東太湖水生植物季節(jié)演替及抑藻效應(yīng)初探

李靈慧，吳建斌，陸雪林，崔恒釗，楊晨馳，鮑婷婷，李建華*

(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092; 2.蘇州市吳江區(qū)水利局,江蘇蘇州 215222; 3.上海市向明中學(xué),上海 200092)

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東太湖水生植物季節(jié)演替及抑藻效應(yīng)初探

李靈慧1，吳建斌2，陸雪林2，崔恒釗1，楊晨馳1，鮑婷婷3，李建華1*

(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092; 2.蘇州市吳江區(qū)水利局,江蘇蘇州 215222; 3.上海市向明中學(xué),上海 200092)

摘 要：為了研究東太湖水生植物植物時(shí)空分布特征及水環(huán)境因子變化趨勢(shì),同時(shí)探究東太湖水生植物對(duì)藻類的影響,于2013年對(duì)東太湖水生植物和水體環(huán)境狀況進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn),采樣區(qū)內(nèi)水生植物共14種,其中,沉水植物6種,浮葉植物6種,挺水植物2種,并且東太湖水生植物不同季節(jié)優(yōu)勢(shì)種不盡相同,并表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征。從環(huán)境因子對(duì)水生植物的影響來看,東太湖水生植物與溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,與TP無顯著相關(guān)關(guān)系。就東太湖水生植物抑藻效果而言,水體中Chl-a濃度隨著水生植物生物量增加而減少,水生植物的抑藻效果明顯。

關(guān)鍵詞：東太湖;水生植物;水體環(huán)境;抑藻效應(yīng)

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20160247

水生植物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者,具有顯著的環(huán)境生態(tài)功能,是良性湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,為維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)平衡做出重要貢獻(xiàn)。一方面,水生植物為水體中的魚類提供棲息場(chǎng)所、食物來源,為浮游生物和周叢生物提供避難與附著場(chǎng)所［1］。另一方面,水生植物通過對(duì)生境資源的爭(zhēng)奪以及分泌感化物種抑制水中藻類的過度生長(zhǎng)［2-3］。與此同時(shí),水生植物對(duì)水環(huán)境亦有著密切的相互作用,既有提高水體透明度,吸收同化營養(yǎng)鹽的環(huán)境正效應(yīng)［4-5］,亦有因殘?bào)w腐敗污染水體,消耗溶解氧［6］,過量生長(zhǎng)促淤化等環(huán)境負(fù)效應(yīng)［7-8］。

東太湖位于太湖東南隅(30°58′—31°07′N,120°25′—120°35′E),與西太湖之間以狹窄的湖面相通,總長(zhǎng)度27.5 km,最大寬度9.0 km,總面積131 km2,平均水深1.7 m,湖區(qū)內(nèi)生長(zhǎng)著繁茂的水生植物,是長(zhǎng)江中下游典型的草型淺水湖泊［9］。隨著近年來當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展,東太湖周圍地區(qū)供水安全不斷面臨著挑戰(zhàn),研究表明,東太湖水體總體上處于中富營養(yǎng)狀態(tài),部分湖區(qū)已達(dá)到富營養(yǎng)狀態(tài)［10］,存在著藍(lán)藻水華爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)［11］,但近幾年,東太湖并未出現(xiàn)藍(lán)藻水華的相關(guān)報(bào)道,這可能因?yàn)闁|太湖屬于草型湖泊,水生植物對(duì)東太湖藻類有一定的抑制作用。

為了研究東太湖水生植物季節(jié)演替特點(diǎn),以及水生植物與藻類的相互關(guān)系,對(duì)東太湖水源地的水生植物及水環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)查和分析,研究水生植物植物時(shí)空分布特征及水環(huán)境因子變化趨勢(shì),同時(shí)探究東太湖水生植物生物量對(duì)藻類的影響,為草型湖泊的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

1　研究方法

1.1采樣點(diǎn)布置

根據(jù)東太湖功能及不同利用方式的區(qū)域,布設(shè)10個(gè)采樣點(diǎn),分布見圖1。其中C3,C4,C7和C9點(diǎn)設(shè)在敞水航道區(qū),C5,C8,C10,C11,C12 和C13點(diǎn)設(shè)在圍欄養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)。

1.2樣品采集與分析

于2013年4,6,8,10和12月對(duì)東太湖進(jìn)行5次采樣。溶解氧、水溫和pH采用便攜式分析儀在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定,透明度采用直徑25 cm的透明度盤進(jìn)行測(cè)定。現(xiàn)場(chǎng)用1 L聚乙烯塑料瓶取0.5 m處表層水,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行營養(yǎng)鹽測(cè)定,營養(yǎng)鹽測(cè)定參考《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》。

1.3植物樣本采集與測(cè)定

使用自制的水草采集刀,將長(zhǎng)為0.12 m的刀頭綁在3 m竹竿上,靠近底泥旋轉(zhuǎn)一周,采集0.045 m2面積的水生植物地上部分。同一采樣點(diǎn)采集2次以保證樣品采集完全。樣品采集后立即用湖水清洗去泥,去除枯枝、敗葉和其他雜質(zhì),裝入聚乙烯袋中運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室,去除植物體表多余的水分,按種類稱其鮮重,求出2次采集樣品的重量平均值,計(jì)算得出樣點(diǎn)植物生物量。受采樣條件限制,生物量估算不涉及挺水植物的調(diào)查。

圖1　采樣點(diǎn)示意圖

2　結(jié)果與分析

2.1水生植物種類組成及時(shí)空分布

根據(jù)2013年4月至12月5次調(diào)查區(qū)域采樣結(jié)果看,共有水生植物14種。其中,沉水植物6種,分別為金魚藻(Ceratophyllumdemersum),穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum),苦草(Vallisneriaspiralis),馬來眼子菜(Potamogetonmalaianus),微齒眼子菜(Potamogetonmacckianus ),伊樂藻(Elodea nuttalli );浮葉植物6種,分別為荇菜(Nymphoidespeltatum),野菱(Trapamaximowiczii),金銀蓮花(Nymphoidesindica ),空心蓮子草(Alternantheraphiloxriides ),鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes),無根萍(Wolffiaarrhiza);挺水植物2種,分別為菰草(Zizaniacaduuciflora),蓮(Nelumbonucifera) (表1)。沉水植物的優(yōu)勢(shì)種為:伊樂藻、穗花狐尾藻、金魚藻,浮葉植物優(yōu)勢(shì)種為:荇菜、野菱和金銀蓮花。

表1　東太湖水生植物空間分布

東太湖水生植物生物量季節(jié)變化見圖2。4月時(shí),東太湖調(diào)查區(qū)域大部分水生植物還未萌發(fā),小部分水生植物,主要是浮葉和部分沉水植物剛剛萌發(fā),此時(shí)水生植物整體覆蓋率很低。荇菜是春季唯一的優(yōu)勢(shì)種,金魚藻、苦草、伊樂藻、金銀蓮花等水生植物在東太湖各采樣點(diǎn)偶見,其均處在萌發(fā)初期,蓋度不大。6月,沉水植物金魚藻、穗花狐尾藻、苦草和馬來眼子菜萌發(fā)生長(zhǎng),在水中可采集到。浮葉植物6月開始大量生長(zhǎng),成為優(yōu)勢(shì)種,人為引種的沉水植物伊樂藻也在此季節(jié)大量發(fā)生,進(jìn)入生長(zhǎng)旺盛期,也成為優(yōu)勢(shì)種。8月,荇菜進(jìn)入結(jié)實(shí)衰亡期,沉水植物大量發(fā)生,東太湖8月水生植物最為繁茂的時(shí)期,此時(shí)水生植物生物量最大,平均值為1 831 g·m-2。10月,大部分植物進(jìn)入結(jié)實(shí)衰亡期,穗花狐尾藻、苦草、空心眼子菜以及伊樂藻等沉水植物開始枯萎,荇菜和金銀蓮花大量枯萎,漂浮在水面上,而孔欣欣蓮子草因空白生態(tài)位的出現(xiàn),此時(shí)大量發(fā)生,成為優(yōu)勢(shì)種。12月,進(jìn)入冬季后,絕對(duì)大部分水生植物已經(jīng)消失,僅有處在越冬期的沉水植物金魚藻和苦草,以及殘余的浮葉植物金銀蓮花。

圖2　水生植物生物量時(shí)間分布

東太湖水生植物生物量時(shí)空分布見圖3。研究表明,圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)(C5,C8,C10,C11,C12,C13)的生物量與敞水航道區(qū)(C3,C4,C7,C9)并未出現(xiàn)顯著性變化,這與養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)漁民大量收割伊樂藻從而整體生物量下降有關(guān)。在研究區(qū)域內(nèi),采樣點(diǎn)C7的年平均生物量最高,為1 217.2 g·m-2; C11的年平均生物量最小,僅為406 g·m-2。C7水生植物主要以浮葉植物金銀蓮花和野菱為主,沉水植物生物量較少,而C11主要以浮葉植物金銀蓮花和沉水植物穗花狐尾藻為主。此外,荇菜、野菱和金銀蓮花在敞水航道區(qū)的年平均生物量顯著高于圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū),主要因?yàn)楹降绤^(qū)的水文條件適合浮葉植物的生長(zhǎng)［12］。

圖3　水生植物生物量空間分布

2.2水質(zhì)指標(biāo)變化分析

表2顯示,東太湖平均水溫最高出現(xiàn)在6月,為(29.34±0.64)℃;最低出現(xiàn)在12月,為(7.47±0.20)℃。各采樣點(diǎn)間的水溫在季節(jié)內(nèi)差異并不明顯。

表2　東太湖水體環(huán)境因子指標(biāo)

透明度隨季節(jié)變化明顯。夏秋兩季透明度顯著高于春冬兩季,這與夏秋兩季溫度升高,水生植物的大量生長(zhǎng)及沉降水體懸浮固體顆粒的作用有關(guān)［13］?？臻g變化上,圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)樣點(diǎn)透明度顯著高于敞水航道區(qū),這是因?yàn)闁|太湖以圍網(wǎng)養(yǎng)殖河蟹為主,而圍網(wǎng)具有阻流作用,不利于污染物及顆粒物的擴(kuò)散［14-15］。

pH總體上呈中性偏弱堿性,且具有較明顯的季節(jié)性變化趨勢(shì),即冬季和春季的pH值高于夏季和秋季;各月樣點(diǎn)間pH差異不大。

TN,TP季節(jié)變化明顯,春季明顯高于其他季節(jié)。春季水生植物生物量較小,對(duì)水體中的營養(yǎng)鹽利用率較低。隨溫度升高,水生植物生物量明顯增加,增加了水體中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,從而使水體中營養(yǎng)鹽降低。而10和12月水體中TN,TP含量明顯升高,這可能與水生植物腐敗,體內(nèi)的營養(yǎng)鹽再次釋放到水體中有關(guān)。

2.3水生植物與水環(huán)境相關(guān)性分析

溫度是影響水生植物的一個(gè)重要環(huán)境因子。水生植物在適宜的溫度范圍內(nèi),會(huì)隨著溫度的升高而快速生長(zhǎng)。伊樂藻在水溫5～30℃時(shí)能正常生長(zhǎng),最適溫度在25℃左右［16］。合適的水體透明度能保證足夠的光照投射至湖底,為水生植物的生長(zhǎng)提供充足的光源。同時(shí),水生植物的生長(zhǎng)通過吸附、截留等作用使水體懸浮固體顆粒沉降,提高水體的透明度［13］。野菱和金銀蓮花與TN呈顯著負(fù)相關(guān),說明水生植物的生長(zhǎng)需要吸收大量的氮營養(yǎng)鹽［17］。與氮相比,水體中磷的情況有所不同。相比水生植物對(duì)N的消耗作用,水生植物對(duì)水體中的磷具有兩面性,可將磷從沉積物中轉(zhuǎn)移到水中［18］,使水中的磷沉降回沉積物中,故東太湖水生植物的生長(zhǎng)與磷元素相關(guān)性較小。

由表3可知,溫度與水生植物呈顯著正相關(guān),穗花狐尾藻、馬來眼子菜和伊樂藻等沉水植物與透明度呈顯著正相關(guān),浮葉植物與溶解氧呈顯著正相關(guān),野菱和金銀蓮花與TN呈顯著負(fù)相關(guān),水生植物與TP無顯著相關(guān)關(guān)系。

表3　東太湖主要水生植物與水質(zhì)因子的相關(guān)關(guān)系

2.4水生植物抑藻效應(yīng)初探

水生植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其抑藻機(jī)理主要是水生植物對(duì)水體中營養(yǎng)鹽、光照的吸收明顯優(yōu)于藻類,為食藻型魚類提供避難場(chǎng)所,增加水體中藻類的去除效率,以及部分水生植物能夠分泌化感物質(zhì),抑制水體中藻類的生長(zhǎng)［19-21］。研究表明,水生植物生物量與藻類生長(zhǎng)密切相關(guān)。4月,東太湖水體中水生植物生物量較低,而Chl-a濃度較高(圖4)。隨著水體中水生植物生物量的增加,水體中Chl-a的濃度逐漸降低; 當(dāng)8月水生植物生物量達(dá)到全年最高,水體中Chla的濃度也達(dá)到全年最低,后隨水生植物生物量的減少,Chl-a的濃度逐漸增加。在12月,雖然水生植物生物量達(dá)到全年最低,但水體中的Chl-a濃度并未明顯回升。這可能是因?yàn)?2月東太湖水溫較低,溫度成為抑制藻類生長(zhǎng)的主要因素。

圖4　Chl-a濃度季節(jié)分布

3　小結(jié)

調(diào)查發(fā)現(xiàn),東太湖主要水生植物共14種,其中沉水植物6種,浮葉植物6種,挺水植物2種。水生植物不同季節(jié)優(yōu)勢(shì)種不盡相同,并表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征。在圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)(C5,C8,C10,C11,C12,C13)水生植物生長(zhǎng)茂盛,主要優(yōu)勢(shì)種為伊樂藻、金魚藻等沉水植物;而敞水航道區(qū)(C3,C4,C7,C9)水生植物生物量較小,植物種類單一,優(yōu)勢(shì)種主要為浮葉植物如金銀蓮花、荇菜、野菱等,亦有沉水植物伊樂藻、穗花狐尾藻等作為優(yōu)勢(shì)種。

水體環(huán)境不同水環(huán)境因子表現(xiàn)出明顯的時(shí)空變化趨勢(shì),TN,TP濃度的季節(jié)變化為春季明顯高于其他季節(jié),且水生植物的生長(zhǎng)受水體環(huán)境如溫度、透明度影響較大,受TP的影響不顯著。

東太湖水生植物抑藻效果明顯,水生植物生物量與水體中Chl-a濃度呈明顯負(fù)相關(guān)。因此,東太湖可通過控制水體中水生植物的生物量,從而控制水體中藻類的過度生長(zhǎng),防止水華爆發(fā)。

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(責(zé)任編輯：張瑞麟)

通信作者:李建華,E-mail:leejianhua@#edu.cn。

作者簡(jiǎn)介:李靈慧(1991—),女,在讀碩士,研究方向?yàn)樗蛏鷳B(tài)學(xué),E-mail:lilinghui789@163.com。

基金項(xiàng)目:上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(13231203703,13DJ1400104)

收稿日期:2015-10-14

中圖分類號(hào)：S682.32

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：0528-9017(2016)02-0288-04

文獻(xiàn)著錄格式:李靈慧,吳建斌,陸雪林,等.東太湖水生植物季節(jié)演替及抑藻效應(yīng)初探［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,57 (2):288-291,293.