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沉水植物的净化作用及其影响因素(下)
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。


 

 
3  
光对沉水植物光合生理特征的影响 
 

光合作用是沉水植物最重要的代谢活动。在水中,由于水体溶解物、悬浮颗粒以及水深的影响,源自太阳的光能迅速衰减,加之在空气与水交界处的损失(10%左右),光照不足的现象在水体中最易发生,水体光强成为沉水植物生长的必需环境因子。沉水植物光合作用的光补偿点等光合特征,决定了沉水植物在水下可分布的最大深度和光合产量及竞争能力。一般认为,水底光强不足入射光的1%时,沉水植物就不能定居。另外,光在水中的衰减依赖于波长,光强和光质均随水体深度而变化。随着水深增大,红光(660nm)与远红光(730nm)的比率会增加,这将影响水生植物的形态发生。因此,了解沉水植物的光合特征是解释各种沉水植物在水中的分布格局和群落演替的基础,也是人工配置沉水植物群落时,选择种类及群落种类配置的科学基础。 
    所有的沉水植物都是阴生植物,叶片的光合作用在全日照的很小一部分时即达到饱和,沉水植物的光饱和点(净光合作用最大时的光强)及光补偿点(净光合作用为零时的光强)比陆生阳生植物低很多。许多沉水植物的光补偿点范围约为全日照的0.5%3 % 。如狐尾藻属(Myriophyllum)植物的沉水叶的光饱和点和光补偿点分别为全日照的15%2%,其光合作用特征是对阴生环境的适应。在光照强度为0.12 × 104lux-9.62 ×104 lux的范围内,菹草顶枝的净产氧量和毛产氧量与光照亦呈曲线相关,光照为5.43 × 104 lux时菹草光合作用的产氧量最高,适宜的光照为2.6 × 104lux-5.5× 104 lux。黑藻的光补偿点约为2klx,光饱和点为30h1x,温度补偿点为6.5 ℃;在最适条件下,黑藻的光合速率可达到7.29mg 02ˉh–1g–1(FW)。狐尾藻、金鱼藻、苦草、菹草和黑藻5种沉水植物的光合作用都表现出强光抑制现象,不同种类在高光强下光合速率下降的程度差异较大;5种沉水植物中,苦草对光的需求最低,适于在低光照条件的水下生长,不耐强光;苦草的光合补偿点为9.4毫摩尔/2/秒,光合饱和点为200毫摩尔/2/秒,最大光合速率为8.79毫摩尔氧气//小时,暗呼吸速率为0.847毫摩尔氧气//小时。狐尾藻和金鱼藻对光的需求最高,在上层有较强的竞争能力;范草和黑藻对光的需求介于中间,最大光合产量出现在中层,可在水体中层形成优势。狐尾藻等植株的下部可形成没有叶片的茎(光合茎),这些茎不进行光合作用或光合作用很弱,其暗呼吸也只是光合部分的一半左右,可在较深的水体中生存。饱和脉冲调制(PAM )荧光仪在陆生植物光合作用的研究中得到了广泛的应用。陈小峰等利用PAM荧光仪研究了在不同光照处理(自然光、50%自然光、20%自然光和10%自然光)条件下菹草的光合特性,发现在自然光下菹草叶片的Fv/FmFv/Fo的比值与其它3个遮光处理相比存在显著差异(P<0.05),而在3个遮光处理之间差异不显著;在生长的后期,一定程度的弱光会起到促进菹草的光合效率、延缓菹草衰老的作用。由于传统的PAM荧光仪、O2CO2技术(包括14C02同位素技术)不能在水下进行测定,因而不能实现沉水植物的原位、无损伤测定。但是,近年来水下PAM荧光仪—Diving-PAM荧光仪的出现,使沉水植物的原位、无损伤测定成为可能 。Diving-PAM通过测定总光合速率评估总光合成分的状态,如光合共生体对环境光强的适应。被广泛应用在海草和珊瑚的研究上,但在淡水沉水植物上还无相关的研究报道。

 

 

 

4、
藻型水体中沉水植物与藻类的竞争
 
4藻型水体中沉水植物与藻类的竞争

藻类和沉水高等植物同属于湖泊生态系统内的初级生产者,生态位高度重叠,相互竞争水下光照、矿质营养元素及C02资源。在水生态环境中,水生高等植物对浮游藻类的抑制作用较为明显,主要表现在两个方面,一是藻类数量急剧下降,二是藻类群落结构改变。湖泊富营养化导致浮游植物大量生长,水体透明度下降,并加速了沉水植物的衰退。关于沉水植物和藻类的相互作用,目前的研究主要集中在沉水植物他感作用对藻类生长的影响,揭示了多种水生植物与藻类间的他感作用和生物活性物质,研究发现,凤眼莲、金鱼藻、黑藻和苦草对藻类都具有较好的生化抑制作用。  

 

在水体中,光到达沉水植物叶片前受到水、可溶性有机物、泥沙等颗粒和/或藻类悬浮物的衰减;其对沉水植物的生长发育具有十分重要的作用。藻类等微型生物残体主要出现在藻型富营养化湖泊中,其对沉水植物的影响研究较多。此外,藻类附着于沉水植物叶片后增加了其细胞外扩散层厚度而降低溶解无机碳的供应,并通过竞争光以及溶解无机碳削弱叶片的光合作用。

 

 
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光对沉水植物光合生理特征的影响 
 

光合作用是沉水植物最重要的代谢活动。在水中,由于水体溶解物、悬浮颗粒以及水深的影响,源自太阳的光能迅速衰减,加之在空气与水交界处的损失(10%左右),光照不足的现象在水体中最易发生,水体光强成为沉水植物生长的必需环境因子。沉水植物光合作用的光补偿点等光合特征,决定了沉水植物在水下可分布的最大深度和光合产量及竞争能力。一般认为,水底光强不足入射光的1%时,沉水植物就不能定居。另外,光在水中的衰减依赖于波长,光强和光质均随水体深度而变化。随着水深增大,红光(660nm)与远红光(730nm)的比率会增加,这将影响水生植物的形态发生。因此,了解沉水植物的光合特征是解释各种沉水植物在水中的分布格局和群落演替的基础,也是人工配置沉水植物群落时,选择种类及群落种类配置的科学基础。 
     
    所有的沉水植物都是阴生植物,叶片的光合作用在全日照的很小一部分时即达到饱和,沉水植物的光饱和点(净光合作用最大时的光强)及光补偿点(净光合作用为零时的光强)比陆生阳生植物低很多。许多沉水植物的光补偿点范围约为全日照的0.5%3 % 。如狐尾藻属(Myriophyllum)植物的沉水叶的光饱和点和光补偿点分别为全日照的15%2%,其光合作用特征是对阴生环境的适应。在光照强度为0.12 × 104lux-9.62 ×104 lux的范围内,菹草顶枝的净产氧量和毛产氧量与光照亦呈曲线相关,光照为5.43 × 104 lux时菹草光合作用的产氧量最高,适宜的光照为2.6 × 104lux-5.5× 104 lux。黑藻的光补偿点约为2klx,光饱和点为30h1x,温度补偿点为6.5 ℃;在最适条件下,黑藻的光合速率可达到7.29mg 02ˉh–1g–1(FW)。狐尾藻、金鱼藻、苦草、菹草和黑藻5种沉水植物的光合作用都表现出强光抑制现象,不同种类在高光强下光合速率下降的程度差异较大;5种沉水植物中,苦草对光的需求最低,适于在低光照条件的水下生长,不耐强光;苦草的光合补偿点为9.4毫摩尔/2/秒,光合饱和点为200毫摩尔/2/秒,最大光合速率为8.79毫摩尔氧气//小时,暗呼吸速率为0.847毫摩尔氧气//小时。狐尾藻和金鱼藻对光的需求最高,在上层有较强的竞争能力;范草和黑藻对光的需求介于中间,最大光合产量出现在中层,可在水体中层形成优势。狐尾藻等植株的下部可形成没有叶片的茎(光合茎),这些茎不进行光合作用或光合作用很弱,其暗呼吸也只是光合部分的一半左右,可在较深的水体中生存。饱和脉冲调制(PAM )荧光仪在陆生植物光合作用的研究中得到了广泛的应用。陈小峰等利用PAM荧光仪研究了在不同光照处理(自然光、50%自然光、20%自然光和10%自然光)条件下菹草的光合特性,发现在自然光下菹草叶片的Fv/FmFv/Fo的比值与其它3个遮光处理相比存在显著差异(P<0.05),而在3个遮光处理之间差异不显著;在生长的后期,一定程度的弱光会起到促进菹草的光合效率、延缓菹草衰老的作用。由于传统的PAM荧光仪、O2CO2技术(包括14C02同位素技术)不能在水下进行测定,因而不能实现沉水植物的原位、无损伤测定。但是,近年来水下PAM荧光仪—Diving-PAM荧光仪的出现,使沉水植物的原位、无损伤测定成为可能 。Diving-PAM通过测定总光合速率评估总光合成分的状态,如光合共生体对环境光强的适应。被广泛应用在海草和珊瑚的研究上,但在淡水沉水植物上还无相关的研究报道。

 

 

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藻型水体中沉水植物与藻类的竞争
 
4藻型水体中沉水植物与藻类的竞争

藻类和沉水高等植物同属于湖泊生态系统内的初级生产者,生态位高度重叠,相互竞争水下光照、矿质营养元素及C02资源。在水生态环境中,水生高等植物对浮游藻类的抑制作用较为明显,主要表现在两个方面,一是藻类数量急剧下降,二是藻类群落结构改变。湖泊富营养化导致浮游植物大量生长,水体透明度下降,并加速了沉水植物的衰退。关于沉水植物和藻类的相互作用,目前的研究主要集中在沉水植物他感作用对藻类生长的影响,揭示了多种水生植物与藻类间的他感作用和生物活性物质,研究发现,凤眼莲、金鱼藻、黑藻和苦草对藻类都具有较好的生化抑制作用。  

在水体中,光到达沉水植物叶片前受到水、可溶性有机物、泥沙等颗粒和/或藻类悬浮物的衰减;其对沉水植物的生长发育具有十分重要的作用。藻类等微型生物残体主要出现在藻型富营养化湖泊中,其对沉水植物的影响研究较多。此外,藻类附着于沉水植物叶片后增加了其细胞外扩散层厚度而降低溶解无机碳的供应,并通过竞争光以及溶解无机碳削弱叶片的光合作用。

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