玉溪大河5种沉水植物的叶绿素荧光特征比较研究

利用基础型调制叶绿素荧光仪(Junior-PAM)研究了玉溪大河富营养化水体中5种优势沉水植物:苦草(Vallisneria natans)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus L.)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、菹草(Potamogeton crispus L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)的量子产量及快速光曲线的变化。结果表明:5种沉水植物苦草、篦齿眼子菜、轮叶黑藻、菹草和金鱼藻最大光化学量子产量(F_v/F_m)明显下降,变化范围为0.519~0.698,低于0.84;各物种的开放PSⅡ反应中心原初光能捕获效率(F_v'/F_m')的大小依次为篦齿眼子菜轮叶黑藻菹草苦草金鱼藻,除篦齿眼子菜、轮叶黑藻、菹草与金鱼藻差异显著外,其它物种间差异不显著;各物种无光抑制的最大潜在相对电子传递速率(rETR_m)间差异显著,其大小依次为菹草金鱼藻轮叶黑藻篦齿眼子菜苦草;快速光曲线的初始斜率(α)的变化范围为0.216~0.483,除篦齿眼子菜与菹草间差异不显著外,其他物种间差异均显著;半饱和光强(E_k)的大小依次为菹草金鱼藻轮叶黑藻苦草篦齿眼子菜,且除苦草与轮叶黑藻差异不显著外,其他物种间差异均显著。研究表明:玉溪大河5种优势沉水植物在营养盐胁迫下光合作用受到明显抑制,其中,菹草和金鱼藻较耐强光,光合速率较高,而苦草则有较强的耐弱光能力。     

沉水植物对水体营养的响应及氮磷积累特征

以太湖中沉水植物优势种金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、苦草(Vallisneria natans)和马来眼子菜(Potamogeton maackianus)为研究对象,研究了不同水体营养水平(低浓度TN 0.47 mg/L,TP 0.021 mg/L;中浓度TN 1.40 mg/L,TP0.072 mg/L;高浓度TN 2.18 mg/L,TP 0.090 mg/L)对其生物量、各器官形态指标及氮磷积累的影响。结果表明:植物生长指标方面,苦草、狐尾藻、金鱼藻在中浓度条件下的生物量增长幅度最大;植物茎叶指标随水体营养的变化与根长变化趋势不一致。植物各器官氮、磷含量均随水体营养变化保持相似的规律,且植物氮含量为叶茎根,植物磷含量为根茎、叶。氮磷积累方面,4种沉水植物的叶片氮元素积累的能力显著高于茎和根;低浓度下狐尾藻的氮积累量最大,苦草磷积累量最大,两者适合低浓度下种植收割去除水体环境中的氮、磷;中、高浓度下金鱼藻的氮磷积累量均为最大(中浓度下N 6 587.37 mg/m~2,P 744.63 mg/m~2;高浓度下N 6 096.63 mg/m~2,P 692.36 mg/m~2),其可作为较高营养浓度下种植、刈割转移水体氮磷的理想物种。     

5种沉水植物的氮、磷吸收和水质净化能力比较

选取轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)、苦草(Vallisneria natans)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)等5种乡土沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行比较研究.结果表明,不同沉水植物试验前后的含水率差异较小,变化范围为89.8%~92.0%,但净增生物量差异较大且均存在显著性差异,变化范围(干重计)为1.52~12.92 g·m-2,其中净增生物量最高的轮叶黑藻是最低的微齿眼子菜的8.5倍.不同沉水植物试验前后植株氮、磷含量变化范围分别为26.54~34.44 g·kg~(-1)和2.54~4.01g·kg~(-1),其中金鱼藻的植株氮、磷含量相对偏高.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率范围分别为63.8%~83.1%和49.2%~70.8%,均显著高于CK处理的39.9%和36.9%,去除率大小顺序均为:轮叶黑藻金鱼藻苦草穗状狐尾藻微齿眼子菜CK.不同沉水植物处理的水质TN、TP去除率与净增生物量存在较高相关性,相关性系数分别为0.994(P0.01)和0.996(P0.01).不同沉水植物氮、磷直接吸收贡献率范围分别为1.5%~13.3%和2.2%~13.2%,扣除水体自身自净能力后沉水植物的增效作用贡献率范围分别为22.5%~29.9%和10.1%~20.6%,表明水质净化氮、磷去除过程中沉水植物的增效作用要大于直接吸收作用.     

不同水生植物富集氮磷能力的试验研究

研究了伊乐藻、菹草、微齿眼子菜、竹叶眼子菜、石菖蒲和水芹菜等水生植物在不同营养状态下体内富集N、P的能力。结果表明:植物体内氮磷浓度增加的趋势与所在水体中的氮磷去除效果相一致;挺水植物水芹菜和沉水植物微齿眼子菜吸收N、P的能力较强,可将这两种植物构成双层次群落结构用以修复太湖地区的富营养化水体。     

不同光照条件对8种沉水植物生长的影响

通过研究太湖流域主要沉水植物苦草、密刺苦草、黑藻、穗花狐尾藻、蓖齿眼子菜、微齿眼子菜、马来眼子菜和金鱼藻在3种不同光照条件(100%自然光、55%自然光和15%自然光)下的生长状况,探讨沉水植物对光照条件的适应性。结果表明,苦草、黑藻在55%自然光中相对生长速率最大,金鱼藻随着光照减弱,相对生长速率增加,其余6种植物则与金鱼藻相反。黑藻和穗花狐尾藻在15%自然光条件下分株数显著减少,最大株高明显增大,马来眼子菜最大株高显著减少。在不同光照组条件下8种沉水植物中叶绿素含量及可溶性糖含量基本无明显差异,但淀粉含量变化趋势不稳定。     

5种植物沉床系统对富营养化水体修复效果研究

以狐尾藻、马来眼子菜、金鱼藻、伊乐藻和苦草5种沉水植物为试验材料,构建以沉水植物为核心的人工沉床,探讨富营养化水体中沉水植物的生长状况和沉水植物沉床系统对氮、磷和COD_(Mn)的净化效果。结果表明:5种沉水植物在富营养水体中生长良好,生物量明显增加,以金鱼藻生物量最大。5种沉水植物沉床系统对富营养化水体中的TP、TN和NH_4~+-N去除率较高,均值分别为70.16%、79.60%、79.82%,而对COD_(Mn)的去除率较低,平均为39.74%;其中金鱼藻沉床系统对富营养化水体中的TP、TN、氨氮、COD_(Mn)去除率均最高,分别为79.76%、85.23%、85.81%和46.16%。因此,金鱼藻沉床系统对富营养化水体修复效果最好,同时金鱼藻也是该沉床系统的优选植物。     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1 a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量.结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P.perfoliatus)、扭叶眼子菜(P.intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P.malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P.maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91 t/km)北部(1.73 t/km)南部(1.61 t/km)东部(0.86 t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64 t,TP为0.85 t.     

洱海沉水植物残体风浪输移量及其时空分布

为研究洱海沉水植物残体风浪输移特征,掌握由此而引起的N、P变动情况,通过为期1a的野外定点调查,研究了风浪对洱海湖滨带沉水植物作用引起的植物残体向滨岸的输移特征,估算了沉水植物残体带出的N、P质量. 结果表明:①洱海湖滨带有残体输出的沉水植物总计10种,分别为菹草(Potamogeton crispus)、黑藻(Hydrilla verticillata)、轮藻(Eichhornia crassipes)、穿叶眼子菜(P. perfoliatus)、扭叶眼子菜(P. intortifolius)、穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、马来眼子菜(P. malaianus)、苦草(Vallisneria natans)及微齿眼子菜(P. maackianus);②沉水植物残体风浪输移量存在明显的时序变化,在4次采样中,2009年12月(冬季)风浪输移量最高;③微齿眼子菜和苦草的风浪输移量最大,植物残体风浪输移量主要受沉水植物的分布和生物量的影响;④单位岸线沉水植物残体风浪输移总量在空间上表现为西部(1.91t/km)>北部(1.73t/km)>南部(1.61t/km)>东部(0.86t/km);⑤洱海湖滨带沉水植物残体风浪输移总量约为2.27×103t/a(以鲜质量计),由此可输出的TN为5.64t,TP为0.85t.      

静态条件下沉水植物净化污水厂尾水能力研究

为了解沉水植物对污水处理厂尾水水质净化效果,研究了滇池流域常见的5种沉水植物对昆明市第五污水处理厂尾水的净化能力。通过室外模拟、实验室测定,分析了单一种沉水植物对水环境质量的改善能力。结果表明:5种沉水植物均有一定能力去除水体中总磷、总氮、氨氮、COD,但随着沉水植物的生长,其叶片的腐烂分解又提高了水体氮磷等有机物的含量。该研究从水体水质的多个指标可见,苦草、马来眼子菜和金鱼藻在各方面表现能力均较强,可作为滇池流域河道水体修复优先选用的物种。以污水厂活性污泥和红壤混合物作为底质,在静态条件下菹草和浮叶眼子菜在污水厂尾水中很难长期存活下来,作为构建富营养化水体生态修复方案还需进一步研究。     

底泥对沉水植物生长和群落结构的影响

太湖流域中的5种土著沉水植物〔马来眼子菜（Potamogeton malaianus Miq.）、微齿眼子菜（Potamogeton maackianus）、苦草（Vallisneria spiralis L.）、黑藻（Hydrillaverticillata Royle）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum L.）〕经人工配置成3种群落,分别栽植在3种不同类型的底泥上,经过53 d的试验,对人工配置的沉水植物的成活、生长和群落结构演变进行了研究.结果表明:有机质和营养盐含量较高、流动性大、稳定性差的淤泥底质不利于沉水植物的定植,植物成活率较低;氮、磷含量较高的淤泥底质比生泥底质更有利于沉水植物的生长,沉水植物具有较高的相对生长速率,但过于肥沃的底泥会对水生植物的生长产生抑制作用.试验条件下,营养盐含量低的底泥有利于提高生物多样性.3种人工配置的群落中,无论黑藻是否为主栽种,其优势度均明显增加,成为群落优势种.因此,人为配置的沉水植物群落是不稳定的,群落优势种和稳定的群落结构主要由环境条件决定.      

水体氮磷浓度对两种沉水植物上附着藻类的影响

为了了解富营养化进程中湖泊水体氮、磷浓度升高对不同沉水植物上附着藻类的影响,通过室内模拟实验,设置3组不同氮磷浓度,研究了常见的沉水植物苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)和狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)上附着藻类生物量及其种群组成.结果表明,附着藻类生物量随水体氮、磷浓度的升高呈显著增加的趋势;狐尾藻上附着藻类生物量均高于苦草,且随富营养化水体氮、磷浓度升高差距越来越大.不同沉水植物上藻类群落组成均以硅藻门、蓝藻门及绿藻门占优势,但优势藻组成和优势藻数量存在差异.研究结果不仅丰富了淡水水体附着藻类生态学的理论知识,也可为富营养化湖泊生态修复过程中沉水植物群落的构建提供一定的理论依据.     

北京市河流沉水植物水环境适应性研究

沉水植物是退化水体生态系统恢复过程中的重要奠基者.调查研究沉水植物的水环境适应性,对于制定不同污染程度水体的植被恢复对策具有重要指导意义.通过对北京市主要河流水系有沉水植物的36个样地进行了群落结构调查,共发现15个沉水植物物种.主成分分析结果表明,氨氮、总氮、总磷是影响沉水植物分布的主要因素;典范对应分析结果表明,沉水植物的分布主要受水体中化学营养盐含量和透明度的影响.综合分析判定,沉水植物有不同的水质适应区间,轮藻、黑藻、马来眼子菜等物种是清洁种,金鱼藻属于广布物种,而蓖齿眼子菜、菹草为耐污种.     

两种沉水植物附着生物种群特征对水深的响应研究

选取浅水湖泊中两种常见沉水植物上的附着生物作为研究对象,通过显微观测和16S rRNA高通量测序的方法,探究原位实验条件下水深(分别以T1、T2、T3、T4代表0.6、1.2、1.8和2.4 m)对狐尾藻(Myriophyllum spicatum)和马来眼子菜(Potamogeton malainus)附着藻类和附着细菌种群组成及其多样性特征的影响.结果表明,沉水植物附着生物种群特征与水深和生物种类有关,试验组中所有水深梯度下的狐尾藻附着生物群落的自养指数(AI)均大于马来眼子菜,且试验组中较小水深0.6~1.2 m的AI值较高,较大水深1.8~2.4 m的AI值较低.两种沉水植物表面附着藻类组成随水深变化差异显著(p0.05),绿藻门和硅藻门仍占种群绝对优势;附着细菌种群随水深梯度的变化差异也显著(p0.05),但主要包括有Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes等优势菌群,同种沉水植物或相似水层深度间的附着细菌组成和丰度有较高的相似性,并且试验组中较小水深0.6~1.2 m中拥有更多特有的细菌种类.研究发现,相同水深时狐尾藻附着藻类的多样性大于马来眼子菜,而马来眼子菜附着细菌多样性大于狐尾藻,且位于中等水深1.2~1.8 m时两种沉水植物附着藻类和附着细菌的多样性往往最高.通过水深对沉水植物附着生物种群特征影响的研究,可为揭示沉水植物表面微生态作用规律提供参考.     

沉水植物生长期对沉积物和上覆水之间磷迁移的影响

分别在春季培养黑藻(Hydrilla verticillata)和苦草(Vallisneria natans),在冬季培养菹草(Potamogeton crispus),跟踪监测在沉水植物影响下环境因子的变化,及上覆水和沉积物各形态磷的浓度变化,以探讨沉水植物对磷在沉积物和上覆水中迁移转化的规律.结果表明,不同季节实验条件下沉水植物均能不同程度降低上覆水中各形态磷的浓度.在植物生长期上覆水磷浓度保持在相对较低的水平,黑藻、苦草和菹草组上覆水中总磷(TP)的浓度分别保持在0.03～0.05、0.04～0.12和0.02～0.11 mg.L-1.沉水植物组沉积物中各形态磷的浓度均呈现不同程度的降低,黑藻、苦草和菹草组沉积物TP的含量最大降低幅度分别为35.34、60.67和25.92 mg.kg-1.植物组上覆水溶解氧(DO)、氧化还原电位(Eh)和pH均显著提高(DO 10.0～14.0mg.L-1;Eh 185～240 mV;pH 8.0～11.0),沉积物中Eh(-140～-23 mV)也明显提高,并使得沉积中pH保持在中性范围内(7.2～8.0).沉水植物通过提高上覆水中的DO、Eh和pH及沉积物Eh的方式影响上覆水和沉积物之间磷的迁移转化.     

再生水构建水环境中沉水植物附着细菌群落特征

沉水植物茎、叶附着生物膜对再生水构建水环境的水质改善具有重要作用.为探究再生水水质及沉水植物种类对附着生物膜细菌群落特征的影响,选取再生水构建的水环境中不同种类沉水植物为研究对象,采用16S rRNA高通量测序技术对其附着生物膜及周围环境样本的细菌群落结构和功能基因进行分析.结果表明,再生水水体中氮磷营养物质在水环境中得到了20%~35%的吸收利用,下游水体中COD、浊度和色度呈现升高趋势.沉水植物附着生物膜中细菌群落与周围环境（土壤、底泥和水体）及再生水处理厂活性污泥的细菌群落存在差异：在群落多样性上,其丰富度和多样性显著低于土壤和底泥中细菌但高于水中浮游细菌;在群落结构上,其优势菌属及对应相对丰度与其它样本不同,主要优势菌属有鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、气单胞菌属（Aeromonas）、假单胞菌属（Pseudomonas）和不动杆菌属（Acinetobacter）,分别占比7%~40%.沉水植物种类和再生水水质（BOD₅、TN、NH₄⁺-N和TP）均会影响植物附着细菌群落,但水质对附着细菌群落的影响大于植物种类,且水质也会影响沉水植物附着细菌群落功能基因相对丰度,氮磷浓度较高区域氮循环与磷循环功能基因相对丰度较高.研究结果为揭示沉水植物附着细菌群落特征和优选沉水植物种植种类提供科学依据.     

常见沉水植物对草海水体(含底泥)总氮去除速率的研究

利用狐尾藻?菹草?苦草?伊乐藻?金鱼藻?篦齿眼子菜?轮藻等7种沉水植物对受污染的草海水体(含底泥)总氮去除速率进行了试验研究?结果表明:每种沉水植物对水体总氮?总磷均有显著去除作用,在试验的27d内,对总氮?总磷的去除百分率分别为80.31%,89.82%;重点对7种沉水植物引起水体总氮浓度下降与时间的关系作回归分析,所得结果是随着时间的延长,水体中总氮浓度呈负指数形式衰减?该文还研究了水体总氮浓度与去除速率之间的关系?每种沉水植物在试验的总氮浓度范围内(2.628～16.667mg/L)去除速率随总氮浓度的增加而增加?对TN_{_t}曲线和V-TN曲线在大型水生植物系统恢复中的应用进行了讨论?      

徒骇河沉水植物腐烂对上覆水体中营养盐形态变化影响

将杀青后的菹草(Potamogetoncrispus)和金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)剪成1 cm左右分别浸泡于装有原上覆水样的烧杯中,并置于27℃和10℃的恒温培养箱中,在不同时刻测定上覆水体的pH、溶解氧(DO)和不同形态氮磷营养盐的浓度。结果表明:由于菹草和金鱼藻的腐烂分解,上覆水体pH呈现先下降后上升的变化趋势,溶解氧急剧降低,氮磷浓度增加。氮浓度的增加以有机氮为主,平均约占63%,氨氮次之,约占25%;磷浓度的增加在实验前期以颗粒态磷为主,平均约占60%,而在实验后期以可溶性总磷为主,约占65%。在27℃下,氮磷形态浓度主要呈现先上升后下降的趋势;在10℃下,氮磷形态浓度主要表现为持续上升。硝氮和亚硝氮浓度的变化与溶解氧浓度变化具有较好的一致性。     

表面流人工湿地中水生植被的净化效应与组合系统净化效果

以无植物空白系统为对照,通过批量盆栽试验探讨了表面流人工湿地中不同类型水生植被(苦草(沉水植物)、水葫芦(浮水植物)、芦苇(挺水植物))的引人对富营养化水体不同污染物净化效果的影响;根据不同污染物去除的阶段性特征设计了分段式表面流人工湿地(好氧塘-水葫芦湿地一苦草湿地),并通过示范工程探讨了富营养河流的原位净化效果.研究表明,批量盆栽试验中,与无植物空白系统相比,芦苇的引入显著增加了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(为无植物空白系统的1.5倍),而水葫芦和苦草的引入则显著降低了表面流人工湿地的蒸发蒸腾量(分别为无植物空白系统的80%和30%);3种水生植物的引入均显著促进了CODcr、TN、NH 4-N的去除(与无植物空白系统相比),其中水葫芦系统具有最好的CODcr和TN去除效果(起始CODcr和TN水平分别为35.8 mg·L-1和6.86 mg˙L-1时,去除率分别为58.91%、76.67%),而苦草的引入则显著地促进了水体中氧化态氮的形成与积累.分段式表面流人工湿地的原位净化研究表明,水力负荷为6.2cm.d-1时,分段式表面流人工湿地对CODcr的净化效果较好,水力负荷过高会影响分段式表面流人工湿地的净化效果.