底泥对沉水植物生长和群落结构

1、底泥对沉水植物生长和群落结构底泥对沉水植物生长和群落结构 的影响的影响叶叶 春春 ( (中国环境科学研究院湖泊生态环境中心中国环境科学研究院湖泊生态环境中心)于海婵于海婵 (北京师范大学北京师范大学 生命科学学院生命科学学院)宋祥甫宋祥甫 (上海市农业科学院上海市农业科学院)一、实验背景一、实验背景 沉水植物是湖泊生态系统中的沉水植物是湖泊生态系统中的初级生产者初级生产者，能够，能够提高湖泊生态系统的自净能力，是无脊椎动物和提高湖泊生态系统的自净能力，是无脊椎动物和脊椎动物的食物来源，对形成合理的湖泊生态系脊椎动物的食物来源，对形成合理的湖泊生态系统结构，维持湖泊生态系统的良性发展十分重要。统

2、结构，维持湖泊生态系统的良性发展十分重要。 很多因素都对沉水植物的生长、发育和群落演替很多因素都对沉水植物的生长、发育和群落演替产生影响，如产生影响，如底泥特征、营养盐限制、光照强度、底泥特征、营养盐限制、光照强度、植物生长类型、温度和湖底地形等。植物生长类型、温度和湖底地形等。 以往的研究多侧重于在可控条件下对以往的研究多侧重于在可控条件下对1 1个或者个或者2 2个个影响因子进行研究，缺乏不同性质底泥对人工配影响因子进行研究，缺乏不同性质底泥对人工配置的沉水植物生长和群落结构变化接近自然、综置的沉水植物生长和群落结构变化接近自然、综合的影响研究。合的影响研究。 二、实验材料二、实验材料 植

3、物植物黑藻黑藻金鱼藻金鱼藻 苦草苦草马来眼子菜马来眼子菜 微齿眼子菜微齿眼子菜底泥底泥 底泥均采自太湖北部湖湾西五里湖底泥均采自太湖北部湖湾西五里湖( (江苏省无锡江苏省无锡市市) )，该湖为城郊湖泊，呈富营养状态。试验所用，该湖为城郊湖泊，呈富营养状态。试验所用底泥为西五里湖生态恢复区的底泥为西五里湖生态恢复区的3 3种典型底泥。种典型底泥。 依据肥沃程度：依据肥沃程度： L L底泥底泥为原鱼塘区退渔还湖后，经深度清淤及塘埂为原鱼塘区退渔还湖后，经深度清淤及塘埂 土回填形成的生泥底泥；土回填形成的生泥底泥； M M底泥底泥为原鱼塘区退渔还湖后，经水下疏浚后的底为原鱼塘区退渔还湖后，经水下疏浚

4、后的底 泥；泥； H H底泥底泥为西五里湖非鱼塘区且未经疏浚的底泥。为西五里湖非鱼塘区且未经疏浚的底泥。 三、实验方法三、实验方法 5种供试植物构成种供试植物构成3种人工配置类型：种人工配置类型： I主栽种为主栽种为微齿眼子菜微齿眼子菜(占占60，其他各占，其他各占 10) II主栽种为主栽种为苦草苦草(占占60，其他各占，其他各占10) 主栽种为主栽种为黑藻黑藻(占占60，其他各占，其他各占10) 每个培养箱定植每个培养箱定植20丛沉水植物。试验由丛沉水植物。试验由3种种底泥和底泥和5种植物品种构成的种植物品种构成的3种人工配置类种人工配置类型组成，共计型组成，共计9个处理组，每个处理组设个

5、处理组，每个处理组设3个重复。个重复。 2004年年6月月13日将供试水生植物种植于培养箱内，日将供试水生植物种植于培养箱内，加水至浸没植物，次日加水至加水至浸没植物，次日加水至20 cm 6月月16日将培养箱内注满水，水深为日将培养箱内注满水，水深为47 cm 。培养。培养箱置于室外。箱置于室外。 53 d后，取出各桶内全部植物，洗净，分别测量后，取出各桶内全部植物，洗净，分别测量植物的植物的株高株高、根长根长、分蘖分蘖，并分离地上，并分离地上(泥面上泥面上)部分和地下部分和地下(泥面下泥面下)部分，称量部分，称量鲜质量鲜质量，在，在105下烘干下烘干1h后再在后再在80下烘干至恒重，称量其

6、下烘干至恒重，称量其干质干质量量。 数据分析数据分析 水生植物相对生长速率水生植物相对生长速率(RGR) ： RGR=(ln W2一一ln W1)t W1、 W2 植物开始时、结束时的总的生物量干质量植物开始时、结束时的总的生物量干质量 t 试验天数试验天数 优势度：优势度：DV=(RF+RB)/2*100% RF 植物的相对频度植物的相对频度 RB 相对生物量相对生物量物种多样性的测定：物种多样性的测定：Shannon-Weiner指数指数 H =-PilnPi 同时采用同时采用Simpson指数作为对照指数作为对照 D=1-Pi2 S-样方内物种数样方内物种数 Pi 第第i物种第一次被抽中

7、的概率物种第一次被抽中的概率ssi=1i=1四、实验结果四、实验结果 1、底泥对植物成活率的影响、底泥对植物成活率的影响1、底泥对植物成活率的影响、底泥对植物成活率的影响 3种配置类型中植物的成活率对底泥的反应相似，种配置类型中植物的成活率对底泥的反应相似，依次为依次为L底泥底泥M底泥底泥H底泥底泥 表现为在肥沃度低、强度大的基底上成活率高；表现为在肥沃度低、强度大的基底上成活率高；而在肥沃度高、强度小的基底上植物成活率低。而在肥沃度高、强度小的基底上植物成活率低。2、底泥对平均相对生长速率的影响、底泥对平均相对生长速率的影响 2、底泥对平均相对生长速率的影响、底泥对平均相对生长速率的影响2、

8、底泥对平均相对生长速率的影响、底泥对平均相对生长速率的影响 成活率反映了底泥对植物定居的影响，而平均相成活率反映了底泥对植物定居的影响，而平均相对生长速率则反映的是底泥对植物生长速率的影对生长速率则反映的是底泥对植物生长速率的影响。响。 对于所有处理组而言，对于所有处理组而言， RGR呈现呈现 M底泥底泥H底泥底泥L底泥底泥 植物生长的营养条件有一合适的浓度范围，过高植物生长的营养条件有一合适的浓度范围，过高或过低均不利于水生植物生长。或过低均不利于水生植物生长。3、底泥对群落结构的影响、底泥对群落结构的影响 底泥对群落结构的影响表现在底泥对群落结构的影响表现在改变群落内的物种改变群落内的物种

9、数、各物种的优势度数、各物种的优势度甚至甚至产生优势种的更替产生优势种的更替，以，以及及改变群落内的物种多样性改变群落内的物种多样性等。等。 与成活率相似，配置与成活率相似，配置I和和，在肥沃度低、强度大，在肥沃度低、强度大的底泥上物种数较高；配置的底泥上物种数较高；配置则没有改变。马来则没有改变。马来眼子菜在某些处理组中完全死亡眼子菜在某些处理组中完全死亡 。1)1)马来眼子菜完全死亡马来眼子菜完全死亡底泥对生物多样性的影响底泥对生物多样性的影响 经统计检验，配置经统计检验，配置I和和的生物多样性在营养盐含的生物多样性在营养盐含量低的量低的L底泥上最高，在营养盐含量高的底泥上最高，在营养盐含

10、量高的M和和H底底泥则较低。而配置泥则较低。而配置的生物多样性在几种底泥间的生物多样性在几种底泥间无显著差别。无显著差别。 试验结束时，配置试验结束时，配置的生物多样性指数上升，的生物多样性指数上升， 另外另外2种配置类型的生物多样性指数则明显降低。种配置类型的生物多样性指数则明显降低。底泥对各处理组内植物优势度的影响底泥对各处理组内植物优势度的影响0.580.730.110.220.0870.42 表明在这表明在这3种配置类型中，无论是否将黑藻种配置类型中，无论是否将黑藻作为主栽种，其优势度均有显著的增加作为主栽种，其优势度均有显著的增加 非黑藻主栽种的优势度有被黑藻取代的趋非黑藻主栽种的优

11、势度有被黑藻取代的趋势，其中配置势，其中配置最为明显，其优势种已由最为明显，其优势种已由微齿眼子菜演变为黑藻。微齿眼子菜演变为黑藻。五、分析与讨论五、分析与讨论 从所有配置类型的植物相对生长速率来看，氮、从所有配置类型的植物相对生长速率来看，氮、磷含量较高的淤泥底质比生泥底质更有利于沉水磷含量较高的淤泥底质比生泥底质更有利于沉水植物的生长，沉水植物具有较高的相对生长速率，植物的生长，沉水植物具有较高的相对生长速率，即在营养丰富的即在营养丰富的M M和和H H底泥上其相对生长速率大于底泥上其相对生长速率大于较为贫瘠的较为贫瘠的L L底泥。底泥。 可以认为，底泥的营养盐水平是影响沉水植物生可以认为

12、，底泥的营养盐水平是影响沉水植物生长的主要因素之一，但是，植物生长的营养条件长的主要因素之一，但是，植物生长的营养条件有一合适的浓度范围，营养过高或过低均不利于有一合适的浓度范围，营养过高或过低均不利于水生植物的生长。水生植物的生长。 当湖泊底泥受到严重的有机污染时，底泥表层沉当湖泊底泥受到严重的有机污染时，底泥表层沉积物的密度和稳定性减小，呈半流体状态。底泥积物的密度和稳定性减小，呈半流体状态。底泥的这种机械特性和不稳定性容易受风浪、水压等的这种机械特性和不稳定性容易受风浪、水压等外界作用的影响，从而不利于沉水植物的定植汹外界作用的影响，从而不利于沉水植物的定植汹驯，当有机质含量较高、底泥成

13、为还原性腐泥时，驯，当有机质含量较高、底泥成为还原性腐泥时，还会对水生植物产生胁迫效应，不利于水生植物还会对水生植物产生胁迫效应，不利于水生植物的存活和萌发。的存活和萌发。 在该试验中，有机质含量较高的淤泥底质不利于在该试验中，有机质含量较高的淤泥底质不利于沉水植物的成活沉水植物的成活(成活率：成活率：L底泥底泥M底泥底泥H底泥底泥)。M和和H底泥营养丰富，呈半流体状态，密度和稳底泥营养丰富，呈半流体状态，密度和稳定性差，植物的成活率定性差，植物的成活率(定居情况定居情况)相对较低；而相对较低；而在强度较大的在强度较大的L底泥上植物的成活率最大。底泥上植物的成活率最大。 有机质和营养盐含量不同

14、，导致不同类型有机质和营养盐含量不同，导致不同类型的底泥对水生植物成活和生长的影响也可的底泥对水生植物成活和生长的影响也可以在生物多样性的指标上得到反映，以在生物多样性的指标上得到反映，有机有机质和营养盐含量较低的底泥有利于提高生质和营养盐含量较低的底泥有利于提高生物多样性指数物多样性指数。 该试验中，生物多样性指数在营养盐含量该试验中，生物多样性指数在营养盐含量低的低的L底泥上最高，在营养盐含量高的底泥上最高，在营养盐含量高的M和和H底泥上则较低。底泥上则较低。 在水生植物恢复的工程实践中，对于呈富营养状在水生植物恢复的工程实践中，对于呈富营养状态的湖泊水体，其沉水植物的自然恢复过程困难态的湖泊水体，其沉水植物的自然恢复过程困难且漫长。且漫长。 因此应在大量减少或缓解流域内污染压力的前提因此应在大量减少或缓解流域内污染压力的前提下，根据环境条件选择合适的优势种，保证底泥下，根据环境条件选择合适的优势种，保证底泥的适当肥沃并达到一定的稳定性，综合考虑植物的适当肥沃并达到一定的稳定性，综合考虑植物栽培的成活率、生长速率、生物量累积