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近年来,以沉水植被恢复为核心的富营养水体生态系统修复已成为水生生态学研究领域中重要的生态实践。生物操纵作为实施生态恢复最主要的技术手段,其目的就是为获得较长的清水期时间,让沉水植物建立充分的生物量或盖度。然而,生物操纵技术在实际应用中遇到了很多挑战,其中幼鱼特别是底栖食性幼鱼大量暴发造成的水体透明度下降对沉水植物生长抑制是其突出问题之一。为此,本文选择长江中下游湖泊中幼鱼暴发时生物量较高的鲫幼鱼(简称幼鲫)及其生态修复中常用的沉水植物苦草、轮叶黑藻作为研究对象,通过设置一系列野外受控实验,研究幼鱼对沉水植物生长的负面效应及其抑制机理,从而为富营养浅水湖泊的管理以及生态修复提供技术支撑。主要研究内容与结果如下: 以往研究大都集中于幼鱼对浮游动物群落结构的影响,而对沉水植物生长的影响机理研究较少。为此,第二章主要根据五里湖生态修复后幼鱼的自然丰度,通过大型受控实验研究不同密度幼鲫对沉水植物苦草生长的影响。结果表明,与对照组相比,幼鲫存在显著降低了苦草的相对生长率、分株数和根叶比,但高低密度组之间差异不显著。苦草平均叶长随着幼鱼密度的增加而增加,可能是植物对低光条件的适应。分析认为,幼鲫扰动导致水体中悬浮物浓度和氮、磷浓度显著升高,促进了浮游藻类和附着生物的生长;幼鲫捕食不仅显著减少了浮游动物生物量,还使其群落结构以小型桡足类和轮虫占主导,从而降低了对浮游植物的牧食压力而促进浮游藻类生长,加剧了对苦草的遮光作用。此外,幼鲫对苦草的直接牧食作用可能也是植物相对生长率下降的原因之一。 幼鱼大量繁殖加强了对浮游动物的摄食压力从而减弱了对浮游藻类的控制,使得此类湖泊对外源营养盐输入的增加变得更为敏感。虽然近年来许多湖泊在控磷方面取得了显著成效,然而氮负荷的输入仍然很高。为此,第三章设计了一个两因素(幼鲫*氮负荷)的交互实验,来探究氮负荷与幼鲫的协同作用对沉水植物苦草生长的影响。结果表明,二者存在显著交互作用,在低氮负荷系统中,高密度幼鲫组苦草的相对生长率、平均叶长、叶生物量和根生物量分别比低密度幼鲫组降低了16%、5%、8%和23%。当氮负荷升高时,幼鲫的抑制作用更加明显,相应的植物生长指标下降了232%、32%、57%和47%。幼鲫高强度捕食压力导致浮游动物对浮游植物的下行控制效应减弱,使得浮游植物更易受到高氮负荷的影响而大量繁殖,加剧了对苦草的遮光作用。此外,当氮负荷升高时,苦草叶片氮含量增加而碳氮比降低,使得幼鲫对苦草叶片的牧食作用加剧,进一步抑制了植物的生长。因此,外源氮负荷升高会降低沉水植物对大量幼鱼暴发的抗性,从而影响生物操纵的效果。 面对以上问题,如何控制幼鱼暴发带来的负面效应,为沉水植被的成功恢复赢得较长时间的清水期,已成为生态修复能否成功的关键。为此,第四章设置了不同密度的幼鲫去除实验,以此研究水质及沉水植物苦草和黑藻的生长、种间竞争对幼鲫去除的响应。结果显示,随着幼鲫去除密度的增加,水体悬浮物浓度、叶绿素含量和水体浊度均显著减少,而水体光照强度显著增加;此外,幼鲫去除还促进了沉水植物生物量的累积和相对生长率的增加:对苦草的促进作用主要是通过改善光照条件,促进叶片的生长和株高的增加,而对黑藻的促进作用主要是通过减少直接牧食和扰动迫害,降低死亡率,增加分株数;而幼鲫去除对苦草的促进作用要大于对黑藻的促进作用。 利用短食物链淡水贝类直接滤食浮游藻类等悬浮物质、提高水体透明度是生物操纵潜在的技术途径之一,而相关的应用和研究较少。为此,第五章以太湖底栖优势种河蚬为研究对象,研究不同密度的河蚬对富营养水体的净化作用并探索其中的生态学机理。结果表明:河蚬通过滤食作用显著降低了水体叶绿素a浓度、悬浮物浓度和水体浊度,从而增加了底栖藻的生物量;与此同时,水体总氮、总磷含量随河蚬密度增加显著下降,对水质改善和富营养水体修复有重要意义。本章实验设置的高河蚬密度可以有效控制水体悬浮物浓度,而又不会增加水体营养盐水平,为河蚬用于水体生态修复提供了一定的参考依据。 河蚬可以有效降低水体中有机、无机悬浮颗粒物浓度、从而起到改善水质的作用,那么,能否利用河蚬来控制幼鱼暴发所带来的负面效应,从而促进沉水植物的生长?为此,第六章以河蚬和幼鲫为研究对象,探究二者的交互作用对沉水植物生长的影响。结果表明,河蚬不仅可以削弱幼鲫对水质及沉水植物的负面效应,还能促进植物生长。在低密度河蚬系统中,高密度幼鲫组的苦草相对生长率、根生物量、根叶比和块茎数分别比低密度幼鱼组显著降低了30.3%、30.8%、21.6%、27.8%,而在高密度河蚬系统中,高低密度幼鲫组间的差异缩小,相对应的指标仅分别降低了11.2%、8.7%、2.1%、13.3%。分析认为,高密度河蚬的高强度滤食可以有效降低幼鲫暴发引起的高浓度悬浮物,改善水体光照条件,直接促进了底栖藻的生长;而底栖藻的大量生长加强了对水体营养盐的吸收和对沉积物的固定,进一步减弱幼鲫扰动引起的沉积物再悬浮及营养盐释放。此外,河蚬还通过生物沉降作用增加了底泥氮、磷含量,进一步促进植物生长。