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沉水植物的净化作用及其影响因素(上)
时间:2020-02-20 19:06 作者:admin 点击:

 

水处理技术:水生高等植物不仅是水生生态系统的重要初级生产者,而且是水环境的重要调节者,可为鱼类提供觅食产卵育肥栖息场所、为浮游动物提供避难所,所以大型水生植物有利于提高湖泊生态系统的生物多样性和稳定性。其中沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分,能吸收水体中的氮磷等营养元素,对维护湖泊生态系统,控制湖泊富营养化具有重要生态价值;不仅影响着水中的鱼类、浮游生物、底栖动物的组成和分布,而且可以起到消浪和净化水质的作用。在环境变化和人类活动的影响下,我国大部分湖泊生态环境恶化,沉水植物的分布面积萎缩,群落结构趋向单一化。沉水植物的消失,使生态系统中食物链变短,食物网简化,物种多样性降低,从而使整个生态系统变得较为脆弱。
  近年来,湖泊富营养化问题受到了全世界湖沼及环境学专家的广泛关注。随着人类活动对湖泊生态系统影响的加剧,湖泊大型水生植物逐渐减少,甚至消失。恢复大型水生植被成为富营养化浅水湖泊生态修复的主要内容之一,是近年来水体修复生态技术研究的热点之一
(种云霄,2003 )。大型水生植物,特别是沉水植物能吸收利用水体中的营养物质,合成自身生长发育所需要的物质,有效的降低水体中的营养盐浓度,与藻类竞争营养盐,抑制藻华的爆发;还有降低悬浮颗粒物,促进水体中磷的沉降,减少沉积物磷释放,抑制湖泊沉积物的再悬浮,改善沉积物的特性从而降低营养盐释放率、吸收水体中的污染物,抑制浮游植物生长等作用。在外源营养物质不能完全消除的水体,沉水植物的大量发生会缓冲营养物质在水中的富积程度。因此,沉水植物的恢复,常常作为藻型湖泊富营养化修复的措施之一,其研究在湖泊生态保护和富营养化防治中具有重要地位 。 
 
  水生植物的恢复过程与环境因子的变化过程是相互紧密关联的,环境因子对水生植物恢复的影响正成为水生植被研究的热点,光照、水温、pH、水体营养盐、基质等非生物环境因子及着生藻类、鱼类放养、人工收获等生物环境因子均能对水生植物,

  特别是沉水植物的发育成活产生重大影响(刘建康,1999)。沉水植物在其主要的周期中植株沉水,生理上极端依赖于水环境,对水质的变化十分敏感,其生长和分布受多项环境因子的调控。在所有的环境因子中,水下光强和水温是影响沉水植物生长、分布的重要因子,其中水下有效光强被认为是影响沉水植物生长、分布最重要的因子之一,而且其它生物或非生物环境因子的作用也会间接导致水下光强的变化,如:悬浮颗粒(泥沙、藻类)

 

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温度对沉水植物的影响

     温度是影响沉水植物繁殖体发芽和幼苗生长的重要因素。温度虽对菹草冬芽的萌发无影响;但萌发后两周内幼苗的生长受到温度的显著影响。氧饱和条件下,20℃时,萌发的幼苗能够正常生长,根的发育正常;10℃时,萌发的幼苗初期生长较慢,但最终也能够正常生长发育,根长出时间较晚且生长速度慢。厌氧条件下,20℃10℃时幼苗虽然生长速度较快,但均为白化苗,且根的发育受到抑制。苦草种子在水温18-22℃时,经4-Sd开始发芽,约15d,出苗率可达98%以上,并且温度为20℃时,发芽率往往达到最高。 
     
沉水植物所处水环境的温度变化比较缓慢而且稳定,其不同的代谢过程对温度的反应有所不同,而生长则代表了所有这些过程及反应的综合。从抽条生物量、抽条长度及抽条数目看,黑藻在较高温度(32 ℃)时比穗花狐尾藻和埃格草表现出较大的生长反应。对埃格草而言,顶生生长在夏季停止,当温度达到30℃时植株开始衰亡,秋季时则恢复生长;当水温降至10℃时,生物量达最大。国内外关于温度对菹草生长的影响研究结果不尽一致。有的研究认为范草适宜生长温度为15℃-20 ℃,,30 ℃时净产氧量最高:有的研究认为菹草的适宜生长温度为10℃-20℃:陈洪达研究发现水温与菹草净产氧量呈曲线相关,水温为16℃左右,菹草净产氧量最高,21℃时毛产氧量最高。研究也表明水温为10℃-35℃时,菹草顶枝光合作用净产氧量、毛产氧量都与温度呈曲线相关,20℃附近菹草光合作用产氧量最高,适宜的生长温度为15 ℃ -25 ℃。作者认为不同的结论和各人所使用的材料差异有关。

 

 温度对沉水植物光合作用有显著的影响。在不同的沉水植物中已发现与温度有关的光合速率存在着很大差异。在饱和光强下,陆生植物光合作用和呼吸作用最适温度和忍耐范围显示出很大的变化,而大多数海草类在相对较狭的25-35℃温度范围内却显示出最大饱和光强的光合作用。尽管某些物种光合作用的最适温度比较相似(25-30 ℃),但它们在较低的温度下(10-15 ℃)常常表现出光合作用能力的显著差异。沉水植物在生长发育过程中常会面临自然低温和/或高光、高温和/或高光的不利环境,在陆生植物中已有较多的研究(李雁鸣,1997;杨盛昌,2001),但是对沉水植物光合荧光生理特性的影响至今尚无相关研究报道。本文研究了在冬季温度和光照对菹草萌发和幼苗光合荧光生理特性的影响,以及夏季高温高光条件下菹草、苦草、狐尾藻和金鱼藻光合荧光生理特性的变化。

 

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光对沉水植物繁殖的影响

     在北亚热带及温带地区,苦草、黑藻、金鱼藻及菹草,均属于一年生沉水植物,特化的营养繁殖体对于沉水植物种群的季节性起着决定性的作用。这些营养繁殖体在形成之后便掉落在湖底(菹草、黑藻、金鱼藻)或直接在底泥中形成(苦草),它们的萌发过程也在湖底完成,因而湖底光照和氧气条件直接影响它们的萌发与生长。在湖泊富营养化过程中,浮游藻类引起的湖水透明度下降导致水下光照不足,成为限制沉水植物生存的主要因素。通过对梁子湖与湖北省其他四个不同水深的湖泊间菹草石芽萌发率月动态的野外调查和萌发实验,发现无光环境下菹草石芽的萌发率较有光下的小;五个湖泊的石芽均于7月初即开始萌发,相同月份不同湖泊石芽的平均萌发率基本与其平均水深成负相关关系,但12月初各湖泊的平均萌发率相近(>95%);同一湖泊水深越大,相同月份的萌发率越低,水深的增加能显著推迟萌发起始时间,但不改变其最终萌发率(12月初>95%)。进一步研究发现在光照和缺乏基质的条件下,菹草石芽的萌发率和出苗率提高,光对菹草萌发苗根的生长无促进作用。在无光条件下,菹草幼苗节间长度明显大于有光处理。在暗处理中,菹草叶片的质膜透性显著增加;在有光照条件下,有无基质对菹草幼苗叶片叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)以及Chla/Chlb 比值的影响为Chla, Chlb的含量增高,Chla/Chlb比值在3.5上下波动;Chla/Chlb最大值和最小值在有基质时分别为4.42.8, 无基质时为4.22.7;但对幼苗处理40d时,暗处理的叶片质膜透性与有光有基质、有光无基质之间差异极显著(P<0. 0l)。黑藻断枝生殖的最佳生长条件为水温15-20℃ ,光照强度8401ux左右,pH6-7对,4种沉水植物营养繁殖体萌发的光需求进行了初步的实验研究。结果证明,强光照射可以打破菹草繁殖芽的休眠,促使其在夏初萌发,推论菹草繁殖芽的夏季休眠可能与其所处的水底光照不足有关;苦草、黑藻及金鱼藻营养繁殖体的萌发无需光刺激,但当水底相对光照强度小于5%时形成白化苗,不能进行正常的光合作用,因而沉水植物营养萦殖体萌发期的水底光照条件是决定沉水植物能否的关健因素。

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