平下高出39%和22%,而黑藻在中营养水平下单株最大生物量较富营养水平下低了51%,表明狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下的生长较黑藻好.通过对3种沉水植物可溶性蛋白和叶绿素质量分数的分析发现,黑藻在中富两种营养水平下,质量分数较低且波动平稳,金鱼藻和狐尾藻可溶性蛋白和叶绿素质量分数持续升高,表明这两种沉水植物对水体中营养盐的耐受能力较黑藻强.金鱼藻超氧歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(peroxidase)活性和丙二醛(MDA)含量在试验后期上升速度加快,且富营养水平下金鱼藻MDA质量分数的最大值是中营养水平下最大值的5倍,表明在中营养水平下金鱼藻已经受到明显胁迫,而在富营养水平下受到胁迫更为显著.在本试验条件下,黑藻生物量小,而金鱼藻SOD活性、POD活性和MDA质量分数变化幅度大,在试验后期急速上升,表明这两种沉水植物受到的营养盐胁迫较狐尾藻大,而狐尾藻在中营养水平下的耐营养盐胁迫能力较强.     

太湖沉水和浮叶植被及其水环境效应研究

运用GPS定位技术和常规采样方法,于2004年5月和9月对太湖沉水植物与浮叶植物的种类、群落类型、生物量及其水质状况进行了调查。结果表明:沉水植物与浮叶植物是太湖水生植被的主要类型,沉水植物群落类型主要有6个:微齿眼子菜群落;马来眼子菜群落;伊乐藻群落,穗花狐尾藻群落,金鱼藻群落,苦草群落;浮叶植物群落类型主要有3个:莕菜群落,金银莲花群落,菱群落。在春季,沉水植物占绝对优势,在夏秋季,浮叶植物则逐渐发展,尤其以莕菜生长最快。通过对有草区和无草区水质的比较,发现水生植被能显著提高水体的透明度、降低营养盐浓度和叶绿素含量,改善水质。     

扰动对水体富营养化的改善作用

利用人工构建的模拟水体系统,观察搅拌和曝气条件下水体中氮磷含量和形态的变化规律,研究和探讨了扰动对水体富营养化的改善。结果表明：（1）扰动对上覆水体氮的去除效果不明显,但是能够有效促进底泥中氨氮向水体扩散,从而使底泥中氮含量明显降低,运行99 d后,曝气反应器中底泥总氮含量从初始3.46 g.kg-1降至0.68 g.kg-1,仅为对照反应器的1/4;（2）搅拌对上覆水中磷的去除效果最佳,反应器运行期间,总磷的平均去除率为37%左右;（3）扰动能增加底泥中微生物的数量和多样性,为污染物的生物降解提供了良好的基础。合理运用扰动能够提高水中溶解氧含量,改善微生态环境,增加微生物的数量和种类,有利于水体富营养化的改善。     

不同沉水植物对沉积物磷迁移转化的影响

选择了微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A.Benn .)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L .)和金鱼藻(Ceratophyllum demerswn L .)3种沉水植物,在温室模拟研究了不同沉水植物对湖泊沉积物磷迁移转化的影响.研究结果表明,随着培养时间的延续微齿眼子菜和穗花狐尾藻对沉积物NaOH-P有明显的吸收和转化作用,分别吸收和转化了36.9%和33.2%,而金鱼藻对沉积物NaOH-P的影响不显著;各处理随着植物的生长,由于根系的吸收作用,沉积物中Olsell-P发生了从非根际→根际→沉水植物的迁移过程,其中微齿眼子菜和穗花狐尾藻更为明显.因此,微齿眼子菜和穗花狐尾藻对沉积物磷释放的控制作用更为明显.     

不同水生植物的除氮效率及对生物脱氮过程的调节作用

选取漂浮植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)和大薸(Pistia stratiotes)、浮叶植物乌菱(Trapa bicornis)和沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)4种不同类型水生植物为供试植物,构建富营养化水体净化系统,在植物生长初期(6—7月)、快速生长期(7—8月)和缓慢生长期(9月)研究其吸收富集氮的能力、去除水体中氮的效率及对水体生物脱氮过程的影响。结果表明,4种水生植物去除水体氨氮、硝态氮、总氮的效率有所差异,凤眼莲、大薸在3个生长阶段对上覆水中各种形态氮的去除效率均较高,对氮的富集能力也较强,轮叶黑藻去除水体中氮的效率最低。快速生长期各类植物净化水体氮的速率最快,其次是生长初期。4种植物体内富集氮能力从大到小依次为凤眼莲、大薸、乌菱和轮叶黑藻,种植沉水植物的水体生物脱氮气体N2和N2O的释放通量以及气体释放总量明显高于其他类型水生植物。     

全氟化合物对水生植物的生态效应研究Ⅰ——典型城市河道全氟化合物的暴露水平及植物富集特征

全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)近年来得到国内外广泛关注,针对工业源排放区域的环境暴露、来源解析以及动物层面的生态效应有较多研究,但对于普遍存在于非工业源(生活源)的城市河道PFCs暴露及水生植物富集等研究较为缺乏。本研究选择位于北京北部东西贯通的城市河道——清河水体为对象,分析结果表明,清河水体中12种目标PFCs均有检出(总量最高为65.45 ng·L-1),并以全氟丁烷磺酸盐(perfluorobutane sulfonate,PFBS)为主(最高达45.63 ng·L-1);6种水生植物(篦齿眼子菜、黑藻、金鱼藻、芦苇、菖蒲及水葱)的富集物质均以全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonate,PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)为主,沉水植物中金鱼藻对于PFOS的蓄积效果优于黑藻及篦齿眼子菜,挺水植物中根部PFCs含量高于茎叶,根部PFOA及PFOS含量高于茎叶,但全氟丁酸(perfluorobutanoic acid,PFBA)含量茎叶则高于根部。整体来看,尽管芦苇、菖蒲和水葱3种挺水植物尚不能作为PFCs的超富集植物,但其根部对PFCs均有显著的吸收效果,具有一定的生态修复潜质;沉水植物中金鱼藻是北方自然河道的优势物种,且对PFOS具有显著的富集效应,因此有必要进一步探索其PFCs生物指示和生态修复功能。     

不同底质和透明度下马来眼子菜的表型可塑性研究

马来眼子菜(Potamogeton malaianusMiq.)是目前太湖沉水植物优势种之一。文章比较分析了3种不同底质和透明度情况下马来眼子菜的生长特征,探索其在太湖不断扩展的原因及其适应性。分别选取粘土质粉砂、粉砂和下蜀黄土底质上生长的马来眼子菜进行观察试验。结果表明,这3种底质在粒度组成、营养盐和分布特征上具有显著差异。在太湖粘土质粉砂和粉砂底质上马来眼子菜的生物量比下蜀黄土底质上的马来眼子菜高,其生物量随着底质营养盐的增加而增加。马来眼子菜与觅光相关的形态指标,如高度、节间距、节数、叶数、叶长及叶面积均随着底质营养盐的增加而显著增加。马来眼子菜的冠层高度与水体的透明度呈显著负相关,表明其对剧烈变化的湖泊光环境具有很强的适应能力。马来眼子菜在不同底质上的形态可塑性是其优先占据湖泊资源成为优势种的重要原因。     

聚乙烯醇凝胶包埋固定化细菌联合植物的除氮研究

为了解聚乙烯醇(PVA)凝胶包埋固定化菌在富营养化水体生态修复中的效果,利用PVA凝胶包埋固定硝化和反硝化细菌并联合水芹(Oenanthe clecumbens)和蕹菜(Ipomoea aquatica)2种植物进行21 d的除氮试验。结果表明,加菌试验组TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N及TP去除率显著高于无菌试验组(P0.05);各试验组N的去除效率与添加PVA凝胶包埋固定硝化和反硝化细菌呈显著正相关(P0.05)。添加PVA凝胶固定硝化和反硝化细菌的蕹菜和水芹试验组植物的平均生长速率(RGR)分别为38.5和19.6 mg·g-1·d-1,而单纯蕹菜和水芹试验组RGR分别为29.9和9.5 mg·g-1·d-1。     

人工湿地处理富营养化水体的效果研究

通过在北京市野生动物救护中心构建表流湿地与潜流湿地相结合的复合人工湿地处理富营养化水体,研究该复合人工湿地对总氮（TN）、总磷（TP）及水体浊度的去除效果。结果表明：人工湿地对TP的去除效果好于对TN的去除效果,经过人工湿地处理的富营养化水体,表流湿地、潜流湿地和复合人工湿地对TP的平均去除率可分别达42%、55%、60%,对TN的平均去除率分别为27%、30%、34%,对水体浊度的平均去除率分别达43%、55%、75%。复合人工湿地对TP、TN以及浊度的去除效果受水体温度和溶解氧（DO）的影响,通过相关性分析发现,TP、TN和浊度的去除量与水体中的DO水平之间存在显著的负相关性,而与水体温度有正相关性,在显著性水平为0.05的条件下,相关系数分别为-0.829、-0.767、-0.765和0.674、0.757、0.774。复合人工湿地对TP、TN及浊度的去除率高于表流湿地和潜流湿地,表明复合人工湿地具有优于表流湿地和潜流湿地的整体性功能,能有效提高人工湿地对TN、TP以及浊度的去除率。     

六六六(HCHs)在小白洋淀水生植物中的分布与富集

利用GC-ECD测定了小白洋淀6个采样点的9种浮水、挺水和沉水植物中4种六六六(hexachlorocyclohexanes,HCHs)异构体的含量,分析了其分布、组成及富集特征。结果表明:1)小白洋淀水生植物中总HCHs含量范围在ND~7.47 ng·g-1(ww),浮水植物中HCHs含量最高,挺水植物各组织含量也有明显差异,根部HCHs含量明显高于茎叶2种组织。2)4种HCHs异构体中,γ-HCH的残留水平要显著高于其他3种异构体。在沉水植物和浮水植物中,均以γ-HCH占绝对比例,相对含量达60%~99%;而在挺水植物中,δ-HCHs占有较高比例,并且主要富集在挺水植物的根部,茎中次之,叶中最少。3)小白洋淀浮水植物和沉水植物HCHs含量与水体中HCHs含量呈显著的正相关关系,而挺水植物荷花、蒲草中HCHs各组分含量与水体中HCHs的相关关系不显著。4)水生植物对水中HCHs的富集系数BCF在8.7~661.2范围;浮水植物的BCF最高,沉水植物次之,挺水植物的茎对水体中HCHs的BCF最低。     

不同温度对沉水植物保护酶活性的影响

富营养化导致了湖泊沉水植被消亡,是我国众多湖泊存在的普遍现象.在富营养化未能有效控制的前提下,采用人工措施重建沉水植被,已被水环境工作者普遍关注.然而,受水体温度、透明度、营养盐以及适宜的物种等限制,沉水植被的有效重建面临诸多困难.本研究着眼于温度对沉水植被重建的影响,设置了5、10、15、25、30、35℃6个温度处理,在人工气候箱培养条件下,对黑藻Hydrilla verticillata和马来眼子菜Potamogeton malaianus在5 h、10h、14h和7d处理后的蛋白质含量、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性进行了测试.同时考察了实验前后植物生物量积累的情况,比较了不同温度胁迫下,两种植物生物量的净积累与抗氧化酶活性和可溶性蛋白含量的关系,试图为沉水植被的恢复提供理论依据和经验借鉴.结果表明,25℃是两种植物生物量净积累的最佳温度,此温度下,各种酶活性和可溶性蛋白未随处理时间的延长而显著变化.高于或低于25℃的处理,生物量净积累显著下降.并且,表现为短期胁迫5～14h内,各种酶活性和可溶性蛋白随处理时间的延长呈上升或下降的趋势,7 d长期胁迫后上述指标均低于25℃处理.结果表明,25℃外,其它处理均不同程度受到了温度的胁迫.短期胁迫,各处理的酶活性和可溶性蛋白表现了激烈的响应,以清除和维持植物体内活性氧的平衡和植物细胞较低的渗透势,保持植物正常的代谢活动.随着胁迫时间的延续,抗氧化酶系统受损,可溶性蛋白降低,植物正常的代谢紊乱,最终导致实验结束时,各处理植物生物量的积累存在较大差异.     

菹草生长对沉积物间隙水中各形态磷浓度的影响

通过人工构建湖泊生态系统,用湖泊沉积物的上层泥和下层泥分别代表清淤前后的2种基质,研究菹草(Potamogeton crispus)生长对沉积物不同层次间隙水中各形态磷浓度的影响.垂直方向上,将2种基质中的间隙水分为表层、中层和底层3个层次.结果表明,菹草生长能够不同程度地降低各层间隙水中磷浓度,上层泥和下层泥2种基质均表现为表层间隙水溶解性总磷(DTP)和溶解性活性磷(SRP)含量降低幅度最大,DTP含量分别降低68.97％和83.09％,SRP含量分别降低54.57％和96.02％.菹草的吸收作用使得各层间隙水中磷浓度均低于无沉水植物的对照组.试验结束时,2种沉积物中TP含量降低幅度差异不显著,说明疏浚前后种植菹草均可有效控制湖泊内源磷污染.     

不同生态类型富营养化湖泊沉积物中有机质赋存形态

以藻型湖泊(太湖)、草藻型湖泊(南四湖)、草型湖泊(白洋淀)湖泊沉积物为研究对象,采集了11个表层沉积物样品,测定沉积物中总氮(TN)和总磷(TP)含量并利用物理分组方法,研究了3种不同生态型湖及同一湖泊不同区域沉积物中总有机质(OM)、轻组有机质(LFOM)和重组有机质(HFOM)的赋存特征.结果表明,南四湖沉积物中总氮、总磷和总有机质含量显著高于太湖和白洋淀;尽管太湖、南四湖和白洋淀沉积物中总有机质含量较高,但是轻组有机质(LFOM)含量较低,分别占总有机质的0.95%—1.08%、0.21%—1.37%和1.4%—1.78%;重组有机质(HFOM)含量较高,分别占总有机质的83.83%—87.4%、94%—98.98%和88.2%—98.3%,表明3种不同生态型湖泊沉积物中所含有机质绝大部分为难分解的重组有机质,轻组有机质基本矿化分解.相关性分析表明,轻组有机质(LFOM)、重组有机质(HFOM)与总有机质(OM)之间均呈现显著正相关关系.     

罗非鱼-附着藻-沉水植物相互关系研究进展

在浅水富营养化湖泊中,沉水植被是决定湖泊清水态或混水态的关键因子。而附着藻对沉水植物强烈的遮阴作用以及对碳源、营养盐等资源强烈的竞争,成为限制沉水植物群落生长和发展的关键因子。罗非鱼作为一种杂食性鱼类,具有牧食附着藻的能力,其下行效应（top-down effect）可以在一定程度上减轻附着藻对沉水植物生长的这种不利影响。因此,作为我国南方水体中的优势种类,适当种群密度的罗非鱼在富营养化浅水湖泊生态修复过程中是可加以利用,并在一定程度上抑制了附着藻的生长和发展,有利于浅水湖泊的生态修复和管理。同时,罗非鱼也具有通过摄食、排泄等活动加速水体氮、磷营养盐再生,牧食浮游动物、沉水植物等不利的一面。因此,在综合考虑多种因素条件下,需要对罗非鱼-附着藻-沉水植物三者之间的相互关系进行深入研究,探讨生态系统对罗非鱼的响应,这对我国南方浅水富营养化湖泊的生态恢复与管理,尤其是沉水植被的重建与保护具有重要的理论意义和实践价值。     

盐胁迫对3种冷季型草坪草生长的影响

冷季型草坪草在不同盐离子含量的胁迫下生长,其各项生理指标都会发生相应的变化,这些变化可以反应出不同草坪草抗逆性的强弱.本实验所用的品种为早熟禾P.Pratensis L.、黑麦草L.Perenne L.、高羊茅F.Arundinacea Schreb..3种草均为冷季型草坪草.将氯化钠溶液设为5个处理,其质量分数分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.6%、0.9%和一个对照,每个处理3次重复.将处理后3种草坪草的种子,播于营养钵中,实验室内培养.每日浇灌相对应的盐溶液,浇灌量为约2/3的溶液流出.待幼苗长到5～7 cm时,进行测定.在盐胁迫条件下,通过对黑麦草、高羊茅、早熟禾的发芽率、POD酶活性、质膜相对电导率等生理指标测定的研究,结果表明黑麦草抗盐性较强,早熟禾的耐盐性较弱.为在盐碱地上种植草坪提供了参考依据.