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        工程實(shí)踐中底泥對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響初探以墨水湖為例

        2025-08-12 00:00:00王利林黃劍劉偉
        水生態(tài)學(xué)雜志 2025年4期
        關(guān)鍵詞:墨水生物量速率

        中圖分類號(hào):X173 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-3075(2025)04-0266-10

        近年來(lái),種植水植物作為淺水湖泊生態(tài)治理的重要技術(shù),廣泛應(yīng)用于多處湖泊治理工程,凈化效果良好。研究表明,沉水植物具有吸收水體氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽、抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)等生態(tài)功能(吳振斌等,2001;張曉姣等,2018;郭雅倩等,2020;Liuetal,2021)。但在種植中常出現(xiàn)沉水植物成活率低、生長(zhǎng)不佳的情況,不僅未能達(dá)到水質(zhì)凈化效果,還可能造成二次污染。

        過(guò)往沉水植物的研究多集中于生態(tài)功能,對(duì)種植技術(shù)關(guān)注較少(金樹權(quán)等,2017;胡勝華等,2019)。沉水植物投入湖泊水體后需生長(zhǎng)新根定植,其過(guò)程受多種湖泊生態(tài)因素制約,其中光照和水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度影響顯著,低光照和高營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)抑制其生長(zhǎng)繁殖(Koch,2001;Moelleretal,2019)。底泥為沉水植物生長(zhǎng)和定植提供營(yíng)養(yǎng)和附著位點(diǎn),也是影響其生長(zhǎng)的重要因素(Xieetal,2005)。底泥營(yíng)養(yǎng)含量過(guò)高會(huì)對(duì)其定植和生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響(朱偉等,2006;胡春陽(yáng),2018;Xuetal,2019)。底泥性質(zhì)對(duì)沉水植物的生長(zhǎng)也有重要影響,如黑臭底泥、人造花泥等細(xì)膩泥質(zhì)對(duì)沉水植物生長(zhǎng)有利(胡春陽(yáng),2018;Hao etal,2020;Xuetal,2023)。此外,沉水植物生長(zhǎng)還受底泥氧化還原電位、供氧狀況等理化性質(zhì)影響(Kempamp;Murray,1986;Bai etal,2020;Wangetal,2023)。大多數(shù)研究多為模擬實(shí)驗(yàn),種植面積小、底泥變異性不大,與實(shí)際工程應(yīng)用有差異,關(guān)于大面積種植條件下底泥性質(zhì)和工程設(shè)計(jì)中底泥理化性質(zhì)對(duì)沉水植物影響的研究較少。

        本文以墨水湖15個(gè)大面積沉水植物種植圍隔為研究對(duì)象,進(jìn)行為其半年的苦草生長(zhǎng)和室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),初步探究底泥條件對(duì)苦草生長(zhǎng)的影響,以期為大范圍種植沉水植物所需底泥條件提供科學(xué)依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1研究區(qū)域及沉水植物種植

        墨水湖系湖北省武漢市漢陽(yáng)東湖水系中的淺水湖泊,位于漢江和長(zhǎng)江之間。近幾年為提升墨水湖水質(zhì),相關(guān)部門啟動(dòng)了墨水湖生態(tài)治理工程,其中包括大面積的沉水植物修復(fù)。本文在6一10月對(duì)墨水湖苦草種植區(qū)域進(jìn)行調(diào)查分析。墨水湖共設(shè)置15個(gè)圍隔種植苦草,總種植面積約 175055m2 ,各圍隔的面積均在1萬(wàn) m2 左右,種植苦草約1700萬(wàn)株,其種植區(qū)域分布見(jiàn)圖1。

        苦草自2022年6月開(kāi)始種植,種植模式為無(wú)紡布包裹拋投,拋投密度為100株 /m2 。種植流程:圍隔隔離 $$ 清除水生動(dòng)物 $$ 絮凝提高透明度 $$ 苦草包裹 $$ 拋投。

        1.2底泥取樣與分析

        2022年6一10月,對(duì)所有苦草種植圍隔進(jìn)行底泥采樣。采樣頻率為每個(gè)月1次。采樣時(shí)在每個(gè)圍隔中隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn),使用抓斗式采泥器抓取底部底泥,裝入自封袋后帶回實(shí)驗(yàn)室,同時(shí)測(cè)量取樣點(diǎn)底泥深度。

        底泥取回后,篩去草根、砂礫等雜物,一部分在110°C 下 24h 烘干,研磨過(guò)100目篩,進(jìn)行有機(jī)質(zhì)含量、總氮、總磷、有效磷指標(biāo)的測(cè)定。其中,有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法(HJ615一2011),總氮含量采用氯化鉀浸提-分光光度法(HJ634一2012)、總磷含量測(cè)定采用堿熔法(HJ632一2011)、有效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法(HJ704一2014),樣品預(yù)處理參考《土壤農(nóng)化分析》。

        另一部分底泥參考蔡景波等(2007)進(jìn)行底泥釋磷試驗(yàn),測(cè)定磷釋放速率:將取回的底泥放置在100mm×250mm×600mm 的PP培養(yǎng)箱中,底泥厚度15cm ,上面覆蓋 40cm 深的純水。將培養(yǎng)箱置于恒溫 25°C 的環(huán)境中,培養(yǎng)5d,每天定時(shí)測(cè)定培養(yǎng)箱中水體總磷含量,測(cè)定方法同上。底泥磷釋放速率按下式計(jì)算:

        式中: RVTP 為底泥磷日釋放速率, mg/m2;TPE 為培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的水體總磷濃度, mg/L TP0 為培養(yǎng)開(kāi)始時(shí)的水體總磷濃度, mg/L V 為培養(yǎng)箱中的水體總體積,L;Sm 為培養(yǎng)箱中的底泥面積, m2 。

        1.3沉水植物取樣與分析

        2022年10月,對(duì)15個(gè)種植圍隔中的沉水植物進(jìn)行取樣調(diào)查,調(diào)查指標(biāo)包括成活率和生長(zhǎng)指標(biāo)。在圍隔中選取 1m×1m 的方格,統(tǒng)計(jì)方格內(nèi)苦草成活株數(shù),計(jì)算成活株數(shù)與投放總株數(shù)的比例即成活率。使用耙子將苦草植株全株取出,取回的苦草樣品洗凈后測(cè)定植株株高,隨后在 60°C 下烘干至恒重,測(cè)定生物量。每個(gè)圍隔隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn),取平均值。

        1.4室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

        為進(jìn)一步探究沉水植物生長(zhǎng)與底泥性質(zhì)的關(guān)系,墨水湖的底泥和沉水植物的調(diào)查取樣結(jié)束后,選擇具有代表性的4種墨水湖底泥(5#、11#、12#、15#)進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

        室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)采用直徑 75cm 、高 110cm 的塑料桶,底部鋪設(shè) 30cm 厚的底泥(底泥分別采集自5#、11#、12#、15#),在其上注入 70cm 深的湖水,按照墨水湖種植密度扦插苦草,苦草品種、生產(chǎn)廠家與墨水湖工程中種植的一致。每種底泥

        注:1#\~15#為墨水湖上用于苦草種植的圍隔。圖1墨水湖苦草種植區(qū)域位置分布

        Note:The enclosures for Vallisneria natans planting in Moshui Lakearedesignatedas1#-15#.

        Fig.1LocationoftheVallisnerianatans growingareas

        設(shè)置3個(gè)重復(fù),將實(shí)驗(yàn)裝置置于室內(nèi),白天使用日光燈照射,維持室內(nèi)氣溫在 25‰ 左右。種植3個(gè)月后,將所有苦草取出,清洗后進(jìn)行形態(tài)特征的觀察和測(cè)定。

        形態(tài)特征測(cè)定指標(biāo)包括植株株高、分葉數(shù)、匍匐莖長(zhǎng)以及生物量,在培養(yǎng)前和培養(yǎng)結(jié)束后植株株高、分葉數(shù)、匍匐莖長(zhǎng)各測(cè)定一次,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分別測(cè)定地上部分和地下部分生物量。

        為定量描述底泥性質(zhì)對(duì)苦草生長(zhǎng)的影響,室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前,對(duì)底泥使用干濕一體激光粒度分析儀進(jìn)行粒徑分析(楊金玲等,2009)。粒徑分級(jí)選擇如下標(biāo)準(zhǔn):黏粒 ?lt;0.002mm, 、粉粒 (0.002~lt;0.05mm) 、極細(xì)沙 (0.05~20.2mm 、細(xì)沙 (0.2~lt;0.5mm )、中沙中 (0.5~2mm )、粗砂 (?2mm 。

        1.5數(shù)據(jù)處理及分析

        底泥主要指標(biāo)在沉水植物種植期間的波動(dòng)采用時(shí)間變異系數(shù)(time-framevariationcoefficient)進(jìn)行衡量,時(shí)間變異系數(shù)按下式計(jì)算:

        式中: C 為時(shí)間變異系數(shù); σ 為底泥主要指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差( (n=5) ) μ 為底泥主要指標(biāo)的均值( (n=5) 。

        鑒于短期內(nèi)底泥的主要指標(biāo)變化較小,本文只選取了同時(shí)期(10月)大面積種植條件下底泥指標(biāo)與沉水植物性狀的數(shù)據(jù)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析。樣本之間的差異性檢驗(yàn)采用 t 檢驗(yàn);數(shù)據(jù)分析采用Excel2019;圖片繪制采用Sigmaplot14.0。

        2結(jié)果與分析

        2.1種植區(qū)底泥情況

        苦草種植期間,墨水湖各圍隔湖泊底泥主要營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)(有機(jī)質(zhì)含量、總氮、總磷和有效磷)的波動(dòng)如圖

        2所示,除了9#的總氮濃度出現(xiàn)過(guò)1次明顯的波動(dòng)外,底泥各指標(biāo)的季節(jié)變化都較小。表1給出各圍隔底泥不同指標(biāo)的時(shí)間變異系數(shù),除5#和9#的總氮之外,其他指標(biāo)的變異系數(shù)均小于0.1,表明在2022年6—10月間,底泥中有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷和有效磷基本上保持穩(wěn)定。

        圖2墨水湖不同圍隔底泥營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)間變化趨勢(shì)

        Fig.2 Temporal trend of substrate nutrient in different enclosures of the Moshui Lake

        表1墨水湖不同圍隔底泥的時(shí)間變異系數(shù)
        圖3不同圍隔底泥的磷釋放速率 Fig.3Phosphorusreleaseratesofsediment intheenclosures

        各個(gè)圍隔底泥的磷釋放速率如圖3所示,不同圍隔的底泥釋放能力差異顯著,其中圍隔12#的釋放率最高,遠(yuǎn)高于其他圍隔,而圍隔5#、6#、7#、10#和15#的磷釋放速率則遠(yuǎn)低于其他圍隔,從磷的釋放總量上看,釋放量最大的圍隔(12#)是釋放最少量圍隔(15#)的16.5倍。

        2.2沉水植物種植生長(zhǎng)情況

        各圍隔苦草的生長(zhǎng)情況如圖4所示。經(jīng)過(guò)5個(gè)月的種植,墨水湖不同圍隔之間苦草生長(zhǎng)情況差異較大。圍隔4#、5#、6#、10#和15#的苦草生長(zhǎng)情況良好,圍隔平均成活率顯著高于其他圍隔。單株總生物量和植株總長(zhǎng)也顯著高于其他圍隔,均產(chǎn)生了匍匐莖,開(kāi)始分蘗,表明這幾處的苦草大部分已經(jīng)成功定植。而圍隔9#、11#、12#、13#等處,苦草的平均成活率低于 10% ,基本上沒(méi)有達(dá)到種植目的,但這幾處的單株總生物量和單株植株總長(zhǎng)與1#、2#、3#、7#、8#、14#等圍隔無(wú)顯著差異。

        2.3大面積種植下底泥因子對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響

        大面積種植條件下底泥因子與沉水植物生長(zhǎng)的相關(guān)性分析結(jié)果如表2所示,底泥深度、有機(jī)質(zhì)含量、總氮含量和總磷含量與苦草各生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)性均不顯著,有效磷與苦草生長(zhǎng)指標(biāo)均呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)性,表明底泥有效磷可能對(duì)苦草生長(zhǎng)存在一定抑制。

        底泥磷釋放速率與苦草生長(zhǎng)指標(biāo)的關(guān)系最為密切,苦草的成活率、植株總長(zhǎng)和總生物量均與底泥的磷釋放速率呈現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān) (Plt;0.01) 。這一結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)的觀察一致,苦草成功定植的圍隔4#、5#、6#、10#、15#,其底泥磷釋放速率均明顯小于其他生長(zhǎng)不佳的圍隔。

        表2墨水湖圍隔底泥因子與沉水植物生長(zhǎng)指標(biāo)相關(guān)性分析( n=15 )
        注:**表示 Plt;0.01 ,*表示 Plt;0.05 。Note: ** denotes Plt;0.01 ,and * denotes Plt;0.05
        注:a、b、c表示不同圍隔之間的差異顯著性, Plt;0.05 。圖4墨水湖不同圍隔的苦草生長(zhǎng)情況Fig.4GrowthcharacteristicsofV.natans ineachenclosureofMoshuiLake

        Notes:Lower case letters denote significant differences (Plt;0.05) between enclosures.

        2.4室內(nèi)培養(yǎng)不同底泥性質(zhì)對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響

        圖5所示為用于底泥培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的4種湖泊底泥的粒徑分布圖。所選擇的4種底泥,其中5#和15#屬于底泥磷釋放速率最低的2個(gè)圍隔[分別為2.10和 2.22mg/(Ωm2?dΩ)] ,而11#和12#為磷釋放速率最大的2個(gè)圍隔[分別為15.2和 36.6mg/(m2?d)] 。從圖5可以觀察到,5#和15#主要為黏土性質(zhì),黏粒和粉粒的占比更高,分別為 15.5% (5#黏粒)、16.8% (15#黏粒)和 38.4% (5#粉粒)、 40.2% (15#粉粒),而11#和12#主要為砂質(zhì),極細(xì)沙和細(xì)沙的占比更高,分別為 33.0% (11#極細(xì)沙)、23.7% (12#極細(xì)沙)和 31.7% (11#細(xì)沙)、 44.1% (12#細(xì)沙)。

        室內(nèi)培養(yǎng)前后苦草主要生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)的變化如圖6所示。3個(gè)月的培養(yǎng),苦草植株總長(zhǎng)均有一定的增長(zhǎng)(圖6a),其中5#、15#的增長(zhǎng)幅度為 74.2% 和 45.4% ,顯著高于1 1#,12#(29.0% 和 11.8% ,黏質(zhì)底泥(5#、15#)明顯高于砂質(zhì)底泥。葉片總數(shù)的增長(zhǎng)則分別為 34.5% 、55.0%.67.9% 和 46.2% ,黏質(zhì)底泥低于砂質(zhì)底泥(圖6b)。葡匐莖總長(zhǎng)的增長(zhǎng)則分別為 33.2%.6.0%.6.0% 和 39.9% ,黏質(zhì)底泥顯著低于砂質(zhì)底泥(圖6c)。

        圖7所示為不同底泥條件下苦草的最終生物量及其分配,可以觀察到4個(gè)處理的地下部分生物量均無(wú)明顯差異,而總體生物量和地上部分生物量,黏質(zhì)底泥(5#、15#)顯著高于砂質(zhì)底泥(11#、12#),表明不同底泥對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響點(diǎn)可能為地上部分??嗖萆L(zhǎng)的根冠比也呈現(xiàn)出同樣的規(guī)律,黏質(zhì)底泥的根冠比(5#、15#)顯著低于砂質(zhì)底泥(11#、12#)。

        室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的底泥因子與植物生長(zhǎng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果如表3所示,磷釋放速率和底泥中粉粒占比是沉水植物生長(zhǎng)關(guān)系最為密切的兩個(gè)指標(biāo)。磷釋放速率與底泥中的粉粒含量和極細(xì)沙含量均呈極顯著負(fù)相關(guān) (Plt;0.01) ,與沉水植物地上部分生物量也呈極顯著負(fù)相關(guān),與植株總長(zhǎng)增長(zhǎng)率呈顯著負(fù)相關(guān) (Plt;0.05) ,與根冠比呈顯著正相關(guān)。底泥中粉粒的含量則與沉水植物植株總生物量、沉水植物地上部分生物量呈現(xiàn)為極顯著的正相關(guān),而與根冠比呈極顯著負(fù)相關(guān) (Plt;0.01) 。此外,粉粒含量還與植株總長(zhǎng)增長(zhǎng)呈顯著正相關(guān) (Plt;0.05) 。

        3討論

        3.1大面積種植條件下底泥的季節(jié)波動(dòng)

        本研究中,大面積種植條件下的底泥波動(dòng)較小,在6一10月之間保持相對(duì)穩(wěn)定,5個(gè)月的苦草生長(zhǎng)并未使底泥營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)生顯著變化,這與文獻(xiàn)報(bào)道中沉水植物對(duì)底泥的影響并不一致(胡小貞等,2011;孔祥龍等,2015;黃小龍等,2019;李鶴男等,2021)。可能由于大面積種植工程與室內(nèi)或小規(guī)模培養(yǎng)有區(qū)別導(dǎo)致,在短期(5個(gè)月)內(nèi)沉水植物所能削減的底泥營(yíng)養(yǎng)相對(duì)于湖泊底泥的規(guī)模仍顯得相當(dāng)微小。

        圖5室內(nèi)培養(yǎng)所用底泥粒徑分布 Fig.5 Particle sizedistributionsof sediments for indoor culturing of V. natans"
        表3底泥性質(zhì)與植物性狀相關(guān)系數(shù)Tab.3 Correlation coefficients between sediment properties and plant traits
        注:**表示 Plt;0.01 ,*表示 Plt;0.05 。Note: ** denotes Plt;0.01 ,and * denotes Plt;0.05
        注:字母表示不同圍隔之間的差異顯著性, Plt;0.05 。圖7不同底泥上的苦草生物量及其分配Fig.7 Biomassanditsdistributionof V. natans indifferentsubstrates

        3.2底質(zhì)營(yíng)養(yǎng)因子對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的制約

        過(guò)往研究多關(guān)注光照、水質(zhì)對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響,然而實(shí)際上,底質(zhì)條件在很大程度上制約著沉水植物的定植和生長(zhǎng)(Wigandetal,1997;Koch,2001;葉春等,2008)。在墨水湖的沉水植物種植中,底泥條件不同的圍隔中苦草生長(zhǎng)差異極大。但底泥情況復(fù)雜,涉及眾多環(huán)境因子,部分底泥性狀分析困難,如底質(zhì)性質(zhì)需分析粒徑,底泥流動(dòng)性也難找到合適表征指標(biāo)。

        因此,本文僅對(duì)底泥影響沉水植物生長(zhǎng)做初步探究,主要集中在底泥營(yíng)養(yǎng)因子方面。根據(jù)墨水湖15個(gè)圍隔的調(diào)查結(jié)果,初步認(rèn)為底泥磷釋放是影響苦草生長(zhǎng)的最重要因子,兩者呈極顯著負(fù)相關(guān);次一級(jí)影響因素為底泥有效磷含量,呈弱相關(guān) (Plt;0.05) :其他因素如底泥厚度、底泥總氮、總磷、有機(jī)質(zhì)含量對(duì)苦草生長(zhǎng)影響較小。這一結(jié)論與前人研究存在差異,如Barko和Smart(1986)認(rèn)為底泥中有機(jī)質(zhì)增加顯著降低穗花狐尾藻和輪葉黑藻成活,與本文結(jié)果不同,原因可能是室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)與野外試驗(yàn)有別,野外試驗(yàn)影響因素多,許多環(huán)境因子作用被削弱。

        盡管本文中底泥磷釋放與苦草生長(zhǎng)相關(guān)性極顯著,但無(wú)法驗(yàn)證其影響為因果性。底泥磷釋放由多種因素導(dǎo)致(Kimetal,2003;Wuetal,2014),如厭條件下底泥的磷釋放比好氧條件高15倍(姜敬龍和吳云海,2008);底泥磷釋放與底泥性質(zhì)密切相關(guān),通常粒徑小的土壤,磷釋放速率更慢(Selig,2003;Zhuetal,2013);底泥pH、底泥擾動(dòng)性(即流動(dòng)性)也顯著影響底泥磷釋放速率(姜敬龍和吳云海,2008)。所以,底泥磷釋放影響沉水植物生長(zhǎng)的根本原因可能源于底泥性質(zhì)、底泥氧化還原電位等一系列底泥理化特征,需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。雖底泥磷釋放速率不能明確為制約苦草生長(zhǎng)的決定性因素,但在種植前提前測(cè)定種植區(qū)域底泥的磷釋放速率,可為沉水植物種植提供重要參考。

        3.3底泥性質(zhì)對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響

        底質(zhì)條件對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響一直都是沉水植物種植的關(guān)鍵因素,但關(guān)于底泥如何影響沉水植物生長(zhǎng)的研究多為定性分析,較少對(duì)底質(zhì)進(jìn)行深入的定量分析(謝貽發(fā)等,2007;胡春陽(yáng),2018;Haoetal,2020)。本文實(shí)驗(yàn)所使用的墨水湖底泥,盡管都是湖泥,但底泥性質(zhì)卻相差甚遠(yuǎn),其砂粒含量、粉粒含量和黏粒含量均呈現(xiàn)出極大的變異性。因此,要進(jìn)一步厘清底泥條件對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響,對(duì)底泥性質(zhì)的定量化表征必不可少。

        過(guò)往研究表明,底泥或沉積顆粒物的粒徑大小一直影響沉水植物的天然分布(Sand-Jensen,1998;Koch,2001),因此本文嘗試使用粒徑分析作為底泥性質(zhì)的初步定量表征,結(jié)果表明,與沉水植物生長(zhǎng)指標(biāo)相關(guān)性最為密切的2個(gè)指標(biāo)是磷釋放速率和底泥粉粒含量。其中,磷釋放速率可以表征底泥的營(yíng)養(yǎng)狀況和底泥的活潑性,而粉粒含量可以表征底泥的性質(zhì)。底泥性質(zhì)是影響沉水植物生長(zhǎng)最大的因素之一,但這一研究仍較為粗淺,需要更詳細(xì)的數(shù)據(jù)和更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)探究。

        通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),沉水植物對(duì)底泥條件的響應(yīng)主要表現(xiàn)在地上部分,且與營(yíng)養(yǎng)狀況呈負(fù)相關(guān),而與地下部分關(guān)系不顯著。這表明,底泥對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的影響途徑最有可能是通過(guò)釋放營(yíng)養(yǎng)鹽脅迫沉水植物地上部分的生長(zhǎng),進(jìn)而影響沉水植物的成活和生長(zhǎng)模式。有研究發(fā)現(xiàn),苦草應(yīng)對(duì)不同的生境可能采取豎向生長(zhǎng)或者橫向生長(zhǎng)(符輝等,2013)。本文觀察到在黏質(zhì)底泥中,苦草更傾向于豎向生長(zhǎng),表現(xiàn)出與砂質(zhì)底泥不同的響應(yīng)策略。Li等(2012)的研究也認(rèn)為苦草更適合在粒徑較小的底質(zhì)上生長(zhǎng),與本文的結(jié)論相符。

        3.4工程實(shí)踐中的沉水植物種植初探

        關(guān)于底泥影響沉水植物種植的研究并不鮮見(jiàn),但基于大規(guī)模野外種植沉水植物的生長(zhǎng)情況與文獻(xiàn)報(bào)道存在一定差異。過(guò)往的沉水植物研究多集中于實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)和野外調(diào)查,其中室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)規(guī)模小、條件可控,而沉水植物的野外調(diào)查本身就建立在沉水植物已經(jīng)天然形成的基礎(chǔ)上,因此,這些研究可以對(duì)水生態(tài)修復(fù)工程起到一定作用,但仍存在偏差。

        本文所研究的墨水湖沉水植物種植,與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相比,其所涉及的底泥影響因素更為多變,導(dǎo)致諸多在實(shí)驗(yàn)室得出的結(jié)論與工程實(shí)踐并不相符。如Xie和 Yu(2011 )、 Xu 等(2019)均認(rèn)為底泥或沉積物中的富營(yíng)養(yǎng)是對(duì)沉水植物生長(zhǎng)有利的,但本文觀察到的是高水平的底泥磷釋放顯著抑制苦草生長(zhǎng)。對(duì)工程實(shí)踐中大面積的沉水植物種植而言,仍需要更多的野外種植實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)提供技術(shù)支持。

        4結(jié)論

        (1)在城市淺水湖泊大規(guī)模沉水植物種植中,底泥有機(jī)質(zhì)和總磷對(duì)沉水植物的生長(zhǎng)無(wú)顯著影響,有效磷含量與沉水植物的成活率存在一定負(fù)相關(guān)性,而底泥的磷釋放對(duì)沉水植物的成活率、植株總長(zhǎng)、生物量均存在顯著的抑制作用。

        (2)從工程種植調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)看,黏質(zhì)底泥相比于砂質(zhì)底泥更適宜苦草生長(zhǎng),不同性質(zhì)底泥上生長(zhǎng)的沉水植物,其生物量差別主要集中于地上部分,表明底泥性質(zhì)一定程度上影響沉水植物的生長(zhǎng)策略。

        (3)磷釋放速率和底泥中的粉粒含量是影響沉水植物生長(zhǎng)的2個(gè)較為明顯的因素,磷釋放對(duì)苦草的豎向生長(zhǎng)以及地面部分生長(zhǎng)有所抑制,而粉粒含量則對(duì)苦草的豎向生長(zhǎng)和地面部分有積極影響。

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        Effectof Sediments on the Growth of Submerged Plants in Engineering Practice: Moshui Lake Case Study

        WANGLilin,HUANGJian,LIUWei

        (Wuhan Zhiyuan Construction Group Co.,LTD, Wuhan 430051, P.R. China)

        Abstract:Planting submerged plants is one of the key technologies for lake restoration,and sediment is crucial for healthy growth. Previous research has mainly focused on the role of submerged plants on sediment restoration, with little research on how sediment conditions affect the growth of submerged plants in engineering practice.In this study,the submerged macrophyte Vallisneria natans was selected forresearch and, from June to October 2022, natans plants were planted within 15 enclosures in Moshui Lake, with a total area of 175 055m2 .We aimed to explore the effects of sediment conditions on the growth of submerged macrophytes and provide scientific guidance for the large-scale cultivation of submerged vegetation by identifying optimal sediment conditions.Relationships between the primary sediment nutrients (organic matter, total nitrogen, total phosphorus,fast-acting phosphorus and the phosphorus release rate) and the survival and growth of V. natans were studied using correlation analysis. Sediment from a typical section of Moshui Lake was also collected for indoor culture experiments and to quantitatively analyze the effect of substrate particle size on the growth of V. natans. Results show that sediment organic matter and total phosphorus did not significantly effect V. natans growth and available phosphorus content was negatively correlated with the survival rate of V. natans.Phosphorus release rate from the sediment was most closely related to the survival rate,total plant length,and biomass of (204號(hào) V. natans.Phosphorus release rate and silt content were the two most influential factors influencing the growth of V. natans.Phosphorus release inhibited,while silt content promoted, the vertical above sediment growth of V. natans. Our research findings provide a valuable reference for cultivating submerged plants in lake restoration projects.

        Key words:submerged macrophytes; substrates; phosphorus release; substrate properties; Moshui Lake

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