（环境科学专业论文）底质性质对沉水植物生长的影响.pdf

河海大学碗_ 上毕业论文 a b s t r a c t a q u a t i ce c o s y s t e mr e h a b i l i t a t i o na n dr e s t a b l i s h m e n th a v er e c e i v e dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o nn a t i o n a l l yi nw a t e re n v i r o n m e n tf i e l do fc h i n a p r e v e n i e n tr e s e a r c hs h o w st h e r e v e g e t a t i o no fs u b m e r g e dm a c r o p h y t e si st h eb a s ef o rw a t e re c o s y s t e mr e h a b i l i t i o n a s t h em a i np r i m a r yp r o d u c e ro fa q u a t i ce c o s y s t e m ，s u b m e r g e dm a c r o p h y t ei st h eb a s et o m e n t a i nb i o d i v e r s i t yo fw a t e r - b o d i e s t h i sk i n do fm a c r o p h y t e sp r o v i d ef o o d ，s i t ea n d o t h e rn e c e s s a r yc o n d i t i o n st ob u i l dt h ec o m p l i c a t e df o o dc h a i n ，i ta l s os u s t a i n c a r n i v o r o u sa n dd e t r i t u sf o o dc h a i ni n d i r e c t l ya sw e l l ，b ya d d i n ge c o l o g i c a ls p a c e ， r e s t r a i n i n gb i o t i ca n d a b i o t i cs u s p e n ds u b s t a n c e ，a n di m p r o v e i n ge n v i r o n m e n t a lf a c t o r s s u c ha st h el i g h ti n t e n s i t ya n dd i s s o l v e do x y g e n b e c a u s ew a t e rw e r ei m p r o v e db ys u b m e r g e dm a c r o p h y t ew a sb a s e do nn i c e r g r o w t ho fs u b m e r g e dm a e r o p h y t e ，s t u d yo nt h ec o n d i g nc i r c u m s t a n c eo fs u b m e r g e d m a c r o p h y t eg r o w t hw a sv e r yi m p o r t a n t t h ep r i m a r yf a c t o r so fa f f e c t i n gs u b m e r g e d m a c r o p h y t e w e r el i g h t ，w a t e ra n ds e d i m e n t t h ec h a r a c t e r so fs e d i m e n ta f f e c t e n o r m o u s l yg r o w t ha n dp h y s i o l o g yo fs u b m e r g e dm a c r o p h y t e ，b e c a u s es e d i m e n tw a s b e d r o c ko ft h er o o to fs u b m e r g e dm a c r o p h y t ea n dw a ss o u r c eo fs u b e m e r g e d m a c r o p b y t en e e d f u ln u t r i t i o n t h em a i nw o r ki nt h et h e s i sw a ss u m m a r i z e da sf o l l o w s ： t 、s t u d yo nt h er e l a t i o nb e t w e e n c h e m i cc h a r a c t e ro ft a il a k e s e d i m e n ta n d s u b m e r g e dm a c r o p h y t e t h er o o ta c t i v eo fv a l l & n e r i an a t a n sli nt h eb l o o ma n dt h e r e l a t i o nb e t w e e nt h er o o ta c t i v ea n dc h e m i cc h a r a c t e ro fs e d i m e n tw e r ek n o w n 2 、s t u d yo nt h ee f f e c ta m m o n i a - n i t r o g e n ，n i t r a t e n i t r o g e no fs e d i m e n tt og r o w t ho f s u b m e r g e dm a c r o p h y t e t h ec o n c e n t r a t i o n s o fa m m o n i a - n i t r o g e n ，n i t r a t e n i t r o g e n r e s t r a i n i n gt h eg r o w t ho fs u b m e r g e dm a c r o p h y t ew e r ek n o w n 3 、s t u d yo nt h ee f f e c tp a r t i c l ec o m p o s i t i o n ，b u l kt og r o w t ho fs u b m e r g e dm a c r o p h y t e p a r t i c l ec o m p o s i t i o n ，b u l ko f t h eb e t t e rg r o w t ho f s u b m e r g e dm a c r o p h y t ew e r ek n o w n 1 1 河海人学硕 毕业论文 k e y w o r d s ：s u b m e r g e dm a c r o p h y t e ，s e d i m e n t ，a m m o n i a n i t r o g e n ，n i t r a t e n i t r o g e n ， p a r t i c l ec o m p o s i t i o n ，b u l k ，g r o w t h 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：丕毡i 缝 d 卵6 年 弓月节日 ( 注：手写亲笔签名) 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理。 哆窘仨羹鬟煮：、：三罐扯加名年弓月7 日 ( 注：手写亲笔签名) 。 7 河海人学硕士毕业论文 第一章绪论 水是地球上万物的命脉所在，是人类生活和生长不可缺少的基本物质之一。 水滋润万物、哺育生命、创造文明。地球上淡水总量仅为o 3 6 亿k m 3 ，而且这不 足地球水量的3 的水中，有7 7 | 2 是以冰川i 和冰盖的形式存在与极地和高山上， 也难以为人类直接利用；2 2 4 为地下水和土壤水，其中2 3 的地下水深埋在地下 深处；江河、湖泊等地面水的总量大约只有2 3 万k m 3 ，占淡水总量的o 3 6 ，可 见供人类直接利用的淡水资源是十分有限的。我国的平均年水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，其中平均年地表水资源量( 即河川径流量) 为2 7 1 1 5 亿m 3 ，约占全球径流 总量的5 8 ，平均年径流深2 8 4 m m ，低于全球平均年径流深3 1 4 m m 。耕地亩均 占有河川径流量仅为世界亩均占有量的3 4 。我国地域辽阔，全国水资源的地区分 布与人口、土地资源的配置很不适应，呈现南多北少，相差悬殊。同时，我国水 资源浪费也比较严重，单位国民生产总值( g d p ) 的耗水量是美国的1 5 倍，是日 本的3l 倍。我国城市缺水更为严重，全国统计有4 3 4 个城市缺水，其中5 0 个城 市属水荒城市。我国有2 1 0 7h m 2 农田受干旱威胁，9 3 1 0 7h m 2 草场缺水，我 国是世界1 3 个贫水国之一【“引。 除了水资源的匮乏，当前我国能够被人类直接利用的有效水资源已经受到严 重污染。2 0 0 1 年1 月初，长江水利委员会发布了2 0 0 0 年长江片水资源公报( 简 称公报) 。公报显示，长江流域废污水排放量逐年增加，2 0 0 0 年长江流域 工业、生活废污水排放量2 3 3 9 亿吨，比上年增加2 7 亿吨，河流水质呈现下滑趋 势，大量湖泊富营养化。公报还显示，在2 0 0 0 年，按照地面水环境质量标准 对长江流域3 0 3 1 2 公早河长进行全年期河流水质总评价，结果表明，其中i 类水 标准的河长1 7 0 5 公里，仅占5 6 ：劣于i i i 类水标准的河长占总评价河长的2 6 ， 比1 9 9 9 年增加5 ：水质劣于v 类、丧失了使用功能的河长1 3 2 1 公里，占4 4 。 据统计，我国因污染而不能饮用的地表水已占全部监测水体的4 0 ；全国大型湖 泊或城市湖泊均达到中度污染或重度污染；我国现有河流近一半的河段受到污染， 4 5 河段鱼虾绝迹，而在流经各城市的河段中，不适合作饮用水源的高达7 8 ；全 国有十分之一的河流因严重污染而失去了使用价值【4 “。 河海大学硕士毕业论文 水污染严重破坏了生态环境。首先是破坏水环境中的生态系统。高浓度的氮、 磷造成水体的富营养化，导致藻类大量繁殖，造成夜问水体溶解氧的急剧下降， 使鱼虾等水生生物大量死亡，厌氧微生物的大量滋生并分解有机物产生了有毒的 硫化氢、硫醇等气体，这些有毒并具有恶臭的气体一方面使水体发生恶臭，另一 方面也对水生生物造成毒害。上述各种因素都对水环境中的浮游生物、水底栖息 生物等多种鱼饵生物造成严重危害，并破坏了鱼类的食物链，从而彻底破坏了水 环境中的生态系统。其次，还危害整个生态系统。由于水体污染加重，功能下降， 湖泊等水体有向沼泽化方向发展的趋势，导致水体面积减少，生态受到破坏。近 3 0 年，我国的湖泊面积减少了1 1 5 亿平方米，湖北省是我国湖泊最多的省份，但 5 0 年来，湖北省的湖泊数量已急剧减少了近7 0 ，从1 0 6 6 个减少到仅剩下3 2 6 个，而且这3 2 6 个湖泊的面积也缩小了许多，造成湖泊及沿岸周围生态环境明显 变化和恶化。水环境中泥沙污染还会由于水体混浊、透光性减弱使水体中光合作 用减弱从而对水体中各种植物的生长发育造成危害，并影响整个大气环境中正常 的二氧化碳及氧气的大循环，从而影响整个生态系统的平衡1 7 】。 在过去2 0 多年中，国内外专家、学者针对受损水环境展开了各种治理技术的 研究，主要强调这些技术对于水质的改善作用。由于受损的水环境中生态系统遭 到破坏，属于生态问题，而对于生态问题需要应用生态的方法去解决。因此，水 生态修复方法成为水环境治理技术中的研究热点。其中，水生植物修复引起更多 专家学者的关注。这是由于水生植物不仅能够快速吸收上覆水和沉积物中的营养 盐，分泌化感物质抑制藻类，而且对水体生态系统的物理化学及生物学特性亦有 重要影响，同时又因其价格低廉，从而成为水生态修复研究中的热点。 1 1 水生植物修复的研究现状 水生植物包括沉水植物、挺水植物、浮叶植物和漂浮植物。利用水生植物对 水体环境进行改善的研究主要集中于三个方面：( 1 ) 在其生长繁殖过程中从水中 吸收营养盐改善水质的研究；( 2 ) 通过分泌化感物质及竞争营养、阳光抑制藻类 生长繁殖的研究；( 3 ) 扎根于底质，通过对底质的固定作用抑制底质再悬浮造成 的营养盐释放的研究。 河海大学硕士毕业论文 1 1 1 水生植物的水质改善效果研究 利用水生植物构建人j 二复合生态系统改善水质。乇国祥等嗍选取在太湖生长的 喜旱莲子草( a l t e r n a n t h e r a p i l o x e r o i d e s ) 、菱( t r a p an a n t n sw 鼬咿i h o s a ) 、水 鳖( h y d r o c h a r i s 5 田) 、风眼莲( e i c h h o r n i sc r a s s i p e s ) 、伊乐藻( e l o d e a n u t t a l l i o 、金鱼 藻( c e r a t o p h y l l md e m e r s u m ) 、轮叶黑藻( h y d r i l l av a r t i c i l a t a ) 、紫背浮萍( s p i r o d e l a p o l y r h i z a ) 等高等水生植物在太湖血里湖中建立人一复合生态系统( a r t i f i c i a l c o m p l e xe c o s y s t e m ，a c e ) 。富营养化湖水经过浚系统后，藻类生物量( 以叶绿素计) 下降5 8 ，氨氮下降6 6 ，总氮下降6 0 ，总磷下降7 2 ，可溶性磷酸盐下降8 0 ， 水质得到明显改善。当这些水生植物腐烂的时候同样也会向水中释放营养盐，只 要我们在水生植物收获时进行收割，那么腐烂所将产生的营养盐中的7 5 都将被 移出水体1 9 1 。 水生植物对水体有降低营养的功效，但是在不同营养条件下，不同水生植物 的改善效果不一样。高吉喜等”1 在比较了7 种植物：慈菇( s a g l t t a r i as a g i t t i f o l i a l i n n ) 、菱白( z i z a n i al a t i f o l i as t a p f ) 、菹草( p o t a r n o g e t o nc r i s p u sl i n n ) 、会鱼藻 ( c e r g t o p h y l l u md e r a e r s u ml i n n ) 、满江红( a z o l l a i m b r i c a t en a k ) 、水花生 似l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o d i e sg r 豇 e b ) 、菱角( t r a p a j a p o n i c af l e r ) 对污水中n 、p 去 除的效果得出，对n 的去除率由大到小排列次序为：慈菇 茭白 水花生 菹草 金 鱼藻 满江红 菱角。除p 效果在7 月和8 月效果有所不同，在两个月均保持高效 的植物有满江红、茭自、慈菇和擅草4 种植物。在这些植物中，大部分植物相互 结合后玎j 提高植物对水体氮磷的整体改善效率。由文辉等【i ”认为，当河水停留时 间为3 0 天时，对t n 、t p 的去除率水雍菜分别为8 1 3 2 、7 1 3 4 水芹菜分别为 8 2 7 7 、9 47 7 。不i 刊植物对氨、磷的吸收具有不同的条件和要求。金送笛等1 1 2 1 研究菹草( p o t a m o g e t o nc r i s p u s ) 时发现，在p h 为8 0 - - 95 ，水温为1 9 - - 2 8 c 的 实验条件下，水中氨氯浓度低于o 3 5 m g l 左右时，菹草茎、玎【优先吸收硝态氮， 而水中氨氮浓度高于o 3 5 m g l 左右时，则优先吸收氨氨，并且这选择与氨氮硝 态氯比值无关。强光照、高温( 3 0 ( 2 ) 和高p h 的协同作用严重影响菹草硝酸还原 酶活性，王旭明掣”1 认为在不同温度( 1 5 和2 0 。c ) 条件下，水芹菜对营养的吸 收率是不同的，对总氮的吸收率分别为6 6 + 6 7 17 2 9 8 ，对氨氢的吸收率分别为 9 5 和1 0 0 ：对总磷的吸收率分别为7 33 和8 63 。 9 5 g j1 0 0 ：对总磷的吸收率分别为7 3 3 和8 6 3 。 河海大学硕士毕业论文 水生植物在吸收水体中营养盐的同时也会对水体中的重金属进行富集。 c s a n c h i z 等 1 4 1 对西班牙地中海地区的水生植物p o s i d o n i ao c e a n i c a 和c y m o d o c e a n o d o s a 的研究发现，在底泥和植物体内都有h g 和z n 的存在，并且植物体内重金 属的浓度与底质中的浓度具有相关性。m e e t ug u p t a 等【l5 】对黑藻( h y d r i i l a v a r t i c i l a t a ) 和苦草( v a l l i s n e r i as p i r a l i s ) 的研究中也发现其对h g 有着极强的富集 能力，并且提出是通过植物螯合作用对重金属进行富集。水生植物对重金属富集 时，其各部位的富集能力也不一样，最终在水生植物各个器官内的重金属的浓度 也不一样。t s a w i d i s 等【1 6 | 对德国北部的一片湖泊和四条河流中的水生植物体内的 重金属含量进行了研究，发现重金属在水生植物体内浓度的分布为根 根状菌束 叶 花 茎 种子。 水生植物在有降低水体中营养盐和重金属的同时，也有改善水体溶氧的能力。 k a s p e r 掣 1 在研究底质与l i t t o r e l l au n i f l o r a 的关系时发现，生长有lu n i f l o r a 区 域上的底质中氧化还原电位要那些没有lu n i f l o r a 的底质上的氧化还原电位高。 但是j a nh j a n s e 等埔1 研究水体富营养化时发现，当水体中污染浓度加重，而引起 大量浮萍繁殖覆盖水面时，将会使水体处于缺氧状态，从而导致水体环境恶化。 1 1 2 水生植物的克藻效应 水生植物和藻类之间存在着相生相克( a l m o p a t h y ) f 1 9 j 作用。水生植物对藻类 的克制作用，一方面是因为沉水植物与浮游藻类争夺营养和光照而抑制藻类的过 量生长2 0 】：另一方面也是最主要的原因是克生化合物的存在。 1 9 4 9 年h a s l e r 等人 2 1 1 首次发现了水生植物对藻类的克制效应。k o g a n 等 2 2 1 对 无刺金鱼藻进行了分析，特别指出无刺金鱼藻对蓝绿藻有非常好的抑制效果，但 对绿藻却无任何影响，说明其克藻作用有一定的专一性。俞子文等【2 列研究证实了 水花生( a l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s ) 、水浮莲( p i s t i as t r a t i o t e s ) 、满江红( a z o l l a i m b r i c a t a l 、紫萍( s p i - r o d e l ap o l y r h i z a ) 和西洋菜( s i u m s u a v ev a r a n g u s t i f o l i u m ) 与雷氏衣藻( c h l a m y d o m o n a sr e i n h a r d t i l ) 有相生相克关系，并和水葫芦( n , i t i a 莲， e i c h h o r n 如c r a s s i p e s l 的作用进行了比较，发现5 种水生植物均有克制效应，但不 如水葫芦强。从水花生、水浮莲和水葫芦的种植水中得到的分泌物粗提物，也表现 出对雷氏衣藻的克制效应。顾林娣等【2 4 】在研究苦草( v a l l i s n e r i a s p i r a l i s ) 种植水对 河海大学硬士毕业论文 藻类生长的影响时，发现随着种植水浓度的加大，所试验的两种藻一羊角月牙藻 ( s e l e n a s t r u mc a p r i c o r n u t u m ) 和斜生栅藻( s c e n e d e s m u so b l i q u u s ) 的生长在递减， 并且种植水浓度越大，抑制作用也越大。表明水生植物在旺盛生长时能向水体中 分泌某些生化物质，杀死藻类或者抑制其生长繁殖。v a na l l 一”i 等进一步对几种水 生植物进行了研究，发现当水中存在大量茨藻属和孛萁属水草时，虽然池水富营 养化，但藻类生长少，通过对孛萁属水草的提取、分离、鉴定得一组脂肪酸类的 物质，有效成分为二十碳的三羟基环戊基腊肪酸和十八碳的三羟基环戊烯酮脂肪 酸。该物质在低浓度下能刺激藻类的生长，高浓度下则有抑制作用。他们对蓝绿 藻特别是a n c h a e n e 和a n a l y s f f c 抑制效果最为明显。 1 1 3 水生植物对底泥释放的抑制作用 j d m a d s e n 等 2 6 1 研究了水、底泥和沉水植物之间的关系，发现水体的流动会 刺激和增加沉水植物的多样性，沉水植被会降低水体的流速，而增加水体的沉降 量和降低底质的再悬浮，水体混浊度的降低会增加水体的透光性丽有利沉水植物 的生长。除此之外，国内外的一些专家学者还重点研究了水生植物对底泥中污染 物质释放的影响。如j a m e s ，w f 等研究了美国明尼苏达州的m a r s h 湖中眼予菜 ( p o t a m o g e n ) 植被对表层沉积物因风和波再悬浮的影响，发现沉积物的再悬浮率 从3 2 降低到5 。宋福等2 8 1 研究了狐尾藻、菹草、苦革、伊乐藻、金鱼藻、蓖齿 眼子菜、轮藻等7 种常见的沉水植物对草海水体( 含底泥) 总氮去除速率，发现 随着时间的延长，水体中总氮浓度呈现指数形式衰减，控制了底泥中总氮向水中 的释放。童昌华等【2 9 1 开展了采用狐尾藻、风眼莲2 种水生植物控青湖泊底泥营养 盐释放的研究。结果表明，水生植物能有效抑制底泥中t n 、t p 、硝态氮和氨氮的 释放。 1 2 沉水植物与水环境关系研究现状 沉水植物属于水生植物，所以水生植物具有的环境效应，沉水植物也具有， 并且由于沉水植物相比其它类型的水生植物来说，它的整个植株都浸在水中，其 对水体环境有着更强的效应。比如在冬季，大多数水生植物生长极其缓慢，一些 河海大学硕士毕业论文 漂浮植物，挺水植物死亡，但是朱伟等研究伊乐藻( e i o d e an u t t a l l i i ) 时，发现 在冬季水温3 - 7 的低温条件下，伊乐藻还具有明显的生长能力，对水体中t n 、 t p 和c o d 。，都具有一定的净化效果，同时对藻类表现出一定的抑制作用。童昌华 等冽在研究中也发现沉水植物狐尾藻比漂浮植物凤眼莲对底泥释放的抑制效果 好。 沉水植物对水体的环境效应建立在其能够正常生长的前提之下，因此研究沉 水植物的适生环境就显得尤其重要。影响沉水植物生长的主要因素包括光、上覆 水和底质。 1 2 1 光 光是植物生长的能量来源，光强可以影响植物的光合作用，从而影响植物的 生长。n il e y i f 3 l j 在研究了水深o 6 m 、1 1 m 、1 2 m 、1 3 m 、1 4 m 、1 6 m 、1 7 m 处 弱光对微齿眼子菜生理生态的影响，发现水深1 3 m 处的微齿眼子菜叶绿素含量最 高。b a r k o 等人【3 2 q 4 1 研究了光强对黑藻、聚草、苦草等沉水植物生理的影响，发现 叶绿素含量均随着光强降低而升高。薛维纳【3 5 1 研究发现当光强低于5 0 0 1 u x 时黑藻 可溶性蛋白含量就会下降、c a t 活性上升，说明5 0 0 1 u x 以下光强就会抑制黑藻生 长。 刘鸿亮等3 6 l 研究了光照条件与沉水植物生态阈值的关系：根据室内模拟实验， 菹草等沉水植物模拟群落的昼夜光补偿点在1 2 0 0 - 1 5 0 0 l u x ，单物种的昼夜光补点 为6 5 0 - - 8 5 0 l u x ，它表明菹草等沉水植物群落或稀疏单物种种群在白昼有光照、晚 上无光照的情况下，要维持群落一定的生物量和种群的生存，白天所必需达到的 光照强度。而现状调查表明：草海中水下1 【l 处的光照强度在9 0 l u x 左右，远远低 于模拟群落和单物种的昼夜光补偿点。因此，从光照对水生植物生长影响的角度 分析，可以认为水下光照强度的不足是引起草海沉水植物多样性消失的一个可能 的重要原因。 1 2 2 上覆水 较之挺水植物、浮叶植物及漂浮植物，沉水植物的根、茎、叶全浸没于水下， 上覆水的性质对于沉水植物的生长及生理特征有重要的影响。目前，国内外对沉 河海大学硕士毕业论文 水植物生长的上覆水的性质研究较多，主要集中在透明度、营养盐浓度及重金属 离子含量对沉水植物生长的影响。 ( 1 ) 透明度 水下光照强度、沉水植物光补偿深度与水体透明度有直接关系。透明度是判 断水体富营养化程度的最直接最简单的指标之一。根据沉水植物光补偿深度与水 体透明度之间的关系式，要恢复沉水植物的多样性，就要将透明度提高到一定程 度。刘鸿亮等3 6 1 研究滇池草海沉水植物光补偿深度与透明度的关系发现，在实际 水深为2 0 0 e m 左右的水域要有稀疏的单物种沉水植物种群生长，水体的透明度必 须达到6 7 c m 左右，要形成拥有一定生物量的沉水植物群落，水体的透明度则须达 到7 9 c m 左右，而实际调查表明水深在2 0 0 e m 左右的草海水域，实际透明度只有 3 0 c m ，所以透明度过可能小是草海沉水植物多样性消失的一个重要原因。 朱伟等口7 1 对于水体中悬浮物对菹草( p o t a m o g e t o nc r i s p u s ) 生长影响的研究中 发现，造成水体透明度降低的悬浮物不利于菹草的生长，并且影响到菹草正常的 生理生命活动。 ( 2 ) 营养盐 y o n g h o n g 等研究了n 和p 对e i c h h o r n i ac r a s s i p e s 、苦草( v a l l i s n e r i a s p i r a l i s ) 和马来眼子菜( p o t a m o g e t o nm a a c k i a n u s ) 生长腐烂的影响发现，不同营养种类 对不同的沉水植物有着不同的影响。增加有效磷的供应量会对ec r a s s i p e s 的腐烂 速度提高6 8 一8 7 ，氮浓度对苦草的影响更大。 b e s t l 3 9 t 研究了氮素对金鱼藻( c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ) 的生长和其体内氮含 量的影响，发现在水培条件下l m g l 氨氮促进金鱼藻生长，5 m g l 氨氮开始抑制 生长。而在富营养水和底质条件下，o 6 m g l 氨氮即抑制生长和升高过氧化物酶 ( p o d ) 活性。n i ，l 【删研究了d o n g h u 湖水体营养盐浓度的升高对马来眼子菜 ( p o t a m o g e t o nm a a c k i a n u s a b e e n ) 生长的影响，发现马来眼予菜体内氮、磷以 及过氧化物酶( p o d ) 的变化与水体氮浓度梯度有相关关系，在d o n g h u 湖中马来眼 子菜的衰退与水体中氮浓度的升高有很大关系。 曹特等4 ”研究了金鱼藻( c e r a t o p h y i l u md e m e r s u m ) 抗氧化酶对水体无机氮升 河海大学硕士毕业论文 高的响应，发现在铵盐处理下过氧化氢酶( c a t ) 活性变化最大，在5 - 1 5 h 其活性与 处理浓度正相关，更长时间2 4 h 处理则导致响应停止。超氧化物酶( p o d ) 和过氧化 氢酶( c a t ) 活性对处理浓度变化的响应趋势都是在低浓度处理上升然后在较高浓 度下降，过氧化氢酶( c a t ) 对铵盐胁追响应较快。 ( 3 ) 重金属 沉水植物可以通过植物螯合作用富集重金属心 但是重金属同样也会对沉水 植物产生作用。 w t d u s h e n k o 等【4 3 】研究砷对p o t a m o g e t o n p e c t i n a t u sl 生长的影响时发现，高 浓度的砷降低了植物的鲜重，并且影响了其对磷的吸收。m g u p t a 等1 苦草 ( v a l l i s n e r i as p i r a l i s ) 与h g 之间的关系时发现，短期低浓度的h g 会被苦草所富 集，但是随着h g 浓度的加大，苦草对其它营养盐的吸收会降低，其硝酸还原酶活 性随着h g 浓度的升高降低。 k a i r e s a l o 等m 5 1 研究伊乐藻时发现，n i 对伊乐藻的新陈代谢产生了胁迫。施国 新等人 4 6 - 5 0 l 对于镧( l a s + ) 、铈( c e 3 + ) 、铬( c ，c r 3 + ) 、汞( h 9 2 + ) 、镉( c d 2 + ) 、 锌( z n 2 + ) 、铜( c u 2 + ) 等重金属对黑藻( h y d r i l l av a r t i c i l a t ) 、菹草( p o t a r n o g e t o n c r i s p u sl i n n ) 、竹叶眼子菜( p o t a m o g e t o nm a l a i a n u sm i q ) 、金鱼藻( c e r a t o p h y l l u m d e m e r s u m ) 、满江红( a z o l l ai m b r i c a t e n a k ) 、水花生( a l t e r n a n t h e r a p h i l o x e r o i d e s ) 、 浮萍( l e m n a m i n o r ) 等等一系列水生植物的生长作了大量的研究得出了不同重金 属对不同水生植物的生长的胁迫浓度。比如在研究镧、铈、铬、锌对竹叶眼子菜 ( 只m a l a i a n u sm i q ) 的毒害作用时，发现l 一，c e 3 十，z n 2 + 在低浓度范围内，均 能诱导叶绿素、蛋白质合成，但浓度过高时却对叶绿素、蛋白质起破坏作用；而 c r 6 + 处理却使上述两指标随其浓度的升高逐渐降低。4 种离子的毒性强度依次为 c r 6 + c e ” z n 2 + l a 3 + 。c r 6 + 对竹叶眼子菜的致死浓度为0 5 1 m g l ，c e 3 + ，z n 2 + 为 3 - 5 m g l ，l a 3 + 为7 - 1 0 m g l 。镧、铈同重金属元素铬、锌对竹叶眼子菜的毒害机制 相似。 ( 4 ) 其它因素 在上覆水中还有一些其它的因素也会对沉水植物的生长带来影响。h a s e e b 等 河海大学硕士毕业论文 ”l j 在研究温暖的浅水湖泊中沉水植物的演替时发现，大量营养盐的涌入，使湖泊 达到超富营养状态，导致藻类过量繁殖，影响到了伊乐藻的繁殖，使得其生物量 下降了5 5 之多。尹黎燕等【5 2 1 对苦草的生长发育研究时发现，由蓝藻产生的微囊 藻毒素抑制了苦草的生长和发育。微囊藻毒素 0 0 0 0 1 m g l 时就对苦草种子的发 芽、子叶生长、真叶的形成和生长、不定根的形成和生长以及根毛的生长都收到 了一定的抑制作用。 高键等【5 3 l 研究了溶氧、温度对菹草( p o t a r n o g e t o nc r i s p u sl i n n ) 冬芽萌发及 生长的影响，发现溶氧对菹草冬芽最终萌发率和单个冬芽萌发出芽的个数有极显 著的影响，厌氧条件萌发率高，温度对萌发后两周的幼苗的生长有显著影响，2 0 时幼苗正常生长，1 0 时幼苗生长缓慢。 1 2 3 底质 底质是沉水植物根系固着的基础，同时也是沉水植物吸收营养物质的来源， 其性质对沉水植物的生理、生长有重要的影响。但是，目前关于底质性质对沉水 植物生长的影响相对上覆水对沉水植物的影响的研究较少，主要集中在以下方面： ( 1 ) 低营养盐浓度范围内，底质是植物生长所需矿质营养的主要 来源 底质中含有丰富的有机质和矿物质，国内外的专家学者已经展开沉水植物与 底质中有机质和矿物质之间相关关系的研究。m a r k 6 t as f i g o v f i - m a r e 】i l ! k o v f i 等1 5 4 j 研究 了捷克南部的b o h e m i a 中小黑三棱( s p a r g a n i u me m e r s u mr e h m ) 和底质营养状 态的生长关系，发现含有丰富矿质营养和有机物质的底泥上小黑三棱( s p a r g a n i u m p m e 腮r e h n l ) 生长很好。j o h nwb a r k o l 5 5 1 研究了底质和上覆水中k 的含量对黑 藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a 仁r o y l e ) 生长的影响，发现底质结构和有机物组成的 不同影响了k 的含量，k 的低供应量影响了黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a 仁r o y l e ) 的生长。j o h nw b a r k o 和r m i c h a e ls m a n 研究了生长在北美4 0 种不同湖泊底 质上的狐尾藻( m y r i o p h y l l u ms p i c a t u ml ) 和黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t a 但列 r o y & ) ，发现有机质的增加能刺激黑藻( h y d r i l l av e r t i c i l l a t ar 三f or o y & ) 的生长， 在低营养条件下营养素在低有机底质中的长距离的扩散限制了狐尾藻 一塑塑查兰堡圭兰些堡兰 2 0 0m g ( g _ h ) 。本研究中没有 发现底质营养盐对苦草生长的胁迫浓度，这需要开展进一步的研究。因为底质的 状态比较复杂，影响沉水植物生长的因素也较多，有必要开展底质中单因素对沉 水植物生长影响的研究，同时在调查中也发现，底质物理性质和生物性质可能对 苦草的生长具有较大影响，有必要对此丌展研究。 限于时间原因，本文只丌展了底质中氮素含量对沉水植物生长影响和底质物 理性质对沉水植物生氏影响的研究。 河海大学硕士毕业论文 2 4 本章小结 1 、在调查区域内发现底质营养赫含量与苦草根系活力没有显著相关性。在此 区域内，未发现底质的营养盐浓度对苦草的生长产生胁迫。 2 、在苦草生长处于旺盛生长期时，长势较好的苦草的根系活力一般 2 0 0 m g ( g h ) 。 河海大学硕士毕业论文 第三章底质中的氮对沉水植物生长的影响 氮是除碳、氢、氧外在植株体内含量较多的元素。植物根系从土壤中吸收氮 的主要形态是铵态氮( n h 4 + - n ) 和硝态氮( n 0 3 - 一n ) ，低浓度的亚硝态氮( n 0 2 - n ) 也可被植物吸收。植物在整个生长周期中，各器官生长与发育都需要氮，但是氮 供给量的多少将会对器官的发生量和生长状况产生影响【_ 巧】。同样沉水植物的生长 状况也与水体环境中氮供给量的多少有着直接的关系。目前国内外关于氮对沉水 植物生长的影响主要集中在上覆水的研究，关于底质中氮的影响研究几乎空白， 本章分别讨论了底质中不同浓度氨氮、硝氮对沉水植物生长的影响。 3 1 底质中氨氮对沉水植物生长的影响 在前面的调查性研究中，没有发现底质中氨氮的含量与沉水植物生长之间的 相关关系，但根据生物耐性法则和植物营养胁迫理论【7 5 , 7 7 1 ，当营养盐的浓度高于 某临界值时，营养浓度的增加将会加大其对植物的生长，此研究就是期望能够找 出底质氨氮对沉水植物生长产生胁迫的临界浓度。 3 1 1 材料与方法 ( 1 ) 材料 苦草( v a l l i s n e r i an a t a n sl ) 生物学特性同第二章 伊乐藻( e l o d e ac a n a d e n s i s ) 形态特征：多年生或可能偶有一一年生。茎干伸长，分枝有序但间隔很长，地 下茎横走，匍匐状，水中茎直立，伸展；直立茎或分枝的顶端或腋部发育出珠芽 状冬芽( 具鳞根出条) 。叶茎生，鳞片状，对生或3 8 片轮生。无柄，线性至倒卵 形，沿茎干间隔有序地排列但向顶间隔缩短，叶缘具齿，细尖或钝尖；叶鞘因小 鳞片成对( 或分枝处更多) ，卵形或横向椭圆形，全缘，透明。花序位于普通营养 叶的腋部；佛焰苞无柄或具短柄，由2 枚苞片合生而成。雌雄异株，雄花小，浮 河海大学硕士毕业论文 于水面，或由线状、纤细的花梗连接，或在花芽时脱离后水面；萼片3 枚，卵形， 伸展或反折；花瓣3 枚，不育或缺；雄蕊9 枚或有时较少无退化雄蕊，花粉在 单孢或四分体时释放。雌花单生，近无柄但具一长索状的隐头花序将花顶至水面： 花被由3 枚长圆形至卵形的萼片和3 枚卵形花瓣组成，伸展，浮水，退化雄蕊3 枚，棒状。心皮3 枚；花柱3 枚，各式2 裂，圆柱形或扁平；果实椭圆形，不开 裂；种子筒状至纺锤形。 产地习性：分布于美洲温带。在全世界许多地方被引种。我国从日本引种于 太湖，后在长江流域均有栽培，并且都为雄株。永久性沉水植物，常群集生长 6 6 1 。 沉水植物：苦草( v a l l i s n e r i ay t q t 口t g $ 工) ，伊乐藻( e l o d e a n u t t a l t i i ) ，取自东太湖， 在室内培养驯化； 基本底质：在实验时，先配制一种基本底质，然后调整基本底质中氨氮的含 量，开展各种含量下的实验。本底质是将风干的河道底泥与风干的黄土按1 ：4 ( 质 量比) 的比例进行配制，得到颗粒组成，营养盐浓度相同的实验底质。基本底质 中t n 为2 0 4 m g ( k g d w ) ，t p 为4 5 m g ( k g 。d w ) 。 上覆水：初始状态为n t h + 一n1 5 1 m g l ，t n2 9 6 m g l ，t po 0 1 9 m g l 。 ( 2 ) 试验设计 由于河道底质长期处于厌氧状况，底质中溶解态氮主要以氨氮的形态存在7 8 1 。 试验向基本底质中添加( n h 4 ) 2 c 0 3 溶液。搅拌均匀。底质中n h 4 + 起始浓度梯度如下： o m 眺g 、5 m g k g 、1 0 m g k g 、5 0 m g k g 、1 0 0 m g k g 、5 0 0 m g k g 、1 0 0 0 m g k g ，每个处 理组设平行样一个，在其中种植沉水植物( 各6 株，每株苦草重量为5 8 9 ，伊乐 藻, j j 3 6 9 ) ，并观察测试各处理组中沉水植物各指标的变化情况。试验装置为 e 0 3 0 x q b 4 0 x 5 0 c m 的蓝色塑料容器，试验时间自2 0 0 5 年6 月i o n 至2 0 0 5 年7 月8 目，计 2 8 d 1 7 9 1 。 ( 3 ) 分析方法 底质中全氮、全磷、有机质、颗粒组成采用常规土壤分析方法【7 州，水质中 氨氩、总氮、总磷采用常规水质分析方法i ”t 。 植物的分根数、成活率、生物量采用观察称量法 【i i 海人学硕士毕业论文 分根数为在试验期间黑藻新生的不定根数； 成活率= 等燃舢。 生物量增加率= 笙壅堕与蓑嚣曩螽笋- o o 植物的干湿比采用烘箱称量法 植物鲜样经l o m i n 控水后称重，在1 0 5 杀青0 5 h 后，8 5 烘干至恒重， 干龇= 鬻。 根系活力采用t t c 法f 谢，具体方法见2 2 2 。 过氧化物酶( p o d ) 活性测定 方法：愈创木酚比色法【7 4 i 。 试剂：0 0 5 m o l l 、p h 7 8 的磷酸缓冲液，o 0 1 m o l l 、p h 6 0 的磷酸缓冲液， o ，0 5 m o l l 愈创木酚溶液，3 0 h 2 0 2 。 样品提取：取新鲜植物叶片，蒸馏水洗净叶片表面污物，用吸水纸充分吸干 水分，准确称取5 0 0 m g ( 鲜重) ，立即放入液氮中冻融，加入1 6 m l0 0 5 m o l l 、p h 7 ，8 的磷酸缓冲液，冰浴研磨成匀浆后