洞庭湖南荻(Triarrhena lutarioriparia)腐解对水质的影响

洞庭湖区南荻下游产业造纸行业于2019年整体退出,使得大量南荻无法被刈割利用而滞留于湖区腐解.为评估未刈割南荻残体腐解对洞庭湖水环境影响,本研究探究了沉积物湖水模拟体系内不同生物量南荻腐解过程水质变化特征.实验结果表明:在90 d腐解过程中,不同南荻生物量下(0～2 g/L)腐解体系上覆水COD、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)、总磷(TP)水质指标浓度均呈现"急速上升快速下降缓慢恢复"趋势,其中,COD和TP浓度均在腐解第5天时急速上升至最高值.腐解体系内南荻生物量对水质影响显著,相同腐解时间下,随着南荻投加量增加,上覆水溶解氧(DO)浓度越低,NH3-N、TN、TP、COD水质指标浓度越高.当南荻投加量为2 g/L时,上覆水COD、NH3-N、TN和TP水质指标浓度可分别高达46.00、4.11、6.84和1.14 mg/L,分别是空白组的2.60、1.58、1.42和8.14倍.当腐解时间为90 d时,南荻投加量为0～1 g/L条件下,腐解系统上覆水水质基本恢复至未腐解时水平;当南荻投加量增加至2 g/L,上覆水NH3-N、TN和TP浓度仍分别为未腐解时的0.59、0.35和2倍,DO仅为初始浓度的16.6%.总体上,南荻腐解可造成短期内营养盐及有机组分浓度显著上升,且其腐解对水质的影响程度随着其生物量的增加而显著增强,以上结果可为造纸业退出后洞庭湖南荻管控提供科学依据.     

洪泽湖3种沉水植物附着细菌群落结构及多样性

沉水植物茎叶表面附着的藻、菌及其他物质,不仅影响沉水植物自身生长,而且影响水体物质循环过程,附着藻类的研究已经有不少报道,但附着细菌的报道相对较少.采用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术,研究洪泽湖典型沉水植物——菹草(Potamogeton crispus)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)在生长旺盛期叶表面附着细菌的群落结构及多样性特征,并采用冗余分析法探讨环境因子对附着细菌丰度的影响.结果表明,(1)3种沉水植物附着细菌群落结构有明显的差异性.143 bp T-RF在菹草和篦齿眼子菜中的相对丰度平均达到了20%和11%,而在金鱼藻中的相对丰度小于1%;89 bp T-RF在金鱼藻中的相对丰度平均约为13%,而在菹草和篦齿眼子菜中相对丰度小于5%.94 bp T-RF在菹草样品中相对丰度超过15%,而在其他样品中未被检测出.(2)从多样性角度分析,3种沉水植物附着细菌多样性大小依次为篦齿眼子菜菹草金鱼藻.(3)部分限制性片段的丰度受环境因子的影响较大,如89、94、143和227 bp T-RFs.而如167 bp T-RFs在3种沉水植物中的相对丰度分布较为稳定,受上述环境因子的限制较小.根据细菌比对结果,洪泽湖附着细菌的优势菌群可能属于拟杆菌门(Bacteroides)、厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)3个门类.     

沉水植物生态修复对西湖细菌多样性及群落结构的影响

沉水植物的重建是湖泊富营养化修复的关键措施之一.本研究利用在杭州西湖进行的沉水植物生态修复工程,应用基于聚合酶链式反应的变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)及分子克隆等手段,研究种植菹草和苦草对水体中细菌多样性及群落结构的影响.未进行沉水植物生态修复的湖区细菌以Bacteroidetes(42.9%)、Betaproteobacteria(30.8%)和Verru-comicrobia(14.3%)为主.而种植菹草和苦草后,Bacteroidetes所占的比例分别减少到12.7%和5.3%;Betaproteobacteria则分别提高到52.4%和59.5%;Alphaproteobacteria由4.4%分别提高到19.0%和12.8%.种植菹草后Verrucomicrobia所占比例大幅降低,而种植苦草对Verrucomicrobia的影响不大.沉水植物修复不仅可以改善水质,同时也可以显著提高水体中细菌的多样性,改变细菌的群落结构.     

菹草、伊乐藻对沉积物磷形态及其上覆水水质的影响

采集武昌南湖湖水、沉积物进行沉水植物的盆栽试验,试验设置沉积物未施磷处理和施100mg/kg磷处理,分别对应沉积物低内源磷和高内源磷状态,同时种植菹草、伊乐藻,以研究沉积物中磷形态及上覆水水质的变化特点.研究从2007年9月15日开始,历时160d.结果表明,高内源磷沉积物处理后,上覆水中水溶性总磷含量在沉水植物的作用下明显降低;种植沉水植物可使水体总磷、总氮、叶绿素a含量显著降低,且伊乐藻对总磷的净化效果优于菹草;沉水植物对高内源磷沉积物的上覆水中叶绿素a的控制比对低内源磷条件下的效果更好;无论沉积物是否输入磷,在盆栽条件下,上覆水中叶绿素a随时间的变化均能较好地用一级动力学模型来描述;上覆水TDP、TP与沉积物中Ca_(10)-P之间有极显著正相关;种植菹草或伊乐藻的沉积物中Ca_(10)-P与上覆水中TDP和TP的相关系数分别为0.990(P≤0.01)和0.977(P≤0.05).     

山东省东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂过程中水体温室气体溶存浓度及扩散通量变化

为了解东平湖菹草(Potamogeton crispus)腐烂分解对水体温室气体溶存浓度和界面扩散通量的影响,于2016年5-7月在东平湖菹草腐烂期采集上覆水和沉积物柱样,测定上覆水和孔隙水中温室气体(N_2O、CH_4和CO_2)的溶存浓度,采用Fick第一定律和双层模型计算沉积物-水-气界面扩散通量,同时分析上覆水和沉积物的理化性质,并采用网袋分解法于现场进行菹草腐烂分解试验,以探究东平湖菹草腐烂过程中温室气体溶存和扩散的主要影响因子及其主要来源.结果表明,菹草腐烂符合二次指数模型,分为快速衰减和慢速分解两个阶段;菹草腐烂过程中上覆水pH和亚硝态氮浓度表现为先降低后升高,而溶解氧、氨氮、硝态氮和可溶性正磷酸盐浓度则为先升高后下降,沉积物中铵态氮含量表现为先升高后降低,硝态氮为先降低后显著升高,有机质和p H呈降低-升高-降低的波动变化;上覆水中各温室气体浓度和水气界面扩散通量均表现为CO_2 CH_4 N_2O,其扩散通量分别为5862.9±5441.4、31.15±41.3和0.15±0.57μmol/(m~2·h),整体表现为大气温室气体的"源",并以碳排放为主;上覆水中N_2O浓度和水-气界面扩散通量均先降低后升高,孔隙水中N_2O浓度在快速和慢速分解阶段分别出现极大值(22.7和55.6 nmol/L),而其沉积物-水界面通量前期持续增加至腐烂结束后迅速降低;上覆水和孔隙水中CH_4浓度及其各界面通量均表现为前期略有降低后持续升高;上覆水中CO_2浓度和水-气界面通量表现为持续升高后降低并趋于稳定,而孔隙水中CO_2呈波动变化,在菹草腐烂初期向孔隙水扩散,后期向上覆水扩散.水温是影响上覆水中温室气体浓度和水-气界面通量的主要因素;沉积物是水体N_2O和CH_4的主要来源,孔隙水中浓度是控制其沉积物-水界面扩散的重要因素;而上覆水中CO_2呈现多源性,但以上覆水中有机物质的矿化为主.     

滆湖底质特性对菹草(Potamogeton crispus)和伊乐藻(Elodeanattalii)生长的影响

通过模拟试验,研究滆湖3种沉积物(表层湖泥、硬底湖泥、表层覆岸泥)对菹草和伊乐藻生长的影响.结果表明,生长于表层湖泥、硬底湖泥、表层覆岸泥的菹草和伊乐藻生物量分别为4.07、1.98、3.69kg/m2和1.86、1.27、1.74kg/m2,表层湖泥较适合这两种沉水植物生长.3种沉积物对菹草和伊乐藻的干湿比影响显著,...     

两种氮浓度对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)腐解过程营养盐释放及附着生物膜内氮循环基因丰度的影响

氨氮是地表水常见污染物,尤其在农业区域,氮类化肥的不合理施用会导致周边水体氮浓度迅速升高并保持较高水平.然而,当前对高氮水平下沉水植物腐败和附着氮循环微生物的影响尚不清楚.以轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)为研究用沉水植物,在实验室内模拟水体内8和16 mg/L氮浓度下轮叶黑藻腐解过程中营养盐释放及残体表面微生物氮循环功能基因丰度的变化.研究发现水体两种氮浓度下轮叶黑藻腐解过程中残体腐解及营养盐释放速率无显著差异;与对照相比,植物腐败初期水体内碳、磷浓度迅速增加,而溶解氧浓度及氧化还原电位迅速降低,随着时间的推移上述水质指标逐步恢复至初期状态(第146天);水体荧光溶解性有机质主要包括紫外类富里酸、可见类富里酸、色氨酸类蛋白质和酪氨酸类蛋白质等类型.在5个氮循环相关基因中,氮负荷增加对轮叶黑藻残体生物膜内amo A、napA和narG的丰度有显著影响.冗余分析表明氮循环基因丰度受水体总氮浓度的影响较小,与植物总有机碳含量和水体化学需氧量及溶解氧浓度存在相关性.研究结果表明虽然当前氮水平对植物腐败过程影响不大、对氮循环基因丰度有一定影响,但是对该水生植被(尤其是植物腐败初期)和农业退水排放的管理仍需加强,以降低其对水体的影响.     

暴发生长期菹草（Potamogeton crispus）附着生物膜成为城市河流反硝化作用热点

富营养化河流中水生植物丰富的浅水区通常是氮素转化的热区,沉水植物菹草暴发性生长可能会加速河流生态系统的反硝化进程,但菹草附着生物膜的反硝化作用变化特征及其脱氮贡献尚不清楚。为探究菹草暴发生长期间附着生物膜的反硝化作用潜力及环境效应,以沂河临沂市城区段菹草为研究对象,在菹草暴发生长期间定期采样分析菹草生物量、菹草附着生物膜养分含量及反硝化细菌,同时采用15N同位素添加流动培养结合薄膜进样质谱技术测定菹草附着生物膜的反硝化速率。结果表明：暴发生长期菹草生物量和盖度迅速增加,监测点最大生物量为1817～3334 g/m²;菹草附着生物膜干重、总有机碳、总氮、反硝化功能菌等均明显增加,为附着生物膜反硝化作用提供了丰富的物质和微环境条件;菹草暴发生长期附着生物膜反硝化速率显著升高,监测点最大反硝化作用速率达到424.18～1728.39μmol/(m²·h),是表层沉积物的17.29～29.09倍;附着生物膜反硝化产氮气(N₂)贡献相对较高,对生物膜产N₂(反硝化+厌氧氨氧化)的贡献为77%～96%,对河流反...     

湿地植物固体碳源养分释放动态及其对人工湿地水体脱氮效率的影响

污水低碳氮比(C/N)是影响人工湿地氮去除效果限制因素,传统的碳源添加及利用存在成本较高、补充困难的局限性. 本研究契合“就地取材,原位处理”的废物利用原则,选择人工湿地常见的水生植物和农业废弃物(玉米芯、稻草)作为对照,对比了挺水植物(香蒲、美人蕉)、浮叶植物(莲)、沉水植物(菹草)、湿生植物(南荻、短尖苔草)的释碳能力,初步确定了以香蒲、美人蕉、南荻为代表的植物具有较好的释放碳能力,在中国湿地中分布广泛,且均对水体二次污染较小. 以南荻、美人蕉、玉米芯作为碳源添加的模拟人工湿地实验验证表明,在低碳氮比的模拟表流人工湿地投入植物碳源,能有效提高系统的脱氮效率,对照组、南荻组、美人蕉组和玉米芯组的出水总氮浓度分别为(5.24±0.07)、(4.50±0.10)、(3.75±0.17)和(2.97±0.18)mg/L,对应的去除率分别为58%、64%、70%和76%,确定南荻和美人蕉植物残体以及改性材料均残体和改性材料适合作为人工湿地中原位利用的外加碳源. 本研究探索了通过湿地植物配置解决人工湿地水体低C/N比的问题,为提高湿地脱氮效果提供了有意义的新途径.     

钙离子添加对沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)富集水体磷的影响

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO_3-P共沉淀,从而将水体中的磷永久性去除,避免植物腐烂后的二次污染但不同的沉水植物种类形成CaCO_3-P共沉淀的能力不同本文以沉水植物菹草(Potamogeton crispus L)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)为实验对象,研究水体中添加钙离子(0、100 mg/L)对水体磷(磷浓度:0、0.2、2 mg/L)的去除和植物富集磷的差异,并通过植物灰分磷的组分分析,聚焦植物钙磷的变化,为生态修复中沉水植物的选择提供理论依据结果表明:(1)菹草和金鱼藻体系中总磷(TP)和溶解性反应磷(SRP)浓度显著下降,添加钙离子使降幅升高,且菹草体系中水体TP和SRP降幅均高于金鱼藻TP和SRP降幅;(2)菹草的干重全磷在高磷低钙(2-0)水平最高,灰分总磷在高磷高钙(2-100)水平最高,而金鱼藻干重全磷在高磷高钙(2-100)水平最高,灰分总磷在中等磷低钙(0.2-0)水平最高;(3)在2 mg/L的磷浓度下,添加钙离子使菹草的钙磷(HCl-P)和水溶性磷(H_2O-P)含量升高,有机磷(NaOH-P)含量降低,结果使灰分总磷含量升高,而金鱼藻NaOH-P升高,HCl-P和H_2O-P含量均降低,结果使灰分总磷降低这表明菹草通过提高吸附性磷和钙磷含量增强磷的富集,而金鱼藻则只显著升高了灰分中有机磷的含量显然,水体富营养化背景下,相较于金鱼藻,菹草具有更强的形成CaCO_3-P共沉淀的能力,具备竞争优势.     

不同基质下菹草的生长及其对水体营养盐的吸收

设置两组实验分别研究不同基质对菹草生长繁殖的影响以及菹草对不同基质下水体营养盐的吸收净化作用.结果表明:湖泥、混合基质及黄土三种基质对菹草的生物量变化及石芽的形成有比较明显的差别,氮磷养分含量高的湖泥更有利于菹草植株的生长,其生物量增长幅度最大,混合基质次之,氮磷含量最低的黄土最差;黄土基质下菹草石芽产生的时间最早;混合基质下产生石芽数量最多.3、4月份菹草水体中不同形态的氮浓度均低于空白组,最大净化效率达74%,构成水体营养盐氮的汇;菹草对不同基质下水体中氮的净化效率表现为:湖泥混合底泥黄土;菹草对水体磷的控制吸收作用不明显,甚至有加快磷转换释放的作用;6月份处于腐败分解阶段的水草组水体营养盐浓度普遍高于对照组,构成水体营养增加的源.     

菹草(Potamogeton crispus)附着物对水体氮、磷负荷的响应

通过实验模拟了10组氮、磷负荷对菹草(Potamogeton crispus)生长期和衰亡期茎叶附着物的影响.结果显示:随着水体氮、磷浓度的升高,菹草附着物的叶绿素a(Chl.a)含量、附着有机物量、附着无机物量和附着物总量均增加,在氮、磷浓度最高的T10组(总氮12.0 mg/L,总磷1.0 mg/L),附着物的总量达到高峰,附着物的Chl.a含量为2.005~4.765mg/g(DW),附着有机物的量为29.027~94.886 mg/g(DW),附着无机物的量为176.881~397.750 mg/g(DW),附着物总量为205.909~492.636 mg/g(DW).在菹草的快速生长期、稳定期和衰亡期,附着物的Chl.a含量、附着有机物量、附着无机物量和附着物总量均存在显著差异,均表现为衰亡期 >稳定期 >快速生长期,且在各营养盐浓度下均存在这一趋势.菹草衰亡期附着物的Chl.a含量、附着有机物量、附着无机物量和附着物总量分别为稳定期的1.046~1.826、1.046~1.638、1.029~1.858和1.106~1.717倍,为快速生长期的2.324~4.059、2.323~3.640、2.101~3.792和2.280~3.584倍.结果表明水体氮、磷负荷的增加促进了菹草茎叶附着物的生长和积累,加速了沉水植物衰亡.     

不同水深条件下菹草(Potamogeton crispus)的适应对策

用盆栽试验方法,将菹草石芽种植在水下0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0m的花盆内,研究了水深梯度对菹草生长、繁殖和生物量分配的影响,得出在不同水深条件下,菹草的能量分配适应对策.结果表明:不同水深未影响菹草石芽的萌发,水深0.5 -4 m各实验组,菹草石芽的萌发率均达到70％以上,各实验组之...     

基于时序NDVI的东平湖菹草(Potamogeton crispus L.)遥感提取及时空格局

东平湖是国家南水北调东线工程的重要枢纽.但近年来,东平湖菹草（Potamogeton crispus L.）大量繁殖引起河道阻塞、鱼类死亡等事件频发,导致湖区面临很多生态风险.为维护区域生态安全,迫切需要了解菹草群落在东平湖的时空演变特征及驱动因素.利用MODIS植被指数时序数据结合野外调研,建立菹草群落独特的物候曲线,并结合Landsat数据进行了1985-2017年东平湖菹草识别分析.结果表明：32年间菹草群落不断扩张,生境由1991年前零星分布于湖岸发展到2013年蔓延至全湖且连片式分布.菹草群落的增长分为3个阶段：1996年之前,面积增长缓慢,1996年其面积仅10.34 km²;1996-2001年菹草呈暴发式增长,菹草变为区域优势种;2001-2017年,菹草面积继续增长,到2017年达49.07 km²,约占湖区水域面积的40%.经Spearman秩相关分析,菹草面积与湖水营养化水平显著正相关.南水北调东线工程的通水虽使水质有所改善,但东平湖菹草群落仍呈增长态势,应引起足够重视.     

不同收割强度对菹草(Potamogeton crispus)生长和光合荧光特性的影响

在水深为1.5 m的水道中,研究了不同收割强度(0、15、30、45、60、75、90和105 cm)对菹草生长和光合荧光特性的影响.结果表明:(1)收割对菹草枝条生长和恢复影响显著.对照组(0 cm)株高最大,并在水面形成冠层.15 cm组在实验第20 d恢复,30～105 cm组恢复率分别为69.67%、17.78%、8.83%、5.33%、2.28%和1.90%.(2)收割显著降低了菹草的生物量.与对照组相比,收割组鲜重增加量分别下降了23.71%、54.90%、81.19%、85.82%、90.72%、94.07%和95.10%.15～105 cm收割组最终生物量则分别下降为对照组的59.36%、43.16%、27.69%、18.73%、14.66%、8.14%和4.07%.(3)收割使菹草营养繁殖体(石芽)数量、个体大小和鲜重显著降低.(4)中、低强度收割对菹草叶片最大光化学量子产量(Fv/Fm)影响不明显,而高强度收割组(尤其是105 cm)Fv/Fm显著下降.菹草叶片快速光响应曲线ETRmax差异不显著;中、低强度收割组ETRmax略有上升,而高强度收割组ETRmax出现下降.由结果可知,收割对控制菹草生物量和繁殖体数量效果明显,但以中、低收割强度为宜.     

南京花神湖3种沉水植物表面附着微生物群落特征

沉水植物表面附着微生物系统是水生态的重要组成部分,然而当前对其了解仍不清楚.南京市花神湖是一个城市湖泊,沉水植物生长区域面积占湖面面积的40%左右.尽管花神湖的氮、磷营养盐水平很高,但最近未发生过藻类水华现象.本文以南京市花神湖中自然生长的优势种菹草(Potamogeton crispus)、伊乐藻(Elodea nuttallii)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)为研究对象,利用扫描电镜和荧光显微镜观测了叶表面附着微生物群落的分布特征,测定了植物表面附着微生物的密度及附生藻类的种类、密度和优势种群,并比较分析了不同水生植物之间附生藻类的差异性.结果表明,沉水植物表面微生物群落的分布与物种和叶龄有关.3种沉水植物中,菹草表面微生物群落结构最为复杂,微生境最为丰富.底部老叶片上面附着较多的微生物且表现出较高的生物多样性.植物表面附着微生物密度大小顺序为:菹草金鱼藻伊乐藻;植物表面附生藻类密度大小顺序为:菹草金鱼藻伊乐藻.总体来讲,沉水植物表面微生物总量大概比藻类数量高1~2个数量级.这为深入研究沉水植物及其表面微生物的生态功能奠定了基础.     

白洋淀沉积物-沉水植物-水系统重金属污染分布特征

通过对白洋淀沉水植物及对应沉积物和水中Cd、Pb、As含量测定,以期揭示白洋淀沉积物-沉水植物-水系统中重金属污染状况及分布规律,明确不同沉水植物对重金属的富集能力.结果表明,地表水Cd、Pb、As浓度均符合我国地表水I类水质标准,不同采样区重金属浓度差异不显著.上覆水Pb浓度显著高于地表水和间隙水,间隙水As浓度显著高于地表水和上覆水;地积累指数法和潜在生态危害指数法评价结果表明,沉积物中重金属污染程度表现为Cd > Pb > As,Cd污染最严重,达到"轻度-偏重度"污染程度,"中等-极强"生态危害级别,As为清洁水平,不同采样区重金属污染程度表现为生活水产养殖区 > 纳污区 > 淀边缘区;沉水植物重金属富集能力表现为金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.） > 菹草（Potamogeton crispus L.）和穗状狐尾藻（Myriophyllum spicatum L.） > 篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus L.）.植物体内重金属含量与体内氮、磷含量呈显著正相关,氮、磷营养盐影响沉水植物对重金属的富集.