洱海底泥特性对七种沉水植物生长的影响

何文凯曹 特倪乐意宋碧玉

(1. 武汉大学资源与环境科学学院, 武汉 430072; 2. 中国科学院水生生物研究所东湖湖泊生态系统试验站, 武汉 430072)

洱海底泥特性对七种沉水植物生长的影响

何文凯1曹 特2倪乐意2宋碧玉1

(1. 武汉大学资源与环境科学学院, 武汉 430072; 2. 中国科学院水生生物研究所东湖湖泊生态系统试验站, 武汉 430072)

为研究洱海底泥特性对沉水植物生长的影响, 采用不同比例洱海底泥与湖岸土壤掺混形成五种基质, 并分别移栽苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻, 进行为期70d的室外生长实验, 结果表明不同基质对几种植物的影响具种间差异。(1)在基质为50% 深层底泥+50% 湖岸土壤(碳、氮、磷含量分别为31.59、0.334和0.095 mg/g)时, 苦草、马来眼子菜和光叶眼子菜的株高最大; 基质为100% 深层底泥(碳、氮、磷含量分别为37.88、0.803和0.149 mg/g)时, 黑藻、微齿眼子菜、穿叶眼子菜和狐尾藻的株高最大; (2)基质为100%深层底泥时, 苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜和光叶眼子菜生物量增加最多且相对生长速率最大; 基质为100%浅层底泥(碳、氮、磷含量分别为77.37、5.691和0.136 mg/g)时, 穿叶眼子菜生物量增加最多, 相对生长速率最大; 狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥(碳、氮、磷含量分别为49.27、2.005和0.131 mg/g)时生物量增加最多, 相对生长速率最大; (3)基质为100%湖岸土壤(碳、氮、磷含量分别为22.06、0.327和0.231 mg/g)时, 7种沉水植物均生长缓慢, 生物量增加较少。综上所述, 中营养底泥(碳、氮、磷含量分别为31.59—49.27、0.334—2.005和0.095—0.131 mg/g)更适合沉水植物生长, 底泥中过高或过低营养都不利于沉水植物生长。

富营养化; 底泥特性; 沉水植物; 生态修复; 洱海

水体富营养化已成为严峻的环境问题, 受到了全世界的广泛关注。水体富营养化会使水质恶化,导致水生植被衰退乃至消亡, 水生态系统遭到破坏,生物多样性降低, 引发一系列生态环境问题。沉水植物不仅能够对水体和底泥中的氮、磷和难降解有机污染物进行吸收、转化, 合成自身物质, 对富营养化的水体起到净化作用; 而且还能调节水生态系统的物质循环速度, 增加水体生物多样性, 控制藻类生长, 从而有效提高水质, 改善生态环境。因此利用水生植物尤其是沉水植物修复富营养化水体, 被认为是水体修复最有效的途径之一[1—5]。

很多因素都会对沉水植物的生长、发育和群落演替产生影响, 如底泥特征、营养盐限制、光照强度、植物生长类型、温度和湖底地形等[6—10]。国内外学者关于沉水植物生长的研究主要集中在光强以及上覆水的性质对于沉水植物生长的影响,关于底泥特性对于沉水植物生长影响的研究则较少, 而底泥是沉水植物根系固着的基础, 同时也是沉水植物吸收营养物质的来源, 其性质对沉水植物的生理、生长有重要的影响[11]。因此本实验结合国家“十二五”重大科技专项课题, 在洱海生境改善示范工程区, 配置不同特性的底泥, 研究水生态修复工程中常见的7种沉水植物生长的最佳底泥条件,以期为洱海的底泥清淤工程提供参数。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验基质由不同比例的洱海底泥与湖岸土壤掺混形成, 其中洱海底泥分为深层底泥(15 cm以下)和浅层底泥(0—15 cm), 浅层底泥由抓泥斗取得, 深层底泥由柱状采泥器取得。

实验植株为苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜、光叶眼子菜、穿叶眼子菜、狐尾藻7种水体生态修复工程中常见的沉水植物, 取自洱海, 选取健康植株整株取回, 挑选生长良好、生物量相近、长势一致的植物顶枝为实验材料。

1.2 实验设计

本实验在洱海红山湾附近的苗圃池中进行, 取洱海的水注入苗圃池中, 苗圃池中水层高度保持在0.6—0.7 m左右, 低于此水位时取洱海水补充。苗圃池上方覆盖遮阳网, 保持其他条件一致。

实验设置 5 种不同特性的基质, 分别为: 100%浅层底泥(处理一)、50% 浅层底泥+50% 深层底泥(处理二)、100% 深层底泥(处理三)、50% 深层底泥+50%湖岸土壤(处理四)、100% 湖岸土壤(处理五)。将每一种基质充分混匀, 分装到塑料杯(高10 cm, 直径10 cm)中。

沉水植物的移栽方法: 苦草选取10—15 cm幼苗种植, 1株/杯; 微齿眼子菜和黑藻各取20 cm顶端植株, 下种10 cm至土中, 3株/杯; 马来眼子菜和光叶眼子菜各取选取30 cm顶端植株, 去除多余叶片仅保留顶端3叶片, 下种10 cm至土中, 2株/杯; 穿叶眼子菜和狐尾藻各取20 cm顶端植株, 下种10 cm至土中, 2株/杯。实验所用的塑料杯尺寸及在苗圃池的布置如图 1所示。

实验每种基质每种沉水植物均设置5个重复。实验时间为4月中下旬至6月下旬, 共计70d。

1.3 数据收集与分析

实验开始前测定所配置的5种不同特性基质的底泥间隙水水质指标(TP、TN、含水率以及底泥CNP含量; 实验开始时测量并记录每一株下种沉水植物的生物量和株高(苦草则为叶片长度); 实验过程中每周测量并记录每一株沉水植物的株高, 并采集实验区域的水样以测定TP、TN、等水体指标; 实验结束时采集沉水植物, 测定每个塑料杯中底泥的间隙水水质指标、含水率和底泥CNP含量, 并测定所采集沉水植物的株高、鲜重等。

采用SPSS Statistics v22.0统计软件及Excel软件对数据进行统计分析, 采用Tukey HSD方法进行多重比较, 使用Origin v9.0 软件进行制图。

2 结果

2.1 水质分析

从图 2中可以看出, 水中TN的浓度显著下降,由最开始的1.95 mg/L降至0.8 mg/L, 降幅达58.97%; TP浓度则由0.05 mg/L降至结束时的0.04 mg/L, 期间TP最低值可达0.025 mg/L;浓度均有降低, 表明沉水植物能够显著的净化改善水质。

图 1 实验布置图Fig. 1 Diagram of the experimental arrangements

2.2 底泥特性分析

底泥CNP含量实验开始时(图 3a), 5种处理底泥的N含量以及C含量均呈现处理一＞处理二＞处理三＞处理四＞处理五的规律, P含量则是处理五底泥最高, 处理四底泥的P含量最低, 其他三种底泥P含量相近。整体而言, 5种处理底泥的营养水平表现为: 处理一＞处理二＞处理三＞处理四＞处理五。

到实验结束时(图 3b), 底泥N含量和C含量数值都有所降低, 5种底泥的N、C含量大小关系并未发生明显变化, 而前4种处理底泥的P含量均有所增加, 处理五底泥的P含量则保持不变。底泥中其他元素含量在各组之间基本一致, 故不作分析。

底泥间隙水水质实验开始时5种不同底泥的间隙水水质指标及含水率如图 4a所示, 处理三底泥的TN浓度最高, 处理五底泥的TN浓度最低, 处理四底泥的TP浓度最高, 处理二底泥的TP浓度最低;五种底泥的含水率依次降低。底泥间隙水中与沉水植物生长相关的pH、氧化还原电位等指标在各组之间无明显差异, 故不作分析。

实验结束时底泥的间隙水水质发生了很大变化(图 3b), 5种底泥间隙水的TN浓度和浓度均大幅度下降, 以处理三底泥为例, 其TN浓度由26.3 mg/L降低至2.9 mg/L,浓度则由8.8 mg/ L降低至0.27 mg/L; 其他水质指标如以及TP浓度均有所降低, 只因初始值较小,变化程度也比较小, 含水率无明显变化。底泥间隙水各水质指标的降低表明实验所用的7种沉水植物能够有效的吸收底泥间隙水的N、P营养元素, 抑制其向水体的释放过程。

2.3 沉水植物生长情况分析

图 2 水质变化曲线Fig. 2 Temporal changes in water quality during the experimental period

图 3 实验前后不同底泥的CNP含量对比Fig. 3 The C, N and P contents of different sediments at the beginning and the end of the experiment

图 4 实验前后不同底泥的间隙水水质对比Fig. 4 Comparison of water quality indices of different sediment interstitial waters at the beginning and end of the experiment

株高7种沉水植物株高随时间的变化情况如图 5所示, 5种处理底泥上的苦草在第一周叶片长度都快速增长, 当到达15—20 cm左右时叶片长度趋于不变, 此时苦草的叶片数不断增加, 并出现分株, 随后苦草在前面4种处理的底泥上快速生长, 处理四底泥上苦草的叶片长度达到最大值, 为34.6 cm,而处理五底泥上的苦草则不再生长; 马来眼子菜以及光叶眼子菜在5种处理的底泥上均能生长, 株高不断增大, 在处理四底泥上达到最大值, 分别为47.5 cm以及63.8 cm; 黑藻、微齿眼子菜以及狐尾藻的株高在处理三底泥上达到最大值, 分别为42 cm、63 cm以及77 cm; 穿叶眼子菜在前4种处理的底泥上均能生长, 在处理三底泥上达到最大值, 为84.8 cm,在处理五底泥上株高几乎不发生变化, 表明穿叶眼子菜无法在处理五底泥上生长。

图 5 不同底泥下7种沉水植物的株高变化Fig. 5 Temporal changes in shoot heights of seven submersed macrophytes grown on different sediments

整体而言, 7种沉水植物的株高在第一个月呈缓慢增长趋势, 从第二个月开始增长速度加快, 到实验结束时株高达到最大值并出现减少趋势。在5种处理的底泥中, 处理五底泥上的7种沉水植物株高变化不大, 生长情况不佳。处理三和处理四底泥上的沉水植物生长情况要好于其他3种处理的底泥。

生物量及相对生长速率实验开始和结束时记录了每株沉水植物的生物量(图 6), 通过对比沉水植物生物量的增加量来分析植物的生长情况,经过70d的生长, 沉水植物在5种不同处理底泥上的生物量增加量存在差异。苦草、黑藻以及微齿眼子菜在处理五底泥上的的生物量增加量最低, 在处理三底泥上的生物量增加量最高, 处理四底泥上的生物量增加量次之, 表明这3种沉水植物在深层底泥上的生长情况要好于其他底泥, 而在湖岸土壤上几乎不生长; 马来眼子菜以及穿叶眼子菜在处理三底泥上的生物量增加量最高, 在处理一底泥上的生物量增加量次之, 在处理五上底泥上的生物量增加量最低, 表明这两种沉水植物在深层底泥上的生长情况最好, 也能在浅层底泥上较好地生长, 而在湖岸土壤上则无法生长; 光叶眼子菜在处理四底泥上的生物量增加量最高, 处理五底泥次之, 其他3种底泥上的生物量增加量相近, 表明光叶眼子菜在五种底泥上均能生长, 在深层底泥上生长情况最好; 于狐尾藻而言, 生物量增加量最高出现在处理二底泥上, 处理一底泥次之, 生物量增加量最低出现在处理五底泥上, 表明狐尾藻适合生长在浅层底泥及其与深层底泥混合区, 不适合在湖岸土壤上生长。

图 6 不同底泥下7种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

水生植物相对生长速率(Relative growth rate, RGR)的计算方法如下:

其中, W1表示第1次测定的总生物量(g); W2表示第2次测定的总生物量(g); t表示测定的时间间隔(d)[5]。

结合实验开始和结束时记录的生物量, 计算沉水植物的相对生长速率值并进行对比分析(图 7)。苦草在前四种处理底泥上的相对生长速率差别不大, 最大值为0.027 g/(m2·d), 在处理五底泥上的相对生长速率最小; 黑藻的相对生长速率呈现出处理三底泥＞处理四底泥＞处理一底泥＞处理二底泥＞处理五底泥的规律, 最大值为0.019 g/(m2·d); 微齿眼子菜的相对生长速率在5种不同特性底泥上的规律与苦草相似, 前四种底泥差别不大, 仅在处理五底泥上到达最低, 最大值为0.026 g/(m2·d) ; 马来眼子菜在处理四底泥的相对生长速率远大于其他几种底泥, 为0.025 g/(m2·d); 光叶眼子菜在处理一、处理三和处理五底泥上的相对生长速率差别不大, 略大于处理二和处理四底泥; 穿叶眼子菜的相对生长速率呈现处理一底泥＞处理四底泥＞处理五底泥＞处理三底泥＞处理二底泥的规律, 最大值为0.022 g/ (m2·d); 狐尾藻的相对生长速率呈现处理二底泥＞处理一底泥=处理四底泥＞处理三底泥＞处理五底泥的规律, 最大值为0.021 g/(m2·d)。

2.4 底泥特性指标与沉水植物生长指标的相关性分析

以实验所配置的五种不同特性底泥的间隙水水质指标(TP、TN、、底泥CNP含量与各沉水植物的株高、生物量增加量以及相对增长速率进行Pearson相关性分析(表 1)。

从表 1中可以看出, 各沉水植物的株高和底泥间隙水的TN含量呈极显著正相关, 且相关性最大,与含量呈显著正相关, 而与底泥的P含量呈显著负相关, 与其他底泥特性指标无显著相关性,由此可知, 沉水植物的株高主要受到底泥间隙水的TN浓度以及底泥的P含量的影响, 底泥间隙水中浓度和TN浓度的升高会促进植物株高的增长, 底泥P含量的增加则会抑制植物株高增长。

图 7 不同底泥下7种沉水植物的相对生长速率Fig. 7 The relative growth rate of seven submerged plants under different sediment conditions

表 1 沉水植物生长指标与底泥特性指标的相关性Tab. 1 Correlation analysis between the sediment nutrients content and the growth indices of submersed macrophytes

3 讨论

在沉水植物恢复的限制因子中, 底泥的作用越来越受到关注, 因为底泥条件对沉水植物上生根、稳定生长和繁殖有重要影响[13]。本实验选用不同深度的洱海底泥以及湖岸土壤进行不同比例的掺混, 处理一底泥(100%浅层底泥)的营养水平最高,处理二(50%浅层底泥+50%深层底泥)、处理三(100%深层底泥)以及处理四(50%深层底泥+50%湖岸土壤)底泥的营养水平相近, 处理五(100%湖岸土壤)底泥的营养水平最低, 其P含量最高。整体而言,沉水植物在处理二、处理三和处理四底泥上的生长情况较好, 在处理五底泥上的生长情况最差, 说明底质营养物质含量对植株影响较大, 所选的7种沉水植物更适合生长在中营养水平(碳、氮、磷含量分别为31.59—49.27, 0.334—2.005和0.095—0.131 mg/g)的底泥上。

沉水植物既可从根系吸收来自于底泥的营养物质, 也能通过茎叶吸收来自水体的营养物质[14—16]。而且沉水植物所需的氮和磷几乎全部来自底泥[14,15]。较肥沃的底泥对沉水植物的生长发育具有重要的积极作用, 能够促进植株分蘖、植物的生长和提高生物量[17—20], 这是由于在肥沃底泥条件下, 营养物质(如磷)更容易溶于间隙水中, 因此更容易为植物所吸收。在本实验中, 从7种沉水植物相对生长速率来看, 在营养水平较高的前四种处理底泥的相对生长速率要大于处理五底泥, 表明氮含量较高的洱海底泥比湖岸土壤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, 而在磷含量过高的底泥上沉水植物的相对生长速率比其他组底泥要低得多, 过高含量的磷反而抑制了沉水植物的生长。但是, 与处理二、处理三、处理四底泥相比,营养最丰富的处理一底泥却影响了植物的相对生长速率, 其相对生长速率有所减小, 表明过于肥沃的底泥对沉水植物的生长产生了抑制作用。因此可以认为, 底泥的营养盐水平是影响沉水植物生长的主要因素之一, 而沉水植物生长的营养条件应该有一合适的浓度范围, 营养过高或过低均不利于沉水植物的生长[13—15]。

不同营养环境对沉水植物生长的影响国内外均有所报道。Ozimek[21]和Pokorny[22]等研究发现低浓度氮磷含量能促进沉水植物生长, 而随营养水平升高, 它们逐渐引起植物快速生长, 最终抑制沉水植物生长。刘燕等[23]研究发现狐尾藻和金鱼藻在中营养水平下单株最大生物量分别较富营养下高出39%和22%。王珺等[24]研究发现富营养条件下轮叶黑藻生长受到影响, 当水体中铵盐含量上升到一定比例时, 会对轮叶黑藻产生胁迫, 影响其生理功能, 抑制其生长。高浓度硝氮对植物胁迫也有报道[25,26]。以上研究表明在高营养水平下, 多种沉水植物的生长均会受到不同程度的抑制, 而在低营养水平下, 植物生长所需的营养物质不充足, 无法正常生长。在本实验中, 最适宜苦草生长的底泥特性为: 碳、氮、磷含量分别为31.59—77.37, 0.803—5.691和0.131—0.149 mg/g; 间隙水TN、TP浓度分别为18.54—22.69 mg/L和0.176—0.228 mg/L。最适宜黑藻、微齿眼子菜和马来眼子菜生长的底泥特性为: 碳、氮、磷含量分别为31.59—37.88, 0.335—0.803和0.095—0.149 mg/g; 间隙水TN、TP浓度分别为18.54—26.22 mg/L和0.197—0.228 mg/L。最适宜光叶眼子菜、穿叶眼子菜生长的底泥特性为:碳、氮、磷含量分别为31.59—37.88, 0.335—0.803和0.095—0.136 mg/g; 间隙水TN、TP浓度分别为18.54—22.69 mg/L和0.228—0.362 mg/L。最适宜穿狐尾藻生长的底泥特性为: 碳、氮、磷含量分别为49.27—77.37、0.620—1.406和0.1307—0.1364 mg/ g; 间隙水TN、TP浓度分别为18.54—24.05 mg/L和0.176—0.228 mg/L。与其他研究结果相比较具有相似的规律, 高于或低于最佳浓度范围时, 沉水植物的生长会受到抑制。

株高和生物量的变化是植物形态变化的重要参数, 在许多研究中以高植株、重生物量为植被生长良好的标志[27]。植株较高的沉水植物更容易接受充足的光照, 进行光合作用提供生长所需的能量,而生物量较大的沉水植物有利于吸收更多的营养元素以及扩展生存和繁衍的空间。本实验中, 在5种不同处理的底泥上, 苦草、黑藻、微齿眼子菜、马来眼子菜以及光叶眼子菜在处理三的底泥上株高增长较快, 生物量增加量最多, 穿叶眼子菜在基质为100%浅层底泥(碳、氮、磷含量分别为77.37, 5.691和0.136 mg/g)时生物量增加量最多, 狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥(碳、氮、磷含量分别为49.27、2.005和0.131 mg/g)时生物量增加量最多, 7种沉水植物在基质为100%湖岸土壤(碳、氮、磷含量分别为22.06、0.327和0.231 mg/ g)时生物量增加量均较少。这表明营养条件较好的环境条件有利于沉水植物株高及生物量的增长。

本实验在一定程度上也反应了底泥特性对不同沉水植物生长影响的差异。苦草、黑藻、微齿眼子菜和马来燕子菜在基质为100%深层底泥(碳、氮、磷含量分别为37.88, 0.803和0.149 mg/g)时生物量增加量最多, 且相对生长速率最大, 而在基质为100%湖岸土壤时生长缓慢, 表明这4种沉水植物更适合生在在中营养水平的底泥上, 较低的总磷浓度更有利于它们的生长, 高浓度的总磷则会抑制它们的生长; 光叶眼子菜同样在基质为100%深层底泥时生物量增加量最多, 且相对生长速率最大, 在基质为100% 湖岸土壤时次之, 表明光叶眼子菜不仅能在中营养水平的底泥上生长, 而且在低营养水平的底泥上也能生长, 虽然其株高变化不明显, 但生物量是不断增加的, 说明光叶眼子菜在生长过程中将养分和能量分配在植株的不同部位, 体现了植株在面对生存条件发生变化的情况下, 能够通过自身的调节并做出形态上的改变, 以适应现有生存条件, 从而增加生存机会; 穿叶眼子菜在基质为100%浅层底泥(碳、氮、磷含量分别为77.37, 5.691和0.136 mg/g)时生物量增加量和相对生长速率最大,表明穿叶眼子菜更适合生在高营养水平的底泥上;狐尾藻在基质为50%浅层底泥+50%深层底泥时生长情况最佳, 在基质为100%浅层底泥时次之, 表明狐尾藻更适合生在中偏高营养水平的底泥上。

以上研究结果表明, 在进行湖泊、河流生态修复工程的沉水植被恢复与重建时, 需要根据不同沉水植物适应底泥基质的差异性来构建水生植物群落, 对不适宜沉水植物生长的底泥基质需要进行一定的修复, 从而保证沉水植物能够良好的生长与种群扩张[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 [赵安娜, 冯慕华, 李文朝, 等. 沉水植物伊乐藻光合放氧对水体氮转化的影响. 生态环境学报, 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 [刘从玉, 刘平平, 刘正文, 等. 沉水植物在生态修复和水质改善中的作用. 安徽农业科学, 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, 张丹, 王艳云, 等. 沉水植物恢复对湖泊沉积物产甲烷菌的影响研究. 水生生物学报, 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. 河湖底泥修复技术的研究进展. 黑龙江环境通报, 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 [叶春, 于海婵, 宋祥甫, 等. 底泥对沉水植物生长和群落结构的影响. 环境科学研究, 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, 胡维平, 邓建才, 等. 不同水深和底质对太湖马来眼子菜生长的影响. 生态学报, 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 [王华, 逄勇, 刘申宝, 等. 沉水植物生长影响因子研究进展. 生态学报, 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 [李垒, 廖日红, 牛影, 等. 不同特性底质对沉水植物恢复生长的影响. 生态环境学报, 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, 孙欣欣, 等. 不同水生植物组合对水体氮磷去除效果的模拟研究. 北京林业大学学报, 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 [闫晖敏, 漆志飞, 林超, 等. 不同基底对沉水植物的生长影响研究.安徽农业科学, 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, 王东, 杨雪, 等. 泥沙埋深对苦草和微齿眼子菜及两物种混合分解的影响. 水生生物学报, 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, 刘鑫, 邓建才, 等. 不同水质对沉水植物马来眼子菜主要生理指标的影响研究. 生态环境学报, 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 [左进城, 赵晓雨, 康铭杨, 等. 底质掩埋对苦草种子成苗和幼苗存活的影响. 广东农业科学, 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 [杨文斌, 李阳, 孙共献, 等. 两种沉水植物对上覆水和间隙水中可溶性无机氮的影响. 环境科学, 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 [孔祥龙, 叶春, 李春华, 等. 苦草对水-底泥-沉水植物系统中氮素迁移转化的影响. 中国环境科学, 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 [刘燕, 王圣瑞, 金相灿, 等. 水体营养水平对 3 种沉水植物生长及抗氧化酶活性的影响. 生态环境学报, 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, 顾宇飞, 纪东成, 等. 富营养条件下不同形态氮对轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)的生理影响. 环境科学研究, 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, 张志勇, 张君倩, 等. 两种水生植物对滇池草海富营养化水体水质的影响. 中国环境科学, 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 [汤鑫, 曹特, 倪乐意, 等.改性粘土辅助沉水植物修复技术维持清水稳态的原位研究. 湖泊科学, 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 [陈开宁, 陈小峰, 陈伟民, 等. 不同基质对四种沉水植物生长的影响. 应用生态学报, 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

国家“十二五”水体污染控制与治理重大专项洱海项目第四课题(2012ZX07105-004)资助 [Supported by the National High Technology Research and Development Program of China (2012ZX07105-004)]

何文凯(1993—), 男, 湖南邵阳人; 硕士研究生; 主要研究方向为水生态修复。E-mail: kayaok@163.com

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