水动力条件对水体富营养化的影响

水动力条件是影响水体富营养化状态和进程的主要自然因素.研究水动力条件对水体富营养化的影响对于水体富营养化模拟、预测和控制具有十分重要的意义.水动力条件能直接作用于水华藻类细胞,影响其生长繁殖与种间竞争,同时改变水体环境及营养盐的状况.其中,流速不仅对藻类的生长聚集与分布具有十分明显的影响,同时还能影响水体营养物质与优势藻的种类;流量则主要通过单位时间内水量的变化影响水体富营养化的发生与消亡;水体扰动直接作用于水体中藻类细胞与藻团,加强藻类的聚集,同时影响营养物质的混合与运移,从而使水体富营养化得以发生并持续.本文综述了流速、流量和水体扰动等水动力因子对水体富营养化的影响研究,并对其未来的研究方向进行展望,最后指出:不同水动力条件对营养盐存在形态、藻类生长及水体富营养化状态的影响机理和水动力条件对水体富营养化影响的滞后性规律与临界值研究有待进一步加强.     

气候变暖和营养水平对洱海浮游植物的长期影响(1980-2009年)

气候变暖下湖泊富营养化进程是近年研究热点之一.本文对1980-2009年期间洱海富营养化进程研究发现,水体总磷、总氮与气温均呈升高趋势.气温、水体总磷和总氮均能显著促进浮游植物增长.统计分析表明,气温对浮游植物增长的促进作用不受水体总氮、总磷的影响;水体总磷对浮游植物增长的促进作用不受气温的影响,受水体总氮的影响;水体总氮对浮游植物增长的促进作用不受气温和水体总磷的单独影响,受它们共同的影响.因此,气候变暖与营养水平的增加共同促进了洱海的富营养化进程.     

长江下游湖泊水生植物现状及与水环境因子的关系

研究水生植物分布与环境因子的关系可为富营养化湖泊的生态修复提供重要科学依据.通过对长江下游10个不同营养水平湖泊的水生植物群落组成和环境状况进行野外调查,研究了长江下游湖泊主要水生植物分布状况及水环境因子对水生植物分布的影响.调查发现长江下游10个代表性湖泊主要水生植物共计6科7属11种,主要生活型为沉水植物.水生植物群落组成与环境因子的冗余分析结果显示,总氮、pH值和水深是显著影响这些不同营养水平湖泊水生植物分布的主导因子.     

富营养化湖泊围隔中重建水生植被及其生态效应

水体富营养化导致水生植被衰退、蓝藻水华暴发、水质恶化和水生生态系统崩溃.恢复水生植被被认为是改善受损水体水质和提高其生态系统稳定性的重要手段.本研究通过构建大型围隔,根据水生植物的耐污程度及其对水质和底质等条件的需求,选取几种适宜的水生植物在围隔内进行移栽与群落构建,并以不移栽水生植物的围隔和围隔外水体作为对照.实验期间(2011年4月至2012年6月),围隔内移栽的几种水生植物全部存活,并建立了相对稳定的群落.同时还跟踪监测了3个处理组的水质情况,结果显示,移栽水生植物的围隔内水质明显优于围隔外,与未移栽水生植物围隔相比,也有很大程度的改善,其中移栽水生植物围隔内水体的总氮、铵态氮、总磷、水下消光系数相比于围隔外水体分别低30.55%、44.09%、36.04%和42.13%,相比于未移栽水生植物围隔内水体分别低5.96%、13.40%、6.70%和7.60%,透明度分别比围隔外水体和未移栽水生植物围隔水体高74.59%和8.70%,浮游植物生物量也大大低于围隔外,而浮游动物生物量却明显高于后者.此外,实验后移栽水生植物围隔内沉积物氮、磷含量及其间隙水总氮、总磷、铵态氮浓度明显低于围隔外和未移栽水生植物围隔.研究表明,在富营养化浅水湖泊中通过建立围隔进行合理的群落配置,进而逐步恢复水生植物是完全可行的,而水生植物恢复后加强对其管理和维护至关重要.     

湖北长湖富营养化状况及时空变化(2012-2013年)

为评估长湖水体富营养化程度,2012-2013年分4个季度对全湖区20个采样点的物理、化学和生物要素进行监测,在评价水质现状的基础上采用综合营养状况指数法和浮游植物细胞丰度指数法综合评价水体营养状况,并应用典型相关分析(CCA)方法揭示水体富营养化状况与湖泊理化要素之间的典型相关性.结果显示:4个季节长湖全湖区的水质均处于地表水IV类~劣V类水标准;综合营养状态指数值在49.54~82.55之间,浮游植物细胞丰度在2.88×106~61.73×106cells/L之间,均显示其处于富营养化状态;长湖富营养化状况的分布呈现一定的时空差异性;CCA分析显示,长湖理化要素变量可解释68.6%的水体富营养化状况变量的变异,影响其富营养化状况的主要理化因素有水体总磷、总氮、溶解氧、亚硝态氮、硝态氮浓度,水深和沉积物总磷、总氮含量.长湖水体富营养化主要是由于外源的磷污染,其次是氮污染,富营养化最严重的夏、秋季浮游植物的生长主要受氮营养限制,而冬、春季则部分受磷营养限制,部分属于过渡类型.因此,建议大力削减围网/围栏养殖量,同时考虑结合水生植物栽种等生态工程建设措施以降低长湖水体发生严重富营养化的风险,并进一步改善长湖的水质现状.     

喀斯特湿地水葫芦(Eichhornia crassipes)生长及表型可塑性特征对不同富营养化水体的响应

选择桂林会仙喀斯特湿地,以不同富营养化水体中生长时期为6月(生长旺盛期)和8月(暴发高峰期)的水葫芦(Eichhornia crassipes)为研究对象,探讨不同富营养化条件下水葫芦的生长及表型可塑性响应特征,以揭示水葫芦对不同富营养化水体的生态适应机制.结果表明:水葫芦的株高、根长和叶绿素含量均随水体富营养化程度的增加而降低,叶柄数、叶柄宽、叶片数、叶长、叶宽、匍匐茎数和分株速率随着水体富营养化程度的增加而升高;各性状参数在暴发高峰期均略高于生长旺盛期;根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量均随水体富营养化程度的加深而增加,茎生物量高于根生物量和叶生物量;水葫芦生物量的分配以及性状间的权衡关系(根生物量比、茎生物量比、叶生物量比和茎叶比等)因生长时期的不同而呈现差异性,表现出较强的表型可塑性特征;水体总有机碳、总氮、总磷、硝态氮、氨氮和叶绿素a浓度分别与水葫芦的茎生物量、叶宽、匍匐茎数和分株速率间存在显著的正相关关系,与根长、株高、叶生物量比和茎叶比间存在显著的负相关关系;水葫芦的表型可塑性指数在0.009~0.792之间,叶重比的可塑性指数最大,根冠比最小,重度富营养化水体下的可塑性指数最大.在会仙喀斯特湿地不同富营养化水体环境中,水葫芦通过外部形态结构调节和生物量的配比关系,产生了有利于其入侵和存活的较强的表型可塑性,是其生存繁殖的重要响应机制之一.     

利用水生植物氮同位素作为人为氮输入太湖的生物指标

富营养化是一个全球性的环境问题,需要更准确地评估人为氮输入对水生生态系统的影响.而初级生产者的N同位素已成为一个有用的生物指标.本研究通过测定太湖和太湖周围湖荡水生植物的δ15N,与水体中的环境因子做GAM分析,结果表明δ15N与水体中的铵态氮、正磷酸盐、总氮都有很显著的相关性,而这主要是由于植物在吸收和同化过程中有较大的同位素效应.水生植物的氮同位素值与氮的有效性和植物对氮的需求有关.当氮浓度有限时,植物对氮的需求变大并且减少了15N的分馏,水生植物则有较高的同位素值,而高氮浓度下,氮的可用性超过植物对氮的需求,15N分馏增大则氮同位素值较低.无锡地区和吴江地区湖荡水生植物同位素值有显著的差异性,无锡地区湖荡湿地富营养化最严重,所以水生植物的δ15N值比吴江地区高.总体来说,水生植物氮同位素可以作为评价生态系统人为氮输入影响的一个有效且简单的生物指标.     

低氧、高铵和低光对沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长与C-N代谢生理指标的影响特征

湖泊富营养化导致沉水植被大面积衰退和群落逆向演替,诱发一系列次生环境问题,并严重影响到水域生态环境质量.为了从对植物表型生长与C-N代谢生理指标影响的角度深度揭示富营养化水体中沉水植被的致衰退机制,本文以我国长江中下游淡水湖泊常见沉水植物优势种群——苦草(Vallisneria natans)为研究对象,利用L_(16)(4~5)正交试验设计方法,实验模拟研究富营养化水体中低氧、高铵和低光3种重要因素对苦草生长与C-N代谢生理指标的胁迫影响特征.本试验设置了3因素4水平,分别为4个低光照强度(50%、40%、30%和20%自然光照)和4个高铵浓度水平(0.5、1、2和4 mg/L)以及4个低氧处理浓度(7.5、6.5、5.5和4 mg/L).结果显示:光照强度低于30%、溶解氧浓度低于5.5 mg/L时,植株生长与C代谢受阻严重,碳水化合物储存量降低;铵态氮1.0 mg/L时,苦草N代谢活跃,游离氨基酸(FAA)含量明显升高,可溶性糖(SC)/FAA比降低,淀粉呈降低趋势.研究表明富营养湖泊中苦草的衰退是多种因素综合作用的结果,低氧、高铵与低光均会对苦草的生长与C-N代谢产生不利影响;受损沉水植被在藻-草稳态转换的富营养化湖泊中应通过控制水体高铵浓度,严控低氧出现,及时提高水下照度或透明度(如控磷)来予以保护和科学管理;而在次生裸地且藻类占优势的富营养化水体中沉水植被的恢复与重建过程不仅要降低水体营养盐水平尤其是氨氮的水平,还应着重考虑如何有效提高水下光强与溶解氧浓度,并将如上环境因子控制在一定变幅范围内,且控制条件应原则上严于保护受损沉水植被所需的条件.     

杂食性鱼类对浅水水体底栖—浮游生境耦合作用的影响:微综述

浅水水体存在着强烈的底栖-浮游生境耦合作用,耦合的结果决定着水生态系统关键特征.在缺少大型水生植物的浅水系统中,底栖藻类和浮游藻类对光照和营养盐的竞争是底栖-浮游生境耦合最为重要的生态过程之一,但该过程受到杂食性鱼类的影响.本文以浅水水体的底栖-浮游生境耦合作用为切入点,综述了杂食性鱼类对浅水水体底栖-浮游生境耦合作用的影响过程及机理.一般而言,杂食性鱼类有利于提高水层营养盐浓度,促进浮游藻类生长,降低水体透明度,不利于底栖藻类竞争,从而加速水体富营养化.但不同种类的杂食性鱼类(如底栖杂食性鱼类、偏植物性饵料的杂食性鱼类、偏动物性饵料的杂食性鱼类以及小型杂食性鱼类)因食性差异,对底栖-浮游生境耦合的影响机理不同,产生的生态环境效应各异;即便同一种杂食性鱼类也可因发育阶段不同对底栖-浮游生境耦合产生不同的影响.在人类活动、全球变暖以及富营养化等多重因子胁迫下杂食性鱼类在鱼类群落结构中的比例上升,因此,杂食性鱼类对水生态环境产生的影响深远、复杂,值得持续关注.     

富营养化对贵州红枫湖水库汞形态和分布特征的影响

通过对贵州省红枫湖水库中各种汞形态的空间分布及季节变化的研究,探讨了富营养化对各种汞形态分布特征的影响.红枫湖湖水总汞浓度在2.5-13.9ng/L之间,平均值为6.9ng/L.红枫湖水库中汞浓度的空间分布和季节变化均严重受到人为汞污染源的干扰.水体中汞在颗粒态和溶解态之间的分配,主要受内源有机质以及氧化还原条件的影响.由于水华现象,春季后五采样点大量繁殖的藻类吸附了大量的汞,从而改变了汞在水库中的分配和迁移.藻类的生长对水体中溶解气态汞浓度分布也有显著的影响.在夏季,总甲基汞和溶解态甲基汞在水体中的垂直分布表明:在富营养化较严重的后五采样点,水体中升高的甲基汞主要是由于水体中汞的甲基化过程;而在富营养化特征不明显的大坝,水体中升高的甲基汞主要来自沉积物甲基汞的释放.红枫湖水体中各种汞形态的分布特征表明,富营养化对汞的迁移转化影响显著,尤其是汞的甲基化过程.水体富营养化为汞的甲基化提供了有利条件,给水生生态环境及人体健康带来了潜在的威胁.     

Biomechanical properties and morphological characteristics of lake and river plants: implications for adaptations to flow conditions

Biomechanical properties and morphological characteristics of stems of eight species of submerged aquatic plants were studied to analyse (1) differences between river and lake specimens, (2) seasonal differences between winter/spring and summer/autumn specimens, and (3) change of biomechanical properties and morphological characteristics along the stems. The data show that river macrophytes display not only characteristic biomechanical traits and morphological characteristics specific to their hydraulic habitats, but also distinctive temporal changes due to seasonally varying water temperature, flow velocity, and growth phase. Furthermore, the data reveal differences between lake and river specimens that could be explained by wind exposure of the lake sampling sites and the species-specific flow requirements of the river macrophytes. Biomechanical properties and morphological characteristics varied along the stem with larger cross-sections and a higher resistance against tension and bending forces at the bottom compared to the top parts, being similar for both lake and river specimens. The acquired and analysed stem biomechanical and morphological data contribute to the plant biomechanics database to underpin a wide range of studies in aquatic ecology, river and wetland management.     

中等实验规模下不同营养环境对苦草(Vallisneria natans)生长的影响

本实验分别选用武汉东湖中营养和富营养湖区的湖水和底泥,并在水柱中添加氮或磷以设置高营养、中营养、中营养添加磷、中营养添加氮等四种营养环境.测定这四种营养条件下栽培苦草(Vallisneria natans)的生长和生化指标变化,探讨不同营养环境对苦草生长的影响机制.实验结果表明,苦草的生物量、叶数和新芽数等生长指标在中营养环境最高,中营养环境添加磷次之,中营养环境添加氮较低,在高营养环境最低;苦草可溶性糖和游离氨基酸含量在高营养环境中最高,在中营养环境、中营养环境添加磷和中营养环境添加氮等处理间没有明显差异.结果分析表明,高营养环境影响苦草的碳氮代谢水平并抑制苦草生长,这可能是由于苦草过量富集高营养环境中的氮素造成的;中营养环境中氮的升高会在一定程度上抑制苦草的生长,而磷的升高对苦草生长没有明显抑制作用.     

沉水植物附植生物群落生态学研究进展

在高等水生植物表面经常附着生长着藻类、真菌和细菌等,这些有机群体组成附植生物群落,在大中型浅水湖泊中普遍存在.附植生物群落具有特定的物种组成和空间结构,并随季节推移和沉水植物生长表现出一定的动态变化特征.附植生物群落与宿主植物及周围水体环境联系密切,不仅能够表征水体营养盐、光照、温度等环境因子特征,与沉水植物、食草动物、浮游植物等水生生物类群也存在不同的相互作用.水生生态系统中,附植生物群落参与水体营养物质转化,在草-藻型湖泊生态系统的相互转化过程中起重要作用;其较高的初级生产力作为水生动物重要的食物来源,增加了食物网的多样性;同时,附植生物群落因其独特的生理生态特征正逐渐被应用于水质净化和水环境质量监测.本文在综述近年来附植生物群落研究进展的基础上,分析了附植生物群落的组成结构和动态变化特征,阐述了附植生物群落在水生生态系统中的功能,可为湖泊富营养化治理,尤其是沉水植被的生态修复和管理提供科学依据.     

湖北长湖水生植物多样性及群落演替

在2011年的调查基础上,结合已有资料,研究长湖水生植物多样性、群落特征、水生植被分布现状及水生植物多样性的动态变化和群落演替规律,探讨驱动水生植物群落演替的主导因素.结果显示长湖现有水生植物95种,水生植物优势群落12个.与1985年相比,长湖水生植物无论是在优势种还是优势群落上均发生了巨大变化,从原来以沉水植物为主的优势群落逐步演替为以挺水植物+漂浮浮叶植物为优势的水生植物群落.同时水生植被分布面积急剧缩小,生物量显著下降,2011年全湖水生植被覆盖率仅为4.2%,单位面积平均生物量只有2001年的10%,全湖生物总量相比于2006年下降了88.5%.分析表明,大规模围网养殖等人为干扰活动及水体富营养化是致使长湖水生植物多样性显著下降和群落发生逆向演替的主要原因.     

Ecological engineering in a eutrophic lake: A case study of large aquatic macrophyte enclosures in Baima Lake,China

Ecological restoration of eutrophic lakes using aquatic macrophytes is an important and practical technology. Here, we investigated the response of phytoplankton and zooplankton to a large-scale 2015-built aquatic macrophyte enclosure (AME, 200,000 m²) screened of by a PVC net in Baima Lake, a eutrophic lake, from spring to autumn of 2019. AME significantly improved water quality by increasing water transparency, and reducing total nitrogen, total phosphorus, and chlorophyll-a content during the growing season. AME significantly decreased phytoplankton abundance and biomass and marginally increased zooplankton abundance and biomass. Phytoplankton and zooplankton communities were closely related to environmental factors, such as water temperature, conductivity, total phosphorus, chemical oxygen demand, and chlorophyll-a inside and outside the AME. The zooplankton:phytoplankton biomass ratio inside was slightly higher than outside the AME. Zooplankton and phytoplankton biomass were significantly positively correlated inside and outside the AME, as were chlorophyll-a and total phosphorus. We found phosphorus to be a key factor limiting primary productivity in Baima Lake, and that bottom-up effects were the main driver to control phytoplankton in the AME. Using aquatic macrophytes to reduce nutrient loads is an effective way to manage eutrophication in Baima Lake.     

越冬浮游植物光合作用活性的原位研究

对太湖北岸贡湖和梅梁湾湖滨带(水-陆交错区)观测场中的主要水生植物群落的种类组成、生物量进行了测定,定量分析了其生长型和群落特征的季节变化,比较分析了上述两个湖滨带观测场的水质变化情况,并且在此基础上进一步探讨了影响湖滨带沉水植物生长的关键因素.结果表明:(1)贡湖观测场的荇菜(Nymphoides peltatum) 马来眼子菜(Potamogeton malaianus)群落由3种浮叶植物和3种沉水植物构成,共5种水生植物生长型.而梅梁湾观测场的菹草群落为单优群落,只有一种沉水植物菹草(Potamogeton crispus),其生长型为大眼子菜型.以上两个湖滨带观测场水生植物群落特征与人为活动的干扰(如水质污染、人工堤岸建设等)密切相关;(2)以上两湖湾的主要污染指标为氮、磷营养物,均已达到富营养水平,但贡湖观测场的水质(除透明度外)明显好于梅梁湾观测场;(3)透明度、水深和风浪可能是影响贡湖和梅梁湾湖滨带沉水植物种群数量、分布和格局的重要因素.     

浮游绿藻对沉水植物苦草生长的抑制作用

浮游植物大量生长引起的遮光通常被认为是导致富营养湖泊中沉水植物的衰退的主要原因,但是藻类对沉水植物的竞争抑制作用还包括化感作用和无机碳竞争等重要方面,它们可能产生很大影响.为了验证这一观点,本文测定了除遮光以外浮游植物对沉水植物的抑制作用.在相似遮光下(10%-33%),对比研究了不同遮光方式(黑塑料网的物理遮光/浮游绿藻的生物遮光)对苦草(Vallisneria natans)生长和光合作用的影响.结果表明在遮阳网作用下苦草的生长指标(叶数、叶长、叶片叶绿素含量和生物量)和净光合速率都显著高于浮游绿藻作用下苦草,且后一种处理下苦草叶片上端有腐烂现象.由此可见,浮游绿藻对沉水植物生长除了通过遮光抑制生长外,还有较遮光更加严重的抑制作用.这可能是由于浮游绿藻通过化感作用和对可利用光合有效辐射光能和溶解无机碳的竞争优势抑制了苦草的光合作用.     

抚仙湖沉水植物分布及其碳、氮和磷化学计量学特征

目前对于沉水植物碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量学的野外研究主要集中在中营养或富营养化水体,而对于贫营养水体中沉水植物C、N和P的积累特征研究较少.基于对贫营养湖泊抚仙湖沉水植物的调查,研究抚仙湖9种常见沉水植物C、N和P化学计量学特征及其种间和种内差异.结果表明:1)抚仙湖沉水植物主要分布在湖岸浅水区域,分布水深范围为0.5~14.0 m,平均分布水深为3.6 m;2)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量平均值分别为381.89、18.59和2.13 mg/g,N∶P比平均值为9.21,且C、N和P含量之间呈显著正相关;3)抚仙湖沉水植物地上部分C、N和P含量及C∶N比和C∶P比值种间差异大于种内差异,而N∶P比种内差异大于种间差异;4)抚仙湖沉水植物C含量和N:P比平均值要大于长江中下游一些富营养化湖泊的沉水植物,抚仙湖沉水植物的生长可能潜在地受到P的限制.     

不同鱼类对沉水植物生长的影响

沉水植物是富营养水体生态修复的重要组成部分,鱼类是影响沉水植物生长的重要因素之一.为了解鱼类对沉水植物生长的影响,研究3种鱼(草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、鲫(Carassius auratus)、鳊(Parabramis pekinensis))对4种沉水植物(苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、伊乐藻(Elodea nuttalli)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus))生长的影响.结果显示,对照组、草鱼组和鳊组沉水植物生物量分别下降19.2%、82.1%和16.6%,而鲫组沉水植物生物量却增长12.5%.4种沉水植物中,金鱼藻生物量增长最高,其中对照组、鳊组和鲫组中金鱼藻生物量分别增长171.1%、113.9%和265.5%,而草鱼组金鱼藻生物量却下降24.4%.草鱼、鳊、鲫都能有效抑制沉水植物的竞争者水绵的生长.该研究结果在利用沉水植物修复富营养水体过程中对鱼类的管理具有重要的参考意义.