太湖沉水和浮叶植被及其水环境效应研究.doc

太湖沉水和浮叶植被及其水环境效应研究雷泽湘1，徐德兰2，黄沛生3，潘宏凯4，王备新5，刘正文1, 31. 暨南大学水生生物研究所，广东 广州 510632；2. 徐州工程学院环境工程系，江苏 徐州 221008；3. 中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008；4. 上海立信会计学院，上海 201600；5. 南京农业大学昆虫系，江苏 南京210095摘要：运用GPS定位技术和常规采样方法，于2004年5月和9月对太湖沉水植物与浮叶植物的种类、群落类型、生物量及其水质状况进行了调查。结果表明：沉水植物与浮叶植物是太湖水生植被的主要类型，沉水植物群落类型主要有6个：微齿眼子菜群落；马来眼子菜群落；伊乐藻群落，穗花狐尾藻群落，金鱼藻群落，苦草群落；浮叶植物群落类型主要有3个：莕菜群落，金银莲花群落，菱群落。在春季，沉水植物占绝对优势，在夏秋季，浮叶植物则逐渐发展，尤其以莕菜生长最快。通过对有草区和无草区水质的比较，发现水生植被能显著提高水体的透明度、降低营养盐浓度和叶绿素含量，改善水质。关键词：水生植被；群落类型；生物量；太湖中图分类号：Q48.881 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）02-0239-05太湖是我国的第三大淡水湖泊，位于长江三角洲南缘，地处北纬30553134，东经11953 12036，平均水深1.9 m，属典型浅水型湖泊。在正常水位条件下，太湖水面积为2338 km2，水深1.52.5 m的面积近1700 km2，占全湖的72.6%1,2。出入湖河流224条，其中入湖河流70多条，以苔溪、南溪及分散的港渎为主，出湖河流150余条，以东太湖的太浦河与吴松江为主3。过去不少学者对太湖水生植物进行过研究，如曲仲湘 4对太湖鼋头渚附近的湖岸、湖滨及湖面的水生植物进行了调查；1960年中国科学院南京地理研究所对太湖的水生植物进行了全面调查5；1980年中国水产科学研究院淡水渔业研究中心在进行太湖渔业资源调查时，对太湖的水生植物进行了全面调查6；1988年鲍建平等对太湖水生植物的分布及其生物量进行了观测6。因此，太湖水生植物20世纪40年代至80年代的变化有较详实的资料，但进入90年代以后还未有系统的报道，只有关于东太湖水生植被的报到7,8。笔者在前人工作的基础上，于2004年5月和9月两次沿太湖进行了环湖采样，调查了太湖沉水植物与浮叶植物的主要群落结构和生物量变化，分析了各采样点的水体现状，研究水生植被对太湖水体的影响，以期为太湖水生植被的保护和利用提供科学依据。1 研究方法1.1 样点选择 2004年 5和 9月，对太湖进行了环湖采样。根据1960、1980和1988年太湖水生植被的调查情况，共设32个采样点（图1），用全球定位仪（GPS）定位布设样方（采样点的经纬度范围：119.923 120.536，30.94131.504）。图1 太湖采样点分布图Fig. 1 Sampling locations in Taihu Lake1.2 水样的采集和测定 在进行植被调查前，首先现场测定水深、透明度和水温，并采集水样，带回实验室后测定水样的pH值、电导率、总磷、颗粒磷、溶解磷、总氮、颗粒氮、溶解氮、正磷酸盐、氨氮、亚硝态氮、硝态氮、叶绿素、悬浮质和有机碳含量等指标。1.3 水生植物的采集和生物量测定采样时依据每个采样点的植物盖度和多样性，各设立510个样方，每个样方为一长0.5 m、宽0.4 m、面积为0.2 m2的带网铁框，将框内植物连根拔起，草样采起后在船上按种类称其鲜重生物量，取其平均值。2 结果与分析2.1 太湖沉水植物和浮叶植物的主要群落类型依据水生植物分类原则，可将太湖沉水植物和浮叶植物主要划分为 9个群落类型（表1）。表1 太湖沉水植物和浮叶植物主要群落类型 Tab. 1 The main community types of the submersed and floating-leaved macrophytes in Taihu lake植被亚型群 系. 沉水植物群落1.微齿眼子菜群落（Ass. Potamogeton macckianus）2.马来眼子菜群落（Ass. Potamogeton malaianus）3.伊乐藻群落（Ass. Elodea nuttalli）4.穗花狐尾藻群落（Ass. Myriophyllum spicatum）5.金鱼藻群落（Ass. Ceratophyllum demersum）6.苦草群落（Ass. Vallisneria natans）. 浮叶植物群落1.莕菜群落（Ass. Nymphoides peltatum）2.金银莲花群落（Ass. Nymphoides indica）3.菱群落（Ass. Trapa quadrispinosa）2.2 太湖沉水植物群落特征 根据两次环湖调查结果，太湖沉水植物群落主要有6个：（1）微齿眼子菜群落（Ass. Potamogeton macckianus），微齿眼子菜又称黄丝草，伴生种常有马来眼子菜、穗花狐尾藻、伊乐藻、苦草、金鱼藻、黑藻、菹草及浮叶植物莕菜和菱等。微齿眼子菜在有草区的采样点都有分布，微齿眼子菜群落是目前太湖分布面积最大、总生物量最高的群落，已发展成为太湖的优势群落。（2）马来眼子菜群落（Ass. Potamogeton malaianus），该群落分布于水较深、又有一定风浪的区域，亦是太湖的优势群落之一。在太湖常分布在漫山岛、长沙岛至佘山岛一带（57样点）和七都至苕溪一带（1316样点）的水中，生长极为繁茂。常形成伴生植物有伊乐藻、苦草、黑藻，金鱼藻，大茨藻，微齿眼子菜和莕菜等（3）伊乐藻群落（Ass. Elodea nuttalli），伊乐藻为雌雄异株植物，20世纪80年代由中科院南京地理与湖泊研究所从日本琵琶湖引入中国9。伊乐藻属于一年生高等沉水草本植物，适应性广，繁殖力强，春季生长很快，夏季生长停滞或部分死亡，秋末、冬季以腋芽繁殖，冬春至初夏季节生长。在自然条件下，太湖伊乐藻表现出以年为周期的生长节律，夏季高温时生长停滞，进入休眠状态，至秋季再度生长，形成新的群落。伊乐藻群落常常呈单优种分布于大部分网围区内，是东太湖最大的群落之一，有的区域组成伊乐藻-金鱼藻苦草群落，伊乐藻-菹草群落和伊乐藻-微齿眼子菜群落，伴生种类常有微齿眼子菜、金鱼藻、黑藻、苦草、莲、莕菜、金银莲花和菱等。（4）穗花狐尾藻群落（Ass. Myriophyllum spicatum），穗花狐尾藻对水质适应性强，对底质要求不严，在太湖分布面广，调查中发现大部分样点（1，2，513）均有分布，但主要为伴生种，只在少数样点形成穗花狐尾藻群落或穗花狐尾藻微齿眼子菜群落。（5）金鱼藻群落（Ass. Ceratophyllum demersum），金鱼藻群落在太湖有些水域呈单优种分布，伴生种类有伊乐藻、微齿眼子菜、黑藻、苦草、聚草等；有些形成金鱼藻-微齿眼子菜群落，伴生种类有苦草、黑藻、伊乐藻、穗花狐尾藻等（6）苦草群落（Ass. Vallisneria natans），多生长在以砂石或硬质底质、流速快的生境中，在夏秋季生长旺盛。以苦草为建群种，呈小片状分布于太湖，伴生种有马来眼子菜、伊乐藻、穗花狐尾藻、菹草、黑藻和茨藻等。2.3 太湖浮叶植物群落特征 与沉水植物相比，太湖的浮叶植物群落较少，主要有：（1）莕菜群落（Ass. Nymphoides peltatum），是太湖分布面积最大的浮叶植物群落，也常常构成莕菜-金鱼藻群落，莕菜-马来眼子菜群落，莕菜-微齿眼子菜-菹草群落，莕菜-金银莲花-菹草-伊乐藻群落和莕菜-伊乐藻-微齿眼子菜群落，伴生种类有莲、伊乐藻、苦草、水鳖、金鱼藻、金银莲花、菱、芡实等。（2）金银莲花群落（Ass. Nymphoides indica)，在太湖夏秋季生长旺盛，常常构成金银莲花-莕菜群落和金银莲花-马来眼子菜群落，伴生种类有菱、莲、水鳖、伊乐藻、金鱼藻、小茨藻、狸藻等。（3）菱群落（Ass. Trapa quadrispinosa），在太湖分布面积较小，多为其他群落的伴生种，仅在8、9、12、13样点有少量分布，也常构成菱马来眼子菜群落。2.4 太湖沉水植物和浮叶植物的生物量调查结果表明，不同样点水生植物的生物量有一定差异。据统计，在两次沿太湖进行的环湖采样32个样点中，只有1、2、516共14个样点有水生植物分布，其它样点基本无水生植物。从图2（下页）可以看出，各样点生物量差异较大，5月份最大生物量出现在东太湖（1012）及其附近（9、13）的样点，最大生物量出现在样点9，为4049.75 gm-2；9月份沉水植物逐渐衰落，浮叶植物生长达到高峰，最大生物量出现在13样点，为5411.6 gm-2,东太湖的1012三个样点生物量开始下降。 图2 太湖各采样点植物生物量Fig. 2 The biomass of aquatic plants at different sampling locations of Taihu Lake图3 太湖主要沉水植物和浮叶植物生物量Fig. 3 The biomass of submersed and floating-leaved macrophytes in Taihu Lake太湖水体中不同水生植物个体的生物量差异较大(图3)。调查结果表明，在太湖中，沉水植物微齿眼子菜、马来眼子菜、伊乐藻、金鱼藻和穗花狐尾藻生物量较高、分布较广。5月份单种平均生物量前3位分别为微齿眼子菜（514.56 gm-2）、伊乐藻（341.26 gm-2）和马来眼子菜（151.38 gm-2）；9月份单种平均生物量前3位分别为莕菜（670.62 gm-2）、马来眼子菜（658.02 gm-2）和微齿眼子菜（346.14 gm-2）。 3 太湖沉水和浮叶植被的水环境效应生物量/(gm-2)根据两次对太湖的环湖采样调查情况，可将全湖分为有草区（1，2，516共14个样点）和无草区（3，4，1732共18个样点）。将测定的水样数据进行统计，得出初步的统计结果（表2）。通过分析比较，可知有草区与无草区的水体环境差异较大，可见水生植物的水环境效应明显，主要表现在以下方面：表2 太湖采样点主要水质指标（A为5月份均值，B为9月份均值）Tab. 2 The main water quality parameters of sampling locations in Taihu Lake状态水深/m水温/透明度/cmpH值电导率/(mscm-1)总磷/(mgL-1)总氮/(mgL-1)正磷酸盐/(mgL-1)氨氮/(mgL-1)亚硝态氮/(mgL-1)硝态氮/(mgL-1)叶绿素/(mgL-1)悬浮质/(gL-1)全湖A1.8623.08578.230.4000.1044.6680.0090.1890.1291.5622.990.05无草A1.9523.38388.000.4480.1336.5120.0110.2620.2111.9932.820.05有草A1.7422.69818.530.3370.0672.2970.0050.0960.0231.0110.350.04全湖B1.8726.68648.510.4240.0942.7730.0120.5330.0720.6925.460.04无草B2.0027.36348.620.4520.1293.3800.0160.7060.1060.9534.640.05有草B1.7225.801028.370.3870.0501.9930.0070.3110.0270.3613.650.023.1 对水体透明度、水温、悬浮物和电导率等的影响生物量/(gm-2)生物量/(gm-2)水生植物对水体物理环境的改变作用显著10。沉水和浮叶植被能减缓风浪、固持底泥，有利于保持小颗粒底质的稳定性，增加碎屑的沉积量，提高水体的透明度11。从表2可知，有草区的水体透明度要明显高于无草区，尤其在东太湖(10、11、12采样点)，其沉水和浮叶植物群落非常发达，水体则清澈见底（与水深相同，为1.31.55 m）；水生植物稀少或绝迹的西太湖大部分水域，透明度平均仅为0.4 m左右，不及有草区的一半。而有草区的悬浮物和电导率等则低于无草区，表明水生植物能降低水体混浊度的作用。 3.2 对营养盐的吸收作用水生植物在生长过程中，可吸收营养盐合成自身物质，从而减少水体中的氮、磷营养物。从表2可知，有草区水体中的总磷、总氮、正磷酸盐、氨氮、亚硝态氮、硝态氮等营养盐的含量均低于无草区，表明太湖的沉水植物和浮叶植物可以通过自身的吸收等作用显著降低水体的营养盐浓度。3.3 对藻类的抑制作用水体中的水生植物和藻类生长于同一生态空间，二者在光照、营养盐等方面存在着激烈的生态竞争，互相影响，互相制约。水生植物的根部可吸收湖底沉积物中的营养盐，又可通过茎叶吸收水中的营养盐，在营养盐竞争方面明显优于藻类。当水体水位底或水的透明度高时，水生植物能够获得足够的光照，这就为水生植物的繁茂生长创造了条件，同时又以遮阴作用抑制藻类的生长繁殖12。调查表明，在太湖的有草区，水体的透明度一般较高，大型水生植物生长繁茂，藻类较少，叶绿素含量低，如贡湖、东太湖等；反之，无草区的藻类繁殖量大，叶绿素含量高（是有草区的3倍左右），如西太湖部分水域，在5月就已出现藻华，7、8、9月时藻华则十分严重，过量生长的藻华会在湖面腐烂发臭，污染水环境。3.4 对环境的负面影响水生植物一方面生产出了大量有机物质，为水生动物提供了直接或间接的饲料，也创造了可供人类收获利用的植物产品；但另一方面，还有相当数量的植物产品不能被利用，它们残留在湖泊中，自然腐烂分解，又形成了环境污染，不易分解的植物残体积累在湖底，加速了湖泊淤积和沼泽化，产生了阻滞水流、促进淤积的环境负面效应 12。两次的调查结果显示太湖有草区的平均水深要低于全湖和无草区的平均水深，同时有研究表明水生植物生长繁茂的东太湖沼泽化趋势正在逐渐加剧7, 8。4 太湖水生植物资源的利用和保护太湖不仅是上海、苏州、无锡等城市饮用水的主要来源；而且在该地区的养殖、灌溉、航运、调节径流和美化环境方面起着非常重要的作用。 然而近年来，太湖水体受到了严重的破坏，水生植被退化，导致鱼类产卵、索饵、鸟类觅食、隐蔽场所破坏，生物多样性降低；太湖地处经济发达地区，随着人口和经济压力的增大，污染和破坏速度加剧，蓝藻水华灾害严重，自20世纪70年代初，蓝藻水华首先在无锡的五里湖出现以来其爆发的规模和频率不断增加，80年代中后期每年爆发23次，分布范围扩大至太湖梅梁湾；90年代中后期每年爆发45次，并逐渐向大太湖扩展；2000年的监测结果显示，太湖的湖心区域已经出现严重的蓝藻水华13。与20世纪40年代至80年代的调查时相比，除东太湖（10、11、12样点）外，其它水域沉水和浮叶植被退化现象严重。 湖泊水生植物不仅是湖泊渔业的主要天然饵料，而且是湖泊演化和湖泊生态平衡的重要调控者14, 15。作好太湖水生植物资源的利用和保护工作，是目前面临的一项重要而艰巨的任务。首先要做到防止污染；严格控制湖内乱抛、乱排及污染泄露现象。其次，要稳定水域面积，保障调蓄功能；严格禁止盲目围垦和开发，坚持环境效益和经济效益统一、局部利益和整体利益统一、近期利益和长远利益统一的原则，逐步恢复和重建西太湖的水生植被，创造一个适合水生生物生存的良好环境。参考文献：1 张运林, 秦伯强. 太湖水环境的演变研究J. 海洋湖沼通报, 2001, 2: 8-15. 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