洱海底泥特性對七種沉水植物生長的影響

何文凱曹 特倪樂意宋碧玉

(1. 武漢大學資源與環(huán)境科學學院, 武漢 430072; 2. 中國科學院水生生物研究所東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站, 武漢 430072)

洱海底泥特性對七種沉水植物生長的影響

何文凱1曹 特2倪樂意2宋碧玉1

(1. 武漢大學資源與環(huán)境科學學院, 武漢 430072; 2. 中國科學院水生生物研究所東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站, 武漢 430072)

為研究洱海底泥特性對沉水植物生長的影響, 采用不同比例洱海底泥與湖岸土壤摻混形成五種基質, 并分別移栽苦草、黑藻、微齒眼子菜、馬來眼子菜、光葉眼子菜、穿葉眼子菜和狐尾藻, 進行為期70d的室外生長實驗, 結果表明不同基質對幾種植物的影響具種間差異。(1)在基質為50% 深層底泥+50% 湖岸土壤(碳、氮、磷含量分別為31.59、0.334和0.095 mg/g)時, 苦草、馬來眼子菜和光葉眼子菜的株高最大; 基質為100% 深層底泥(碳、氮、磷含量分別為37.88、0.803和0.149 mg/g)時, 黑藻、微齒眼子菜、穿葉眼子菜和狐尾藻的株高最大; (2)基質為100%深層底泥時, 苦草、黑藻、微齒眼子菜、馬來眼子菜和光葉眼子菜生物量增加最多且相對生長速率最大; 基質為100%淺層底泥(碳、氮、磷含量分別為77.37、5.691和0.136 mg/g)時, 穿葉眼子菜生物量增加最多, 相對生長速率最大; 狐尾藻在基質為50%淺層底泥+50%深層底泥(碳、氮、磷含量分別為49.27、2.005和0.131 mg/g)時生物量增加最多, 相對生長速率最大; (3)基質為100%湖岸土壤(碳、氮、磷含量分別為22.06、0.327和0.231 mg/g)時, 7種沉水植物均生長緩慢, 生物量增加較少。綜上所述, 中營養(yǎng)底泥(碳、氮、磷含量分別為31.59—49.27、0.334—2.005和0.095—0.131 mg/g)更適合沉水植物生長, 底泥中過高或過低營養(yǎng)都不利于沉水植物生長。

富營養(yǎng)化; 底泥特性; 沉水植物; 生態(tài)修復; 洱海

水體富營養(yǎng)化已成為嚴峻的環(huán)境問題, 受到了全世界的廣泛關注。水體富營養(yǎng)化會使水質惡化,導致水生植被衰退乃至消亡, 水生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,生物多樣性降低, 引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題。沉水植物不僅能夠對水體和底泥中的氮、磷和難降解有機污染物進行吸收、轉化, 合成自身物質, 對富營養(yǎng)化的水體起到凈化作用; 而且還能調節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)速度, 增加水體生物多樣性, 控制藻類生長, 從而有效提高水質, 改善生態(tài)環(huán)境。因此利用水生植物尤其是沉水植物修復富營養(yǎng)化水體, 被認為是水體修復最有效的途徑之一[1—5]。

很多因素都會對沉水植物的生長、發(fā)育和群落演替產(chǎn)生影響, 如底泥特征、營養(yǎng)鹽限制、光照強度、植物生長類型、溫度和湖底地形等[6—10]。國內外學者關于沉水植物生長的研究主要集中在光強以及上覆水的性質對于沉水植物生長的影響,關于底泥特性對于沉水植物生長影響的研究則較少, 而底泥是沉水植物根系固著的基礎, 同時也是沉水植物吸收營養(yǎng)物質的來源, 其性質對沉水植物的生理、生長有重要的影響[11]。因此本實驗結合國家“十二五”重大科技專項課題, 在洱海生境改善示范工程區(qū), 配置不同特性的底泥, 研究水生態(tài)修復工程中常見的7種沉水植物生長的最佳底泥條件,以期為洱海的底泥清淤工程提供參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗基質由不同比例的洱海底泥與湖岸土壤摻混形成, 其中洱海底泥分為深層底泥(15 cm以下)和淺層底泥(0—15 cm), 淺層底泥由抓泥斗取得, 深層底泥由柱狀采泥器取得。

實驗植株為苦草、黑藻、微齒眼子菜、馬來眼子菜、光葉眼子菜、穿葉眼子菜、狐尾藻7種水體生態(tài)修復工程中常見的沉水植物, 取自洱海, 選取健康植株整株取回, 挑選生長良好、生物量相近、長勢一致的植物頂枝為實驗材料。

1.2 實驗設計

本實驗在洱海紅山灣附近的苗圃池中進行, 取洱海的水注入苗圃池中, 苗圃池中水層高度保持在0.6—0.7 m左右, 低于此水位時取洱海水補充。苗圃池上方覆蓋遮陽網(wǎng), 保持其他條件一致。

實驗設置 5 種不同特性的基質, 分別為: 100%淺層底泥(處理一)、50% 淺層底泥+50% 深層底泥(處理二)、100% 深層底泥(處理三)、50% 深層底泥+50%湖岸土壤(處理四)、100% 湖岸土壤(處理五)。將每一種基質充分混勻, 分裝到塑料杯(高10 cm, 直徑10 cm)中。

沉水植物的移栽方法: 苦草選取10—15 cm幼苗種植, 1株/杯; 微齒眼子菜和黑藻各取20 cm頂端植株, 下種10 cm至土中, 3株/杯; 馬來眼子菜和光葉眼子菜各取選取30 cm頂端植株, 去除多余葉片僅保留頂端3葉片, 下種10 cm至土中, 2株/杯; 穿葉眼子菜和狐尾藻各取20 cm頂端植株, 下種10 cm至土中, 2株/杯。實驗所用的塑料杯尺寸及在苗圃池的布置如圖 1所示。

實驗每種基質每種沉水植物均設置5個重復。實驗時間為4月中下旬至6月下旬, 共計70d。

1.3 數(shù)據(jù)收集與分析

實驗開始前測定所配置的5種不同特性基質的底泥間隙水水質指標(TP、TN、含水率以及底泥CNP含量; 實驗開始時測量并記錄每一株下種沉水植物的生物量和株高(苦草則為葉片長度); 實驗過程中每周測量并記錄每一株沉水植物的株高, 并采集實驗區(qū)域的水樣以測定TP、TN、等水體指標; 實驗結束時采集沉水植物, 測定每個塑料杯中底泥的間隙水水質指標、含水率和底泥CNP含量, 并測定所采集沉水植物的株高、鮮重等。

采用SPSS Statistics v22.0統(tǒng)計軟件及Excel軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析, 采用Tukey HSD方法進行多重比較, 使用Origin v9.0 軟件進行制圖。

2 結果

2.1 水質分析

從圖 2中可以看出, 水中TN的濃度顯著下降,由最開始的1.95 mg/L降至0.8 mg/L, 降幅達58.97%; TP濃度則由0.05 mg/L降至結束時的0.04 mg/L, 期間TP最低值可達0.025 mg/L;濃度均有降低, 表明沉水植物能夠顯著的凈化改善水質。

圖 1 實驗布置圖Fig. 1 Diagram of the experimental arrangements

2.2 底泥特性分析

底泥CNP含量實驗開始時(圖 3a), 5種處理底泥的N含量以及C含量均呈現(xiàn)處理一＞處理二＞處理三＞處理四＞處理五的規(guī)律, P含量則是處理五底泥最高, 處理四底泥的P含量最低, 其他三種底泥P含量相近。整體而言, 5種處理底泥的營養(yǎng)水平表現(xiàn)為: 處理一＞處理二＞處理三＞處理四＞處理五。

到實驗結束時(圖 3b), 底泥N含量和C含量數(shù)值都有所降低, 5種底泥的N、C含量大小關系并未發(fā)生明顯變化, 而前4種處理底泥的P含量均有所增加, 處理五底泥的P含量則保持不變。底泥中其他元素含量在各組之間基本一致, 故不作分析。

底泥間隙水水質實驗開始時5種不同底泥的間隙水水質指標及含水率如圖 4a所示, 處理三底泥的TN濃度最高, 處理五底泥的TN濃度最低, 處理四底泥的TP濃度最高, 處理二底泥的TP濃度最低;五種底泥的含水率依次降低。底泥間隙水中與沉水植物生長相關的pH、氧化還原電位等指標在各組之間無明顯差異, 故不作分析。

實驗結束時底泥的間隙水水質發(fā)生了很大變化(圖 3b), 5種底泥間隙水的TN濃度和濃度均大幅度下降, 以處理三底泥為例, 其TN濃度由26.3 mg/L降低至2.9 mg/L,濃度則由8.8 mg/ L降低至0.27 mg/L; 其他水質指標如以及TP濃度均有所降低, 只因初始值較小,變化程度也比較小, 含水率無明顯變化。底泥間隙水各水質指標的降低表明實驗所用的7種沉水植物能夠有效的吸收底泥間隙水的N、P營養(yǎng)元素, 抑制其向水體的釋放過程。

2.3 沉水植物生長情況分析

圖 2 水質變化曲線Fig. 2 Temporal changes in water quality during the experimental period

圖 3 實驗前后不同底泥的CNP含量對比Fig. 3 The C, N and P contents of different sediments at the beginning and the end of the experiment

圖 4 實驗前后不同底泥的間隙水水質對比Fig. 4 Comparison of water quality indices of different sediment interstitial waters at the beginning and end of the experiment

株高7種沉水植物株高隨時間的變化情況如圖 5所示, 5種處理底泥上的苦草在第一周葉片長度都快速增長, 當?shù)竭_15—20 cm左右時葉片長度趨于不變, 此時苦草的葉片數(shù)不斷增加, 并出現(xiàn)分株, 隨后苦草在前面4種處理的底泥上快速生長, 處理四底泥上苦草的葉片長度達到最大值, 為34.6 cm,而處理五底泥上的苦草則不再生長; 馬來眼子菜以及光葉眼子菜在5種處理的底泥上均能生長, 株高不斷增大, 在處理四底泥上達到最大值, 分別為47.5 cm以及63.8 cm; 黑藻、微齒眼子菜以及狐尾藻的株高在處理三底泥上達到最大值, 分別為42 cm、63 cm以及77 cm; 穿葉眼子菜在前4種處理的底泥上均能生長, 在處理三底泥上達到最大值, 為84.8 cm,在處理五底泥上株高幾乎不發(fā)生變化, 表明穿葉眼子菜無法在處理五底泥上生長。

圖 5 不同底泥下7種沉水植物的株高變化Fig. 5 Temporal changes in shoot heights of seven submersed macrophytes grown on different sediments

整體而言, 7種沉水植物的株高在第一個月呈緩慢增長趨勢, 從第二個月開始增長速度加快, 到實驗結束時株高達到最大值并出現(xiàn)減少趨勢。在5種處理的底泥中, 處理五底泥上的7種沉水植物株高變化不大, 生長情況不佳。處理三和處理四底泥上的沉水植物生長情況要好于其他3種處理的底泥。

生物量及相對生長速率實驗開始和結束時記錄了每株沉水植物的生物量(圖 6), 通過對比沉水植物生物量的增加量來分析植物的生長情況,經(jīng)過70d的生長, 沉水植物在5種不同處理底泥上的生物量增加量存在差異?？嗖荨⒑谠逡约拔X眼子菜在處理五底泥上的的生物量增加量最低, 在處理三底泥上的生物量增加量最高, 處理四底泥上的生物量增加量次之, 表明這3種沉水植物在深層底泥上的生長情況要好于其他底泥, 而在湖岸土壤上幾乎不生長; 馬來眼子菜以及穿葉眼子菜在處理三底泥上的生物量增加量最高, 在處理一底泥上的生物量增加量次之, 在處理五上底泥上的生物量增加量最低, 表明這兩種沉水植物在深層底泥上的生長情況最好, 也能在淺層底泥上較好地生長, 而在湖岸土壤上則無法生長; 光葉眼子菜在處理四底泥上的生物量增加量最高, 處理五底泥次之, 其他3種底泥上的生物量增加量相近, 表明光葉眼子菜在五種底泥上均能生長, 在深層底泥上生長情況最好; 于狐尾藻而言, 生物量增加量最高出現(xiàn)在處理二底泥上, 處理一底泥次之, 生物量增加量最低出現(xiàn)在處理五底泥上, 表明狐尾藻適合生長在淺層底泥及其與深層底泥混合區(qū), 不適合在湖岸土壤上生長。

圖 6 不同底泥下7種沉水植物的生物量增加量Fig. 6 Biomass productions of seven submersed macrophytes grown on different sediments during the experimental period

水生植物相對生長速率(Relative growth rate, RGR)的計算方法如下:

其中, W1表示第1次測定的總生物量(g); W2表示第2次測定的總生物量(g); t表示測定的時間間隔(d)[5]。

結合實驗開始和結束時記錄的生物量, 計算沉水植物的相對生長速率值并進行對比分析(圖 7)?？嗖菰谇八姆N處理底泥上的相對生長速率差別不大, 最大值為0.027 g/(m2·d), 在處理五底泥上的相對生長速率最小; 黑藻的相對生長速率呈現(xiàn)出處理三底泥＞處理四底泥＞處理一底泥＞處理二底泥＞處理五底泥的規(guī)律, 最大值為0.019 g/(m2·d); 微齒眼子菜的相對生長速率在5種不同特性底泥上的規(guī)律與苦草相似, 前四種底泥差別不大, 僅在處理五底泥上到達最低, 最大值為0.026 g/(m2·d) ; 馬來眼子菜在處理四底泥的相對生長速率遠大于其他幾種底泥, 為0.025 g/(m2·d); 光葉眼子菜在處理一、處理三和處理五底泥上的相對生長速率差別不大, 略大于處理二和處理四底泥; 穿葉眼子菜的相對生長速率呈現(xiàn)處理一底泥＞處理四底泥＞處理五底泥＞處理三底泥＞處理二底泥的規(guī)律, 最大值為0.022 g/ (m2·d); 狐尾藻的相對生長速率呈現(xiàn)處理二底泥＞處理一底泥=處理四底泥＞處理三底泥＞處理五底泥的規(guī)律, 最大值為0.021 g/(m2·d)。

2.4 底泥特性指標與沉水植物生長指標的相關性分析

以實驗所配置的五種不同特性底泥的間隙水水質指標(TP、TN、、底泥CNP含量與各沉水植物的株高、生物量增加量以及相對增長速率進行Pearson相關性分析(表 1)。

從表 1中可以看出, 各沉水植物的株高和底泥間隙水的TN含量呈極顯著正相關, 且相關性最大,與含量呈顯著正相關, 而與底泥的P含量呈顯著負相關, 與其他底泥特性指標無顯著相關性,由此可知, 沉水植物的株高主要受到底泥間隙水的TN濃度以及底泥的P含量的影響, 底泥間隙水中濃度和TN濃度的升高會促進植物株高的增長, 底泥P含量的增加則會抑制植物株高增長。

圖 7 不同底泥下7種沉水植物的相對生長速率Fig. 7 The relative growth rate of seven submerged plants under different sediment conditions

表 1 沉水植物生長指標與底泥特性指標的相關性Tab. 1 Correlation analysis between the sediment nutrients content and the growth indices of submersed macrophytes

3 討論

在沉水植物恢復的限制因子中, 底泥的作用越來越受到關注, 因為底泥條件對沉水植物上生根、穩(wěn)定生長和繁殖有重要影響[13]。本實驗選用不同深度的洱海底泥以及湖岸土壤進行不同比例的摻混, 處理一底泥(100%淺層底泥)的營養(yǎng)水平最高,處理二(50%淺層底泥+50%深層底泥)、處理三(100%深層底泥)以及處理四(50%深層底泥+50%湖岸土壤)底泥的營養(yǎng)水平相近, 處理五(100%湖岸土壤)底泥的營養(yǎng)水平最低, 其P含量最高。整體而言,沉水植物在處理二、處理三和處理四底泥上的生長情況較好, 在處理五底泥上的生長情況最差, 說明底質營養(yǎng)物質含量對植株影響較大, 所選的7種沉水植物更適合生長在中營養(yǎng)水平(碳、氮、磷含量分別為31.59—49.27, 0.334—2.005和0.095—0.131 mg/g)的底泥上。

沉水植物既可從根系吸收來自于底泥的營養(yǎng)物質, 也能通過莖葉吸收來自水體的營養(yǎng)物質[14—16]。而且沉水植物所需的氮和磷幾乎全部來自底泥[14,15]。較肥沃的底泥對沉水植物的生長發(fā)育具有重要的積極作用, 能夠促進植株分蘗、植物的生長和提高生物量[17—20], 這是由于在肥沃底泥條件下, 營養(yǎng)物質(如磷)更容易溶于間隙水中, 因此更容易為植物所吸收。在本實驗中, 從7種沉水植物相對生長速率來看, 在營養(yǎng)水平較高的前四種處理底泥的相對生長速率要大于處理五底泥, 表明氮含量較高的洱海底泥比湖岸土壤更有利于沉水植物的生長, 沉水植物具有較高的相對生長速率, 而在磷含量過高的底泥上沉水植物的相對生長速率比其他組底泥要低得多, 過高含量的磷反而抑制了沉水植物的生長。但是, 與處理二、處理三、處理四底泥相比,營養(yǎng)最豐富的處理一底泥卻影響了植物的相對生長速率, 其相對生長速率有所減小, 表明過于肥沃的底泥對沉水植物的生長產(chǎn)生了抑制作用。因此可以認為, 底泥的營養(yǎng)鹽水平是影響沉水植物生長的主要因素之一, 而沉水植物生長的營養(yǎng)條件應該有一合適的濃度范圍, 營養(yǎng)過高或過低均不利于沉水植物的生長[13—15]。

不同營養(yǎng)環(huán)境對沉水植物生長的影響國內外均有所報道。Ozimek[21]和Pokorny[22]等研究發(fā)現(xiàn)低濃度氮磷含量能促進沉水植物生長, 而隨營養(yǎng)水平升高, 它們逐漸引起植物快速生長, 最終抑制沉水植物生長。劉燕等[23]研究發(fā)現(xiàn)狐尾藻和金魚藻在中營養(yǎng)水平下單株最大生物量分別較富營養(yǎng)下高出39%和22%。王珺等[24]研究發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)條件下輪葉黑藻生長受到影響, 當水體中銨鹽含量上升到一定比例時, 會對輪葉黑藻產(chǎn)生脅迫, 影響其生理功能, 抑制其生長。高濃度硝氮對植物脅迫也有報道[25,26]。以上研究表明在高營養(yǎng)水平下, 多種沉水植物的生長均會受到不同程度的抑制, 而在低營養(yǎng)水平下, 植物生長所需的營養(yǎng)物質不充足, 無法正常生長。在本實驗中, 最適宜苦草生長的底泥特性為: 碳、氮、磷含量分別為31.59—77.37, 0.803—5.691和0.131—0.149 mg/g; 間隙水TN、TP濃度分別為18.54—22.69 mg/L和0.176—0.228 mg/L。最適宜黑藻、微齒眼子菜和馬來眼子菜生長的底泥特性為: 碳、氮、磷含量分別為31.59—37.88, 0.335—0.803和0.095—0.149 mg/g; 間隙水TN、TP濃度分別為18.54—26.22 mg/L和0.197—0.228 mg/L。最適宜光葉眼子菜、穿葉眼子菜生長的底泥特性為:碳、氮、磷含量分別為31.59—37.88, 0.335—0.803和0.095—0.136 mg/g; 間隙水TN、TP濃度分別為18.54—22.69 mg/L和0.228—0.362 mg/L。最適宜穿狐尾藻生長的底泥特性為: 碳、氮、磷含量分別為49.27—77.37、0.620—1.406和0.1307—0.1364 mg/ g; 間隙水TN、TP濃度分別為18.54—24.05 mg/L和0.176—0.228 mg/L。與其他研究結果相比較具有相似的規(guī)律, 高于或低于最佳濃度范圍時, 沉水植物的生長會受到抑制。

株高和生物量的變化是植物形態(tài)變化的重要參數(shù), 在許多研究中以高植株、重生物量為植被生長良好的標志[27]。植株較高的沉水植物更容易接受充足的光照, 進行光合作用提供生長所需的能量,而生物量較大的沉水植物有利于吸收更多的營養(yǎng)元素以及擴展生存和繁衍的空間。本實驗中, 在5種不同處理的底泥上, 苦草、黑藻、微齒眼子菜、馬來眼子菜以及光葉眼子菜在處理三的底泥上株高增長較快, 生物量增加量最多, 穿葉眼子菜在基質為100%淺層底泥(碳、氮、磷含量分別為77.37, 5.691和0.136 mg/g)時生物量增加量最多, 狐尾藻在基質為50%淺層底泥+50%深層底泥(碳、氮、磷含量分別為49.27、2.005和0.131 mg/g)時生物量增加量最多, 7種沉水植物在基質為100%湖岸土壤(碳、氮、磷含量分別為22.06、0.327和0.231 mg/ g)時生物量增加量均較少。這表明營養(yǎng)條件較好的環(huán)境條件有利于沉水植物株高及生物量的增長。

本實驗在一定程度上也反應了底泥特性對不同沉水植物生長影響的差異?？嗖?、黑藻、微齒眼子菜和馬來燕子菜在基質為100%深層底泥(碳、氮、磷含量分別為37.88, 0.803和0.149 mg/g)時生物量增加量最多, 且相對生長速率最大, 而在基質為100%湖岸土壤時生長緩慢, 表明這4種沉水植物更適合生在在中營養(yǎng)水平的底泥上, 較低的總磷濃度更有利于它們的生長, 高濃度的總磷則會抑制它們的生長; 光葉眼子菜同樣在基質為100%深層底泥時生物量增加量最多, 且相對生長速率最大, 在基質為100% 湖岸土壤時次之, 表明光葉眼子菜不僅能在中營養(yǎng)水平的底泥上生長, 而且在低營養(yǎng)水平的底泥上也能生長, 雖然其株高變化不明顯, 但生物量是不斷增加的, 說明光葉眼子菜在生長過程中將養(yǎng)分和能量分配在植株的不同部位, 體現(xiàn)了植株在面對生存條件發(fā)生變化的情況下, 能夠通過自身的調節(jié)并做出形態(tài)上的改變, 以適應現(xiàn)有生存條件, 從而增加生存機會; 穿葉眼子菜在基質為100%淺層底泥(碳、氮、磷含量分別為77.37, 5.691和0.136 mg/g)時生物量增加量和相對生長速率最大,表明穿葉眼子菜更適合生在高營養(yǎng)水平的底泥上;狐尾藻在基質為50%淺層底泥+50%深層底泥時生長情況最佳, 在基質為100%淺層底泥時次之, 表明狐尾藻更適合生在中偏高營養(yǎng)水平的底泥上。

以上研究結果表明, 在進行湖泊、河流生態(tài)修復工程的沉水植被恢復與重建時, 需要根據(jù)不同沉水植物適應底泥基質的差異性來構建水生植物群落, 對不適宜沉水植物生長的底泥基質需要進行一定的修復, 從而保證沉水植物能夠良好的生長與種群擴張[28]。

[1]Zhao A N, Feng M H, Li W C, et al. Effect of photosynthesis oxygen evolution of submerged macrophyte Elodea nuttallii on nitrogen transformation in water [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2010, 19(4): 757—761 [趙安娜, 馮慕華, 李文朝, 等. 沉水植物伊樂藻光合放氧對水體氮轉化的影響. 生態(tài)環(huán)境學報, 2010, 19(4): 757—761]

[2]Liu C Y, Liu P P, Liu Z W, et al. Study on the functions of submerged macrophytes in ecological restoration and water quality improvement [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(7): 2908—2910 [劉從玉, 劉平平, 劉正文, 等. 沉水植物在生態(tài)修復和水質改善中的作用. 安徽農(nóng)業(yè)科學, 2008, 36(7): 2908—2910]

[3]Xu S, Zhang D, Wang Y Y, Zhou Q H, et al. Impacts of submerged macrophytes rehabilitation on the methanogenic community in the sediment of freshwater lakes [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2015, 39(6): 1198—1206 [徐思, 張丹, 王艷云, 等. 沉水植物恢復對湖泊沉積物產(chǎn)甲烷菌的影響研究. 水生生物學報, 2015, 39(6): 1198—1206]

[4]Li L X. Progress of remediation techniques for polluted sediment in rivers and lakes [J]. Heilongjiang Environmental Journal, 2008, 32(4): 27—29 [李立欣. 河湖底泥修復技術的研究進展. 黑龍江環(huán)境通報, 2008, 32(4): 27—29]

[5]Ye C, Yu H C, Song X F, et al. Influence of sediment condition on growth and community structure of submerged Plants [J]. Research of Environmental Sciences, 2008, 21(5): 178—183 [葉春, 于海嬋, 宋祥甫, 等. 底泥對沉水植物生長和群落結構的影響. 環(huán)境科學研究, 2008, 21(5): 178—183]

[6]Zhai S J, Hu W P, Deng J C, et al. Effects of different water depths and sediments on Potamogeton malaianus in Lake Taihu [J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(7): 3035—3041 [翟水晶, 胡維平, 鄧建才, 等. 不同水深和底質對太湖馬來眼子菜生長的影響. 生態(tài)學報, 2008, 28(7): 3035—3041]

[7]Wang H, Pang Y, Liu S B, et al. Research progress on influencing of environmental factors on the growth of submersed macrophytes [J]. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(8): 3958—3968 [王華, 逄勇, 劉申寶, 等. 沉水植物生長影響因子研究進展. 生態(tài)學報, 2008, 28(8): 3958—3968]

[8]Chen J, Cao T, Zhang X, et al. Differential photosynthetic and morphological adaptations to low light affect depth distribution of two submersed macrophytes in lakes [J]. Scientific Reports, 2016, 6(34): 1—9

[9]Angela M, P agano, John E Titus. Submersed macrophyte growth at low pH: contrasting responses of three species to dissolved inorganic carbon enrichment and sediment type [J]. Aquatic Botany, 2004, 79(1): 65—74

[10]Takamura N, Kadono Y, Fukushima M, et al. Effects of aquatic macrophytes on water quality and phytoplankton communities in shallow lake [J]. Ecology Research, 2003, 18(4): 381—395

[11]Li L, Liao R H, Niu Y, et al. Effects of sediments with different characteristics on restoration of submerged macrophytes [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2010, 19(11): 2680—2685 [李壘, 廖日紅, 牛影, 等. 不同特性底質對沉水植物恢復生長的影響. 生態(tài)環(huán)境學報, 2010, 19( 11): 2680—2685]

[12]Tian R N, Zhu M, Sun X X, et al. Nitrogen and phosphorus removal effects of different hydrophyte combinations under simulated eutrophic conditions [J]. Journal of Beijing Forestry University, 2011, 33(6): 191—195 [田如男, 朱敏, 孫欣欣, 等. 不同水生植物組合對水體氮磷去除效果的模擬研究. 北京林業(yè)大學學報, 2011, 33(6): 191—195]

[13]Yan H M, Qi Z F, Lin C, et al. Effects of sediments on submerged macrophytes growth [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2015, 43(29): 283—285 [閆暉敏, 漆志飛, 林超, 等. 不同基底對沉水植物的生長影響研究.安徽農(nóng)業(yè)科學, 2015, 43(29): 283—285]

[14]Cao T, Ni L Y, Xie P, et al. Effects of moderate ammonium enrichment on three submersed macrophytes under contrasting light availability [J]. Freshwater Biology, 2011, 56(6): 1620—1629

[15]Cao D D, Wang D, Yang X, et al. Decomposition of two submerged macrophytes and their mixture: effect of sediment burial [J]. Acta Hydrobiologica Sinica, 2016, 40(2): 327—336 [曹丹丹, 王東, 楊雪, 等. 泥沙埋深對苦草和微齒眼子菜及兩物種混合分解的影響. 水生生物學報, 2016, 40(2): 327—336]

[16]Yuan G X, Fu H, Zhong J Y, et al. Growth and C/N metabolism of three submersed macrophytes in response to water depths [J]. Environmental & Experimental Botany, 2016, 122(5): 94—99

[17]Gao M, Liu X, Deng J C, et al. Studies on effects of water quality in different lake zones on main physiological indices of Potamogeton wrightii Morong [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(11): 1886—1892 [高敏, 劉鑫, 鄧建才, 等. 不同水質對沉水植物馬來眼子菜主要生理指標的影響研究. 生態(tài)環(huán)境學報, 2015, 24(11): 1886—1892]

[18]Zuo J C, Zhao X Y, Kang M Y, et al. Effects of sediment burial on seed germination and seedling survival of Vallisneria natans [J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2014, 22(11): 39—43 [左進城, 趙曉雨, 康銘楊, 等. 底質掩埋對苦草種子成苗和幼苗存活的影響. 廣東農(nóng)業(yè)科學, 2014, 22(11): 39—43]

[19]Yang W B, Li Y, Sun G X, et al. Effects of two submerged macrophytes on dissolved inorganic nitrogen in overlying water and interstitial water [J]. Environmental Science, 2014, 35(6): 2156—2161 [楊文斌, 李陽, 孫共獻, 等. 兩種沉水植物對上覆水和間隙水中可溶性無機氮的影響. 環(huán)境科學, 2014, 35(6): 2156—2161]

[20]Kong X L, Ye C, Li C H, et al. Effect on nitrogen transfer and migration by Vallisneria natans (Lour.) Hara in water-sediment-submerged macrophytes system [J]. China Environmental Science, 2015, 35(2): 539—549 [孔祥龍, 葉春, 李春華, 等. 苦草對水-底泥-沉水植物系統(tǒng)中氮素遷移轉化的影響. 中國環(huán)境科學, 2015, 35(2): 539—549]

[21]Ozimek T, Kowalezewski A. Long-term changes of the submersed macrophtes in eutrophic lake Mikolajskie (North Poland) [J]. Aquat Bat, 1984, 19(2): 1—11

[22]Pokorny J, Kvet J, Ondok JP. Functioning of the p1ant component in densely stocked fishponds [J]. Bulletin of Environment Contamination and Toxicology, 1990, 21(3): 44—48

[23]Liu Y, Wang S R, Jin X C, et al. Effects of different nutritional condition on the growth and antioxidant enzyme activity of three submerged macrophytes [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2009, 18(1): 57—63 [劉燕, 王圣瑞, 金相燦, 等. 水體營養(yǎng)水平對 3 種沉水植物生長及抗氧化酶活性的影響. 生態(tài)環(huán)境學報, 2009, 18(1): 57—63]

[24]Wang J, Gu Y F, Ji D C, et al. Effects of different form of nitrogen on Hydrilla verticillata under eutrophic nutrient condition [J]. Research of Environmental Sciences, 2006, 19(1): 71—74 [王珺, 顧宇飛, 紀東成, 等. 富營養(yǎng)條件下不同形態(tài)氮對輪葉黑藻(Hydrilla verticillata)的生理影響. 環(huán)境科學研究, 2006, 19(1): 71—74]

[25]Wang Z, Zhang Z Y, Zhang J Q, et al. Water quality effects of two aquatic macrophytes on eutrophic water from Lake Dianchi Caohai [J]. China Environmental Science, 2013, 33(2): 328—335 [王智, 張志勇, 張君倩, 等. 兩種水生植物對滇池草海富營養(yǎng)化水體水質的影響. 中國環(huán)境科學, 2013, 33(2): 328—335]

[26]L Hou, M Liu, S A Carini, et al. Transformation and fate of nitrate near the sediment-water interface of Copano Bay [J]. Continental Shelf Research, 2012, 35(1): 86—94

[27]Tang X, Cao T, Ni L Y, et al. In situ study on the maintenance of clear water by restoration of submersed macrophytes with the aid of modified soils [J]. Journal of Lake Sciences, 2013, 25(1): 16—22 [湯鑫, 曹特, 倪樂意, 等.改性粘土輔助沉水植物修復技術維持清水穩(wěn)態(tài)的原位研究. 湖泊科學, 2013, 25(1): 16—22]

[28]Chen K N, Chen X F, Chen W M, et al. Effects of sediments on submerged macrophytes growth [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006, 17(8):1511—1516 [陳開寧, 陳小峰, 陳偉民, 等. 不同基質對四種沉水植物生長的影響. 應用生態(tài)學報, 2006, 17(8): 1511—1516]

GROWTH OF SEVEN SUBMERSED MACROPHYTES CULTURED ON FIVE SEDIMENT MIXTURES FROM THE LAKE ERHAI

HE Wen-Kai1, CAO Te2, NI Le-Yi2and SONG Bi-Yu1
(1. School of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. Donghu Experimental Station of Lake Ecosystem, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China)

In an outdoor 70d experiment, seven submersed macrophytes, Vallisneria natans, Hydrilla verticillata, Potamogeton maackianus, Potamogeton malaianus, Potamogeton lucens, Potamogeton perfoliatus and Myriophyllum spicatum were cultured on five sediment mixtures consisting of different proportions in lake sediment and local soil from the Lake Erhai, with aims to examine effects of sediment properties on the plant growth. At the end of the experiment, V. natans, P. malaianus and P. lucens grown on the sediment mixture of 50% deep-layer lake sediment and 50% local soil (C: 31.59 mg/g; N: 0.334 mg/g; P: 0.095 mg/g), which had the highest shoot heights, and so did for H. verticillata, P. maackianus, P. perfoliatus and M. spicatum grown on the 100% deep-layer lake sediment (C: 37.88 mg/g; N: 0.803 mg/g; P: 0.149 mg/g). On the 100% deep-layer lake sediment, V. natans, H. verticillata, P. maackianus, P. malaianus and P. lucens had the highest relative growth rate (RGR) and biomass production, and so did for P. perfoliatus and M. verticillatum grown on the 100% surface lake sediment (C: 77.37 mg/g; N: 5.691 mg/g; P: 0.136 mg/g), and the sediment mixture of 50% surface lake sediment and 50% deep-layer lake sediment (C: 49.27 mg/g; N: 2.005 mg/g; P: 0.131 mg/g) respectively. All the plant species did not grown well and got marginal biomass production on the 100% local soil (C: 22.06 mg/g; N: 0.327 mg/g; P: 0.231 mg/g). The results revealed that the sediment mixtures with intermedium nutrients contents (C: 31.59—49.27 mg/g; N: 0.334—2.005 mg/g; P: 0.095—0.131 mg/g) were most beneficial to growth of submersed macrophytes, instead of the sediments with extremely higher or lower nutrient contents.

Eutrophication; Sediment proporty; Submersed macrophyte; Ecological restoration; Lake Erhai

X171.4

A

1000-3207(2017)02-0428-09

10.7541/2017.53

2016-08-03;

2016-12-22

國家“十二五”水體污染控制與治理重大專項洱海項目第四課題(2012ZX07105-004)資助 [Supported by the National High Technology Research and Development Program of China (2012ZX07105-004)]

何文凱(1993—), 男, 湖南邵陽人; 碩士研究生; 主要研究方向為水生態(tài)修復。E-mail: kayaok@163.com

曹特，E-mail: caote@ihb.ac.cn; 倪樂意，nily@ihb.ac.cn; 宋碧玉，E-mail: songbiyu@gmail.com