不同湖泊沉积物营养特征与沉水植物菹草生长的应答关系研究

论文摘要

沉水植物恢复是富营养化湖泊生态恢复的重要措施,但目前沉水植物很难在富营养湖泊中存活生长,环境中的营养物质水平对沉水植物生长有着重要影响。本文通过在室内进行的太湖、汤逊湖和月湖沉积物中的沉水植物菹草栽培实验,从沉积物矿质营养角度研究了不同富营养化湖泊沉积物中菹草的恢复过程,比较了不同湖泊沉积物中菹草长势的差异,菹草营养含量及变化趋势的差异;在菹草恢复生长后,研究菹草对水体pH的影响及菹草根斑的形成,通过比较种菹草处理和不种菹草对照中沉积物-上覆水营养含量的差异,研究菹草生长过程中对沉积物-上覆水营养水平产生的影响。通过研究,得到如下主要结果:1)通过研究不同底质和上覆水类型中菹草的生长发现,太湖表层沉积物促进菹草的营养生长,对繁殖体的产生有抑制作用;石英砂底质不利于菹草茎叶生长,利于繁殖体产生。菹草体内Ca、Mg含量主要受上覆水营养水平的影响;Fe、Mn含量主要受沉积物营养水平的影响;Cu、Zn含量受上覆水和底质营养水平的共同影响。2)通过比较菹草在太湖、月湖和汤逊湖沉积物中的长势发现,菹草在太湖、月湖和汤逊湖沉积物中均能生长良好,但菹草长势在3个湖泊沉积物中表现出明显差异,太湖沉积物中菹草长势好于月湖,汤逊湖沉积物中菹草长势最差。不同湖泊沉积物中菹草茎叶生物量、根系生物量和繁殖体生物量都表现出明显的差异,且不同湖泊沉积物中菹草繁殖体的发芽率有差异。3)通过研究菹草在太湖和月湖不同样点沉积物中的生长发现,菹草旺盛的营养生长有利于繁殖体产生,但菹草繁殖体发芽率与菹草长势没有表现出相关性。沉积物营养水平与菹草长势具有一定的相关关系:在菹草生长初期沉积物营养丰富抑制菹草生长,随着菹草生长,沉积物营养的影响作用降低;旺盛生长期后,沉积物锰含量丰富促进菹草生物量增加;沉积物中高磷、铜和锌含量会抑制菹草繁殖体产生。4)菹草体内不同营养元素的含量表现出明显而又不同的季节性变化。不同湖泊沉积物中菹草体内相同营养元素含量的季节变化表现出相似性,沉积物对菹草营养含量有影响,但不会改变其季节性变化趋势。不同营养元素在菹草体内的分布具有差异,一般表现为:Fe、Mn、Zn,根系＞茎叶＞繁殖体;Mg,茎叶＞根系＞繁殖体;繁殖体中P、Ca含量低于茎叶和根系;繁殖体Cu含量则居于茎叶和根系之间。菹草不同部位营养含量受沉积物营养水平的影响,相较于茎叶和根系而言,菹草繁殖体营养含量受沉积物营养水平的影响较小。5)随着菹草生长,上覆水pH明显升高,光照对菹草影响水体pH值有重要作用,使得菹草生长的上覆水pH表现出明显的日变化。除菹草生长对上覆水pH有影响外,沉积物类型对上覆水pH也有直接和间接的影响。6)菹草根斑的形成导致根斑处根系表面元素富集,影响根系对营养元素的吸收,进而影响元素在根系截面的分布。菹草根斑形成对菹草根系表面Fe、Mn、Si、P营养有明显影响,对Al、Ca也有一定的影响,而对于Mg、Cu、Zn没有影响。不同沉积物中菹草根斑对根系表面营养元素的富集及含量的影响表现出差异。7)与不种菹草对照相比,菹草生长对沉积物水浸提营养含量、间隙水和上覆水营养含量均有影响,在不同时期对不同营养元素含量的影响表现出了复杂性,在汤逊湖和月湖沉积物不同底质中也表现出了明显的差异。菹草生长后一般在返青期和旺盛生长期对营养含量的季节变化有比较明显的作用。菹草生长对上覆水营养含量的变化趋势影响较小,而对沉积物水浸提营养含量、间隙水营养含量的变化趋势具有明显影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 文献综述
• 1.1 湖泊富营养化
• 1.1.1 湖泊富营养化的概念
• 1.1.2 湖泊富营养化的危害及治理进展
• 1.2 水生植物及对富营养化水体的净化功能
• 1.2.1 水生植物的定义及其种类
• 1.2.2 水生植物净化水体的机理及效果
• 1.2.3 水生植物净化水体的研究进展
• 1.3 水生植物恢复的限制性因子
• 1.3.1 光照的限制作用
• 1.3.2 矿质营养的限制作用
• 1.3.2.1 氮磷对水生植物生长的限制及判断方法
• 1.3.2.2 其他营养限制性因子
• 1.3.2.3 浮游植物营养限制作用
• 1.3.2.4 影响营养限制作用的因素
• 1.3.3 其他影响水生植物生长的环境因子
• 1.4 菹草的生物学特征
• 1.4.1 菹草外形特征及生活史
• 1.4.2 菹草的价值
• 1.4.3 菹草的生长环境
• 1.5 水生植物的营养特征
• 1.5.1 水生植物对营养的吸收
• 1.5.2 水生植物体内的矿质营养含量及季节性变化
• 1.5.3 营养对水生植物的影响
• 2 课题研究的背景、意义、内容和创新点
• 2.1 研究的背景与意义
• 2.2 研究目标
• 2.3 研究内容
• 2.4 技术路线
• 2.5 研究特色
• 3 实验设计与方法
• 3.1 实验材料
• 3.2 盆栽试验设计
• 3.2.1 不同底质和上覆水菹草的生长与恢复
• 3.2.2 同—湖泊不同样点沉积物中菹草的生长与恢复
• 3.2.3 不同湖泊沉积物中菹草的生长与恢复
• 3.2.4 不同湖泊沉积物中菹草根际研究
• 3.3 测定项目及方法
• 3.3.1 不同底质和上覆水菹草的生长与恢复
• 3.3.2 同—湖泊不同样点沉积物中菹草的生长与恢复
• 3.3.3 不同湖泊沉积物中菹草的生长与恢复
• 3.3.4 不同湖泊沉积物中菹草根际研究
• 4 不同湖泊沉积物中菹草的生长与恢复
• 4.1 上覆水、沉积物营养对菹草生长的影响
• 4.1.1 前言
• 4.1.2 结果与分析
• 4.1.2.1 初始底质和上覆水营养水平
• 4.1.2.2 不同底质和上覆水类型对菹草生长的影响
• 4.1.2.3 不同底质和上覆水类型对菹草吸收营养的影响
• 4.1.3 讨论
• 4.1.4 结论
• 4.2 不同湖泊沉积物中菹草长势的差异
• 4.2.1 前言
• 4.2.2 结果与分析
• 4.2.2.1 太湖和月湖沉积物中菹草生长
• 4.2.2.2 汤逊湖和月湖沉积物中菹草生长
• 4.2.3 讨论
• 4.2.4 结论
• 4.3 同—湖泊不同样点沉积物中菹草长势的差异
• 4.3.1 前言
• 4.3.2 结果与分析
• 4.3.2.1 太湖不同样点沉积物中菹草生长
• 4.3.2.2 月湖不同样点沉积物中菹草生长
• 4.3.2.3 沉积物营养含量与菹草生物量的相关关系
• 4.3.3 讨论
• 4.3.4 结论
• 5 不同湖泊沉积物中菹草的营养特性
• 5.1 同—湖泊不同样点沉积物中菹草的营养特性
• 5.1.1 结果与分析
• 5.1.1.1 太湖5个样点沉积物中菹草营养含量及季节变化
• 5.1.1.2 月湖5个样点沉积物中菹草营养含量及季节变化
• 5.1.2 讨论
• 5.1.3 结论
• 5.2 不同湖泊沉积物中菹草的营养特性
• 5.2.1 结果与分析
• 5.2.1.1 太湖和月湖沉积物中菹草营养含量及季节变化
• 5.2.1.2 汤逊湖和月湖沉积物中菹草茎叶营养含量及季节变化
• 5.2.1.3 汤逊湖和月湖沉积物中菹草根系营养含量及季节变化
• 5.2.1.4 汤逊湖和月湖沉积物中菹草繁殖体营养含量及季节变化
• 5.2.2 讨论
• 5.2.3 结论
• 5.3 菹草不同部位（繁殖体、根系、茎叶）营养含量的差异
• 5.3.1 结果与分析
• 5.3.2 讨论
• 5.3.3 结论
• 6 菹草生长对沉积物-上覆水营养性状的影响
• 6.1 菹草生长对上覆水pH的影响
• 6.1.1 前言
• 6.1.2 结果与分析
• 6.1.3 讨论
• 6.1.4 结论
• 6.2 菹草根际营养特性
• 6.2.1 前言
• 6.2.2 结果与分析
• 6.2.2.1 菹草根系根斑的观察及X射线能谱分析
• 6.2.2.2 汤逊湖沉积物中菹草根斑产生对根系营养的影响
• 6.2.2.3 月湖沉积物中菹草根斑产生对根系营养的影响
• 6.2.2.4 菹草根斑化学提取
• 6.2.3 讨论
• 6.2.4 结论
• 6.3 菹草生长对上覆水-沉积物营养的影响
• 6.3.1 前言
• 6.3.2 结果与分析
• 6.3.2.1 菹草生长对上覆水营养含量的影响
• 6.3.2.2 菹草生长对沉积物间隙水营养含量的影响
• 6.3.2.3 菹草生长对沉积物水浸提态营养含量的影响
• 6.3.3 讨论
• 6.3.4 结论
• 7 全文总结与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 研究创新点
• 7.3 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文和成果
• 致谢