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水生植物是湖泊生态系统中的初级生产者,在固定底泥、防止沉积物再悬浮、净化水质等方面具有重要的作用。近年来,由于点源和面源污染,造成太湖水质不断下降,蓝藻水华频繁暴发,对水生植物的生存造成极大的威胁:水生植物不断减少,同时引起某些物种的次生性灭绝,导致水体生态系统的稳定性不断降低,自净能力逐渐减弱;严峻的水环境问题引起众多专家和学者的关注,并提出各种方法以期修复受损的湖泊生态系统。水生植物特别是沉水植物恢复和重建被认为是行之有效的湖泊环境治理措施之一在目前被广泛应用。
本文针对太湖水生植物分布面积和种类不断减少,沉水植物优势种马来眼子菜在局部不断扩展的问题,通过2004—2006年西太湖水生植物全面系统的调查,分析了太湖水生植物的时空变化规律,并运用大型水生植物野外试验池开展了马来眼子菜对水环境的生理生态响应的研究,以期利用水生植物的变迁来预警水环境的变化趋势,并为浅水湖泊水生植物的恢复与重建技术和植物种类的选择提供一定的基础资料。本文主要研究内容和结果如下:
1.西太湖水生植物呈环状分布在距湖岸5km以内的水域和部分岛屿周围,东岸和南岸为水生植物的主要集中分布区域,分布区连续性好,且水草种类丰富。西太湖现有水生植物16种,分属于11科12属:水生植物总面积约102.2km2,其中沉水植物分布面积约占64.58%;挺水植物约占0.29%:漂浮植物约占38.16%。各个种之间生物量差异显著,马来眼子菜、荇菜、芦苇的生物量在所有水生植物中居前三位。多样性分析表明,水生植物种类4年来未发生明显变化,但种类和生物量季节性差异较大。挺水植物种类单一,仅有芦苇(Phragmitescommunis)一种,分布区域多限于水深小于1.6m的湖岸;沉水植物共有8种,是水生植物的主要组成部分,马来眼子菜(Potamogetonmalaianus)的分布频度最高,由于其对水环境具有较强的适应性,在西山岛周围水域逐年扩张,成为该区域的先锋种;漂浮植物3种,主要以荇菜(Nymphoidespeltata)为主,在七都水域有逐渐扩张的趋势。马来眼子菜、芦苇、荇菜表现出对水环境较强的适应能力。自20世纪50年代以来,西太湖水生植物种类减少了50种,其中水质下降是导致水生植物种类不断减少甚至消失的一个重要原因。围网养殖和不合理的捕捞方式也对局部水域的植物造成极大的破坏。水生植物种群发展单一化趋势日益明显。
2.根据调查资料,对太湖沉水植物优势种马来眼子菜的生物量及影响因素进行了野外实验。结果表明,在不同水环境中,马来眼子菜的生物量差异较大,介于526-4843g·m-2,各部位生物量依次为叶>根>茎,其中叶的生物量占总生物量的55-80%。水深的增加能促进马来眼子菜个体高度和生物量的增加,但单位面积生物量并未明显增加,因为群落的自疏效应会使生物量与资源供应维持在一个动态平衡的水平上。马来眼子菜的生物量与水体中N含量呈正相关,根、茎、叶的N/P均大于16,介于16.92-59.88之间,特别是叶的N/P达到42.33,P是其生长的间接影响因子。水体透明度的高低对马来眼子菜存活和生物量大小具有显著的直接作用。较强的形态可塑性能够显著增强马来眼子菜的生存能力。底泥的深度也对马来眼子菜的分布和生物量大小具有显著影响。
3.选取粘土质粉砂、粉砂和下蜀黄土底质上生长的马来眼子菜进行观察试验。结果表明,在太湖粘土质粉砂和粉砂底质上马来眼子菜的生物量比下蜀黄土底质上的马来眼子菜高,其生物量随着底质营养盐的增加而增加。马来眼子菜与觅光相关的形态指标如高度、节间距、节数、叶数、叶长及叶面积均随底质营养盐的增加而显著增加。马来眼子菜的冠层高度与水体的透明度呈显著负相关,表明其对剧烈变化的湖泊光环境具有很强的适应能力。马来眼子菜在不同底质上的形态可塑性是其优先占据湖泊资源成为优势种的重要原因。
4.春季生长前期,较浅的水深能明显促进马来眼子菜的生长,马来眼子菜的植株高度与水深呈正相关。随水深的增加,植株高度呈上升趋势,其生物量相应增加。水深为100cm时,马来眼子菜对水体总氮的去除率最高,达到87.6mg·g-1,与对氮的去除率相比,马来眼子菜对总磷的去除率相对较低,其中仍以水深100cm试验池内马来眼子菜对磷的去除效率最好。马来眼子菜对氮的去除率是磷去除率的2.87倍。马来眼子菜的生物量、生长密度对水深的响应显著,在沉水植物恢复和重建过程中,水深控制在100cm时,其生长态势和对水体氮磷的去除率最好。
5.利用野外原位大型水生植物试验池,对不同的水深梯度下,马来眼子菜的形态结构进行了研究。在透明度较高的情况下,马来眼子菜高度随水深的增加而增加,叶片的表面积也随之增加。但是不同的底质对马来眼子菜秋季生长造成的影响不大。秋季的二次生长是马来眼子菜对于夏季高温等不利因素在生态学上的一种补偿机制。