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.     

光照和黑暗条件下苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)对铵态氮的吸收

在室内模拟实验中,研究了光照(50μmol/(m²·s))和黑暗条件下苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myrio-phyllum spicatum)对铵态氮(NH₄⁺-N)的吸收速率与去除效果.结果表明,随着外源铵态氮浓度(0,0.01,0.1,1和10 mg/LNH₄⁺-N)的增加,苦草和穗花狐尾藻对铵态氮的吸收速率都是先增加后又逐渐降低,在外源铵态氮浓度为1 mg/L时吸收速率达到最大.同种植物在光照条件下对铵态氮的吸收率不低于黑暗条件下的吸收率;相同光强条件下穗花狐尾藻对铵态氮的吸收率不低于苦草的吸收率.在黑暗条件下,在外源铵态氮浓度为1 mg/L时,穗花狐尾藻对铵的吸收速率是苦草的2.42倍;在光照条件下,在外源铵态氮浓度为1和10 mg/L时,穗花狐尾藻对铵态氮的吸收速率分别是苦草的2.47和1.79倍.因此,在富营养湖泊治理过程中,在沉水植物可耐受铵态氮浓度范围内,可以优先考虑把穗花狐尾藻作为植物修复的先锋物种.     

克氏原螯虾(Procambarus clarkii)对新鲜和不同分解腐烂程度的沉水植物摄食选择性研究

原产美国南部和墨西哥东北部的克氏原螯虾是目前全球入侵最广的小龙虾,也是对淡水生态系统最具破坏性的物种之一,其对栖息地沉水植物的现存量构成严重威胁,然而目前对克氏原螯虾摄食沉水植物的机制还知之甚少.本文选择6种沉水植物,研究克氏原螯虾对浅水湖泊常见的沉水植物穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、菹草(Potamogeton crispus L.)、马来眼子菜(Potamogeton malaianus)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)的新鲜植株和分解腐烂后的植株的摄食偏好及原因,结果表明克氏原螯虾对沉水植物新鲜植株选择逗留偏好为:最偏爱逗留在轮叶黑藻区,在穗花狐尾藻、密刺苦草和马来眼子菜3种植株区逗留频次无区别,而在金鱼藻区逗留频次显著最低,6种植物湿重减少量与逗留偏好趋势相似;相对各新鲜植株,克氏原螯虾均更喜欢逗留在分解腐烂8 d或12 d后的植物碎屑区域,相应分解腐烂8 d或12 d植物湿重降低量也显著更高.6种植物新鲜植株总酚类含量均显著高于分解腐烂后的植株,其中穗花狐尾藻新鲜和分解腐烂后的植株的总酚类含量始终显著高于其他5种植物.结合植物总酚类指标和摄食偏好结果,表明克氏原螯虾对沉水植物的摄食具有选择性,相对新鲜植物更喜摄食腐烂后的碎屑,总酚类不是影响其选择的关键因子.     

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)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、竹叶眼子菜(Potamogeton wrightii)作为研究对象,开展原位盆栽实验,通过比较4种沉水植物的生长情况来选取潜在的目标物种,为洱海湖心平台沉水植被恢复提供科学依据.结果表明:1)水下弱光环境对4种沉水植物生长均造成胁迫,生物量和株高显著性降低,物种间的相对生物量差异表现为:苦草和竹叶眼子菜轮叶黑藻和穗花狐尾藻,相对株高差异表现为:苦草竹叶眼子菜穗花狐尾藻轮叶黑藻;2)生理特征方面,苦草、穗花狐尾藻和竹叶眼子菜有相似的胁迫反应,均表现为:氮(N)和游离氨基酸含量均升高,碳氮比(C∶N比)、可溶性糖含量与淀粉含量均下降,仅苦草的叶绿素含量升高,而轮叶黑藻的生理胁迫反应表现为:氨基酸含量下降,可溶性糖和淀粉含量升高;3)四者最终存活率为:苦草竹叶眼子菜穗花狐尾藻轮叶黑藻,且苦草相对生物量和相对株高高于其他3种植物.以上原位实验结果表明,与其他3种植物相比,苦草更能适应湖心平台的水下弱光环境,可考虑作为湖心平台沉水植被恢复的目标物种.     

铵胁迫对狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)生物量分配和形态的影响

选取了两种常见的沉水植物狐尾藻和金鱼藻,通过测定其单株生物量、株高、根生物量/单株生物量、茎生物量/单株生物量和叶生物量/单株生物量,研究这两种沉水植物在2 mg/L的铵态氮持续处理4 d以及铵态氮胁迫解除后的生长情况.结果表明:铵胁迫阶段,与对照组相比,处理对狐尾藻各测定参数均无显著影响,而使金鱼藻株高显著增加.在铵胁迫解除阶段,与对照组相比,处理组狐尾藻单株生物量增加不显著,而金鱼藻单株生物量显著增加;处理组2种沉水植物株高均显著增加;处理组狐尾藻叶生物量/单株生物量显著增加,而根生物量/单株生物量显著减少,茎生物量/单株生物量保持不变.认为高光照环境下(约400μmol/(m²·s)),水体中铵态氮浓度短时间内(4 d)适当增加对沉水植物生长没有抑制作用;金鱼藻对高铵态氮浓度水体的适应能力较狐尾藻强.     

鳑鲏对“蚌-草”关系的影响

重建沉水植物群落是修复浅水富营养化湖泊的关键.河蚌可改善水下光照条件、促进沉水植物生长,因此放养河蚌常被用于沉水植物群落恢复的并行手段.河蚌是鳑鲏产卵的重要基质,因此河蚌可能促进鳑鲏种群发展,而鳑鲏对水生态系统的影响还尚不清楚.本研究以密刺苦草、大鳍鱊和背角无齿蚌为研究对象,通过中宇宙试验研究河蚌和鳑鲏对附着藻的影响,以及鳑鲏对水质和沉水植物生长的影响及机理.结果发现：鳑鲏显著增加了水体总磷、总溶解性磷、总悬浮物和叶绿素a浓度,而对总氮和总溶解性氮浓度的影响不显著.河蚌对苦草的相对生长率、总株数、根冠比及苦草最大叶长均无显著影响,而显著增加了苦草的单株平均生物量,这可能与河蚌组较高的附着藻生物量有关.鳑鲏未显著影响河蚌与苦草间的关系,但鳑鲏的出现显著增加了附着藻类生物量;此外,鳑鲏还降低了苦草的根冠比,而增加了苦草的最大叶长,这可能与鳑鲏引起的营养盐和叶绿素a浓度升高,以及植物表面附着藻生物量显著升高有关.鳑鲏属于小型杂食性鱼类,在长江中下游地区分布广泛,与沉水植物关系密切,且易在修复后的湖泊中形成优势鱼类,因此在湖泊修复和管理中应加强此类小型杂食性鱼类的监测与管理.     

抚仙湖近60年来沉水植物群落变化趋势分析

自1960s以来,抚仙湖沿岸带沉水植物群落发展迅速,而监测频率相对不足.为了解抚仙湖沉水植物群落现状及过去60年内的变化趋势,于2016年7月,对抚仙湖全湖沉水植物进行调查,并结合以往多次调查数据进行趋势分析.本次调查设置了36条样带共41个样点.在实测数据验证后,使用卫星多光谱相机数据基于归一化植被指数(NDVI)计算全湖沉水植物分布面积.此外,计算了物种在沿岸带植被区的平均生物量、优势度和群落多样性指数.结果表明:抚仙湖沉水植物2016年夏季分布面积为5.14 km2,平均生物量(鲜重)密度为9.8 kg/m2,最高48.7 kg/m2,全湖总现存量(鲜重)5.02×104t;共采集到沉水植物13种(类),隶属于5科6属.其中,生物量最高的物种是金鱼藻(Ceratophyllum demersum),其次是黑藻(Hydrilla verticillata)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum);出现频度最高的物种是穗花狐尾藻,其次是苦草(Vallisneria natans)和篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus);物种优势度最大的物种是穗花狐尾藻,其次是金鱼藻和黑藻;抚仙湖各样点沉水植物香农-威纳多样性指数介于0.05～1.28之间,全湖平均值为0.75;除轮藻类外,沉水植物群丛的冠层在1.5～4 m之间,其中金鱼藻群丛冠层最高.丝状附着藻大量出现,附着在高大的沉水植物冠层上的生物量远远多于附着在基质上的;丝状附着藻主要附着在群落上层沉水植物100 cm以内的植冠上.在过去的60年来,抚仙湖沉水植物分布面积、全湖总生物量和物种丰富度呈增加的趋势;低矮的草甸型物种如轮藻类、苦草等优势度下降,高大的冠层型沉水植物如穗花狐尾藻、金鱼藻等成为优势种;外来物种伊乐藻在最近几年出现并成为次优势种;丝状附着藻生物量增加.以上结果表明,目前抚仙湖沉水植物群落处于生物量、分布面积和多样性最高的阶段,是维持和保护的关键时期.但相比于国外类似湖泊,抚仙湖沉水植物丰富度一直较低,目前冠层型植物占优势、外来物种快速发展和丝状附着藻增殖的态势,将会引起群落结构不稳定,如果不加以保护和管理,可能会朝着富营养化湖泊的群落结构方向发展,进而对沿岸带水质产生不利影响.除了进一步控制抚仙湖入湖营养负荷外,我们建议对群落上层高大的冠层型沉水植物进行收割,收割深度为100 cm,从而控制冠层型沉水植物以及附着在其上的丝状附着藻,为草甸型沉水植物的发展创造条件,引导抚仙湖沉水植物群落向贫营养化湖泊的群落结构方向发展,但其可行性尚需开展研究.     

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.     

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.     

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.     

基质类型和物种丰度对沉水植物模块化生长及根系发育的影响

沉水植物恢复是富营养化湖泊生态恢复的关键,基质类型和物种丰度对沉水植物生长和群落稳定具有重要作用,本研究旨在探索不同基质类型和物种丰度对沉水植物生长及根系发育的影响,为富营养化湖泊沉水植物恢复技术研究提供基质筛选和物种配置的技术参数。研究选取苦草(Vallisneria natans(Lour.) Hara)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A.Bennett)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)、伊乐藻(Elodea nuttallii(Planch.)H.St.John)4种沉水植物,根据物种丰度(1、2、3、4个物种)配置了11个物种组合,且选配了4种基质类型:无疏松层(a1、a2)和有疏松层(b1、b2),总计处理数为44(n=11×4)。测定了地上生物量、地下生物量、总生物量、株高、最大根长、总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径、总根尖数、根分枝数、根交叉数、根冠比、根比表面积等14个生长及根系功能性状指标。结果表明:(1)随着沉水植物丰度的增加,地下生物量、总生物量、株高、最大根长、总根长、总根表面积、总根体积、总根...     

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.     

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.     

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.     

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.     

不同生长型沉水植物配置对生物量积累和水质净化效果的影响

种植水生植物,尤其是沉水植物,是目前广泛应用于受损水体的最主要的生态修复方法之一.研究不同生长型沉水植物组合对水体理化因子的影响及营养物质的去除效率可为受损水生生态系统修复提供重要的科学依据.本研究以我国水体修复中常用的3种不同生长型沉水植物苦草(Vallisneria natans)、黑藻(Hydrilla vertiillata)和穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)为研究对象,采用1种生长型种植和2种生长型及3种生长型混种模式,研究不同生长型沉水植物组合及其不同生长阶段对实验系统水质指标及氮、磷等营养物质去除率的影响.结果表明,所有植物组合处理均显著提高了系统中总氮、总磷和氨氮去除率;在实验前中期总氮、总磷和氨氮去除率最高.从本实验受试物种组合来看,1种和2种生长型组合比3种生长型组合具有更高的生物量累积量和总氮去除率.Pearson相关性分析显示,实验系统中的pH、DO浓度与植物总生物量呈显著正相关,总氮、总磷、氨氮浓度均与植物总生物量呈显著负相关.建议在受损浅水水生态系统修复过程中,根据生态修复不同阶段考虑不同生活型、生长型和功能群的水生植物组合;在生态修...