两种沉水植物附着生物种群特征对水深的响应研究

选取浅水湖泊中两种常见沉水植物上的附着生物作为研究对象,通过显微观测和16S rRNA高通量测序的方法,探究原位实验条件下水深(分别以T1、T2、T3、T4代表0.6、1.2、1.8和2.4 m)对狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和马来眼子菜(Potamogeton malainus)附着藻类和附着细菌种群组成及其多样性特征的影响.结果表明,沉水植物附着生物种群特征与水深和生物种类有关,试验组中所有水深梯度下的狐尾藻附着生物群落的自养指数(AI)均大于马来眼子菜,且试验组中较小水深0.6~1.2 m的AI值较高,较大水深1.8~2.4 m的AI值较低.两种沉水植物表面附着藻类组成随水深变化差异显著(p0.05),绿藻门和硅藻门仍占种群绝对优势;附着细菌种群随水深梯度的变化差异也显著(p0.05),但主要包括有Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes等优势菌群,同种沉水植物或相似水层深度间的附着细菌组成和丰度有较高的相似性,并且试验组中较小水深0.6~1.2 m中拥有更多特有的细菌种类.研究发现,相同水深时狐尾藻附着藻类的多样性大于马来眼子菜,而马来眼子菜附着细菌多样性大于狐尾藻,且位于中等水深1.2~1.8 m时两种沉水植物附着藻类和附着细菌的多样性往往最高.通过水深对沉水植物附着生物种群特征影响的研究,可为揭示沉水植物表面微生态作用规律提供参考.     

高铵条件下绿狐尾藻的生理与氮磷吸收特征

为了探讨水生植物绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)在生态湿地系统对高铵态氮(NH_4~+-N)的耐受及氮(N)、磷(P)吸收能力,试验设置3个高NH_4~+水平(70、210、420 mg·L~(-1))的营养液,对绿狐尾藻培养21 d,研究高浓度NH_4~+对绿狐尾藻生理及N、P吸收特征的影响.结果表明,70 mg·L~(-1)高NH_4~+处理,绿狐尾藻生长健壮,培养21 d后,茎高和生物量分别达到40.56 cm和17.82 g·穴-1;与70 mg·L~(-1)高NH_4~+对照相比,210 mg·L~(-1)高NH_4~+处理下,绿狐尾藻丙二醛含量显著增加,但叶绿素和可溶性糖含量仍较高,说明其受到一定NH_4~+的胁迫,但不影响其正常生长,茎和生物量的生长速率与对照无显著差异.当NH_4~+水平达到420 mg·L~(-1)时,丙二醛含量增加了2倍,茎高和生物量生长速率仅为对照的27.4%和17.9%,植物受到严重胁迫,生长受阻甚至死亡.3种高NH_4~+处理下,绿狐尾藻总N和总P含量的变化范围为30.7~53.4 mg·g~(-1)和3.8~7.7mg·g~(-1),表现出对N、P超高的吸收能力.鉴于绿狐尾藻在高浓度NH_4~+-N中的高耐受性,及很强的N、P吸收能力,绿狐尾藻可作为高铵/氨废水生物处理中理想的湿地生物,将具有良好的应用前景.     

鄱阳湖典型沉水植物刺苦草对不同淹水胁迫的响应特征及对生态修复的启示

沉水植物的生长与繁殖受到湖泊水体水位过程的影响,然而不同的水文过程变化及淹水时长对沉水植物个体适应性特征的影响尚不清晰。选取鄱阳湖典型沉水植物刺苦草作为研究对象,通过设置水位控制中宇宙实验,揭示6种淹水模式下刺苦草个体适应性变化特征。结果表明：长时间高淹水水位胁迫能够显著影响刺苦草的叶片数量、叶长、根长、匍匐茎长度、克隆能力、总生物量等特征。快速涨水以及长时间(>21 d)高水位(>3.5 m)胁迫会导致刺苦草植株叶片的大量凋亡,短时间(<14 d)并降低高水位淹水胁迫,刺苦草可以恢复其正常生长。研究表明,夏季快速涨水及不利水位下较长淹水时长是影响沉水植物刺苦草个体适应性降低的主要因素,可为沉水植物退化的水文过程机制以及科学恢复提供理论参考。     

有机质腐解对穗花狐尾藻生长及生理的影响

以原沉积物和分别添加0.5%与1%有机质(植物残体)的沉积物作为底质培养沉水植物,采用室内模拟实验研究了有机质的腐解过程对穗花狐尾藻生长及生理作用的影响.结果表明,在试验的早期阶段,有机质的腐解对狐尾藻的生长有一定的抑制,但在整个培养阶段,与原沉积物组相比,0.5%有机质的加入,在一定程度上可促进植株生长, 狐尾藻生物量和根系生物量平均增加了12.99%和125.31%,而1%有机质的加入,狐尾藻生长受到抑制.在培养的前16d,有机质的添加抑制了沉水植物狐尾藻叶绿素和可溶性蛋白含量的增加,在培养中后期,0.5%有机质的加入,可促进植株体内可溶性蛋白和叶绿素含量的积累.0.5%有机质添加条件下, 超氧化物歧化酶(SOD)活性持续升高,添加1%有机质和较长时间处理时,狐尾藻抗氧化酶系统活性先升高后降低. 在培养前期,1%有机质添加组植株丙二醛(MDA)含量比原沉积物组提高了20.13%,但与0.5%组差异不显著,即低浓度有机质的增加能促进狐尾藻生长及生理代谢,但随着有机质增加量的升高对狐尾藻的生理活动将产生不利影响.     

不同光照条件对8种沉水植物生长的影响

通过研究太湖流域主要沉水植物苦草、密刺苦草、黑藻、穗花狐尾藻、蓖齿眼子菜、微齿眼子菜、马来眼子菜和金鱼藻在3种不同光照条件(100%自然光、55%自然光和15%自然光)下的生长状况,探讨沉水植物对光照条件的适应性。结果表明,苦草、黑藻在55%自然光中相对生长速率最大,金鱼藻随着光照减弱,相对生长速率增加,其余6种植物则与金鱼藻相反。黑藻和穗花狐尾藻在15%自然光条件下分株数显著减少,最大株高明显增大,马来眼子菜最大株高显著减少。在不同光照组条件下8种沉水植物中叶绿素含量及可溶性糖含量基本无明显差异,但淀粉含量变化趋势不稳定。     

附植藻类对沉水植物狐尾藻生长及生理的影响

为进一步了解附植藻类对沉水植物的影响,以狐尾藻为研究对象,通过室内模拟实验,研究了有无附植藻类情况下,狐尾藻根长、株长、生物量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量、MDA含量、SOD、POD以及CAT等的变化情况.结果表明:未添加藻类处理组中狐尾藻的生物量最大是添加藻类处理组的2.49倍,实验末期未添加藻类处理组的叶绿素含量是添加藻类处理组的1.87倍,说明附植藻类的大量繁殖会影响狐尾藻生物量的合成,降低狐尾藻的叶绿素含量;添加附植藻类处理组的POD和CAT酶活性在实验后期均显著高于无附植藻类的处理组,且实验末期狐尾藻的MDA含量显著上升,说明附植藻类的大量繁殖使狐尾藻细胞膜损害严重,影响了抗氧化保护酶系统,最终导致狐尾藻衰败显著.附植藻类的大量繁殖是沉水植物衰败的原因之一.     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1 a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量.结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P.perfoliatus)、扭叶眼子菜(P.intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P.malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P.maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91 t/km)北部(1.73 t/km)南部(1.61 t/km)东部(0.86 t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64 t,TP为0.85 t.     

穗花狐尾藻生长及酚类物质含量对光照强度的响应研究

沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)能产生对水华蓝藻生长有抑制效应的酚类活性物质。为了揭示光照强度对穗花狐尾藻的生长及其体内酚类物质含量的影响,文章研究了不同光照强度下穗花狐尾藻的生物量及其顶端组织与茎中的可溶性糖、可溶性蛋白、总酚的含量以及与酚类代谢相关酶——苯丙氨酸裂解酶(Phenylalanine ammonia-lyase,PAL)的活性,结果表明:穗花狐尾藻生物量随着光照强度的减弱而显著降低;高光照强度和中等光照强度下,顶端组织中可溶性蛋白、总酚含量和PAL酶活都明显高于茎中各指标;茎中的总酚含量、PAL酶活性在低光照强度下显著高于高光照强度和中等光照强度下。     

风浪扰动促进中肋骨条藻和球形棕囊藻增殖的模拟研究

利用中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)两种海洋微藻为研究材料,设置以摇床震荡模拟风浪扰动培养处理与摇床静止培养处理,着重测定藻液光密度(OD680)、比生长速率、藻体生物量和叶绿素含量等生理生化指标,研究风浪扰动对海洋微藻细胞增殖的作用效应,比较不同海洋微藻对风浪扰动的响应差异,探讨风浪扰动对海洋微藻生消的影响。结果表明,模拟风浪扰动处理显著地促进了中肋骨条藻和球形棕囊藻的细胞增殖:模拟风浪扰动处理下中肋骨条藻和球形棕囊藻的最大生长速率分别为0.77/d和0.54/d,而静止培养处理下中肋骨条藻和球形棕囊藻的最大生长速率分别只有0.44/d和0.32/d。同样地,中肋骨条藻和球形棕囊藻在模拟风浪扰动处理下的生物量(分别为277.78和435.56 mg/L)和叶绿素a含量(分别为1.68和3.63 mg/L)也显著高于他们在静止培养处理下的生物量(分别为82.22和50.00 mg/L)和叶绿素a含量(分别为1.23和0.91 mg/L)。结果揭示,适宜的风浪扰动有利于海洋微藻的生长繁殖,进而可能会促成海洋赤潮的爆发;不同海洋微藻对扰动的响应性差异,可能是引起海洋生态系统中赤潮藻群落动态更替变化的一个重要因素。     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量. 结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P. perfoliatus)、扭叶眼子菜(P. intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P. malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P. maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91t/km)>北部(1.73t/km)>南部(1.61t/km)>东部(0.86t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64t,TP为0.85t.      

5种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较

选取轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等5种乡土沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行比较研究.结果表明,不同沉水植物试验前后的含水率差异较小,变化范围为89.8%~92.0%,但净增生物量差异较大且均存在显著性差异,变化范围(干重计)为1.52~12.92 g·m-2,其中净增生物量最高的轮叶黑藻是最低的微齿眼子菜的8.5倍.不同沉水植物试验前后植株氮、磷含量变化范围分别为26.54~34.44 g·kg~(-1)和2.54~4.01g·kg~(-1),其中金鱼藻的植株氮、磷含量相对偏高.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率范围分别为63.8%~83.1%和49.2%~70.8%,均显著高于CK处理的39.9%和36.9%,去除率大小顺序均为:轮叶黑藻金鱼藻苦草穗状狐尾藻微齿眼子菜CK.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率与净增生物量存在较高相关性,相关性系数分别为0.994(P0.01)和0.996(P0.01).不同沉水植物氮、磷直接吸收贡献率范围分别为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,扣除水体自身自净能力后沉水植物的增效作用贡献率范围分别为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%,表明水质净化氮、磷去除过程中沉水植物的增效作用要大于直接吸收作用.     

水体氮磷浓度对两种沉水植物上附着藻类的影响

为了了解富营养化进程中湖泊水体氮、磷浓度升高对不同沉水植物上附着藻类的影响,通过室内模拟实验,设置3组不同氮磷浓度,研究了常见的沉水植物苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)和狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)上附着藻类生物量及其种群组成.结果表明,附着藻类生物量随水体氮、磷浓度的升高呈显著增加的趋势;狐尾藻上附着藻类生物量均高于苦草,且随富营养化水体氮、磷浓度升高差距越来越大.不同沉水植物上藻类群落组成均以硅藻门、蓝藻门及绿藻门占优势,但优势藻组成和优势藻数量存在差异.研究结果不仅丰富了淡水水体附着藻类生态学的理论知识,也可为富营养化湖泊生态修复过程中沉水植物群落的构建提供一定的理论依据.     

不同类型沉积物磷形态转化及其对狐尾藻生长的影响

在室内模拟条件下利用不同类型沉积物培养穗状狐尾藻,分析了沉积物与上覆水各形态磷的变化,以及狐尾藻生物量和根系形态的差异,揭示不同沉积物中各形态磷的转化特性及其对沉水植物生长的影响.结果表明,在研究条件下,外加细沙改变了沉积物的颗粒度,促进沉积物中磷的释放,增加了上覆水磷浓度;外加氮源,改变沉积物的化学性状,抑制沉积物中磷的释放,降低了上覆水中磷的浓度;添加细沙使狐尾藻植株及根系干重增加了49%和107%,根长增加了19%;而外加氮源对植株根系生长产生了抑制作用,使狐尾藻早衰;狐尾藻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,各形态磷随着狐尾藻的生长呈先降后升趋势,其中以Fe/Al-P变化量最大(41%～57%);根系长度是影响狐尾藻对沉积物中磷吸收和释放的主要形态指标,根直径主要通过影响沉积物的通透性间接促进沉积物中磷的释放.     

氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物穗花狐尾藻和轮叶黑藻光合能力的影响

在水-土环境中,单一物质引起的污染很少,绝大多数污染是多种污染物质共存所造成的.利用碘量法测定溶解氧,研究了氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物穗花狐尾藻和轮叶黑藻光合能力的影响.结果显示,氨氮浓度在4.0 mg·L^-1时,对轮叶黑藻有较强的胁迫作用,表现为光合作用的产氧量与呼吸作用的耗氧量均下降,而此浓度对穗花狐尾藻没有表现出胁迫作用;当镉处理浓度为0.2 mg·L^-1时,镉对2种沉水植物都表现出明显的胁迫效应,且对轮叶黑藻的胁迫作用更强;当镉与氨氮复合作用时,对轮叶黑藻产生联合毒害作用,但对穗花狐尾藻毒害作用较轻,可能原因是穗花狐尾藻所含的粗纤维比轮叶黑藻少,细胞壁上能结合重金属的位点较少,所以吸附的镉相应减少,毒性较小.实验结果表明在进行湖泊水生植物修复时,相对于轮叶黑藻,穗花狐尾藻更适合作为生态恢复的先锋物种.     

两种不同根系特征沉水植物对沉积物剖面不同形态磷的影响

为探究不同根系特征的沉水植物对沉积物中磷（P）的影响,本研究以狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.,根系发达）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.,无固定根）为材料开展室内培养试验.结果显示,狐尾藻和金鱼藻均能显著降低沉积物中的总磷（TP）、无机磷（IP）、氢氧化钠提取磷（NaOH-P）含量,去除率分别为9.0%和7.8%（TP）、9.8%和8.8%（IP）、15.7%和8.7%（NaOH-P）.狐尾藻对沉积物NaOH-P的去除效果显著优于金鱼藻.狐尾藻组中沉积物NaOH-P减少引起IP降低,进而造成TP降低.与初始状态相比,狐尾藻和金鱼藻处理下的上覆水溶解氧（DO）分别增加1.61 mg·L^-1和1.72 mg·L^-1,但pH和TP没有显著变化.结果表明,两种沉水植物在减少沉积物P、抑制上覆水TP上升方面均具有积极作用,但在沉积物NaOH-P含量高的浅水湖泊中,根系发达的狐尾藻的生态修复功能更为有效.     

贡湖、梅梁湾沿岸浅水区观测场水生植物周年动态及影响因素研究

通过对太湖北部贡湖、梅梁湾湖滨带观测场为期1年的野外现场调查,研究了两湖滨带沿岸浅水区水生植物现状及水质、底质的理化指标.结果表明:①贡湖湖滨带水生植物群落可划分为芦苇群落、马来眼子菜+荇菜+穗花狐尾藻群落和马来眼子菜单优群落;梅梁湾湖滨带水生植物群落可划分为芦苇+水花生群落、芦苇群落和菹草群落.②两湖滨带沉水植物生长有明显季节性差异, 贡湖湖滨带沉水植物生长期为春、夏、秋三季;梅梁湾湖滨带沉水植物生长期为冬、春两季.③两湖滨带观测场水生植物尤其是沉水植物现存种存在明显差异,水动力条件、水体总氮和底质营养盐含量不同是造成这种差异的重要原因.      

扰动强度对菹草浸泡过程中氮磷碳释放的影响

以在北京前海采集的菹草（Potamogeton crispus）为实验材料,研究了在不同扰动强度下菹草残体浸泡过程中氮磷及高锰酸盐指数（PI）的释放特征和规律.结果表明,扰动可以加快菹草中总磷（TP）和PI的释放,在240 h的高强度扰动下,水中的氨氮（NH 4^＋-N）和总氮（TN）出现了显著（ANOVA,p〈0.0...     

菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响

冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草（Potamogeton crispus L.）和伊乐藻（Elodea nuttallii）作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组（P < 0.05）,上覆水中ρ（TP）最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ（DTP）（DTP表示溶解性总磷）分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w（TP）、w（IP）（IP表示无机磷）和w（NaOH-P）（NaOH-P表示NaOH提取态磷）分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、E_h等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.      

北京市典型土著沉水植物对水体中硝酸盐和正磷酸盐的耐受性研究

以北京市3种典型土著沉水植物轮叶黑藻、狐尾藻和金鱼藻为研究对象,构建模拟水生生态系统,研究3种沉水植物对水体中NO₃^-和PO₄^3-的耐受性并确定其耐受范围.同时,对植物体内过氧化氢酶、丙二醛、叶绿素和蛋白质4种指标进行检测.结果表明,轮叶黑藻对NO₃^-具有较强的耐受性,耐受浓度可达8 mg·L^-1,金鱼藻和狐尾藻次之,耐受浓度为3~5 mg·L^-1;狐尾藻对PO₄^3-的耐受性最差,耐受浓度约为0.2 mg·L^-1,轮叶黑藻和金鱼藻的耐受性相当,当PO₄^3-浓度达到0.4 mg·L^-1时开始出现显著胁迫.因此,在本研究的实验条件下,当水体NO₃^-浓度<5 mg·L^-1、PO₄^3-浓度<0.2 mg·L^-1时,建议3种沉水植物同时种植;当NO₃^-浓度>5 mg·L^-1时,建议种植轮叶黑藻;当PO₄^3-浓度为0.2~0.4 mg·L^-1时,建议种植轮叶黑藻和金鱼藻.研究结果可为北京市再生水补给河湖水库的水生态修复及其沉水植物群落的构建提供一定的理论指导.