滆湖底质特性对菹草_Potamo_省略_eanattalii_生长的影响_陶花

J.LakeSci.(湖泊科学),2011,23(3):383-388

http://wendang.chazidian.com.E-mail:jlakes@niglas.ac.c

n

2011byJournalofLakeSciences

滆湖底质特性对菹草(Potamogetoncrispus)和伊乐藻(Elodea

＊nattalii)生长的影响

＊陶　花,潘继征＊,沈耀良121,3,李文朝,黄　峰21

(1:苏州科技学院环境科学与工程学院,苏州215011)

(2:中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室,南京210008)

(3:苏州科技学院江苏省环境科学与工程重点实验室,苏州215011)

摘　要:通过模拟试验,研究滆湖3种沉积物(表层湖泥、硬底湖泥、表层覆岸泥)对菹草和伊乐藻生长的影响.结果表明,

22生长于表层湖泥、硬底湖泥、表层覆岸泥的菹草和伊乐藻生物量分别为4.07、1.98、3.69kg/m和1.86、1.27、1.74kg/m,

表层湖泥较适合这两种沉水植物生长.3种沉积物对菹草和伊乐藻的干湿比影响显著,硬底湖泥>表层湖泥>表层覆岸泥.在表层覆岸泥和表层湖泥中,两种沉水植物的叶绿素含量均较高,伊乐藻在不同沉积物中差别最大,叶色区别明显.丙二醛的测定结果进一步表明硬底湖泥不适宜植物生长.试验结果表明菹草和伊乐藻在滆湖不同的沉积物上能够正常生长,表现出良好的适应性,菹草适合在表层湖泥中生长,伊乐藻更适合在表层覆岸泥中生长,通过对滆湖不适宜的底质环境进行改造,以利于沉水植物的生长繁殖,为滆湖生态修复中的基质修复与沉水植被重建提供理论指导.

关键词:滆湖;沉积物;沉水植物;基质修复

EffectsofsubstratecharacterofLakeGehuonthegrowthofPotamogetoncrispusandElodeanattalii

TAOHua,PANJizheng,SHENYaoliang,LIWenchao＆HUANGFeng

(1:SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou215011,P.R.

China)

(2:StateKeyLaboratoryofLakeScienceandEnvironment,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyof

Sciences,Nanjing210008,P.R.China)

(3:ProvincialKeyLabofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou

215011,P.R.China)

Abstract:Usingmesocomexperiment,thispaperstudiedtheeffectsofthreedifferentsediments(surfacemud,hardmudandsur-facemudofbanksediment)ofLakeGehuonthegrowthoftwosubmergedmacrophytes,PotamogetoncrispusandElodeanattalii.Whengrownonsurfacemud,hardmudandsurfacemudofbanksediment,themeanbiomassofP.crispusandE.nattaliiwere

2a2,r4.07,1.98,3.69kg/mnd1.86,1.27,1.74kg/mespectively.Allthetestedspeciesgrownonhardmudhadthelowestbio-121,321

massandshootheight.ThewetanddryratioofP.crispusandE.nattaliiwasaffectedsignificantlybythesedimentsfollowedwithanorderofhardmud>surfacemud>surfacemudofbanksediment.Thecontentsofchlorophyll-aandchlorophyll-bonthesurfacemudwithbanksedimentandsurfacemudwerebothhigherthanthoseculturedonthehardmud.ThedifferenceofleafcolourofE.nattaliibetweenthethreesedimentswasremarkable.Themeasurementofmalondialdehydefurthersuggestedthathardmudwasnotgoodforthegrowthofthetwosubmergedmacrophytes.FinallytheresultsshowedthatthetwosubmergedmacrophyteswereabletogrownormallyunderconditionsofdifferentsedimentsfromLakeGehu.P.crispusgrewwellonsurfurcemudwhileE.nattaliiwas＊国家重点基础研究发展计划项目(2008CB418005)、国家水体污染控制与治理科技重大专项项目(2008ZX07101-007-05)和江苏省科技厅社会发展项目(BE2009697)联合资助.2010-08-17收稿;2010-09-16收修改稿.陶花,女,1986年生,硕士研究生;E-mail:tao hua 2002@http://wendang.chazidian.com.

Eml:jzan@http://wendang.chazidian.com.

　http://wendang.chazidian.comkeSci.(湖泊科学),2011,23(3)moreadaptedtosurfacemudofbanksediment.Sedimentrehabilitationshouldbemadeinordertofacilitatethegrowthofsub-mergedmacrophytesofLakeGehuandgiveaguideonsedimentrehabilitationandthesubmergedmacrophytesrestorationofLakeGehu.

Keywords:LakeGehu;sediment;submergedmacrophytes;sedimentrehabilitation

沉水植物是浅水湖泊生态系统的重要组成部分,具有吸收和固定水体中氮磷营养物质、增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物、改善水下光照和溶解氧条件、净化水质和为其他水生生物提供多样化的生境等功能

一定关系外[1-3].然而,随着水体富营养化进程的加快,沉水植物衰退和消失的现象普遍出现.沉水植物的生,与沉积物也有相当紧密的联系.不同沉积物的理化性质有所差异,对沉水植物生根、繁殖与

[10-13][14]长、分布受到一系列环境因素的影响,除了与营养盐、悬浮物、光照、透明度、水位、风浪、溶解氧和pH值等有[4-9]生长也会产生不同程度的影响.雷泽湘等研究了太湖梅梁湾湖泥(高营养)、岸泥(低营养)两种沉积

物对苦草、黑藻、马来眼子菜三种沉水植物生长的影响,研究表明苦草更适合在湖泥、浅水区生长;马来眼子菜更适合在硬泥质、深水域的环境中生长;黑藻的生存能力最强,在两种沉积物中生长情况都较好.李文朝[15]选择经过清洗的粗沙、坚硬贫瘠的黄泥、松软肥沃的湖底淤泥及鱼塘淤泥四种底质,结果表明鱼塘淤泥存在低氧化还原电位和高含水率等不利因素,但伊乐藻仍可以适应其环境条件,其成活率与生物量高于前3种底质试验组,说明沉积物对水生植物的生长有着重要作用.

滆湖(31°29′-31°42′N,119°44′-119°53′E)位于长江三角洲太湖流域西部,常州市武进区西南部,总面积164km,平均水深1.27m2[16].滆湖现处于富营养化阶段,全湖水质为劣Ⅴ类,蓝藻水华频发,近年来湖泊生态系统急剧退化,水生植物消亡,降低了对底泥的固着作用.湖泊沉积物是湖泊营养物质的重要蓄积库,经过一系列物理、化学及生物作用,其中一部分沉积于湖底,并且含有多种有机物和无机营养物质,可以为沉水植物提供营养元素以及微量元素,但不同沉积物中所含的营养元素、微量元素及有机质不同,影响着沉水植物的生长和发展.本文研究了滆湖3种沉积物对两种沉水植物生长的影响,以期为滆湖生态修复中的基质修复与沉水植被重建提供理论指导.

1材料与方法

1.1研究材料

所选择的试验沉水植物为水生态修复中常用的菹草(Potamogetoncrispus)及伊乐藻(Elodeanattalii),这两种植物生命力都较强,人工栽培容易成活,且分布广泛,种苗来源多.菹草为眼子菜科多年生沉水草本,主要生长在静水池沼中或缓流的河水中,是一种较为耐寒的水生植物,对水质有较强的净化能力.伊乐藻是水鳖科一年生沉水草本,适应性和繁殖能力强,人工栽培很容易成活,其断枝可随水流漂移,能在水中形成不定根[17].菹草和伊乐藻可生长在从贫营养到富营养的多类水体中,对水质状况有着较宽的耐受范围,是治理污染水体较好的水生植物[18].

1.2试验设计

菹草石芽和伊乐藻幼苗购于江苏高邮,2009年11月10日在滆湖小庙港湖边陆上水池进行引种.试验容器均采用同一型号的塑料桶:上部直径(内径)40cm;底部直径(内径)33cm;高55cm,容积60L.预先选择生长一致、健壮的菹草石芽和伊乐藻幼苗,等数量种植,每桶扦插菹草石芽22颗,伊乐藻幼苗22株.2009年12月18日将桶搬运至滆湖太滆运河口沿岸,为降低昼夜温差,采用半埋式,每个桶留有15cm在底质外.

选取滆湖重污染区小庙港中的典型沉积物进行试验,第1组为表层湖泥,第2组为硬底湖泥,第3组为表层覆岸泥(表层湖泥覆湖岸黄泥),每组设3个重复,用滆湖原水自然条件下培养,在3月底沉水植物进入生长旺盛期时收获.

1.3测定项目及方法

栽培前对3种沉积物进行取样,测定其营养元素的含量.收获前分别采用pH110便携式pH/ORP计和YSI500溶氧仪测定沉积物的pH和氧化还原电位(Eh)以及培养水的pH、Eh和溶解氧(DO).收获时将沉水,,,、、、

陶　花等:滆湖底质特性对菹草(Potamogetoncrispus)和伊乐藻(Elodeanattalii)生长的影响　385

素

[19]

和丙二醛(MDA).而后每桶取底质风干,研磨过筛后测定底泥的N、P含量,总氮(TN)采用凯氏定

[21]

[20]

氮法分析,总磷(TP)采用酸溶钼锑比色法,总有机碳(TOC)采用重铬酸钾-硫酸氧化法1.4数据分析方法

采用SPSS18.0统计软件对数据差异进行ANOVA分析.

.

2结果与分析

2.1试验沉积物背景值

3种不同类型的沉积物氮、磷及有机质含量存在显著差异(P<0.001).表层湖泥的TN、TP及TOC含量最高,表层覆岸泥次之,硬底湖泥的含量最低(表1),表明表层湖泥中的营养元素含量较高,其次是表层覆岸泥,而硬底湖泥较贫瘠,氮磷营养缺乏.

2.2不同沉积物对两种沉水植物的生物量、分枝数、株高的影响

　　3种沉积物生长的菹草的生物量和分枝数存在显著差异(P<0.01),而不同处理的伊乐藻差异不显著(P>0.01).生长于表层湖泥、硬底湖泥、表层覆岸泥的菹草和伊乐藻生物量分别为4.07、1.98、

22

3.69kg/m和1.86、1.27、1.74kg/m,在硬底湖泥上的菹草和伊乐藻的生物量、分枝数都最低,其中以菹草的差别最为显著(P<0.01).生长在表层覆岸泥上的菹草和伊乐藻的生物量略低于表层湖泥,表层湖泥上菹草的分枝数最多,而表层覆岸泥上伊乐藻的分枝数最多.表层湖泥中菹草的生物量为硬底湖泥中的2倍(图1,表2).同时观察到生长在硬底湖泥上的菹草植株矮小,叶片发黄.

3种沉积物上的菹草株高差异不显著(P>0.01),生长在表层湖泥上的菹草最高,硬底湖泥上的最低,比表层湖泥上的低8cm.3种沉积物上的伊乐藻株高有显著差异(P<0.01),表层覆岸泥中最高,硬底湖泥中最低.生长在硬底湖泥上的菹草和伊乐藻株高差异不显著(P>0.01),生长在表层湖泥和表层覆岸泥上的菹草和伊乐藻有显著差异(P<0.01)(图2a).植物株高的测定结果说明菹草

表13种沉积物中TN、TP及TOC含量Tab.1ContentsofTN,TPandTOCinthree

typesofsediments

沉积物表层湖泥

硬底湖泥表层覆岸泥

TN(g/kg)

TP(g/kg)

TOC(g/kg)

3.752±0.0061.022±0.00318.921±0.0282.333±0.0070.858±0.00512.787±0.0353.362±0.0030.927±0.00217.320±0.030

图1不同沉积物上两种沉水植物生物量变化Fig.1Biomassvariationsofthetwosubmerged

macrophytesondifferenttypesofsediments表2不同沉积物上两种沉水植物的收获分枝数Tab.2Branchesharvestedintwosubmergedmacrophytesondifferenttypesofsediments

沉水植物菹草伊乐藻

表层湖泥8.5±1.54.5±0.5

硬底湖泥5.5±1.5

4.0±1.0

表层覆岸泥6.5±0.5

5.5±0.5

适合在表层湖泥中生长,2.3不同沉积物对两种沉水植物的干湿比的影响

干湿比可以反映植株体内干物质积累情况,进而判定植株的生长状况.在植物生长初期,鲜嫩的植物干湿比小,生命活动强烈;而植物生长后期,老龄植物干物质会增加,植物生长缓慢.3种沉积物对菹草和伊乐藻的干湿比影响显著(P<0.01),表现为硬底湖泥>表层湖泥>表层覆岸泥(图2b),这与植物生物量、株高的变化是基本一致的.

2.4不同沉积物对两种沉水植物的叶绿素含量的影响

叶绿素是叶片光合作用的物质基础,叶绿素含量多少与光合能力密切相关,通常测定干物(DW)叶绿素[22]

h)

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数表明,3种不同沉积物中的菹草和伊乐藻的叶绿素含量有显著差异(P<0.01),在表层覆岸泥和表层湖泥中,两种沉水植物的叶绿素含量均较高(表3).收获时观察到伊乐藻在3种不同沉积物中的差别最大,叶色区别明显;菹草的叶片大部分为浅黄绿色.

表3不同沉积物中两种沉水植物叶中叶绿素的质量分数

Tab.3Contentsofchlorophyllinleavesoftwosubmergedmacrophytesondifferenttypesofsediments

菹草

沉积物

Chl.a

(mg/g(DW))2.740±0.0252.160±0.1222.153±0.235

Chl.b

(mg/g(DW))0.957±0.0360.900±0.0531.174±0.120

Chl.a+Chl.b

(mg/g(DW))3.697±0.0613.060±0.1763.327±0.356

Chl.a

(mg/g(DW))2.144±0.0611.716±0.0022.573±0.085

伊乐藻Chl.b

(mg/g(DW))0.917±0.0440.744±0.0011.076±0.040

Chl.a+Chl.b

(mg/g(DW))3.061±0.1062.460±0.0023.649±0.125

表层湖泥

硬底湖泥表层覆岸泥

2.5不同沉积物对两种沉水植物的丙二醛的影响

丙二醛(MDA)是植物膜系统保护酶,植物在受到环境胁迫时其含量升高以去除膜系统活性氧,保护质膜免受破坏.硬底湖泥上生长的菹草和伊乐藻的MDA最高,表层湖泥上菹草的MDA最低,表层覆岸泥上伊乐藻的MDA最低(图2c).结果表明,表层湖泥适合菹草的生长,表层覆岸泥适合伊乐藻生长,而硬底湖泥不适宜菹草和伊乐藻生长,对植物的生长已产生了不利影响

.

图2不同沉积物上两种沉水植物株高(a)、干湿比(b)、丙二醛(c)变化Fig.2Theheight(a),ratioofdrytowet(b)andMDA(c)oftwosubmerged

macrophytesondifferenttypesofsediments

2.6沉积物pH、Eh及剩余营养物的含量比较

在沉水植物收获后,对不同沉积物的TN、TP、TOC、pH、Eh进行了测定.与初始值比较,两种沉水植物沉

积物中的TN、TP含量都有一定变化,在表层湖泥中,以菹草对沉积物中TN、TP吸收量最大;硬底湖泥中,两种沉水植物沉积物中的TN、TP含量变化不大;在表层覆岸泥中,伊乐藻对沉积物的TP吸收最大.菹草和伊

陶　花等:滆湖底质特性对菹草(Potamogetoncrispus)和伊乐藻(Elodeanattalii)生长的影响　387

性有关,伊乐藻对沉积物的泌氧能力较大,且伊乐藻生长的培养水的DO、pH都要比菹草的高(表5).沉水植物能有效控制沉积物中的TN、TP的释放,菹草和伊乐藻对不同沉积物中的TN、TP吸收也不同.

表4收获后不同沉积物的TN、TP、TOC、pH、Eh

Tab.4TN,TP,TOC,pHandEhvaluesofdifferenttypesofsedimentsintheend

沉积物表层湖泥硬底湖泥表层覆岸泥

植物类型菹草伊乐藻

菹草伊乐藻菹草伊乐藻

TN(g/kg)3.120±0.0073.462±0.0062.208±0.0052.268±0.0042.901±0.0062.976±0.007

TP(g/kg)0.750±0.0020.802±0.004

0.782±0.0050.782±0.0050.721±0.0030.704±0.002

TOC(g/kg)15.372±0.02617.883±0.036

11.476±0.03110.238±0.02915.368±0.02716.326±0.031

pH7.247.53

7.527.857.287.81

Eh(mV)-81.8-175.1

-76.4-119.5-98.5-181.7

表5　结束时沉水植物生长的培养水的pH、Eh和DO均值

Tab.5MeanvaluesofpH,EhandDOinwaterforthegrowthofsubmergedmacrophytesintheend

菹草

沉积物表层湖泥硬底湖泥

表层覆岸泥

pH10.1810.0610.09

Eh(mV)64.862.2

61.5

DO(mg/L)14.6113.66

13.98

pH10.2810.10

10.41

伊乐藻Eh(mV)81.377.8

65.5

DO(mg/L)16.2515.56

16.41

3结论与建议

(1)不同沉积物对沉水植物的生长有明显影响,表层湖泥中两种沉水植物的生物量最高,硬底湖泥中的两种沉水植物的生物量、株高最低,干湿比、MDA都最大.结果表明硬底湖泥营养水平较低,对植物生长产生一定的负面影响.

(2)菹草和伊乐藻在滆湖不同的沉积物上能够正常生长,表现出良好的适应性.但在不同的沉积物条件下,其生长状况差异显著,菹草适合在表层湖泥中生长,伊乐藻更适合在表层覆岸泥中生长,因此可以在滆湖对不适宜的底质环境进行一定的改造,以利于沉水植物的生长繁殖.

(3)在滆湖沉水植被重建过程中,需要根据不同沉水植物适应基质的差异性来构建水生植物群落,对不适宜沉水植物生长的基质进行一定的修复.沉水植物的种类较多,需要对其他沉水植物适应基质做进一步研究,以保证沉水植物能够良好的生长,进而实现湖泊沉水植被重建和生态系统的恢复.

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[toranofshawlakesbiecontrolanmipuion—thecfstrategyvarswitk