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.     

洱海四种沉水植物对弱光环境的适应性比较

水下弱光环境是水生态系统沉水植被恢复面临的常见问题,因此研究沉水植物在弱光胁迫下的适应性是必要的.本研究以云南大理州洱海南部重度退化的湖区(惯称湖心平台,曾分布有大面积沉水植物)作为实验地点,选取4种沉水植物——苦草(Vallisneria natans)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、穗花狐...     

云南高原10个湖泊沉水植物的碳、氮、磷化学计量学特征

于2010年8月以云南高原10个湖泊进行沉水植物的化学计量学特征研究,以期为高原湖泊沉水植物的元素化学计量以及富营养化湖泊中沉水植物的恢复提供基础数据.研究表明,10个湖泊沉水植物的种类随营养水平的增加而减少,基本都是眼子菜科眼子菜属和小二仙草科狐尾藻属植物.10个湖泊沉水植物的总碳、总氮和总磷含量范围分别为170.22～373.14、0.90～9.70和0.36～4.30 mg/g;碳氮比、碳磷比和氮磷比范围分别为37.21～188.47、83.18～468.02和1.57～4.90.Spearman秩相关分析表明,10个湖泊的沉水植物氮磷比与湖泊特征和理化参数没有显著相关性,而碳氮比和碳磷比分别与水体总磷和总氮显著负相关.从单一物种来看,总碳、总氮、总磷、碳氮比、碳磷比和氮磷比的最高平均值分别出现在马来眼子菜(368.41 mg/g)、光叶眼子菜(7.60 mg/g)、蓖齿眼子菜(3.26 mg/g)、微齿眼子菜(68.93)、光叶眼子菜(224.57)和光叶眼子菜(4.82)上.综上所述,调查的云南10个高原湖泊普遍磷过剩而氮相对不足,物种多样性下降,蓖齿眼子菜、微齿眼子菜和光叶眼子菜可能更适合作为云南高原富营养化湖泊沉水植物恢复的物种.     

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.     

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.     

长江中下游湖泊群落水平下沉水植物碳、氮、磷化学计量特征及其影响因素

以长江中下游14个湖泊沉水植物为研究对象,分析群落水平下沉水植物碳(C)、氮(N)、磷(P)的化学计量特征及其影响因素.结果显示,沉水植物群落C含量平均为386.93±25.80 mg/g,范围为315.98~441.97 mg/g,N和P含量的平均值分别为26.10±4.84和2.64±0.99 mg/g,范围分别为13.75~40.89和1.01~5.92 mg/g.与物种水平研究相比,群落水平下沉水植物C、N、P化学计量特征变异系数较小,内稳定性更强.群落C含量与P含量具有显著相关性,而与N含量不相关,这说明C元素与N和P之间的耦合关系并不一致;N∶P比与P含量之间具有极显著的负相关关系,但与N含量不相关,说明沉水植物群落P含量的变异对N∶P比起主导作用.冗余分析表明,环境因子解释了沉水植物群落化学计量特征总变异的30.2%,在P0.01水平下对沉水植物群落化学计量特征具有显著影响的环境因子为底泥总磷、底泥N∶P比、水深和消光系数.变差分解结果表明,底泥和上覆水分别独自解释了化学计量特征总变异的5.21%和10.19%,其交互作用解释了总变异的5.25%.通过该研究结果推测,在恢复湖泊水生植被的实践过程中,相对于底泥,对上覆水光照条件进行控制可能更加迫切.     

长江中下游浅水湖泊5种常见底栖动物碳、氮、磷化学计量特征

研究长江中下游地区浅水湖泊5种常见大型底栖动物(铜锈环棱螺、河蚬、苏氏尾鳃蚓、摇蚊属幼虫及中国长足摇蚊)碳、氮、磷化学计量特征,样品采集于多个不同营养水平湖泊.底栖动物碳、氮、磷元素含量的变化范围分别为31.6%~60.7%、5.2%~12.1%及0.41%~2.28%,碳氮比、碳磷比和氮磷比的变化范围分别为4.4~8.9、55~314及9.9~40.1,其中磷元素含量变化最大并是导致N∶P变化的主要原因.不同种类底栖动物元素组成具有显著差异,碳、氮、磷最高平均值分别出现在河蚬(48.4%)、苏氏尾鳃蚓(10.4%)及河蚬(1.09%).铜锈环棱螺(除氮磷比)和河蚬元素组成在不同营养水平湖泊间具有显著差异,重富营养湖泊太湖氮和磷含量最高.相关分析发现铜锈环棱螺及河蚬磷含量和氮磷比与营养状态指数显著相关,表明铜锈环棱螺和河蚬的碳、氮、磷化学计量特征并非保持严格的动态平衡.     

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．     

沉水植物驱动的水环境钙泵与水体磷循环的关系

水体磷循环是水柱和对应的沉积物中发生的各种非生物和生物的磷迁移转化过程.与此同时,沉积物中钙通过沉水植物吸收和转运,从该类植物的叶面释放至水柱中,释放的Ca2+与水柱中的CO23-一起形成碳酸钙.在这一过程中,水柱中少量溶解性磷分配在碳酸钙中形成CaCO3-P共沉淀,导致水体中可溶性磷向难溶性磷转化,这种由沉水植物驱动的水环境钙泵在水体磷循环中发挥着重要作用.研究证明,沉水植物菹草叶面上有CaCO3-P共沉淀的形成,且这种共沉淀的含磷量变化范围很宽.另一方面,新近沉积物中钙与磷的沉淀物存在一个由聚磷酸盐向磷灰石逐渐演变过程,而沉水植物叶面上的含磷共沉淀作用是否也存在由聚磷酸盐向磷灰石的变质过程,该过程在沉水植物生长期间是否发生关系到沉水植物除磷效果值得深入研究.本文从水体磷循环概述、钙在水体磷循环中的作用和沉水植物驱动的水环境钙泵假说及其在水体磷循环中的意义等方面综述了钙在水环境中的迁移对水体磷循环的贡献.     

洱海流域低污染水类型、污染负荷及分布

为科学、合理地评估湖泊流域低污染水的类型及其污染负荷,以洱海流域为例,系统研究低污染水的概念及类型,确定了低污染水调查方法,并分析了洱海流域低污染水的来源、类型、产生量、污染物量和分布特征.结果表明,洱海流域低污染水主要包括污水处理厂处理尾水、城镇地表径流、农田排水(含村落地表径流)3种主要类型,产生量为20069×104m3/a.由低污染水带来的总氮(TN)负荷为1393 t/a,总磷(TP)负荷为77 t/a.从空间分布上看,洱海流域西部和北部片区低污染水TN、TP负荷比例最大,分别达到88%和87%,因此应主要针对西部和北部片区特点制定洱海流域低污染水控制措施.     

水位对洞庭湖湿地4种典型沉水植物的影响

近年来,受全球变化及高强度人为干扰的影响,湿地退化严重(洞庭湖湿地枯水期提前、枯水期水位持续降低和浅水洼地减少),导致洞庭湖湿地沉水植物大面积消亡.深入研究洞庭湖低水位对沉水植物的生长影响,对指导沉水植物恢复有重要意义.以我国典型通江湖泊洞庭湖典型沉水植物为研究对象,模拟野外沉水植物主要分布区域浅水洼地水文环境,设置4个水位梯度(25、50、75、100 cm),探讨竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的生长、生物量和生理活性对水位变化的响应.结果显示:(1)前期底质养分含量为:总氮0.09%、总磷0.09%、总钾3.04%、碱解氮20.87 mg/kg、速效磷10.7 mg/kg、速效钾326.67 mg/kg、硝态氮6.97 mg/kg、氨氮6.59 mg/kg、有机碳1.21%、有机质2.09%,2个月后,不同水位的底质养分含量有差异,100和75 cm水池的养分含量高于50和25 cm,氨氮、有机质和有机碳含量在25 cm水位的水池较高;(2)75 cm水位适合竹叶眼子菜和黑藻生长,100 cm水位适合苦草和金鱼藻生长;(3)100 cm水位有利于竹叶眼子菜的繁殖及生物量积累,75 cm水位有利于黑藻和金鱼藻的繁殖及生物量积累,50 cm水位有利于苦草的繁殖及生物量积累;(4)100 cm水位下的沉水植物酶活性强,75和50 cm水位下的沉水植物次之,25 cm水位下的最弱.以上结果表明,4种沉水植物的生长特征和生物量积累随水位变化,在水域生态恢复中应考虑将水位控制在50~100 cm之间,这样有利于促进种群生物量和水生生态系统的恢复.     

洱海沉水植物群落恢复与优化初探

近几十年来,在入湖营养盐增加,水质持续下降,藻类生物量逐年升高及水位大幅波动下,洱海沉水植物群落演替速度加剧.2016年7月调查显示：洱海沉水植被退化严重,物种数量显著低于近期（2011年）历史水平,分布面积较有记录的历史最高水平（1980s）下降超过70%,优势物种由1960s的海菜花（Ottelia acuminata）、蓖齿眼子菜（Stuckenia pectinata）和大茨藻（Najas marina）等转变为微齿眼子菜（Potamogeton maackianus）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）以及苦草（Vallisneria natans）.沉水植物群落在浅水区（0~2.5 m）主要遭受了浮叶植物细果野菱（Trapa maximowiezii）过度生长带来的生境胁迫,在中等水深区（2.5~4 m）面临微齿眼子菜和金鱼藻的过度生长导致的群落结构的单一化影响,而在深水区（>4 m）面临着面积萎缩的风险,这些严重抑制了沉水植物清水稳态效应的发挥.通过对比洱海典型湖湾洱滨村水域沉水植物群落结构在恢复与优化前后的变化,发现洱滨村水域各水深区间沉水植物群落各项多样性指标与恢复物种的丰度均显著提升.因此,我们总结提出了针对洱海典型富营养湖湾沉水植被恢复和管理的建议和对策,以期为后续进一步开展洱海生态系统恢复相关工作提供依据.     

沉水植物附植生物膜藻类组成及重金属累积特征

沉水植物表面常富集水体中有机质、泥沙、菌胶团、藻类、微生物等形成附植生物膜,在湖泊生物地球化学循环过程中具有重要作用.在草海选取金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、微齿眼子菜（Potamogeton maackianus）和光叶眼子菜（Potamogeton lucens L.）3种不同叶形的沉水植物,研究附植生物膜的形貌结构、理化特征、藻类及其重金属镉（Cd）、铅（Pb）累积特征.结果表明：3种沉水植物附植生物膜上共鉴定出藻类6门8纲17目29科65属81种,主要为蓝藻、绿藻和硅藻,不同附植生物膜藻类功能群组成不同,冗余分析表明,水环境因子能解释藻类功能群变化的88.3%;3种沉水植物附植生物膜铁（Fe）、锰（Mn）、总氮（TN）、总磷（TP）含量变化规律一致,均为：金鱼藻 > 微齿眼子菜 > 光叶眼子菜;附植生物膜中重金属的累积具有选择性,Pb大量累积（11.41~41.31 mg/kg）,Cd累积含量较低（0.59~5.76 mg/kg）且与植物相当（0.44~5.56 mg/kg）,附植生物膜中Pb累积含量与生物膜中隐藻门、硅藻门藻类生物量、Fe、Mn及TN含量呈显著相关,但Cd累积与生物膜各指标均无显著相关性.附植生物膜在草型湖泊污染物归趋转化中的作用值得关注.     

洱海近50a来沉水植被演替及其主要驱动要素

依据文献报道的洱海水质、水文(水位)和沉水植被(物种组成、生物量及分布面积)数据,分析了近50年来洱海的水质变化、水位波动情况以及沉水植被的演替过程,探讨了驱动洱海沉水植被演替的主要环境因子.分析表明,洱海沉水植被群落经历了原生、过渡、顶级和衰退等主要阶段;自1980s以来,流域入湖营养盐增加、水质持续下降、藻类生物量逐年升高、沉水植被群落结构简单化和抑藻功能退化等因素是驱动洱海沉水植被演替与分布的原动力,水位大幅波动加速了洱海水生态系统由清水态向浊水态转变,并导致沉水植物大量衰退和某些特有物种消失.因此,在洱海水生态系统的治理以及沉水植被的恢复过程中,应优先考虑降低外源营养盐输入和优化水位调控.