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光照强度、温度和总氮浓度对三种沉水植物生长的影响

朱丹婷  
【摘要】:随着我国淡水水域富营养化程度的加剧,原有水生植被逐渐减少甚至衰退消失,导致结构复杂、功能健全的清水态草型水体逆向退化成为结构单一、功能退化的浊水态藻型水体。沉水植物是构建结构稳定、运行良好的淡水水体生态系统的关键因素,因此恢复和重建污染水体沉水植被是预防与治理水体富营养化工作的重要环节。由于沉水植物完全在水中生长的特点,其生长发育、繁殖建群、衰退消亡及恢复重建等变化过程均与光照、水温、营养盐、底质、风浪等环境因子密切相关,本研究通过探究主要环境因子光照强度、温度和水体总氮浓度对沉水植物幼株生长发育和生理活性的影响,以寻求沉水植物生长过程中的主效环境因子以及各环境因子交互作用对其生长的影响程度,探求富营养化水体中沉水植被的衰退消亡机理,并为富营养化水体沉水植物群落恢复和重建工作中水生植物的选择提供科学依据和理论支撑。 本研究以长江中下游流域常见的沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)和苦草(Vallisneria natans)为研究对象,通过L27(313)正交表设计的方法,采用室内静态模拟实验,研究这三种沉水植物的生长指标(株高、生物量、分枝/分蘖数)、光合色素指标(叶绿素a+b浓度、叶绿素a/b、叶绿体总色素含量)和生理活性指标(植株根活力、可溶性糖含量、MDA含量)在光照强度、温度和水体总氮浓度这三个环境因子不同组合下的变化情况,进而总结出光强、温度、总氮及其交互作用对这三种沉水植物幼株生长发育的具体影响。 主要研究结果表明: 1.本实验条件下黑藻断枝在5320-120001x光照强度、20-30℃环境温度、4-8mg/L水体总氮浓度的环境条件下生长最佳。 试验所设50%光照强度(53201x)对黑藻断枝的生长最为有利,并且黑藻较适宜在中高温度下生长,同时单纯水体总氮浓度的变化对黑藻断枝的生长并没有显著的影响;50%光照强度对黑藻叶片光合色素的合成也最为有利,单纯温度和总氮浓度的变化对其光合色素的合成影响均不大;黑藻的生理活性受到弱光的影响较大,在10%光照强度(10251x)下,其根活力和可溶性糖含量均较低,而MDA含量较高,同时低温明显抑制黑藻的生理活动的进行,而水体总氮浓度的变化对黑藻生理活性的影响并不显著。 方差分析显示,光照强度和温度是黑藻生长发育过程中的主效环境因子,且这两者的交互作用对黑藻断枝的生长影响最为显著。光照强度是影响黑藻光合色素合成最主要的环境因子。根据本研究结果,选择黑藻作为春夏季节富营养化水体中沉水植被恢复和重建的工具种在技术和经济上均具有一定的可行性。 2.本实验条件下,竹叶眼子菜幼苗在5320-120001x光照强度、30℃环境温度、2-8mg/L水体总氮浓度的条件下生长良好。 试验所设50%-100%(5320-120001x)光照强度对竹叶眼子菜的生长最为有利,且温度对竹叶眼子菜的株高和生物量影响较大,同时单纯水体总氮浓度的变化可能对竹叶眼子菜的生长发育没有显著影响;竹叶眼子菜叶片光合色素的合成受到光照强度影响较大,不适合在透明度较低的水体中生长,其在环境温度为10-30℃下均可生长,并且水体总氮浓度可能对其光合色素的合成不会起直接的影响;过高或过低的光强均会影响竹叶眼子菜的生理活性,且10℃下竹叶眼子菜的生理活动的进行受到抑制,单纯的水体总氮浓度可能对竹叶眼子菜的生理活性影响并不明显。 方差分析结果显示,竹叶眼子菜生长发育的过程中,光照强度是主效环境因子,且这三种因素的交互作用对竹叶眼子菜的生长发育没有直接影响。光照强度、温度以及这两个环境因子的交互作用为影响竹叶眼子菜生理活性的主效因子。由此可知,竹叶眼子菜可能对光照强度的要求较高,对高温及高营养盐的耐受性较好,故推测夏季富营养化水体可以选择竹叶眼子菜作为恢复和重建的先锋植物。 3.本实验条件下,苦草幼苗在53201x光照强度、10℃环境温度、2-4mg/L总氮浓度的条件下生长良好。 在试验所设100%(120001x)及50%(5320 lx)的光照条件下苦草均可正常生长,并且苦草较适合生长在中低温的水域,对于高温胁迫的耐性较差,在总氮浓度为4mg/L的水体中,苦草幼苗的各生长指标达到最大值,过高或过低的总氮浓度均会抑制其生长;50%光照强度和10℃的环境温度均较有利于苦草叶片光合色素的合成,但单纯总氮浓度的变化对苦草叶片光合色素的合成影响不大。过高(120001x)或过低(10251x)的光照强度、过高的温度(30℃)、过高的总氮浓度(8mg/L)均会在一定程度上抑制苦草幼苗的生理活性。 方差分析结果显示,苦草生长发育的过程中,光照强度和温度是主效环境因子。这三个环境因子对苦草的光合作用均有极显著的影响,并且光强与温度的交互作用对其光合作用也有显著影响。光照强度、温度以及这两个环境因子的交互作用为影响苦草生理活性的主效因子。根据本实验结果,苦草对低光强和低温胁迫的耐受性较好,但不耐高温和高营养盐浓度,故推测在得到一定程度治理后的富营养化水体中,苦草可以作为秋冬季沉水植物恢复和重建工作的保持物种大量推广使用。


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