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。     

利用无人机遥感技术结合采样开展水生植物调查——以滇池大泊口水域为例

水生植物对改善水环境、维持生态系统正常功能具有不可替代的作用,恢复水生植物已成为湖泊生态修复中最重要的手段之一。准确高效地调查水生植物的组成、盖度和生物量是评价水生态系统的健康状况、开展和评价受损湖泊生态修复的基础。基于固定样点采样的水生植物调查方法(如网格法)劳动强度大,且无法准确反映水生植物的整体分布状况,而无人机遥感技术在此方面有非常大的应用前景。基于此,文章拟开发无人机遥感技术和采样调查相结合的水生植物监测方法,并应用于滇池大泊口水域。首先对无人机遥感影像进行校正和拼接,获得整个水域的遥感影像。通过影像分析,共分辨出74个相互独立的斑块,分别鉴定为挺水植物莲(Nelumbo nucifera)、香蒲(Typha orientalis)和菰(Zizania latifolia),浮叶植物莕菜(Nymphoides peltata)、野菱(Trapa incisa)和睡莲(Nymphaea spp.),以及沉水植物穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和艾格草(Egeria densa)。根据不同斑块的类型和面积,计算出大泊口水域水生植物盖度为17.23%,其中挺水、浮叶和沉水植物的层盖度分别为3.30%、5.29%和10.05%。结合采样调查,计算出水生植物总生物量为676 t,其中挺水、浮叶和沉水植物的生物量分别为90、97、489 t。无人机遥感结合针对性的采样调查,能准确获得水生植物在整个水域的分布和生物量信息,为水生植物的调查和研究提供强有力的支持。该方法特别适合水生植被恢复的重点水域的水生植被生物量和盖度常规监测。     

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。     

浮叶植物重建对富营养化湖泊氮磷营养水平的影响

利用太湖五里湖污染底泥，在不破坏表层沉积物形态和结构的情况下，利用大口径的采样器采集沉积物柱状样，研究浮叶植物荇菜（Limnanthemun nymphoides）在此底泥上适应性生长情况及其对水体以及沉积物中氮磷的影响。结果表明，在培养实验过程中，荇菜生长使上覆水体中的氮、磷营养水平逐渐降低，藻类的生长明显受到克制，水体透明度增加，水质逐渐改善。通过植物根系对沉积物和问隙水中营养盐的直接吸收，使表层（0～5cm）沉积物与问隙水中氮磷营养盐的水平在实验结束后有明皿下降，对于控制沉积物内源营养盐释放有重要的作用。因此，恢复以水生植物为丰的水生生态系统足重建富营养湖泊生态系统和控制湖泊内源负荷的重要措施。     

生长不同根冠比沉水植物的实验水体对磷输入的响应比较研究

沉水植物是维持浅水湖泊清水型生态系统的关键因子.沉水植物可以从水和沉积物中吸收营养盐,但具有不同根冠比的种类有明显的差异,因此对生态系统的影响可能存在差异.以根冠比不同的两种常见沉水植物——苦草(Vallisneria natans)和轮叶黑藻(简称黑藻)(Hydrilla verticillata)为研究对象,通过建立实验水体,比较不同磷负荷条件下沉水植物生物量、水和沉积物中磷含量的变化,以探讨具有不同沉水植物种群的水体对外源营养盐负荷的响应特征.结果显示:随着磷负荷增加,苦草生物量降低,而黑藻生物量上升;苦草的根冠比显著高于黑藻,且两种沉水植物的根冠比都随磷负荷增加而降低.与没有沉水植物的结果比较显示:苦草和黑藻在不同磷负荷条件下,都能显著降低水和沉积物中磷的含量;苦草对沉积物中磷含量的影响大于黑藻,而黑藻对水中磷含量的影响大于苦草.因此,在外源营养盐负荷较高时,黑藻比苦草能更有效地削减水中磷浓度,从而更有利于维持浅水湖泊清水型生态系统;但沉积物扰动较强时,苦草和黑藻对水体的影响尚需进一步研究.     

不同生活型植物腐解过程对人工湿地水质的影响研究

为探讨不同生活型水生植物腐解对石佛寺人工湿地水体水质的持续影响,在室内模拟3种生活型(浮叶型、挺水型和沉水型)6种水生植物(槐叶苹Salvinia natans和丘角菱Trapa japonica;蒲草Typha angustifolia和荷花Nelumbo nucifera;穗状狐尾藻Myriophyllum spicatum和金鱼藻Ceratophyllum demersum)的腐解过程,研究植物类型、生物量以及底泥对营养盐释放过程的影响程度。结果表明:(1)浮叶植物和沉水植物最易腐解,而挺水植物腐解最慢,沉水植物腐解最彻底,且生物量越大释放的营养物质越多;(2)同生活型植物之间p H值的变化具有很强的相关性(r0.826,P0.05),且底泥不影响p H的变化趋势,DO变化趋势因生活型不同存在明显差异;(3)挺水植物有机物释放过程较浮叶植物和沉水植物漫长,氮和碳的变化有一定相关性,底泥不影响水中氮的变化趋势,但对水中氮的浓度高低有影响;(4)浮叶植物组和挺水植物组磷的释放速率高于沉水植物,水体中磷浓度的高低与底泥和植物生物量有关,磷在水体和底泥存在明显吸附沉淀和迁移现象。     

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。     

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。     

水位抬升对4种沉水植物生长及光合特性的影响

通过滆湖现场实验的方法模拟水位抬升,研究其对4种沉水植物的生长和光合荧光特性的影响。实验前30 d相应水位为2.6 m(控制水深为1 m),之后2 d内迅速抬升水位,32 d时各实验组相应水位为2.6、3.0、3.4和3.8 m,分别模拟水位不变、低水位抬升、中水位抬升和高水位抬升,各组水位一直保持到第70天实验结束。结果表明:随着水位抬升幅度增加,4种植物的株高显著增加(P0.05)。冠层型植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)生物量相应增加,高水位抬升下直立型黑藻(Hydrilla verticillata)生物量显著减小(P0.05),莲座型植物密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)生物量随水位抬升幅度的增加而减小。在一定范围内,水位抬升减弱了狐尾藻、马来眼子菜和黑藻的定植能力,增强了密刺苦草的定植能力。冠层型植物在光合作用方面的表现同样优于直立型和莲座型植物,这说明不同的沉水植物对水位抬升的响应具有不同的生理生化特征。水位抬升促进了以狐尾藻、马来眼子菜为代表的冠层型植物的生长,高水位抬升不利于直立型植物黑藻的生长,抑制了莲座型植物密刺苦草的生长。以狐尾藻、马来眼子菜为代表的冠层型植物从形态学响应和光合作用能力上更适合水位抬升。该研究可为湖泊河流中沉水植物的恢复提供参考。     

两种常见沉水植物与藻的相互作用

选用太湖常见的沉水植物苦草(VallisneriaspiralisL.)和轮叶黑藻(HydrillaverticillataRoyle),构建微型生态系统。通过对沉水植物作用下水体中藻类叶绿素a及试验前后沉水植物生物量变化的观测,分析沉水植物与藻类的相互作用。结果表明,(1)相同条件下,苦草和轮叶黑藻对藻类变化的影响没有显著差异。(2)在苦草生物量相同的情况下,藻类叶绿素a初始值越大,其变化速率也越快。叶绿素a初始值差别越大,其变化速率差异越显著。轮叶黑藻也有相似的结果。(3)从试验前后苦草和轮叶黑藻生物量的变化可知,苦草受藻类影响较大,轮叶黑藻几乎没有受到藻的影响。     

太湖不同湖区生态系统健康评价方法研究

基于长期的监测资料,计算了表征湖泊生态系统健康的系统能(Ex)、系统能结构(Exst)和生态缓冲容量(|β|)指标,以及湖泊营养状态指数(Its)。结果表明,太湖不同湖区生态系统健康状况差异明显,1998—2001年太湖典型湖区健康状况由好到差的相对顺序为:东太湖、贡湖和湖心区、梅梁湾、五里湖。在此基础上,提出了富营养化浅水湖泊生态系统健康指标阈值和湖泊系统能量健康指数(IEx)及其健康状况分级。经2002、2003年太湖不同湖区实测检验表明,所提出的湖泊系统能量健康指数及其健康状况分级适用于评价太湖不同湖区生态系统健康的区域分异状况。     

中国湖泊水生植被退化现状与对策

以中国东部湖区与云贵湖区的若干湖泊为例,论述了中国湖泊水生植被退化的现状与问题。这些问题主要是水生植被分布面积缩小,水生植物分布深度下降,总生物量下降,物种多样性下降,耐污性较强的植物发展迅速。区别于国内外其它研究主要是从水生植物自身的生理学角度阐述水生植被退化的原因,本文是从人口密度、人口压力、经济发展、城市化进程等社会因素方面深层次分析了中国水生植被退化的因素,并且提出了可能的恢复对策与恢复过程中可能存在的问题。认为水生植被恢复,在截污的基础上,营造水生植被适宜生长的小生境至关重要。由于水生植被恢复与自然演替是一个同时存在的动态过程,以及水生植被恢复指标的不可确定等,所以水生植被生态恢复无论在基础理论研究方面还是生态工程实施技术上都有许多值得进一步探讨和研究之处。     

罗非鱼对富营养型水体中沉水植物苦草的影响

通过室外模拟实验,分别设置罗非鱼组和无鱼对照组的两组处理,研究了尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）对富营养型水体中沉水植物苦草（Vallisneria spiralis）的影响。结果表明：罗非鱼显著地增加了水中总氮和总磷的质量浓度,同时浮游植物的生物量（叶绿素a）也明显增加;罗非鱼组中的附着藻类的生物量却显著低于无鱼的对照组;罗非鱼组中苦草的相对生长率为-10mg·g-1·d-1,显著低于对照组中苦草的相对生长率7mg·g-1·d-1。罗非鱼的直接牧食可能是苦草生物量降低的主要原因。研究说明,过高的罗非鱼密度会导致沉水植被退化,要保持沉水植被为优势的湖泊清水态,必须控制罗非鱼密度。     

水生植被恢复对东莞生态工业园区水质改善的影响研究

为促进工业园区水生态环境建设,以东莞生态产业园区水生态系统恢复为研究对象,研究了其建园初期水生植被恢复对重污染水体水质修复的影响,并应用因子分析法对水质与主要生态因子之间的相互关系进行了研究,探讨了水体修复效果与水生植被覆盖率的关系.结果表明：水生植被恢复可使园区生态岛群与月湖主要水质指标（总氮、总磷、氨氮和高锰酸盐指数）从建设初期（2011 年5 月）的劣V 类改善为II-III 类（2012 年）,透明度提高约1 倍,而下沙与大圳埔湿地也从劣V类（2011 年5 月）改善为IV-V 类（2012 年）,透明度提高约50%.10 项水质指标的因子分析表明,园区水质成因可归为综合营养因子（氨氮、高锰酸盐指数、叶绿素、透明度、总磷和总氮）、温度因子（温度、电导率、硝态氮）和光合作用因子（溶解氧和pH）,其中主导指标为氨氮、高锰酸盐指数、叶绿素a、透明度和总磷等.三类因子分别客观反映了修复水体的水质变化特点：氮磷及有机物的含量越低则水体透明度越高,水质越优;温度升高有利于水质改善;藻类光合作用减弱,则水质变优.生态岛群、月湖、下沙、大圳埔湿地的水生植被覆盖率分别为43.8%、22%、4.3%、9.1%,此差异与水质修复效果相关.回归分析显示水质指标与水生植被覆盖率呈极显著的二项式关系（p〈0.01）,根据拟合方程计算得出污染物浓度最低、透明度最高、综合水质最优时的水生植被覆盖率变动范围为30%~35%.因此,生态岛群与月湖的水质改善效果优于大圳埔湿地,大圳埔湿地则又优于下沙湿地;下沙与大圳埔湿地可通过适当增加浮、挺水植物的面积比例,提高水体修复能力.文中所得最适水生植被覆盖率范围可为华南地区工业园区水生态初期修复提供一定的参考价值.     

菹草生物量控制对群落中沉水植物生长及水质的影响

沉生植物对维护和提高湖泊生态系统的生物多样性和稳定性,控制湖泊富营养化具有重要生态价值。对于可在水面形成致密冠层的沉水植物,生物量过大时可能会对水体功能产生不利的影响。实验通过对菹草(Potamogeton crispus)+金鱼藻(Ceratophyllum demersum)群落中菹草在春季暴发时采取不同菹草收割强度(100%、80%、60%、40%、20%和0%的收割)进行生物量控制。每种收割处理均在底泥厚度为15 cm,水深为110 cm独立实验池中(4 m长×2 m宽×2.5 m深)进行。实验研究生物量调控对冬季种菹草与春季种金鱼藻交替及水质的影响,探讨群落中菹草的最佳生物量控制强度,为草型湖泊进行沉水植物生态管理提供依据。结果表明:在40%、20%和0%(未收割)菹草收割强度处理下菹草容易产生断枝并且整株上浮,更高强度的收割减小了植株受到的浮力,促进了群落中菹草和金鱼藻的生长,并延长了菹草的生命周期,推迟了菹草的上浮时间。菹草遮光效应在一定程度上促进了金鱼藻的生长,中等偏高强度的菹草收割使得菹草和金鱼藻均处在较高的生物量水平,维持了群落的稳定性。在菹草生长期对其进行60%~80%收割可维持水体营养盐在较低的水平,并能实现冬季种沉水植物菹草与春季种沉水植物金鱼藻在群落中有效交替,可缓解存留菹草衰亡给水质带来的不利影响,强化沉水植物群落的水质净化功能。     

惠州西湖生态修复对浮游植物的影响

2007年广东惠州西湖子湖-南湖采用水生植被构建和修复等措施改变湖泊水质。通过2010年2月至11月对南湖和未修复的平湖的浮游植物群落的调查比较,研究湖泊生态系统修复对浮游植物群落结构的影响。结果表明：（1）南湖的浮游植物多样性指数高于平湖,两者峰值分别为1.93（nit）,0.88（nit）,分别在8月和2月,两湖均呈现2、8月高峰,5、11月低谷的变化特征。（2）南湖的浮游植物群落呈隐藻-绿藻（四尾栅藻Scenedesmus quadricuda）-甲藻（多甲藻Peridinium sp.）变化模式,平湖则全年以蓝藻门占绝对优势,优势种为银灰平列藻（Merismipedia sp.）和湖丝藻（Limnolothix sp.）。（3）南湖浮游植物的生物量和细胞丰度的平均值均远低于平湖。由此可知,重建水生植被为主的生态修复手段是抑制浮游植物发展和改善湖泊水环境的有效途径。     

热带城市湖泊生态恢复中水生植被、浮游动物和鱼类的关系研究

惠州西湖是典型的热带浅水富营养化湖泊,通过建立示范区,进行了鱼类调控和水生植被修复,示范区的水质得到显著改善。作者从2006年3月到9月对水生植被、浮游动物和鱼类进行采样分析。结果表明,水生植被的生物量3月份时为1.249kg·m-2,到9月份逐步增加到9.167kg·m-2,鱼类生物量在研究期间有所下降,渔获量从3月份的17.5kg到9月份时降低至7.61kg,示范区浮游动物丰度低于平湖,其中大型浮游动物丰度高于平湖,轮虫丰度则呈缩减,示范区和未进行修复的平湖浮游动物体长均主要分布在0到0.2mm之间,体长大于0.6mm的分布比例示范区的是未修复平湖的两倍,浮游动物的生物量二者差别不大。     

巢湖东湖区入湖河流的水生植被群落结构和区系特征及其与环境因子的关系

采用野外调查方法结合典范对应分析(CCA),研究了巢湖东部湖区的入湖河道水生植被的群落结构特征和区系特征及其与环境因子的相关性.结果表明:共发现常见水生植物物种63种,隶属于28科54属,其中沉水植物4种,漂浮植物3种,浮叶植物2种,挺水植物10种,湿生植物44种.区系分析发现该区域的水生植被呈现隐域性和热带向北温带过渡的亚热带特征,植物种属主要以世界分布属和北温带分布属为主,其次是泛热带分布属,分别占总数的35.19%、31.48%和12.96%;这54属水生植物的地理分布区类型共有中国种子植物所占的15个分布区类型中的10个,而缺少5个地理分布区类型.入侵种空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)分布广泛,河道呈现一定程度的堵塞状态;沉水植物物种则趋于单一化和分布面积狭小,尤其在水体污染严重的区域(如:双桥河流域和小柘皋河下游)几近衰退.CCA分析表明巢湖东部湖区入湖河道水生植物的空间分布主要受水体理化指标影响,而非水深的影响.总之,巢湖东部湖区入湖河道水质污染加重,水生植物群落结构极不合理、地理成分复杂程度偏低且具有明显的隐域性,沿河村镇的污水处理以及保护与恢复水生植物尤其沉水植物类群迫在眉睫.     

湖泊生态系统稳态转换理论与驱动因子研究进展

湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换,稳态转换前后湖泊生态系统的结构和关键过程会发生明显的变化,探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在。对湖泊生态系统稳态转换的理论内涵、驱动机制进行了总结和探讨。湖泊生态系统稳态转换的概念主要含有发生的突然性和难以预知性、系统的结构与功能发生明显变化以及存在多稳态现象等内涵;具有非线性、多阈值、多稳态,以及修复过程中的迟滞效应等特征。湖泊生态系统稳态转换的驱动因子可分为外部驱动和内部驱动两种类型。外部驱动包括外源性氮磷负荷、气候变化、风浪、湖泊水位等因子;外源性氮磷负荷和气候变化的影响具有长期性和累积性,通过逐步削弱湖泊生态系统恢复力进而引发稳态转换;风浪、湖泊水位等为突发性因子,往往表现为稳态转换的直接诱因。内部驱动包括鱼类、水生植物等因子;鱼类主要通过对水生植物、湖泊底质、浮游动物等生态组分的影响引发湖泊生态系统稳态转换;水生植物对湖泊清水稳态可能不仅存在正反馈作用,也会在一定条件下存在负反馈作用。今后应加强沉水植物生长消亡的主要环境与生物要素综合作用机理、湖泊稳态类型与主控因素等方面的研究。     

不同水质对沉水植物马来眼子菜主要生理指标的影响研究

沉水植物生理指标能反映其生长的环境条件变化,建立二者的关系对认识沉水植物衰退机理以及湖泊生态系统修复具有重要的意义。采用原位试验,分析了太湖不同营养状态条件下马来眼子菜(Potamogeton wrightii Morong)叶片内叶绿素含量、过氧化物酶(POD)活性以及游离脯氨酸(PRO)含量的差异,初步探讨了马来眼子菜叶片内主要生理指标对水质的响应机理。结果表明:(1)马来眼子菜分布的不同湖区间水质理化因子、综合营养状态指数(TLI)存在显著的空间差异,马来眼子菜主要生长于中营养水质或富营养状态下;(2)太湖马来眼子菜叶片内主要生理指标存在显著空间差异,其叶绿素、POD与TLI呈显著二次多项式回归关系,中营养水平下,除游离脯氨酸外,其他生理指标均与TLI呈显著相关;(3)中营养水平下,马来眼子菜叶片内各生理指标与水质理化因子之间表现为显著相关性,且与TN、TP及COD_Mn关系最为密切。本试验表明,马来眼子菜比较适合中营养水质条件,水体氮磷浓度、高锰酸盐指数对马来眼子菜的生理影响较大。