底泥對沉水植物生長和群落結(jié)構(gòu)

1、底泥對沉水植物生長和群落結(jié)構(gòu)底泥對沉水植物生長和群落結(jié)構(gòu) 的影響的影響葉葉 春春 ( (中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊生態(tài)環(huán)境中心中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊生態(tài)環(huán)境中心)于海嬋于海嬋 (北京師范大學(xué)北京師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院)宋祥甫宋祥甫 (上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院)一、實驗背景一、實驗背景 沉水植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的沉水植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者初級生產(chǎn)者，能夠，能夠提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，是無脊椎動物和提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，是無脊椎動物和脊椎動物的食物來源，對形成合理的湖泊生態(tài)系脊椎動物的食物來源，對形成合理的湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展十分重要。統(tǒng)

2、結(jié)構(gòu)，維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的良性發(fā)展十分重要。 很多因素都對沉水植物的生長、發(fā)育和群落演替很多因素都對沉水植物的生長、發(fā)育和群落演替產(chǎn)生影響，如產(chǎn)生影響，如底泥特征、營養(yǎng)鹽限制、光照強度、底泥特征、營養(yǎng)鹽限制、光照強度、植物生長類型、溫度和湖底地形等。植物生長類型、溫度和湖底地形等。 以往的研究多側(cè)重于在可控條件下對以往的研究多側(cè)重于在可控條件下對1 1個或者個或者2 2個個影響因子進行研究，缺乏不同性質(zhì)底泥對人工配影響因子進行研究，缺乏不同性質(zhì)底泥對人工配置的沉水植物生長和群落結(jié)構(gòu)變化接近自然、綜置的沉水植物生長和群落結(jié)構(gòu)變化接近自然、綜合的影響研究。合的影響研究。 二、實驗材料二、實驗材料 植

3、物植物黑藻黑藻金魚藻金魚藻 苦草苦草馬來眼子菜馬來眼子菜 微齒眼子菜微齒眼子菜底泥底泥 底泥均采自太湖北部湖灣西五里湖底泥均采自太湖北部湖灣西五里湖( (江蘇省無錫江蘇省無錫市市) )，該湖為城郊湖泊，呈富營養(yǎng)狀態(tài)。試驗所用，該湖為城郊湖泊，呈富營養(yǎng)狀態(tài)。試驗所用底泥為西五里湖生態(tài)恢復(fù)區(qū)的底泥為西五里湖生態(tài)恢復(fù)區(qū)的3 3種典型底泥。種典型底泥。 依據(jù)肥沃程度：依據(jù)肥沃程度： L L底泥底泥為原魚塘區(qū)退漁還湖后，經(jīng)深度清淤及塘埂為原魚塘區(qū)退漁還湖后，經(jīng)深度清淤及塘埂 土回填形成的生泥底泥；土回填形成的生泥底泥； M M底泥底泥為原魚塘區(qū)退漁還湖后，經(jīng)水下疏浚后的底為原魚塘區(qū)退漁還湖后，經(jīng)水下疏浚

4、后的底 泥；泥； H H底泥底泥為西五里湖非魚塘區(qū)且未經(jīng)疏浚的底泥。為西五里湖非魚塘區(qū)且未經(jīng)疏浚的底泥。 三、實驗方法三、實驗方法 5種供試植物構(gòu)成種供試植物構(gòu)成3種人工配置類型：種人工配置類型： I主栽種為主栽種為微齒眼子菜微齒眼子菜(占占60，其他各占，其他各占 10) II主栽種為主栽種為苦草苦草(占占60，其他各占，其他各占10) 主栽種為主栽種為黑藻黑藻(占占60，其他各占，其他各占10) 每個培養(yǎng)箱定植每個培養(yǎng)箱定植20叢沉水植物。試驗由叢沉水植物。試驗由3種種底泥和底泥和5種植物品種構(gòu)成的種植物品種構(gòu)成的3種人工配置類種人工配置類型組成，共計型組成，共計9個處理組，每個處理組設(shè)個

5、處理組，每個處理組設(shè)3個重復(fù)。個重復(fù)。 2004年年6月月13日將供試水生植物種植于培養(yǎng)箱內(nèi)，日將供試水生植物種植于培養(yǎng)箱內(nèi)，加水至浸沒植物，次日加水至加水至浸沒植物，次日加水至20 cm 6月月16日將培養(yǎng)箱內(nèi)注滿水，水深為日將培養(yǎng)箱內(nèi)注滿水，水深為47 cm 。培養(yǎng)。培養(yǎng)箱置于室外。箱置于室外。 53 d后，取出各桶內(nèi)全部植物，洗凈，分別測量后，取出各桶內(nèi)全部植物，洗凈，分別測量植物的植物的株高株高、根長根長、分蘗分蘗，并分離地上，并分離地上(泥面上泥面上)部分和地下部分和地下(泥面下泥面下)部分，稱量部分，稱量鮮質(zhì)量鮮質(zhì)量，在，在105下烘干下烘干1h后再在后再在80下烘干至恒重，稱量其

6、下烘干至恒重，稱量其干質(zhì)干質(zhì)量量。 數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析 水生植物相對生長速率水生植物相對生長速率(RGR) ： RGR=(ln W2一一ln W1)t W1、 W2 植物開始時、結(jié)束時的總的生物量干質(zhì)量植物開始時、結(jié)束時的總的生物量干質(zhì)量 t 試驗天數(shù)試驗天數(shù) 優(yōu)勢度：優(yōu)勢度：DV=(RF+RB)/2*100% RF 植物的相對頻度植物的相對頻度 RB 相對生物量相對生物量物種多樣性的測定：物種多樣性的測定：Shannon-Weiner指數(shù)指數(shù) H =-PilnPi 同時采用同時采用Simpson指數(shù)作為對照指數(shù)作為對照 D=1-Pi2 S-樣方內(nèi)物種數(shù)樣方內(nèi)物種數(shù) Pi 第第i物種第一次被抽中

7、的概率物種第一次被抽中的概率ssi=1i=1四、實驗結(jié)果四、實驗結(jié)果 1、底泥對植物成活率的影響、底泥對植物成活率的影響1、底泥對植物成活率的影響、底泥對植物成活率的影響 3種配置類型中植物的成活率對底泥的反應(yīng)相似，種配置類型中植物的成活率對底泥的反應(yīng)相似，依次為依次為L底泥底泥M底泥底泥H底泥底泥 表現(xiàn)為在肥沃度低、強度大的基底上成活率高；表現(xiàn)為在肥沃度低、強度大的基底上成活率高；而在肥沃度高、強度小的基底上植物成活率低。而在肥沃度高、強度小的基底上植物成活率低。2、底泥對平均相對生長速率的影響、底泥對平均相對生長速率的影響 2、底泥對平均相對生長速率的影響、底泥對平均相對生長速率的影響2、

8、底泥對平均相對生長速率的影響、底泥對平均相對生長速率的影響 成活率反映了底泥對植物定居的影響，而平均相成活率反映了底泥對植物定居的影響，而平均相對生長速率則反映的是底泥對植物生長速率的影對生長速率則反映的是底泥對植物生長速率的影響。響。 對于所有處理組而言，對于所有處理組而言， RGR呈現(xiàn)呈現(xiàn) M底泥底泥H底泥底泥L底泥底泥 植物生長的營養(yǎng)條件有一合適的濃度范圍，過高植物生長的營養(yǎng)條件有一合適的濃度范圍，過高或過低均不利于水生植物生長?；蜻^低均不利于水生植物生長。3、底泥對群落結(jié)構(gòu)的影響、底泥對群落結(jié)構(gòu)的影響 底泥對群落結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)在底泥對群落結(jié)構(gòu)的影響表現(xiàn)在改變?nèi)郝鋬?nèi)的物種改變?nèi)郝鋬?nèi)的物種

9、數(shù)、各物種的優(yōu)勢度數(shù)、各物種的優(yōu)勢度甚至甚至產(chǎn)生優(yōu)勢種的更替產(chǎn)生優(yōu)勢種的更替，以，以及及改變?nèi)郝鋬?nèi)的物種多樣性改變?nèi)郝鋬?nèi)的物種多樣性等。等。 與成活率相似，配置與成活率相似，配置I和和，在肥沃度低、強度大，在肥沃度低、強度大的底泥上物種數(shù)較高；配置的底泥上物種數(shù)較高；配置則沒有改變。馬來則沒有改變。馬來眼子菜在某些處理組中完全死亡眼子菜在某些處理組中完全死亡 。1)1)馬來眼子菜完全死亡馬來眼子菜完全死亡底泥對生物多樣性的影響底泥對生物多樣性的影響 經(jīng)統(tǒng)計檢驗，配置經(jīng)統(tǒng)計檢驗，配置I和和的生物多樣性在營養(yǎng)鹽含的生物多樣性在營養(yǎng)鹽含量低的量低的L底泥上最高，在營養(yǎng)鹽含量高的底泥上最高，在營養(yǎng)鹽含

10、量高的M和和H底底泥則較低。而配置泥則較低。而配置的生物多樣性在幾種底泥間的生物多樣性在幾種底泥間無顯著差別。無顯著差別。 試驗結(jié)束時，配置試驗結(jié)束時，配置的生物多樣性指數(shù)上升，的生物多樣性指數(shù)上升， 另外另外2種配置類型的生物多樣性指數(shù)則明顯降低。種配置類型的生物多樣性指數(shù)則明顯降低。底泥對各處理組內(nèi)植物優(yōu)勢度的影響底泥對各處理組內(nèi)植物優(yōu)勢度的影響0.580.730.110.220.0870.42 表明在這表明在這3種配置類型中，無論是否將黑藻種配置類型中，無論是否將黑藻作為主栽種，其優(yōu)勢度均有顯著的增加作為主栽種，其優(yōu)勢度均有顯著的增加 非黑藻主栽種的優(yōu)勢度有被黑藻取代的趨非黑藻主栽種的優(yōu)

11、勢度有被黑藻取代的趨勢，其中配置勢，其中配置最為明顯，其優(yōu)勢種已由最為明顯，其優(yōu)勢種已由微齒眼子菜演變?yōu)楹谠?。微齒眼子菜演變?yōu)楹谠?。五、分析與討論五、分析與討論 從所有配置類型的植物相對生長速率來看，氮、從所有配置類型的植物相對生長速率來看，氮、磷含量較高的淤泥底質(zhì)比生泥底質(zhì)更有利于沉水磷含量較高的淤泥底質(zhì)比生泥底質(zhì)更有利于沉水植物的生長，沉水植物具有較高的相對生長速率，植物的生長，沉水植物具有較高的相對生長速率，即在營養(yǎng)豐富的即在營養(yǎng)豐富的M M和和H H底泥上其相對生長速率大于底泥上其相對生長速率大于較為貧瘠的較為貧瘠的L L底泥。底泥。 可以認為，底泥的營養(yǎng)鹽水平是影響沉水植物生可以認為

12、，底泥的營養(yǎng)鹽水平是影響沉水植物生長的主要因素之一，但是，植物生長的營養(yǎng)條件長的主要因素之一，但是，植物生長的營養(yǎng)條件有一合適的濃度范圍，營養(yǎng)過高或過低均不利于有一合適的濃度范圍，營養(yǎng)過高或過低均不利于水生植物的生長。水生植物的生長。 當(dāng)湖泊底泥受到嚴(yán)重的有機污染時，底泥表層沉當(dāng)湖泊底泥受到嚴(yán)重的有機污染時，底泥表層沉積物的密度和穩(wěn)定性減小，呈半流體狀態(tài)。底泥積物的密度和穩(wěn)定性減小，呈半流體狀態(tài)。底泥的這種機械特性和不穩(wěn)定性容易受風(fēng)浪、水壓等的這種機械特性和不穩(wěn)定性容易受風(fēng)浪、水壓等外界作用的影響，從而不利于沉水植物的定植洶外界作用的影響，從而不利于沉水植物的定植洶馴，當(dāng)有機質(zhì)含量較高、底泥成

13、為還原性腐泥時，馴，當(dāng)有機質(zhì)含量較高、底泥成為還原性腐泥時，還會對水生植物產(chǎn)生脅迫效應(yīng)，不利于水生植物還會對水生植物產(chǎn)生脅迫效應(yīng)，不利于水生植物的存活和萌發(fā)。的存活和萌發(fā)。 在該試驗中，有機質(zhì)含量較高的淤泥底質(zhì)不利于在該試驗中，有機質(zhì)含量較高的淤泥底質(zhì)不利于沉水植物的成活沉水植物的成活(成活率：成活率：L底泥底泥M底泥底泥H底泥底泥)。M和和H底泥營養(yǎng)豐富，呈半流體狀態(tài)，密度和穩(wěn)底泥營養(yǎng)豐富，呈半流體狀態(tài)，密度和穩(wěn)定性差，植物的成活率定性差，植物的成活率(定居情況定居情況)相對較低；而相對較低；而在強度較大的在強度較大的L底泥上植物的成活率最大。底泥上植物的成活率最大。 有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量不同

14、，導(dǎo)致不同類型有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量不同，導(dǎo)致不同類型的底泥對水生植物成活和生長的影響也可的底泥對水生植物成活和生長的影響也可以在生物多樣性的指標(biāo)上得到反映，以在生物多樣性的指標(biāo)上得到反映，有機有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量較低的底泥有利于提高生質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量較低的底泥有利于提高生物多樣性指數(shù)物多樣性指數(shù)。 該試驗中，生物多樣性指數(shù)在營養(yǎng)鹽含量該試驗中，生物多樣性指數(shù)在營養(yǎng)鹽含量低的低的L底泥上最高，在營養(yǎng)鹽含量高的底泥上最高，在營養(yǎng)鹽含量高的M和和H底泥上則較低。底泥上則較低。 在水生植物恢復(fù)的工程實踐中，對于呈富營養(yǎng)狀在水生植物恢復(fù)的工程實踐中，對于呈富營養(yǎng)狀態(tài)的湖泊水體，其沉水植物的自然恢復(fù)過程困難態(tài)的湖泊水體，其沉水植物的自然恢復(fù)過程困難且漫長。且漫長。 因此應(yīng)在大量減少或緩解流域內(nèi)污染壓力的前提因此應(yīng)在大量減少或緩解流域內(nèi)污染壓力的前提下，根據(jù)環(huán)境條件選擇合適的優(yōu)勢種，保證底泥下，根據(jù)環(huán)境條件選擇合適的優(yōu)勢種，保證底泥的適當(dāng)肥沃并達到一定的穩(wěn)定性，綜合考慮植物的適當(dāng)肥沃并達到一定的穩(wěn)定性，綜合考慮植物栽培的成活率、生長速率、生物量累積