西湖沉水植物恢复过程中物种多样性的变化

中国湖泊的富营养化与生态系统退化问题已非常严重,太湖、滇池、东湖、西湖等许多湖泊都出现了不同程度的富营养化现象,水生植被消亡、蓝藻水华频发,已经成为制约区域经济社会可持续发展的重要限制因素。沉水植物的恢复重建已成为富营养化水体生态修复的关键手段之一与研究热点。对国家"十二五"水专项的浙江杭州西湖的沉水植物恢复示范区中的物种多样性的变化特征进行了分析,依据植物种在示范区各水域的出现频率与各生活型植物种的组成,探讨了沉水植物恢复过程中植物种绝灭与定居特点。物种多样性指数分析表明:沉水植物恢复工程是沉水植物物种多样性不断增加的过程,恢复工程首先导致恢复示范区内特有种的出现,其次为稀有种。从植物的生活型来看,多年生沉水植物受示范工程的影响最大,而一年生沉水植物可存活于示范工程区的内部与外部,在示范工程区内沉水植物物种的绝灭速率小于定居速率。这表明,在湖泊恢复沉水植物,第一,必须要有一定的保护区域;第二,要合理利用湖泊资源,实行科学的湖泊管理制度;第三,有效恢复沉水植物群落需要经历一定时间与空间的生态重组过程。     

沉水植物对湖泊沉积物氮磷内源负荷的控制及应用

该文阐述了沉水植物对湖泊沉积物N、P负荷控制的机理,并统计了相关研究中沉水植物对内源负荷的控制效果。沉水植物可以通过生长繁殖吸收、促进微生物代谢分解、改善沉积物理化环境、抑制沉积物再悬浮等多种途径降低沉积物中N、P含量或抑制N、P释放通量,从而有效控制水体内源负荷。根据相关模拟研究及野外研究得出沉水植物对沉积物中N、P的年平均去除量分别为1 136和387 mg·kg~(-1)·a~(-1),且与沉积物的污染物中初始浓度呈正相关关系;与对照相比,沉水植物对水-沉积物界面N、P释放通量的抑制率分别可达62.6%～107.7%和41.2%～253.8%,因此恢复沉水植物是控制内源负荷的有效措施。但恢复沉水植物及对沉积物中N、P的去除效果受多种因素的影响,在应用过程中要选择合适物种进行搭配或采用必要的辅助措施,并通过在空间和工艺流程上与其他措施联合使用以达到更好的内源负荷控制效果。     

Cd、As、Pb在沉水植物中的富集对其Ca吸收的影响

沉水植物作为水生态系统中重要的初级生产者,对水环境中的重金属元素有着较强的富集作用。钙(Ca)是植物必需的营养元素,具有极其重要的生理功能,分析沉水植物所富集的重金属元素与Ca之间的交互作用,对正确认识、利用沉水植物治理水体重金属污染有着重要的意义。湘江是中国重金属污染最严重的河流之一,其中又以镉(Cd)、砷(As)、铅(Pb)污染的问题最为突出。以湘江流域中3种典型的沉水植物(黑藻Hydrilla verticillata、苦草Vallisneria natans和菹草Potamogeton crispus)为研究对象,分析了植物体内Ca、Cd、As、Pb之间的交互作用。聚类分析、相关分析和主成分分析结果表明:黑藻和苦草中Cd、As、Pb之间的相关系数大于0.95,菹草中Cd、As、Pb元素之间的相关系数大于0.24,3种沉水植物中Cd、As、Pb之间均为正相关,但都与Ca呈负相关。Cd、As、Pb之间相关性较强,可以归为一类,具有相同的来源;而Ca可以归为另一类,这可能是因为沉水植物对Cd、As、Pb的吸收转运机制与Ca存在较大的差异,Cd、As、Pb在植物体中的富集会影响沉水植物对Ca的吸收,从而可能对其正常的生理活动产生影响。因此,在利用沉水植物监测和治理水体重金属污染时,应深入研究植物所吸收各元素之间的相互影响。     

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。     

外加碳源及沉水植物对沉积物各形态磷的影响

以原沉积物(处理1)和添加0.4%葡萄糖(碳源,处理2)的沉积物作为底质培养狐尾藻,采用室内模拟实验,研究了外加碳源及沉水植物对沉积物有机和无机磷形态的影响。结果表明:随着培养时间的延续,狐尾藻的生长促进了沉积物中磷的释放,其衰退增加了沉积物中磷的沉积;沉水植物对磷的不同赋存形态的影响并不相同,其中对无机磷形态中的Fe/Al-P和有机形态磷中的活性有机磷有显著的影响(p<0.05),而对其它形态磷的影响没有表现出统计差异;无论有无种植沉水植物,外加碳源可促进了沉积物Fe/Al-P和有机磷释放,增加了Ca-P固定;外加碳源显著提高了有机磷中活性有机磷的质量分数(p<0.05),降低了稳定性有机磷的质量分数,而种植沉水植物可显著降低活性有机磷质量分数。说明碳源和沉水植物对沉积物中磷形态分布有重要影响。     

4种沉水植物对白洋淀富营养化水体净化效果的研究

利用白洋淀富营养化的湖水和底泥与蓖齿眼子菜、马来眼子菜、金鱼藻和黑藻4种沉水植物分别组成室内静态模拟的生长体系,研究4种沉水植物在白洋淀富营养化环境下的生长状况,以及不同沉水植物生长体系对水体磷、氮及有机物的净化效果。结果表明：试验所用沉水植物对富营养化湖水、底泥具有一定的耐受能力,在试验条件中生长良好,长度与生物量都明显增加,并能有效地降低水体中的总磷、氨氮及总氮浓度。试验21 d后,蓖齿眼子菜、马来眼子菜、金鱼藻和黑藻所在的生长体系对水体中总磷的去除能力分别为：4.68、4.72、4.92和5.03μg·d-1·g-1,去除率分别为：83.59%、84.35%、87.84%和89.88%;对水体中氨氮的去除能力分别为：11.42、10.75、12.02和11.90μg·d-1·g-1,去除率分别为：74.98%、70.58%、78.96%和78.11%;对总氮的去除能力分别为：37.69、39.79、42.02和41.65μg.d-1.g-1,去除率分别为：79.40%、83.82%、88.51%和87.73%。沉水植物生长体系对CODcr的降解有所反复,但整体呈现下降趋势。不同沉水植物生长体系总磷、总氮含量随时间降解的拟合方程表明,水体总磷、总氮浓度随时间的变化呈负指数形式衰减。沉水植物对水体营养盐浓度的影响通过多种途径实现,底泥在营养盐的归趋中起着重要的作用。     

磷形态对磷在水-沉水植物-底质中分配的影响

研究了以磷酸二氢钾、焦磷酸钠、六偏磷酸钠、甘油磷酸钠、ATP-Na为磷源的Hoagkand培养液培养黑藻时，不同形态磷进入水体后在上覆水、黑藻和底质中分配及含量的变化；获得各物质形态磷在水-沉水植物-底质中的分配比例。研究结果表明，水体中磷丰要分配在上覆水和底质中，不同形态磷分配比例不同。黑藻对各形态磷均能吸收利用，吸收最相对较少，受水体中磷形态的影响。当外源磷增加时，磷在上覆水和底质中的分配比例趋于平衡，平衡点因外源磷形态的不同而变化。沉水植物足水体中磷在上覆水与底质中分配的重要影响因素。底质对磷的吸附作用相对沉水植物对磷分配的影响较小。     

外加碳源及沉水植物对沉积物各形态磷的影响

以原沉积物（处理1）和添加0.4%葡萄糖（碳源,处理2）的沉积物作为底质培养狐尾藻,采用室内模拟实验,研究了外加碳源及沉水植物对沉积物有机和无机磷形态的影响。结果表明：随着培养时间的延续,狐尾藻的生长促进了沉积物中磷的释放,其衰退增加了沉积物中磷的沉积;沉水植物对磷的不同赋存形态的影响并不相同,其中对无机磷形态中的Fe/Al-P和有机形态磷中的活性有机磷有显著的影响（p〈0.05）,而对其它形态磷的影响没有表现出统计差异;无论有无种植沉水植物,外加碳源可促进了沉积物Fe/Al-P和有机磷释放,增加了Ca-P固定;外加碳源显著提高了有机磷中活性有机磷的质量分数（p〈0.05）,降低了稳定性有机磷的质量分数,而种植沉水植物可显著降低活性有机磷质量分数。说明碳源和沉水植物对沉积物中磷形态分布有重要影响。     

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。     

沉水植物对阿特拉津胁迫的毒理响应

为揭示在阿特拉津胁迫下沉水植物生长及其与谷胱甘肽代谢途径的关系,通过培养实验研究了沉水植物菹草(Potamogeton crispus)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)对0、0.5、1.0和2.0 mg·kg~(-1)阿特拉津的吸收特性,并对不同培养时期沉水植物的鲜重、总谷胱甘肽含量(T-GSH,即还原型谷胱甘肽GSH和氧化型谷胱甘肽GSSG之和)、GSH/GSSG比值及其形态变化、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性进行了测定。结果表明:沉积物阿特拉津初始浓度越高,植物体内阿特拉津浓度也越高。在培养60 d内,添加的阿特拉津对2种沉水植物的生长均产生显著抑制作用(P0.05)。在阿特拉津胁迫60 d后,各处理植物体内GSH/GSSG比值有所回升,其GR和GST活性均高于空白对照组。处理组植物体内GR和GST活性在30 d时达到最高值。与此同时,GSH脱去谷氨酸后能与阿特拉津形成共轭物。以上结果提示,≤2 mg·kg~(-1)阿特拉津在培养前60 d内会对植物生长产生抑制,但在90 d时植物会从伤害中恢复过来。沉水植物体内的谷胱甘肽在GR和GST作用下,对阿特拉津及其产生的活性氧具有一定去除作用,并通过控制酶活使植物体保持一定的GSH含量;另一方面,GSH可以与阿特拉津结合形成新的共轭物,以此缓解阿特拉津对沉水植物的毒害。