冬、春季芦苇(Phragmites australis)和狭叶香蒲(Typha angustifolia)的腐解过程及其对水质的影响

水生植物修复已经成为水体富营养化修复的重要手段,但其周期性的衰亡也给水体带来不容忽视的负效应.以府河流域丘陵地带农业区小水系自然生长的芦苇(Phragmites australis)和狭叶香蒲(Typha angustifolia)为研究对象,通过模拟实验,研究其冬季和春季腐烂分解过程的差异以及对水体营养盐水平的影响.结果表明,2种挺水植物的剩余干物质量整体上都呈现先快速下降再缓慢下降的趋势,芦苇和狭叶香蒲春季的分解速率分别为0.0251和0.0169 d~(-1),分别明显高于冬季分解速率(0.0027和0.0052 d~(-1));且腐烂分解速率与植物初始氮磷含量和氮磷比都有一定相关性.2种植物在冬季和春季磷的矿化速率都明显高于氮的矿化速率.实验水体的总氮和总磷浓度在腐解过程呈现初期迅速上升、中期迅速下降、后期缓慢下降的趋势.总体来看,芦苇和狭叶香蒲的腐烂分解受季节和初始氮磷浓度的影响较大,芦苇反应较香蒲更敏感且对水质的影响具有时效性.     

盐度对芦苇(Phragmites australis)表流湿地除氮效果的影响

利用芦苇湿地去除农业污水中的氮是博斯腾湖流域控制富营养化的重要手段.但是,污水中的盐分往往会抑制芦苇(Phragmites australis)湿地的除氮效果.为了探索不同盐度对芦苇湿地脱氮效果的影响和机制,研究4个不同的盐度梯度(淡水、2‰、5‰和10‰)对芦苇表流湿地中氮去除的影响,测定不同盐度下湿地表层(0~10.0 cm)和下层土壤(10.0~20.0 cm)中硝化、反硝化作用强度的变化.结果表明,盐度上升显著降低了湿地氮的去除率,但是不同离子形态的氮变化趋势并不一致.5‰和10‰盐度下的芦苇湿地中总氮、铵态氮去除率分别下降了9.03%、31.80%和23.10%、39.20%,亚硝态氮累积率分别上升了190%、690%,而硝态氮并未发生明显变化.相对于参与反硝化作用的菌群,盐度对参与硝化作用菌群的抑制作用更强是产生此现象的主要原因.除此之外,盐度升高导致植物根系泌氧减少也是土壤中的硝化作用强度降低的重要原因之一.     

松嫩平原不同生境羊草植硅体形态特征及环境意义

本文对生长在5种不同pH生境里的羊草(Leymus chinensis)叶片中的植硅体进行分析,探讨在不同pH生境中的羊草植硅体的特征,揭示羊草的植硅体的环境指示意义,为定量恢复微古环境提供参考.实验结果表明松嫩平原5种不同pH生境的羊草叶片中所含的主要的植硅体类型相同,主要类型有硅化的气孔、帽形、尖形、棒形、多边板形和齿形等.但在5种不同pH生境中同种形态的植硅体的百分含量明显不同,随着环境中pH值的增加,弱齿形、尖形以及硅化的气孔的数量都出现了增加的趋势,气孔体积有变大的趋势,植硅体总的数量有减少的趋势,不同pH生境羊草植硅体形态特征不同,说明羊草植硅体形态特征受土壤pH值控制.当pH值在10.15～10.18左右时,同种植硅体的百分含量和大小变化最明显,说明羊草的耐盐碱pH极值可能在10.15～10.18左右.     

从福建南山遗址水稻植硅体遗存看水稻在东南地区的利用历史

水稻南传一直备受学术界的关注,既有研究已确立其大致的年代框架,但作为新传入的物种,水稻在当地的被利用状况、对当地生计模式甚至生态系统的影响还不甚清楚.本文通过对福建南山遗址4号洞连续堆积中的植硅体进行分析,并结合周边遗址已有的研究成果,对此问题进行了探讨.我们发现,虽然7,500cal. a BP有早期水稻的传入和利用,但东南地区依然保持着渔猎-采集的生计模式; 5,000～3,500cal.a BP期间,水稻连同粟、黍一起被广泛利用,表明该地区已开始普遍接受很可能源自长江中游地区的混作农业,并经过2000多年的适应逐渐走向成熟.粟稻混作农业改变了该地区原有的渔猎-采集生业,推动了当地农业化进程,并带动了区域文化的繁荣和人口的增长,为他们走向东南亚乃至更远的岛屿东南亚奠定了基础.     

太湖和巢湖中微囊藻(Microcystis)与长孢藻(Dolichospermum)的长时序变化及其驱动因子

随着我国湖泊治理力度的加大,太湖和巢湖的营养盐水平,特别是氮水平近年来明显下降,如2007年以后太湖总氮和近年来巢湖的氨氮水平都呈现下降趋势,但是2个湖泊水华蓝藻的优势种却向相反的方向演化,太湖的长孢藻(Dolichospermum)比例在增加,而巢湖的长孢藻比例却在降低,为阐明这种变化过程和驱动因素,本研究利用太湖(19932015年)和巢湖(2012 2018年)的历史数据分析了2个湖泊中的水华蓝藻——微囊藻(Microcystis)和长孢藻生物量的历史变化过程,并结合营养盐数据分析了影响2种水华蓝藻变动的驱动因素.结果显示:太湖和巢湖的微囊藻生物量多年来始终保持高位波动,近年来均有升高的趋势,这与2个湖泊磷的高位波动具有明显的相关性,磷是决定微囊藻生物量长尺度变化的主要驱动因素;太湖的长孢藻生物量呈现较大波动变化,2007年以后明显升高,巢湖的长孢藻生物量则明显下降,氮与长孢藻生物量呈现负相关关系,而且这种负相关仅在低磷浓度时具有显著性.微囊藻生物量对磷浓度变化敏感的正反馈响应是其水华形成的重要机制之一,在高温高磷条件下,微囊藻可以快速繁殖,并竞争性排除长孢藻,从而形成优势;而长孢藻可以通过温度生态位和固氮两种方式占据优势,在氮浓度相对较低,且温度低于微囊藻形成水华的温度范围时,长孢藻可以依靠温度生态位的优势形成水华,而在氮限制的条件下,即使在夏季高温时,长孢藻依然可以利用固氮作用形成水华,但是关键的温度阈值和开始固氮的氮浓度阈值仍不清楚.基于2种水华蓝藻对营养盐变化响应的差异,建议在进行蓝藻水华治理、污染削减过程中,应针对不同水华蓝藻的特性进行分时段分类别的营养盐控制策略.     

微囊藻毒素和温度对萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)形态学特征的影响

近年来,随着全球变暖和水体富营养化程度的日趋严重,淡水湖泊藻类水华现象频发;由此引发的微囊藻毒素对水生生物的生态毒性效应备受关注.本实验探究了4个温度(16、20、24和28℃)和3个微囊藻毒素MC-LR浓度(2.0、4.0和6.0μg/ml)对4个品系萼花臂尾轮虫(Brachionus calyciflorus)形态特征的影响.通过2种DNA分类方法——自动条形码查询系统和Yule溯祖模型将萼花臂尾轮虫划分为3个进化种;4个品系轮虫的形态学参数总体随温度升高呈减小趋势.在16℃下,轮虫的形态特征在各品系间未见显著差异;20℃下的昆明品系KMC23形态参数最小,而西宁XN2品系最大;在24℃下,西宁XN2品系的形态参数显著增大;兰州LZB1和西宁XN2品系对温度变化的响应特征相似且在28℃下最小,这可能与两者属于同一进化种有关.4个品系轮虫的卵特征参数对温度变化的响应各有不同.可见,品系和隐种的不同是造成4个轮虫克隆形态学参数对温度差异响应的重要内源性因素.各品系轮虫中,兰州LZB1品系受温度、MC-LR及两者交互作用的影响最为显著,形态可塑性最强.在高温胁迫下,兰州LZB1品系的所有形态学参数均显著减小,但MC-LR浓度对该品系轮虫的形态学参数并未产生显著影响;经低温胁迫后,低浓度的MC-LR没有显著改变兰州LZB1品系轮虫的形态学参数,而高浓度的MC-LR显著降低了轮虫的大部分形态学参数.微囊藻毒素对轮虫形态可塑性的影响受到了内源性因素和外源性因素的综合制约.     

水位波动的幅度与频率对刺苦草(Vallisneria spinulosa)生物量和形态特征的影响

沉水植物是维持浅水湖泊清水稳态以及湖泊生态系统结构与功能的关键生物类群.近年来,气候变化和人类活动的双重作用造成湖泊水文情势的明显改变,对沉水植物的生长、繁殖和演替有着较大的影响.本文选取2个水位波动幅度与2个波动频率(逐渐改变水位),以恒定水位作为对照,研究湿地中具有重要生态功能的沉水植物刺苦草(Vallisneria spinulosa)的生物量及地上和地下营养器官形态结构对水位波动的响应.结果表明,相对于恒定水位,波动水位(低幅度低频率、低幅度高频率、高幅度低频率、高幅度高频率)对刺苦草的总生物量和获取限制资源相关器官有显著影响.相比于对照组,水位波动能够显著降低刺苦草分株数、叶片数、根数、根长、匍匐茎数、总匍匐茎长以及叶、根、地上和地下生物量,但会显著增加其株高和比叶面积.不同波动频率(低频率和高频率)和幅度(低幅度和高幅度)对光合器官的形态特征都没有显著影响,但叶和地上部分的生物量积累均受到波动幅度的显著影响.水位波动幅度显著改变了刺苦草的根数和根长,而波动频率的影响不显著.因此,对浅水湖泊受损刺苦草群落进行重建时,应避免较大幅度的水位波动,从而有利于增强植株快速恢复的能力.     

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.     

霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)扰动下沉积物-水界面pH值的二维、高分辨分布特征

采用平面光电极技术研究了霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)扰动对湖泊沉积物-水界面二维pH值分布特征的影响.结果表明水丝蚓扰动能将沉积物-水界面处pH值的变化梯度由2.5 mm内降低1.6个pH值单位减缓至约1 cm内降低0.6个pH值单位,并在界面处形成约1 cm深的pH值缓冲区域.水丝蚓的造穴活动也会对沉积物的二维pH值分布产生影响,洞穴内的pH值高于洞穴周边沉积物约0.6个pH值单位.     

洱海苦草(Vallisneria natans)水深分布和叶片C、N、P化学计量学对不同水深的响应

湖泊水深是影响沉水植物生长、繁殖与分布的重要环境因子,水深增加改变了水下光照、风浪和底泥特性等,因而可能导致沉水植物的生理生化指标发生相应变化.本研究通过对云南洱海沉水植物苦草(Vallisneria natans)随水深分布的情况进行调查,并分析了定植于不同水深的苦草叶片碳(C)、氮(N)和磷(P)含量及其比率,以阐明水深变化对苦草叶片生态化学计量学的影响.结果表明洱海苦草定植的水深范围为0.5~5.6 m,在1.5~2.4 m处达到最大频度,在2.5~3.4 m处达到最大相对生物量,这表明苦草在洱海中的最适生长深度在1.5~3.4 m范围内;苦草叶片C、N和P含量平均值分别为356.10、26.13和3.54 mg/g,C:N、C:P和N:P的平均值分别为14.38、113.46和7.85;苦草叶片C含量、C:N和C:P均随水深增加而降低,N和P含量则随水深增加而升高,N:P在0.5~1.4 m较高,其余水深梯度之间则没有显著差异.总体上,苦草叶片C、N、P含量及其化学计量特征显著地受到了湖泊水深的影响.另外,本研究还发现水深的增加使得苦草叶片N、P含量发生聚敛,这导致其N、P之间的耦合性变弱.     

Copper- and iron-induced injuries in roots and rhizomes of reed (Phragmites australis)

About 1 mg/g dw Cu²⁺ and 8 mg/g dw Fe²⁺ were found in roots of reed plants when fed with heavy metal concentrations of 100 μM Cu²⁺ and 10 mM Fe²⁺ under hypoxia. Roots seemed to act as a kind of filter since the amounts in rhizomes were only 0.06 mg Cu²⁺/g dw and 2 mg Fe²⁺/g dw. Increased contents of both ions reduced posthypoxic respiration capacity by 40–50% and also the sum of adenylates (ATP, ADP, AMP) by the same order of magnitude, although energy charge values remained above 0.85 in Cu²⁺ and 0.79 in Fe²⁺ treatments. Energy metabolism of rhizomes was not affected. Copper and iron contents of roots as well as of rhizomes were high enough to induce oxidative stress when roots were fed with 40 μM Cu²⁺ and 1 mM Fe²⁺, respectively.From our results we conclude that increased, but environmentally attainable, amounts of copper and reduced iron ions disturb root energy metabolism, and therefore root functioning and development. Latent injuries, based on oxidative stress, may be harmful for roots and rhizomes under long term exposure.     

Stickstoff- und Kohlenhydratspeicherung in Rhizomen von Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steudel an unterschiedlichen aquatischen Standorten oberbayerischer Seen

Nitrogen and carbohydrate utilization in Phragmites australis rhizomes was investigated under natural conditions at 10 sites in 5 lakes in Upper Bavaria over a period of two years. Nitrate and ammonium of surface and interstitial water was determined. The results indicate that conditions of habitat and environment, such as climate and fluctuation of water level, lead to different adaptations of reed. These parameters had an effect on the storage of nitrogen and carbohydrate. The reed stands exposed to high water level during spring and summer have a high carbohydrate content in the rhizomes. A positive correlation was shown between the aboveground biomass and the content of storaged carbohydrates during the vegetation period. No relationship could be demonstrated between the nitrogen availability of the habitats and the type of storage of carbohydrates and nitrogen. The nitrogen content in the rhizomes can be used as an indicator of the ability of reed stands to produce new secondary shoots after shoot loss. The differently established reed genotypes are not able to compensate short-term environmental changes, such as growing leisure problems and higher shoot loss by the increasing appearance of waterfowl, from their reserve storage.     

淹水环境中芦苇幼苗对两种底质的生理响应及其恢复状况

探讨湿地植物对淹水的响应及其恢复生长状况对于湖泊湿地的修复具有重要意义.以芦苇(Phragmites commu-nis)为对象,研究其在湖泊沉积物(LS)和农田土壤(AS)两种底质上完全淹水一个月内每隔5 d其叶片相对叶绿素含量(rChlc)、丙二醛含量(MDA)和叶绿素荧光特性的变化,并分别于淹水后的10、20和30 d对其恢复状况进行研究.结果表明:缓苗期间生长于LS上芦苇的rChlc和叶绿素荧光特性均高于生长于AS上的,淹水后rChlc逐渐下降,20 d后下降趋势更加明显,30 d时LS和AS上芦苇叶片的rChlc分别下降了40.82%和39.49%,MDA则逐渐升高,且生长于AS上的要高于LS上的;叶绿素荧光参数Fv/Fm和Y也均逐渐下降,且总体上与rChlc的变化呈显著正相关;LS上芦苇叶片的快速光响应曲线(RLCs)在淹水后缓慢下降,至25 d后下降明显,而AS上的则在15 d后即显著下降.淹水胁迫解除后,两种底质上芦苇的rChlc和叶绿素荧光特性均逐渐升高,总体上AS上芦苇的增幅大于LS上的,但LS上的各指标仍大于AS上的,而MDA逐渐下降,同样AS上的降幅要大于LS上的;随着淹水时间的延长,芦苇恢复到正常生长状态的时间有所增加,淹水30 d的芦苇叶片凋落并萌发出新叶和新的植株,同时LS上芦苇的恢复时间要短于AS上的.可见,淹水抑制了幼苗期芦苇的生长,且随着时间的延长其抑制程度逐渐加重;淹水时间短时芦苇能较快地恢复生长,淹水时间长时则需要长出新叶和萌发出新的植株来适应生长,同时营养状况良好的底质在增加芦苇耐淹性及加快其淹水后的恢复生长方面具有一定的积极意义.     

Susceptibility of lakeside phragmites reeds to environmental stresses: Examples from Lake Constance-Untersee (SW-Germany)

The lakeside border of Phragmites reeds is under the control of many environmental factors, among which the flooding height and the degree of mechanical load by waves and washes are the most prominent. Examples from Lake Constance-Untersee show that the reed front retreats under enhanced stresses. Models are presented that describe the susceptibility of lakeside reeds to mechanical damage and to flooding events. A monitoring programme which ran from 1984/85 to 1992/93 showed a slow lakeward progression of the reeds in a decade of abnormally low water conditions.     

苏北溱湖芦苇和芦苇+香蒲群落中植物对湿地土壤N、P的固持效果

湿地土壤是湿地生态系统固持氮(N)、磷(P)的重要库,水生高等植物在湿地土壤固持N、P过程中起到了非常重要的作用.本研究采用室外取样与室内实验结合的方法,对溱湖湿地两种主要湿地类型(芦苇(Phragmites australis)群落和芦苇+香蒲(Typha latifolia)群落)影响湿地土壤N、P固持过程的规律展开研究.分析了芦苇、香蒲各器官生物量和总氮(TN)、总磷(TP)含量及储量对于土壤各土层TN和TP含量的影响.结果显示:(1)溱湖湿地对于水体TN和TP有一定的削减作用,且对TN的削减作用更大;(2)芦苇可以增强湿地土壤(30 cm以下的土层)富集N的效率,并且芦苇+香蒲群落中土壤固N效率更高,芦苇植株内TN和TP储量都是根茎叶穗,而香蒲则是根穗茎叶;(3)芦苇和香蒲茎、叶器官的TN和TP含量在夏季均显著高于其他几个季节,尤其是芦苇茎的TN含量在夏季高出其他几个季节70%~84%,而TP含量甚至高出其他几个季节81%~92%;(4)芦苇、香蒲对于P贫瘠的响应机制不同,导致芦苇会消耗土壤P,而香蒲的介入可以抵消这一消耗过程.因此,芦苇+香蒲的植物配置模式可以提高湿地土壤固持N、P的综合效率.     

Effects of flooding on the amino acid and carbohydrate patterns of Phragmites australis

Changes in the contents and composition of dissolved amino acids and carbohydrates were monitored in different Phragmites australis stands in Germany. Four different reed clones planted in 1997 in a degraded fen area in NE-Germany were compared with respect to the seasonal development in the total amount of amino acids and sugars in the basal culm internodes. The individual Phragmites clones showed significant differences in the absolute content of both parameters indicating an influence of the genotype. Flooding affected the ratio of amino acids to carbohydrates within the reed clones. Plants grown in flooded parts of the fen area revealed a significantly higher total amino acid content together with a lower total content of carbohydrates.Furthermore, the effects of extreme flooding on the content and composition of amino acids and carbohydrates in the basal culm internodes of Phragmites australis were studied in nine reed stands with different degrees of damage on Lake Constance. Shoots from extremely damaged reed stands were characterised by a significant decrease in the total content of carbohydrates, an increase in the total content of amino acids and an increase in the share of γ-aminobutyric acid. These changes in the content and composition of carbohydrates and amino acids were discussed with respect to their value as stress indicators, such as for oxygen deprivation which causes a hypoxic metabolic state in Phragmites australis stands.     

氮、磷浓度对太湖水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)群体生长的影响

大量微囊藻群体的形成和聚集是微囊藻水华形成的重要条件.氮、磷浓度是影响微囊藻群体生长的重要因素之一.为了探讨氮、磷浓度对微囊藻群体生长的影响,本研究以太湖微囊藻水华优势种之一的水华微囊藻作为研究对象,开展了不同氮、磷浓度对水华微囊藻群体生长的影响研究.以近几年太湖微囊藻水华暴发最严重的梅梁湾氮磷比的平均值作参考,氮、磷浓度设置为5个水平组,依次是T1(TN=0.1 mg/L,TP=0.005 mg/L)、T2(TN=1 mg/L,TP=0.05 mg/L)、T3(TN=10 mg/L,TP=0.5 mg/L)、T4(TN=100 mg/L,TP=5 mg/L)和T5(TN=250 mg/L,TP=5.44 mg/L)(BG-11培养基中氮、磷的浓度).结果显示,T1、T2、T3和T4 4组微囊藻群体均增大,且都发现有大于100个细胞的群体形成,群体大小分别为151、217、437和160 cells,而T5组微囊藻群体实验初期增大,实验后期变小,T5整个实验期间未发现有大于100个细胞的群体形成.研究结果表明相对低的氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,而过高的氮、磷浓度则会抑制微囊藻群体生长.本研究结果也表明目前太湖氮、磷浓度有利于水华微囊藻群体的生长,从而有利于微囊藻水华形成.