直流电场对沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长的影响

沉水植物对维持湖泊生态系统平衡有重要作用,广泛应用在水体和沉积物污染修复领域.利用电场强化沉水植物修复过程是一种新的植物修复强化方法.本文研究了不同电压强度作用下沉水植物苦草的生长和生理响应,以期为应用电场强化沉水植物修复过程提供依据.结果表明:0.2~1.0 V电压可以促进苦草生长,而1.5~3.0 V电压则会抑制其生长.其中,0.5 V电压对苦草生长的促进效果最明显,生物量、平均株高、平均叶长、根尖数、新芽数和总叶绿素含量都比对照组显著增加;而3.0 V电压处理组的苦草在实验结束时出现萎蔫和凋亡,与对照组相比,叶绿素含量显著降低,丙二醛含量则极显著增加,表明苦草生长受到严重胁迫.系统上覆水的温度在不同处理组之间没有显著变化,上覆水的p H值在电压为1.0、1.5和3.0 V时显著下降,最终接近中性,上覆水的溶解氧浓度只在3.0 V电压处理组时表现显著下降;沉积物表层5 cm处的氧化还原电位随着电压增大显著下降,最终对苦草的生长形成胁迫.因此,本实验的结论是:0.2~1.0 V电压有助于沉水植物苦草的生长和强化植物修复过程,而1.5~3.0 V电压会破坏苦草组织,同时导致苦草生境变差,不利于沉水植物苦草的生长.     

生物质炭对苦草(Vallisneria spiralis)种子萌发与生长的影响

为了探究生物质炭作为生长基质对水生植物种子萌发和生长的影响,选用典型沉水植物苦草(Vallisneria spiralis)作为受试植物,测定不同氮、磷营养盐浓度和不同粒径的生物质炭作用下对苦草种子萌发率、幼苗形态与生物量,同时分析水体中硝态氮、亚硝态氮、氨氮和正磷酸盐磷浓度变化过程.结果表明:生物质炭存在使水体中亚硝态氮浓度低于检测限,使水体正磷酸盐磷浓度上升至1.28~2.43 mg/L,为最高添加磷浓度的3.2~6.1倍,从而改变了苦草生长环境.小粒径生物质炭(0.25~0.5 mm)组中水体最终氨氮浓度(0.05 mg/L)远远低于大粒径生物质炭(1~2 mm)组中水体最终氨氮浓度(0.39~0.85 mg/L),即生物质炭粒径大小会影响水体最终营养盐浓度和氮素赋存形态.与大粒径生物质炭组和石英砂对照相比,小粒径组苦草种子萌发率明显升高,可达80%以上,并促进苦草幼苗生长.因此,小粒径生物质炭能提高苦草种子萌发和幼苗生长,在大型水生植物恢复工程中具有一定的应用前景.     

沉水植物苦草(Vallisneria natans)对沉积物中磷赋存形态的影响

湖泊富营养化是世界面临的重大环境问题,磷在沉积物-水界面的循环在富营养化过程中起关键作用,因此,研究沉水植物对沉积物-水界面磷循环的作用及其机理具重要的理论和实践意义.本实验通过在水泥池中(4.0 m×7.0 m×1.5 m)种植苦草(Vallisneria natans),并采用定期更换原位上覆水的方式模拟自然状态下的水体交换,研究了沉水植物苦草从定植到生长末期沉积物中不同形态磷含量的变化,以期揭示期间苦草对沉积物中磷赋存形态的影响.结果表明,本实验条件下苦草经历了两个生长阶段,在约1个月的快速生长期内能显著降低沉积物中的总磷(TP)含量,TP含量降低了78.79 mg/kg,其中有机磷(Org-P)含量降低49.99 mg/kg,对TP降低的贡献度为62.67%,而钙结合态磷(Ca-P)比对照组减少2.20%,因此,苦草可能主要通过促进Org-P的矿化向水柱和间隙水中释放磷的方式降低沉积物中TP含量,其次苦草可促进Ca-P的分解;此外,苦草为满足植株生长,所吸收的沉积物铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(Al-P)分别为2.99和4.10 mg/kg,但苦草对沉积物中闭蓄态磷(Oc-P)含量没有显著影响.在缓慢生长阶段,苦草促进有机物的沉降以及Fe-P和Oc-P的形成,Fe-P和Oc-P含量分别增加14.82和101.53 mg/kg.苦草对Al-P的形成也略有促进作用,其含量升高7.39%.研究结果表明,苦草在不同生长阶段对沉积物中磷形态的转化以及各形态磷的迁移方向具有不同的影响.在快速生长期苦草转化吸收高活性磷,将其固定到植株体内;缓慢生长阶段则促进水体中的磷转化成沉积物中难分解态的磷,对磷的沉降表现出积极促进作用.     

水深对沉水植物苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)生长的影响

水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一.莲座型苦草（Vallisneria natans）和冠层型穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异.在自然水体中,水深变化对这两种植物的生长以及竞争格局的影响还有待研究.本文设计了3个水深梯度（水深0.5、1.5、2.5 m）,探讨混栽条件下苦草和穗花狐尾藻生长和竞争格局对水深变化的响应.结果显示在实验系统内,中水深（1.5 m）处理组对两种植物的生长均最有利,表现为两种植物的相对生长率和生物量均最高.低水深（0.5 m）处理组苦草的生物量和相对生长率均显著低于高水深（2.5 m）处理组;穗花狐尾藻则相反,高水深对其生长的抑制作用更大.2种沉水植物在高水深胁迫时均表现出地上部分（叶长或茎长）增加,地下部分（根长）减少的形态响应特征.此外,随着水深由高到低,苦草与穗花狐尾藻生物量之比逐渐减小,表明苦草在两种植物中的竞争优势逐渐降低.研究表明湖泊水深变化不仅能够影响沉水植物的丰度,同时还可能会影响沉水植物的群落结构,而在我国浅水湖泊的生态修复实践中,在通过水位调控恢复沉水植物时,调控范围应考虑目标植物（如苦草）的光合特征.     

沉水植物苦草(Vallisneria natans)对多环芳烃污染沉积物的修复作用

沉水植物是浅水湖泊生态系统的关键种群,对水环境质量及水生生态系统结构有重要影响.以东太湖大水港和湖湾区2个典型的具有不同污染程度的沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长区域为研究对象,考察苦草对多环芳烃(PAHs)的修复效果.结果表明,经过34 d植物修复试验,重度污染的东太湖大水港沉积物中PAHs的去除率为62%,沉积物中PAHs降解速率为0.024 d-1;而中度污染的东太湖湖湾区沉积物的PAHs去除率为42%,其降解速率为0.015 d~(-1).种植苦草的沉积物中PAHs的降解速率是未种植苦草的降解速率的2~3倍.苦草对沉积物中高分子量PAHs的修复效果尤为显著.因此,苦草可以有效地用于PAHs污染沉积物的修复,尤其是在重污染和高分子量PAHs污染沉积物中,苦草的修复作用更加明显.     

不同水深条件下沉水植物苦草（Vallisneria natans）的形态响应和生长策略

苦草(Vallisneria natans)为我国常见的沉水植物之一,目前对水生态修复工程后苦草种群生长策略尚缺乏深入了解.以水生态修复工程1年后的苦草种群为研究对象,探讨水深对苦草叶片、匍匐茎、块茎等形态特征和苦草株数、匍匐茎数以及生物量等种群参数的影响,并分析水深胁迫下苦草的生长策略.结果表明,随着水深增加,尽管苦草单位面积株数和单位面积匍匐茎数均显著降低,但叶片长度、叶片宽度、叶片厚度、叶面积、匍匐茎长度、匍匐茎粗和块茎粗随水深显著增加,因而,苦草地上生物量也显著增加.其中,叶片长度和叶面积变异较大,对水深变化敏感,而叶片宽度、叶片厚度、匍匐茎长度、匍匐茎粗和块茎粗变异不大,对水深变化敏感程度低.在低光照胁迫下,苦草在亲株生长和子株输出之间存在权衡,一方面通过增加叶片投资保障亲株的资源利用效率,一方面通过降低亲株密度保障子株生长发育,从而实现种群空间生态位扩展和持续更新.在水生态修复工程中,考虑苦草的种群更新能力和施工的可操作性,在透明度为1.0~1.5m的条件下,苦草的适宜种植水深为0.5~1.0 m.     

基质类型对耳萝卜螺(Radix auricularia)-苦草(Vallisneria spiralis)牧食关系的影响

沉水植物和螺类都是水生生态系统的重要组成部分,两者的牧食关系也是水生食物网中重要的一环,而不同的基质类型可能会影响两者的生长和改变沉水植物对螺类牧食的防御策略.以耳萝卜螺（Radix auricularia）和苦草（Vallisneria spiralis）为对象,研究基质类型、螺类牧食对沉水植物的生长及防御策略的影响,以及基质类型及沉水植物对螺类生长和生理特征的影响.研究发现,螺类牧食和基质类型对苦草生长和元素特征具有显著的影响,存在螺类牧食时,泥沙基质和沙基质苦草的相对生长速率显著降低,泥沙、沙和泥基质苦草地上生物量分别减少了67.74%、58.58%和17.84%,根冠比分别升高了177.51%、217.23%和1.44%;且泥沙基质中苦草的叶片数显著低于无牧食组.不同基质类型下,牧食对苦草总碳含量无显著影响,但泥和泥沙组中,螺类牧食使苦草的总氮含量均显著降低,碳氮比均显著升高;沙基质下,螺类牧食使苦草总酚含量显著降低.基质类型对螺类的形态特征（除壳宽外）、生长及元素含量均无显著影响.总体来看,基质类型对耳萝卜螺牧食和苦草防御策略具有一定程度的影响,但对螺类的生长及元素特征基本无影响.本研究可以为牧食理论的研究提供基础数据支持,也可为沉水植被恢复、水生生态系统稳定提供参考,但基质类型对螺草牧食关系的长期影响,仍需进一步深入研究.     

水深梯度对苦草(Vallisneria natans)克隆生长与觅食行为的影响

为了解水深梯度对苦草克隆生长与觅食行为的影响,通过大型原位浮台实验,将苦草幼苗盆栽后悬挂在不同水深(1.0、2.5、4.0、5.5、7.0 m)下培养,比较其生物量、无性系分株数、出芽数、株高、最大根长和匍匐茎总长的变化,并且评估了植株生物量对这些性状的影响.研究结果表明,随水深的增加苦草的生物量、无性系分株数、出芽数、最大根长、匍匐茎总长均显著降低,而株高随水深梯度呈先增加后降低的趋势.植株生物量仅对出芽数没有显著影响.水深梯度与植株生物量的交互作用仅对无性系分株数和匍匐茎总长有显著影响,而对其他性状没有显著影响,说明这两个性状对水深的响应受到个体发育的影响.     

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.     

水深梯度对苦草(Vallisneria natans)光合荧光特性的影响

为研究水深梯度对苦草(Vallisneria natans)光合荧光特性的影响,实验设置0.6、1.3、2.0 m 3个水深条件,利用水下饱和脉冲荧光仪测定3种水深处理下苦草叶片的荧光参数和快速光响应曲线.结果表明:(1)随着水深增加,无性系分株数、叶片数、根系总长度、根系表面积等形态指标显著降低,而最大叶长、平均叶长、最大叶宽没有显著变化,2.0 m处苦草生长受到抑制;(2)不同水深对苦草叶片初始荧光F0和最大荧光Fm没有显著影响,而最大量子产率Fv/Fm和荧光参数Fv/F0随着水深增加显著增加,叶片光合系统Ⅱ光化学效率亦显著提高;(3)0.6 m处苦草的相对电子传递速率显著低于2.0 m处;(4)通过拟合光响应曲线所得的光响应曲线初始斜率、光抑制参数、最大电子传递速率以及半饱和光强在不同的水深处理间均差异显著;(5)2.0 m处苦草叶片的叶绿素a(Chl.a)、叶绿素b(Chl.b)、类胡萝卜素(Car)以及Chl.a+Chl.b含量均显著高于0.6 m处,而Chl.a/Chl.b和Car/Chl.a的差异则不显著.综上所述,0.6 m处苦草的光合能力较弱、保护机制强,而2.0 m则相反,从而说明苦草通过调节自身光合生理来适应不同水深环境.     

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.     

苦草(Vallisneria natans)对沉积物微生物群落结构的影响

模拟湖泊系统构建了"沉积物-水-苦草(Vallisneria natans)"系统,应用磷脂脂肪酸(PLFAs)法测定在沉水植物苦草不同生长时期沉积物表层微生物群落结构的变化,探讨沉水植物对沉积物中的微生物群落结构的影响.结果表明,从苦草生长初期到旺盛期再到衰亡期,沉积物中有机质含量先下降后上升;总磷、有机磷、无机磷分别下降了8.97%、7.81%、10.28%;沉积物微生物的活性与总磷呈极显著负相关,在苦草生长初期和旺盛期,实验组的沉积物微生物活性大于对照组,而在衰亡期对照组的沉积物微生物活性略高于实验组;不同时期沉积物中微生物群落结构发生了明显变化,组成结构差异显著,微生物组成中细菌占主要成分(占微生物总量的76%~84%);细菌中革兰氏阳性菌占主要优势,且革兰氏阳性菌百分含量随苦草生长呈上升趋势,革兰氏阴性菌呈下降趋势;真菌的百分含量呈上升趋势.     

极端洪水导致的湖泊水位抬升和氮磷输入增加对苦草(Vallisneria natans)的复合影响

据全球气候变化模型预测,未来极端洪水事件将呈现增多和加剧态势。极端洪水对沉水植物功能性状、生长发育状况及整个生态系统均有深远的影响,研究极端洪水对沉水植物生长发育的影响对理解和预测气候变化过程中水生态系统的变化具有重要意义。本文针对极端洪水事件引起的水位急剧上升和营养负荷量增加双重效应,在实验周期90 d内设置对照(水位保持75 cm)、2种极端洪水条件(水位在第1天从75 cm快速上升至150 cm + NP输入、水位从75 cm逐步上升至150 cm + NP输入)以及水位保持75 cm + NP输入4项处理(后3项处理中营养输入总量相同),研究了极端洪水对沉水植物苦草(Vallisneria natans)生长、繁殖对策及生物量分配的影响,实验过程中还同步监测了浮游植物、附着藻类和水体营养状况(TN和TP)。在苦草的17个测定指标中,只有根生物量分配和有性繁殖分配在4个处理下无明显变化。从水位的单独作用看,相对于营养增加且水位恒定的处理,两种洪水条件(水位急剧上升和逐步上升)均降低了苦草的分株数、叶片数、间隔子数、间隔子总长、最大根长、花果数以及各器官生物量和总生物量,促进了人工基质表面附着藻类的生长。水位急剧上升时,植株对间隔子的生物量投资倾向于最小,而株高和植株对叶的生物量投资倾向于最大。从营养负荷的单独作用来看,相对于对照组,营养增加且水位恒定的处理中水体N浓度显著增加,促进浮游植物和苦草表面附着藻类的生长,但是从二者的Chl.a浓度来看,浮游植物遮光作用相对较大,抑制了苦草叶、根和间隔子的生长,但有性繁殖生物量无明显变化。从水位和营养负荷联合作用的模式来看,水位上升和营养负荷两个环境因素的联合作用会使入湖营养负荷加强水位上升对沉水植物生长的影响效应,二者的联合作用使叶、根、间隔子和有性繁殖生物量均大大降低。因此,极端洪水对沉水植物的不利影响较大,一方面水位抬升会直接影响沉水植物,另一方面会通过浮游植物间接影响沉水植物生长发育。