東太湖水生植物季節演替及抑藻效應初探

李靈慧，吳建斌，陸雪林，崔恒釗，楊晨馳，鮑婷婷，李建華*

(1.同濟大學環境科學與工程學院,上海 200092; 2.蘇州市吳江區水利局,江蘇蘇州 215222; 3.上海市向明中學,上海 200092)

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東太湖水生植物季節演替及抑藻效應初探

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.同濟大學環境科學與工程學院,上海 200092; 2.蘇州市吳江區水利局,江蘇蘇州 215222; 3.上海市向明中學,上海 200092)

摘 要：為了研究東太湖水生植物植物時空分布特征及水環境因子變化趨勢,同時探究東太湖水生植物對藻類的影響,于2013年對東太湖水生植物和水體環境狀況進行調查。調查發現,采樣區內水生植物共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優勢種不盡相同,并表現出明顯的區域特征。從環境因子對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關系,與TP無顯著相關關系。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。

關鍵詞：東太湖;水生植物;水體環境;抑藻效應

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20160247

水生植物作為湖泊生態系統中的初級生產者,具有顯著的環境生態功能,是良性湖泊生態系統的重要組成部分,為維持湖泊生態系統平衡做出重要貢獻。一方面,水生植物為水體中的魚類提供棲息場所、食物來源,為浮游生物和周叢生物提供避難與附著場所［1］。另一方面,水生植物通過對生境資源的爭奪以及分泌感化物種抑制水中藻類的過度生長［2-3］。與此同時,水生植物對水環境亦有著密切的相互作用,既有提高水體透明度,吸收同化營養鹽的環境正效應［4-5］,亦有因殘體腐敗污染水體,消耗溶解氧［6］,過量生長促淤化等環境負效應［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,湖區內生長著繁茂的水生植物,是長江中下游典型的草型淺水湖泊［9］。隨著近年來當地經濟持續快速發展,東太湖周圍地區供水安全不斷面臨著挑戰,研究表明,東太湖水體總體上處于中富營養狀態,部分湖區已達到富營養狀態［10］,存在著藍藻水華爆發的風險［11］,但近幾年,東太湖并未出現藍藻水華的相關報道,這可能因為東太湖屬于草型湖泊,水生植物對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演替特點,以及水生植物與藻類的相互關系,對東太湖水源地的水生植物及水環境因子進行調查和分析,研究水生植物植物時空分布特征及水環境因子變化趨勢,同時探究東太湖水生植物生物量對藻類的影響,為草型湖泊的科學管理提供理論依據。

1　研究方法

1.1采樣點布置

根據東太湖功能及不同利用方式的區域,布設10個采樣點,分布見圖1。其中C3,C4,C7和C9點設在敞水航道區,C5,C8,C10,C11,C12 和C13點設在圍欄養殖區內。

1.2樣品采集與分析

于2013年4,6,8,10和12月對東太湖進行5次采樣。溶解氧、水溫和pH采用便攜式分析儀在現場直接測定,透明度采用直徑25 cm的透明度盤進行測定。現場用1 L聚乙烯塑料瓶取0.5 m處表層水,帶回實驗室進行營養鹽測定,營養鹽測定參考《水和廢水監測分析方法(第四版)》。

1.3植物樣本采集與測定

使用自制的水草采集刀,將長為0.12 m的刀頭綁在3 m竹竿上,靠近底泥旋轉一周,采集0.045 m2面積的水生植物地上部分。同一采樣點采集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,裝入聚乙烯袋中運回實驗室,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,計算得出樣點植物生物量。受采樣條件限制,生物量估算不涉及挺水植物的調查。

圖1　采樣點示意圖

2　結果與分析

2.1水生植物種類組成及時空分布

根據2013年4月至12月5次調查區域采樣結果看,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)。沉水植物的優勢種為:伊樂藻、穗花狐尾藻、金魚藻,浮葉植物優勢種為: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變化見圖2。4月時,東太湖調查區域大部分水生植物還未萌發,小部分水生植物,主要是浮葉和部分沉水植物剛剛萌發,此時水生植物整體覆蓋率很低。荇菜是春季唯一的優勢種,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偶見,其均處在萌發初期,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生長,在水中可采集到。浮葉植物6月開始大量生長,成為優勢種,人為引種的沉水植物伊樂藻也在此季節大量發生,進入生長旺盛期,也成為優勢種。8月,荇菜進入結實衰亡期,沉水植物大量發生,東太湖8月水生植物最為繁茂的時期,此時水生植物生物量最大,平均值為1 831 g·m-2。10月,大部分植物進入結實衰亡期,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位的出現,此時大量發生,成為優勢種。12月,進入冬季后,絕對大部分水生植物已經消失,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　水生植物生物量時間分布

東太湖水生植物生物量時空分布見圖3。研究表明,圍網養殖區(C5,C8,C10,C11,C12,C13)的生物量與敞水航道區(C3,C4,C7,C9)并未出現顯著性變化,這與養殖區內漁民大量收割伊樂藻從而整體生物量下降有關。在研究區域內,采樣點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的年平均生物量顯著高于圍網養殖區,主要因為航道區的水文條件適合浮葉植物的生長［12］。

圖3　水生植物生物量空間分布

2.2水質指標變化分析

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

表2　東太湖水體環境因子指標

透明度隨季節變化明顯。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及沉降水體懸浮固體顆粒的作用有關［13］。空間變化上,圍網養殖區內樣點透明度顯著高于敞水航道區,這是因為東太湖以圍網養殖河蟹為主,而圍網具有阻流作用,不利于污染物及顆粒物的擴散［14-15］。

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

TN,TP季節變化明顯,春季明顯高于其他季節。春季水生植物生物量較小,對水體中的營養鹽利用率較低。隨溫度升高,水生植物生物量明顯增加,增加了水體中營養物質的吸收,從而使水體中營養鹽降低。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,體內的營養鹽再次釋放到水體中有關。

2.3水生植物與水環境相關性分析

溫度是影響水生植物的一個重要環境因子。水生植物在適宜的溫度范圍內,會隨著溫度的升高而快速生長。伊樂藻在水溫5～30℃時能正常生長,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,為水生植物的生長提供充足的光源。同時,水生植物的生長通過吸附、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呈顯著負相關,說明水生植物的生長需要吸收大量的氮營養鹽［17］。與氮相比,水體中磷的情況有所不同。相比水生植物對N的消耗作用,水生植物對水體中的磷具有兩面性,可將磷從沉積物中轉移到水中［18］,使水中的磷沉降回沉積物中,故東太湖水生植物的生長與磷元素相關性較小。

由表3可知,溫度與水生植物呈顯著正相關,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,浮葉植物與溶解氧呈顯著正相關,野菱和金銀蓮花與TN呈顯著負相關,水生植物與TP無顯著相關關系。

表3　東太湖主要水生植物與水質因子的相關關系

2.4水生植物抑藻效應初探

水生植物作為水域生態系統的重要組成部分,其抑藻機理主要是水生植物對水體中營養鹽、光照的吸收明顯優于藻類,為食藻型魚類提供避難場所,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,抑制水體中藻類的生長［19-21］。研究表明,水生植物生物量與藻類生長密切相關。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8月水生植物生物量達到全年最高,水體中Chla的濃度也達到全年最低,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。這可能是因為12月東太湖水溫較低,溫度成為抑制藻類生長的主要因素。

圖4　Chl-a濃度季節分布

3　小結

調查發現,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。水生植物不同季節優勢種不盡相同,并表現出明顯的區域特征。在圍網養殖區(C5,C8,C10,C11,C12,C13)水生植物生長茂盛,主要優勢種為伊樂藻、金魚藻等沉水植物;而敞水航道區(C3,C4,C7,C9)水生植物生物量較小,植物種類單一,優勢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勢種。

水體環境不同水環境因子表現出明顯的時空變化趨勢,TN,TP濃度的季節變化為春季明顯高于其他季節,且水生植物的生長受水體環境如溫度、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濃度呈明顯負相關。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,防止水華爆發。

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(責任編輯：張瑞麟)

通信作者:李建華,E-mail:leejianhua@tongji.edu.cn。

作者簡介:李靈慧(1991—),女,在讀碩士,研究方向為水域生態學,E-mail:lilinghui789@163.com。

基金項目:上海市科學技術委員會科研計劃項目(13231203703,13DJ1400104)

收稿日期:2015-10-14

中圖分類號：S682.32

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017(2016)02-0288-04

文獻著錄格式:李靈慧,吳建斌,陸雪林,等.東太湖水生植物季節演替及抑藻效應初探［J］.浙江農業科學,2016,57 (2):288-291,293.