轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物-水界面微观剖面理化参数的影响

水生植物是湖泊生态系统的重要组成部分,沉积物-水界面是湖泊生态系统中营养盐循环的重要界面,因而研究水生植物对沉积物-水界面微观剖面的影响具有重要意义.本文利用轮叶黑藻作为研究对象,研究了来自于香溪河、太湖和东湖3个样点的沉积物及上覆水中N、P等理化性质,并利用微电极研究轮叶黑藻对3种沉积物-水界面微观剖面是否有影响.实验结果表明:轮叶黑藻生长迅速.增长率因沉积物不同而不同,有一定的耐污能力;轮叶黑藻使水体和沉积物中总氮、总磷含量减少,对水体和底泥有一定的净化作用;轮叶黑藻可使水体溶解氧升高,并使沉积物有氧层厚度增加,改变沉积物的氧化还原电位;轮叶黑藻可能改变了根际微环境中微生物的数量和种类,而使沉积物和上覆水中的pH、N₂O和H2S等发生变化.     

不同水体营养盐浓度下沉积物添加镧改性膨润土(Phoslock®)对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)生长的影响

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)是我国浅水湖泊常见的沉水植物,经常用于湖泊生态修复工程.然而在生态修复中后期,轮叶黑藻又往往会过度繁殖,影响其他湖泊功能的发挥.镧改性膨润土(锁磷剂)可以有效地降低沉积物中生物可利用磷含量,近年来被用于控制湖泊沉积物磷释放,其对轮叶黑藻生长和形态的影响还有待阐明.本研究在2种不同上覆水营养盐浓度条件下,设置添加和不添加锁磷剂2种处理,探究沉积物添加锁磷剂对轮叶黑藻生长及形态特征的影响.结果表明:1)沉积物添加锁磷剂之后,铁锰结合态磷、有机磷、铝结合态磷等生物可利用磷浓度显著降低,而生物不可用磷,如钙结合态磷浓度显著升高; 2)沉积物添加锁磷剂显著降低了轮叶黑藻的生物量和生长率.添加锁磷剂的处理组植物的株高、地上部分生物量均明显低于无锁磷剂组;相反,添加锁磷剂显著增加了植物的根长和地下部分生物量,进而提高了植物的根冠比; 3)锁磷剂对轮叶黑藻生长的影响程度与水体营养盐浓度有关,在低营养盐浓度水体中锁磷剂对植物生长和形态特征的影响更为显著.本研究表明,锁磷剂的添加能降低沉积物中生物可利用磷浓度,抑制轮叶黑藻的生长,同时这种影响程度与在水体营养盐浓度有关.     

轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)根系泌氧对沉积物中典型铁氧化菌和铁还原菌的影响

铁作为地壳中丰度最高的氧化还原敏感元素,对湖泊沉积物的氧化还原作用具有重要的指示意义.水生植物根系泌氧在根际形成微域的氧化圈,根际是氧化、还原同时发生的生物活跃区.以轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)为研究对象,利用微电极和荧光定量PCR探讨根系泌氧作用对沉积物中典型铁氧化菌(嘉利翁氏菌)和典型铁还原菌(地杆菌)的影响.结果表明,轮叶黑藻生长迅速,通过根系泌氧作用影响沉积物中铁的价态和形态,是根际铁循环的重要参数,并对根际微区微生物有一定的影响.根系泌氧使根际嘉利翁氏菌和地杆菌数量增加,进一步影响根际微生物铁循环.实验结果可为微生物对根际铁循环的研究提供一定的理论基础.     

苦草(Vallisneria natans)和黑藻(Hydrilla verticillata)对沉积物各形态磷垂直分布的影响

采用沉水植物苦草(V.natans)和黑藻(H.verticillata)作为研究对象,在其旺盛生长期测定群落内外上覆水及沉积物各形态磷的含量,以探究不同根系特点的沉水植物对沉积物中各形态磷垂直分布的影响.结果表明:实验进行30 d后苦草和黑藻组沉积物总磷(TP)、无机磷(IP)和氢氧化钠提取磷(NaOH-P)含量在垂直方向均呈现不同程度的降低.苦草和黑藻组沉积物TP的含量在4.5 cm深度处降低幅度最大,较对照组分别下降了58.91和36.46 mg/kg;IP含量分别在沉积物6.0和3.0 cm深度处降低幅度最大,较对照组分别降低了85.41和57.41 mg/kg.总体来看,沉水植物苦草对沉积物各形态磷含量降低的影响大于黑藻.     

不同密度团头鲂(Megalobrama amblycephala)对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)和密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)群落结构的影响

冠层型水草轮叶黑藻在富营养情况下,生长迅速,覆盖水面,对于草甸型水草密刺苦草具有明显的竞争优势.为控制轮叶黑藻的竞争优势,于湖北省鄂州市团头鲂原种场的一个池塘进行了原位围隔（10 m×10 m）实验,研究不同密度（0、0.5和1尾/m²）团头鲂牧食作用对轮叶黑藻和密刺苦草群落结构的影响,并通过无人机数字图像处理获取水草覆盖度信息.实验过程中,沉水植物总覆盖度未发生变化.研究发现,团头鲂选择性牧食使得密刺苦草生物量和覆盖度显著增加.随着牧食强度的加大,团头鲂对轮叶黑藻的控制效果显著,放养密度为1尾/m²的围隔中轮叶黑藻比例降幅最明显.群落中轮叶黑藻与密刺苦草的生物量之比迅速下降,由6.14减少至0.002,覆盖度之比由4.88左右减少至约1.44.图像处理结果与实际采样情况相吻合,且通过误差矩阵得到图像分类平均精度达到90%以上,表明无人机数字图像处理在一定条件下可以作为获取沉水植物覆盖度的一种有效辅助手段.实验结束后,1尾/m²组的围隔中密刺苦草成为优势种,其植株密度、株高、株重和单株叶片数均显著增加,草甸更加密实.实验结果表明,放养1尾/m²密度的团头鲂可以有效控制轮叶黑藻并维持密刺苦草种群优势,结果为团头鲂对湖泊沉水植物群落的控制提供了参考.     

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.     

重污染底泥对苦草（Vallisneria natans）和黑藻（Hydrilla verticillata）繁殖体萌发及幼苗生长的影响

为探究重污染底泥对沉水植物繁殖体萌发和幼苗生长影响,以苦草（Vallisneria natans）种子和黑藻（Hydrilla verticillata）冬芽为研究对象,以轻污染底泥为对照组,通过室内模拟实验研究了重污染底泥对两种繁殖体萌发和幼苗生长、生理特性的影响。实验结果表明,与轻污染底泥相比,重污染底泥对苦草种子萌发和幼苗生长无显著影响。黑藻冬芽萌发和幼苗地上部生物量在两组间没有显著差异,但重污染底泥组幼苗的地下部生物量显著高于轻污染底泥组,其地上部和地下部生物量比值由7.06±0.38下降至2.97±0.08。此外,苦草和黑藻幼苗受到重污染底泥胁迫表现出不同的生理响应。苦草幼苗叶片的类胡萝卜素含量显著减少,可溶性糖和蛋白含量分别降低11.56%、24.10%,根系活力也明显受到抑制,仅为（34.93±3.28） mg/（g·h）;黑藻幼苗生理响应与苦草略有不同,其叶片的叶绿素a、b含量显著增加,根系活力降低44.29%,可溶性糖和蛋白含量在轻污染组和重污染组之间无显著差异。由此可见,重污染底泥对苦草种子和黑藻冬芽的萌发影响不显著,但会明显影响幼苗的生长发育和生理特性,研究结果为...     

外来种福寿螺(Pomacea canaliculata)对3种沉水植物的牧食偏好及水体理化因子的响应

外来种福寿螺(Pomacea canaliculata)相较我国本土螺类其牧食量更大且繁殖速度更快,对栖息地水生植物的现存量和实施水生植被恢复的生态治理工程的成功性可能构成威胁,目前对福寿螺影响浅水湖泊沉水植物的重建缺乏足够的研究.本文通过设置不同沉水植物种类组合系统,研究福寿螺对3种常用于浅水富营养化湖泊治理的沉水植物密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)的牧食偏好以及不同植物配置系统理化因子的响应变化,结果表明福寿螺对沉水植物植株附着偏好为密刺苦草轮叶黑藻穗花狐尾藻,而牧食破坏强度为轮叶黑藻穗花狐尾藻密刺苦草,轮叶黑藻最容易受到福寿螺牧食影响而快速消亡,穗花狐尾藻叶片也会被全部牧食仅剩下茎,而苦草存活受到的影响较小.福寿螺会导致轮叶黑藻+密刺苦草组合系统中总氮、氨氮、总磷、正磷酸盐浓度显著升高,而密刺苦草+穗花狐尾藻组合中总磷、正磷酸盐浓度显著升高,但是在轮叶黑藻+穗花狐尾藻组合中仅总氮浓度显著升高.研究表明福寿螺能够影响沉水植物间的竞争关系,但是3种沉水植物均不能阻止福寿螺的牧食;福寿螺牧食会显著降低沉水植物生物量,最终会影响草型清水态系统的稳定性.     

利用不同物候期水生植物配置提高浮床人工湿地的除氮效果

为验证利用不同物候期水生植物配置提高碳氮比失衡湿地脱氮能力的可行性,设计了向水芹菜(Oenanthe javanica)浮床人工湿地系统中添加轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的实验,研究了在秋、冬季低温条件下,暖季型植物分解释碳对系统氮去除效果的影响.结果表明,添加轮叶黑藻显著提高了系统水体碳氮比,促进反硝化作用,提高总氮和硝态氮的去除率.在4个周期中,与对照组相比,物候期组合型浮床人工湿地系统的总氮去除率分别提升23.03%、10.90%、18.55%和22.93%,硝态氮去除率分别提升38.28%、20.74%、17.87%和17.06%.由此可见,利用暖季型和冷季型植物配置提高碳氮比失衡湿地氮去除率是可行的.     

沉水植物水槽对农村水体净化效果与机制的模拟

实验设计中试水槽装置,模拟研究2种沉水植物轮叶黑藻(Hydrilla nerticillata)和苦草(Vallisneria natans)对农村水体的净化效果,并探讨沉水植物在水体氮、磷去除中的作用.结果显示,沉水植物系统均能显著降低水体中总氮、铵态氮、硝态氮和磷酸盐浓度,去除率分别达到50.5%、84.4%、41.9%和64.6%,且轮叶黑藻组选择20 g/m2,苦草组选择40 g/m2为适种密度.水体流经各串联单元时氮、磷去除负荷存在显著差异,其中总氮、硝态氮、磷酸盐浓度在有植物单元高于无植物单元,铵态氮浓度相反,结合单元内溶解氧浓度、硝化与反硝化细菌总数表明,有植物单元可显著发生反硝化作用,无植物单元可显著发生硝化作用,有无植物串联单元更有利于氮的去除.     

沉水植物生长对沉积物间隙水中的氮磷分布及界面释放的影响

采集未破坏沉积物结构的柱状沉积物样品,通过室内41 d的培养实验,研究了沉水植物生长过程对间隙水中NH_4~ -N和PO_4~(3-)-P的浓度的动态影响,分析了沉水植物生物量与沉积物中氮磷释放通量的对应关系．结果表明：随沉水植物生长和生物量增加,上部0-5 cm沉积物垂向各层间隙水中NH_4~ -N含量呈逐步降低,表现出沉积物-水界面氮的释放通量与沉水植物生物量存在负相关性;而间隙水PO_4~(3 )-P含量则随沉水植物生长呈单峰型变化,磷释放通量与生物量相关性不明显．初步反映沉水植物在沉积物的生长过程中对氮磷吸收的生物地球化学机制是不同的．