不同水深对挺水植物形态和生理指标的影响

中国环境科学研究院研究团队前期确定3种适宜太湖沿岸带生态修复的挺水植物为菰（Zizania latifolia）、再力花（Thalia dealbata）和慈姑（Sagittaria trifolia）.挺水植物对水深要求较高,过高或过低的水深高度都会限制其生长,为探讨不同水深对挺水植物的影响,确定这3种挺水植物最适宜的水深高度,该研究进一步设置不同梯度水深高度——高水深（40 cm）、中水深（20 cm）和低水深（10 cm）,试验历时42 d,收获时测定这3种挺水植物的地上和地下部分形态指标（地上部分干质量、地下部分干质量、叶面积和根系长度）、相对生长速率（RGR）指标和生理指标[总可溶性糖、植物超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和丙二醛（malonic dialdehyde,MDA）]含量.结果表明:①不同水深对挺水植物性状指标均有显著影响,较高或较低的水深都会影响挺水植物地上和地下部分形态指标、相对生长速率指标和生理指标,且挺水植物可以通过调节形态和生理指标来适应和抵抗水深胁迫带来的不利影响.②在高水深这一胁迫条件下,3种挺水植物都倾向于产生更多的总可溶性糖、SOD和MDA,显示出植物对高水深这一胁迫的生理适应性.③高水深对慈姑具有较强的抑制作用,再力花对水深的耐受性高于慈姑,而菰对高水深的适应性最强.研究显示,不同植物对水深的适应性不同,在实际的生态修复工程中应使用不同挺水植物组合配置以抵抗水深变化.      

挺水植物对城市河流中典型污水印记药物的去除

以AZM（阿奇霉素）、STZ（磺胺噻唑）、IBU（布洛芬）、DCF（双氯芬酸）、PRC（扑热息痛）、ATL（阿替洛尔）、CLF（氯贝酸）、CBM（卡马西平）和CAF（咖啡因）共9种WWMPs（wastewater-marking pharmaceuticals,污水印记药物）为目标物,采用HPLC-MS/MS检测方法,通过室内河流模拟系统,研究3种挺水植物组合（旱伞草+灯芯草、菖蒲+灯芯草、旱伞草+菖蒲）的人工生态系统在不同介质（水相、泥相、水生植物）中WWMPs的变化特性及对常规污染物（如COD_Cr、NH₃-N、TP、TN）的去除效果,并运用物料衡算等手段计算目标物的实际去除率.结果表明:3种挺水植物组合的人工生态系统对4种常规污染物的去除效果较为明显,COD_Cr、NH₃-N、TP、TN去除率范围分别为39.7%~47.8%、88.2%~99.4%、39.1%~58.1%和49.1%~58.5%;与无植物系统相比,挺水植物组合的人工生态系统对水相中药物有明显的去除效果,尤其是对CBM、IBU和DCF,最大去除率均在54.0%以上;旱伞草+菖蒲组合的人工生态系统对水相中CAF、CBM、CLF、DCF、IBU和STZ的去除效果较好,去除率为51.6%~87.7%;3种挺水植物组合的人工生态系统对泥相中WWMPs的去除效果大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草;不同挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的富集特性不同,9种WWMPs吸收效果大小依次为CBM > CLF > CAF > IBU > DCF > ATL > PRC > AZM > STZ;3种挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的实际总去除率大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草.研究显示,挺水植物组合的人工生态系统可以有效地去除城市河流中WWMPs及常规污染物,能作为净化水质、改善城市河流水环境的一种有效手段.      

野鸭湖湿地挺水植物磷素截留量动态变化分析

野鸭湖湿地位于官厅水库上游,在截留养分、预防水库水体富营养化方面发挥着重要作用.通过野鸭湖湿地中4种优势挺水植物(茭白、扁秆藨草、香蒲、芦苇)的分布区域研究,分析了植物生物量及养分元素磷含量随季节的动态变化特征,得到了研究区域内4种挺水植物对磷素截留总量的动态变化.结果表明,研究区域内4种优势挺水植物地上部分磷含量为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇;地下部分磷含量呈现茭白>扁秆藨草>香蒲>芦苇的分布特点;4种植物的地上部分和地下部分磷含量均随生长季节而降低;4种植物的单位面积磷素蓄积能力存在明显差异,表现为茭白>香蒲>扁秆藨草>芦苇的规律,其单位面积蓄积峰值依次为4910、4140、2190和1390g.m-2;研究区域内挺水植物磷素蓄积总量在夏季达到峰值2210.8kg,最小值出现在冬季,为1263.5kg;区域内上、中、下游挺水植物的磷素截留总量依次递减.     

2014年武汉东湖水生植物多样性及其分布特征

全球众多湖泊发生富营养化并造成诸多环境问题,为了解武汉东湖数十年富营养化历程中水生植物多样性和分布情况,2014年对武汉东湖的4个主要湖区沿岸带的水生植物进行了调查,包括郭郑湖、汤林湖、团湖和后湖4个湖区,总共设置20个采样点,每个采样点设3个样方（沿岸带挺水植被,1 m×1 m;沉水植物,0.2 m×0.2 m）.结果表明:东湖现存水生植物共计16科17属19种,其中狭叶香蒲、莲和菱是优势种,挺水植物、沉水植物、浮叶植物和漂浮植物分别为10、6、2和1种;东湖主要水生植物群落类型有7种,除了挺水植物群丛外,浮叶植物和沉水植物的群丛都是单优结构,植物群落分布面积为0.13 km2,仅占东湖总面积的0.48%.与历史数据对比发现,自20世纪50年代以来,东湖水生植物的多样性指数降低、分布极度萎缩,东湖大部分水生植物群落结构趋于单优化.研究显示,造成东湖植被衰退的主要原因是湖泊的逐渐富营养化、草食性鱼类的过度放养和生境的破坏.      

桂林桃花江中下游植物资源分布现状调查与评价

桂林桃花江是风景秀美的漓江的一级支流。近年随着桂林城市经济的发展，桃花江水质逐年恶化。水质的恶化及人类的经济活动也影响到了江内及江两岸植物的种类和分布状况。本文经过一年时间，对桃花江中下游植物资源做了具体调查，结果是：（1）桃花江中下游植物主要有45种，隶属31科，其优势种为构树、水榕、桃金娘、铁芒箕、莽草、芦苇、水蓼、水花生、苦草。（2）岸坡植物、水生植物呈层状分布，可划分为岸生、湿生、挺水、沉水四个植物带。（3）植物群落呈现出“小聚居，大杂居”的状况。根据调查结果，评价了桃花江沿岸植物资源状况。     

冬季太湖草、藻型湖区N2O的生成与排放特征

对太湖典型草（包括沉水植物及挺水植物湖区）、藻型湖区水-气界面N₂O排放通量、水柱溶存浓度、泥-水界面通量以及3个湖区的水柱及沉积物理化性质进行了原位观测及实验室分析研究,并针对影响N₂O生成与排放的主要环境因子进行了室内的微环境模拟试验.研究结果表明：水-气界面N₂O释放通量及泥-水界面N₂O释放通量为藻型湖区 > 沉水植物湖区 > 挺水植物湖区（（123.10±11.43）μg/（m²·h）,（79.19±4.90）μg/（m²·h）,（53.45±4.22）μg/（m²·h）和（29.60±0.20）μmol/（m²·h）,（10.89±1.66）μmol/（m²·h）,（3.83±0.30）μmol/（m²·h））;水体溶存N₂O浓度均为藻型湖区 > 挺水植物湖区 > 沉水植物湖区（（0.0247±0.0003）μmol/L,（0.0236±0.0003）μmol/L,（0.0219±0.0001）μmol/L）;室内微环境实验结果表明：冬季升高温度能够显著地提高N₂O的生成潜力,高盐度对3种生态类型湖区沉积物N₂O的生成速率总体表现出抑制作用,藻型湖区及挺水植物湖区沉积物N₂O释放潜力在添加Cl^-组明显高于控制组,氮盐度过高会抑制沉积物N₂O产生,而沉水植物湖区沉积物N₂O产生受到抑制;随添加NH+4-N和NO-3-N等营养盐浓度升高,藻型湖区及沉水植物湖区沉积物中N₂O生成速率增加,挺水植物湖区N₂O生成速率降低,而乙酸盐作为微生物活动的碳源和能源对N₂O生成表现出抑制作用.冬季太湖典型草、藻型湖区N₂O排放存在显著差异,冬季草/藻型湖区N2O生成主要受冬季低温的限制,另外也受水柱无机氮形态及浓度的影响.     

典型挺水植物多酚含量及其抑藻活性的测定

利用植物化感作用抑制有害藻类生长具有廉价、生态安全等优点,近年来备受关注。采用两种多酚提取方法提取并测定了4种挺水植物(菖蒲、香蒲、梭鱼草、水花生)的多酚含量,并研究了植物体内多酚物质对铜绿微囊藻的化感作用。结果表明:不同挺水植物体内多酚含量各异,其浓度范围为2.420~7.298mg/g,且多酚对铜绿微囊藻的生物量增长均具有抑制作用。该研究可为利用植物多酚控制水华的发生提供理论基础。     

珠海淇澳岛不同类型湿地生态化学因子的差异评价

为探讨外来植物是否导致生境的明显改变,定期测定了珠海淇澳岛外来植物互花米草（Spartina alterniflora）、无瓣海桑（Sonneratia apetala）与本地植物桐花树（Aegiceras corniculatum）、短叶茳芏（Cyperus malaccensis）湿地中的若干生态因子及植物叶片叶绿度,并检验其差异显著性。结果表明,叶片叶绿度互花米草（47.37）<桐花树（58.92）<无瓣海桑（65.35）。表土上部的pH,互花米草湿地（6.33）显著低于桐花树湿地（6.71）。覆盖水与表土下部的氧化还原电位（Eh）,互花米草湿地差异不显著,其它3种类型湿地则是覆盖水Eh显著低于表土下部;互花米草湿地表土上部Eh（39.16mV）显著高于桐花树湿地（24.04mV）。互花米草湿地覆盖水电导率（7.96ms/cm）显著高于短叶茳芏湿地（6.92ms/cm）、表土下部电导率（4.4ms/cm）显著高于无瓣海桑湿地（3.26ms/cm）。因此,作为外来入侵植物,互花米草的生长已显著改变了生境中的某些因子,如导致表土上部pH显著下降;覆盖水与表土下部之间Eh差异的消减,表土上部Eh显著高于本地种桐花树湿地;覆盖水电导率显著高于短叶茳芏湿地等,为此应严格控制互花米草,至于外来植物无瓣海桑的潜在生态影响则有待深入研究。     

挺水植物对湖泊水质数值模拟过程的影响

将environmental fluids dynamics code(EFDC)模型和CE-QUAL-ICM模型相结合,建立了内蒙古乌梁素海富营养化模型.在建模过程中,考虑挺水植物分布情况及其密度、高度、直径等形态指标,并将考虑挺水植物影响与未考虑挺水植物影响的氮磷模拟过程进行计算、对比、分析.结果表明,考虑挺水植物影响的氮磷浓度模拟值与实测值变化趋势基本一致,而未考虑挺水植物影响的氮磷浓度模拟值未能反映实测值的变化趋势,可见,湖泊挺水植物的存在对氮磷浓度的迁移转化起着关键的作用.同时,在模拟过程中明显提高了运算效率和模拟精度,表明考虑挺水植物影响的富营养化模型能够较好地反映湖区内某位置氮磷浓度的动态模拟结果,能够为湖泊管理部门提供一定的参考.     

砷污染生境下挺水植物香蒲对砷的积累与迁移特性

为探究典型湿地挺水植物香蒲（Typha angustifolia L.）不同生长阶段对As（砷）污染生境中As累积与迁移的影响,采用室内模拟方式,通过外源添加Na₂HAsO₄·7H₂O设置不同的As污染生境,w[As（V）]分别为0、50、100、150、200、400 mg/kg,探析As胁迫下不同物候期（幼苗期、花果期、枯黄期）香蒲的生长发育、As累积特征及对土壤中As的提取迁移效果.结果表明:①As对挺水植物香蒲的生长产生低促高抑的作用,在w[As（Ⅴ）]为100~150 mg/kg处理下香蒲的生长状态显著优于其他处理;在w[As（Ⅴ）]为400 mg/kg污染生境下,香蒲的生长存在受害症状,但仍可完成整个生命期.不同生长阶段香蒲对As的耐受性特征存在差异,随着生育期的延长,植株对As污染反应的敏感性下降,表现出较强的耐受性,其中花果期最为突出,在w[As（Ⅴ）]为100 mg/kg时耐性指数最大,比0 mg/kg处理增加了54.0%.②香蒲不同部位对As的积累特征均反映出剂量依赖效应,在幼苗期、花果期和枯黄期香蒲地上部w（As）均低于地下部,转运系数均小于1;但不同生长阶段植株富集转运水平差别较大,以花果期为最高,幼苗期次之,伴随"稀释"效应的产生,枯黄期最低.③在As污染生境下,香蒲对土壤中As的去除作用大于固定作用,其迁移效果表现为花果期>枯黄期>幼苗期,在花果期进行刈割可使其发挥最佳修复效果.研究显示,挺水植物香蒲对As具有较强的耐性,并且对As的积累与迁移在不同物候期存在差异,因此,其可作为修复As污染河湖湿地土壤的推荐性植物加以深入研究与利用.      

洱海湖滨带挺水植物残体腐解特征及其环境效应初探

采用试验模拟的方法,研究洱海4种主要挺水植物茭草(Zizania caduciflora)、香蒲(Typha latifolia)、水葱(Scirpus validus)和芦苇(Phragnites australis)在水体中的腐解特征. 结果表明:在21 d的腐解试验中,水葱腐解速率最快,茭草和香蒲其次,芦苇最慢; 挺水植物单位干物质TN释放量表现为水葱>茭草≈香蒲>芦苇,TP释放量表现为水葱>茭草>香蒲>芦苇; 4种植物TP释放率均高于TN,腐解出的TP进入水体的比例也明显高于TN. 水体中ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均在腐解初期(1～3 d)快速上升,pH和ρ(DO)快速下降; 随后,ρ(TN),ρ(TP)及ρ(COD_Cr)均缓慢下降,pH和ρ(DO)则缓慢回升. 结合洱海湖滨带挺水植物空间分布的调查结果,估算全湖湖滨带4种挺水植物中TN和TP的总质量分别为17.622和2.870 t,其中茭草和香蒲中的TN和TP分别占91%和95%,对茭草和香蒲进行适时、适宜的收割对改善湖滨带的水质具有重要的意义.      

低温域湿地植物根际硝化强度及氨氧化微生物研究

以低温域(0~15 ℃)下黄菖蒲(Iris pseudacorus)、菖蒲(Acorus calamus)和香蒲(Typha orientalis)3种湿地植物为研究对象,分别取其根际土壤测定硝化强度,并采用FISH(荧光原位杂交)技术,考察植物根际AOB(氨氧化细菌)、AOA(氨氧化古菌)的数量变化规律. 结果表明:低温条件下,香蒲根际土壤的硝化强度最高,平均值为1.40 mg/(kg·h),黄菖蒲和菖蒲的平均值均为0.96 mg/(kg·h). 湿地植物根际土壤中的细菌数量(数量级为1010)远高于古菌(数量级为108),其中AOB为优势菌种,3种湿地植物的AOA数量分别约占总古菌数量的46.0%、47.9%和49.7%. 3种湿地植物根际AOB的数量(以湿土计,下同)排序为香蒲(2.57×109 g-1)>黄菖蒲(1.23×109 g-1)≈菖蒲(1.14×109 g-1),AOA的数量(以湿土计)排序为黄菖蒲(2.78×108 g-1)>香蒲(2.57×108 g-1)>菖蒲(1.15×108 g-1). 微生物分布特性和硝化作用效果均表明,不同植物根际氨氧化过程的主要作用微生物具有一定差异,AOA和AOB对于湿地土壤氮转化均具有不可忽视的作用,并与植物本体、土壤硝化过程微环境之间有一定的耦合关系.      

农田沟渠挺水植物对N、P的吸收及二次污染防治

生长在农田沟渠湿地中的芦苇和茭草对 N、有很好的吸收能力,芦苇茎叶的 N、含量分别为15.0,1.9g/kg,相当于每年吸收 818kg/hm² 的 N 和 103.6kg/hm²的 P,茭草地上部分的N、P 含量分别为 17.2,3.8g/kg,相当于每年吸收 131kg/hm²的 N 和 28.9kg/hm²的 P.对比实验发现,收割区 0～20cm 深度底泥中的有机质、总氮(TN)、总磷(TP)含量明显低于未收割区,但 NH₄ ⁺-N 和 NO₃^- -N 含量增高.植物收割改善了湿地 -的透光、透气条件,促进污染物分解转化,造成无机氮含量上升.茭白对氮磷的吸收能力也较高,每年收获后可带走200kg/hm² N,21.1kg/hm² P.以人为种植取代野生的芦苇和茭草,可获得很好的净化效果,解决植物的二次污染问题.     

土地利用对上海城市绿地土壤有机碳含量格局的影响研究

以上海市4条具有城市化梯度差异的城市样带为研究对象,于2013年-2014年沿样带选取典型城市绿地进行土壤采样调查.研究区域内设置121个样点,包含7种不同的土地利用/功能区类型,采集0~15,15~30,30~50 cm深度梯度的土壤样品对土壤有机碳(SOC)含量进行测定,分析上海城市绿地SOC含量格局特征,并讨论其潜在影响因素.研究结果表明:(1)SOC含量在水平方向呈现空间异质性,城市化进程潜在影响了绿地土壤碳含量的空间格局;(2)伴随土地利用和功能区划的人为干扰作用是驱动上海城市土壤SOC储量变化的关键因素;(3)上海城市绿地土壤0~15 cm深度层的SOC含量显著大于下面两层(15~30和30~50 cm),表现出SOC含量在垂直方向上递减的规律.     

黑岱沟露天矿区排土场2种典型植物的水分来源及利用策略

论文利用稳定性同位素示踪技术,分析排土场2种典型植物水分来源的差异及水分利用策略.结果表明,黑岱沟矿区大气降水的氢,氧同位素含量均落在中国大气降水的变化范围之内,不同月份大气降水的δD(δ¹⁸Ο)值表现出明显的降水量和季节效应.旱季小叶杨主要利用10 cm土层以下的水分,对100~150 cm土层水分利用率最高,达25.6%;沙棘对各层次土壤水分的利用比例接近,差异不明显,对表层土壤水分的利用最高,达26.5%;为了避免种间竞争,小叶杨很少利用表层(0~10 cm)土壤水分.雨季小叶杨主要利用表层和浅层土壤水分,利用比例高达70.9%,沙棘主要利用30~60 cm土层的水分,达73.5%,其次是10~30 cm土层,达17.4%.两种不同生活型植物通过不同策略合理利用旱季有限的水分,而在雨季水分供给充分时,均优先利用浅层水源,使其组成的生态系统更好地适应矿区排土场脆弱的生态环境.     

黄河三角洲滨海湿地水盐胁迫对盐地碱蓬幼苗生长和抗氧化酶活性的影响

研究黄河三角洲滨海湿地先锋植物盐地碱蓬在水盐胁迫下的生存机制能够为退化滨海湿地的修复提供重要的理论基础.通过温室控制模拟试验,研究了不同地下水位深度（0、-10、-20、-30 cm）以及不同盐浓度（0%、1%、2%、3%）的交互作用对盐地碱蓬幼苗高度、分枝数、生物量以及叶绿素含量和抗氧化物酶的活性的影响.结果表明,从...     

植物配置对构造湿地根际区硝化菌群及脱氮影响

研究了3种植物配置对构造湿地根际区硝化菌群数量及脱氮效果影响的情况。结果表明:3个湿地池植物根际区数量均较多,富营养化河水加上充足的溶解氧含量和合适的pH值及水温为硝化菌群的生长繁殖提供了良好的物质及环境条件;根须硝化菌群数量平均比基质高1个数量级,溶解氧含量的不同可能是造成这种差异的主要原因;表明微生物的硝化和植物对氮素的同化利用在湿地池脱氮中发挥了重要作用。     

阿什河流域10种水生植物对水质氮磷的净化能力比较

阿什河是松花江重要的一级支流,水环境污染问题最为突出.针对阿什河流域氮磷污染严重、水质恶化、生物多样性低等问题,选取千屈菜（Lythrum salicaria）、菖蒲（Acorus calamus）、泽泻（Alisma plantago-aquatica）、慈姑（Sagittaria trifolia）、芦苇（Phragmites australis）、菰（Zizania latifolia）、显脉苔草（Carex kirganica）、水葱（Scirpus validus）、狭叶香蒲（Typha angustifolia）、香蒲（Typha orientalis）10种阿什河流域常见植物作为研究对象,在室内静水条件下对其氮磷富集和水质净化的能力进行比较研究.结果表明:①不同植物净增生物量之间具有显著差异（P < 0.05）,生物量的变化范围为492.71~939.19 g/m2,其中净增生物量最高的泽泻是最低的慈姑的1.91倍.②不同植物的植株茎叶部和根部的氮、磷含量也具有一定的差异,茎叶部TN含量（以质量分数计）为3.46~19.55 mg/g,TP含量为1.34~4.77 mg/g;根部TN含量为3.88~13.59 mg/g,TP含量为1.16~7.59 mg/g;TN、TP在茎叶部的富集能力均大于根部,有效刈割是彻底去除污染物的有效手段.③在水体中TN、TP浓度（以质量浓度计）为2.08~3.03、0.56~0.77 mg/L时,不同植物对水质的净化能力也存在一定的差异,不同植物对TN、TP的去除率为64.96%~86.03%、64.64%~85.12%.④不同植物TN、TP富集贡献率范围分别为50.24%~80.71%、54.85%~93.44%.研究显示,植物净增生物量湿质量、干质量均与TP富集率相关性较高,可以作为植物筛选的一个重要的参考因素;水葱、芦苇、菰和千屈菜可作为阿什河流域生态修复的备选植物.      

六种挺水植物对富营养化河水氮磷净化效果研究

选用芦苇、黄花鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱和千屈菜等六种挺水植物在室内静水条件下,研究了其对北运河下游富营养化河水中氮、磷的净化效果.结果表明,六种植物生长良好并表现出较好的氮磷去除效果.试验结束后,六种植物生物量均增长了40%以上,植物组对氮、磷的去除率相对于空白组存在显著差异(p<0.05),对氨氮的去除率为93.75%~98.49%(p>0.05),对总氮的去除率为75.91%~89.42%(p<0.05),对总磷的去除率为53.12%~96.94%(p<0.05),其中黄花鸢尾和千屈菜对总氮的去除效果较好,黄花鸢尾和香蒲的对总磷去除效果较好.     

青海湖流域农田生态系统氢氧同位素特征及其水分利用变化研究

水分条件是直接影响农作物产量高低的主要限制因子之一,但对青海湖流域油菜和燕麦植物水分利用方式的认识尚不清楚。论文收集油菜和燕麦整个生育期内降水、植物和土壤水氢氧稳定同位素组成,并通过直接对比法和多源混合模型定量地计算出油菜和燕麦对不同深度土壤水分利用比例。结果表明：降水中同位素组成表征出较大的波动性变化,浅层土壤水同位素组成受蒸发作用影响明显富集于深层土壤水分,且土壤水中同位素在垂直方向上呈浅层土壤水较富集于深层土壤水。油菜在生育期内根系吸水方式在浅层和深层土壤间发生明显的转换,如在蕾薹期、开花期、灌浆期及成熟期主要依赖于0~10 cm（95.1%）、0~10 cm（68%和44.8%）、30~60 cm（69.9%）及0~10 cm（38.8%）的土壤水分。而燕麦根系吸水范围却没有表征出明显的改变,在整个生育期内土壤水分利用深度在0~30 cm间变化。这将为高寒地区耕作方式调整及发展节水高效的现代农业提供理论依据。