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杭州西湖西进水域沉水植物斑块镶嵌格局优化及稳定化研究

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目录

摘要

第一章 绪论

1.1 湖泊富营养化问题

1.2 杭州西湖介绍

1.3 研究课题背景及沉水植物斑块镶嵌技术

1.4 研究思路、内容和意义

1.4.1 研究思路

1.4.2 研究内容

1.4.3 研究意义

第二章 文献综述

2.1 沉水植物群落在湖泊生态系统中的关键作用

2.2 沉水植物修复与改善湖泊生态系统研究现状

2.3 影响沉水植物群落的生长繁殖与恢复的因子

第三章 研究对象与研究方法

3.1 研究对象

3.1.1 研究区域杭州西湖西进水域概况

3.1.2 所选沉水植物生物学特性

3.2 研究方法

3.2.1 实验仪器及装置

3.2.2 实验设计

3.2.3 沉水植物、水质及底质监测指标的测定方法

3.3 数据统计与分析方法

第四章 底质类型对沉水植物苦草、黑藻的影响

4.1 水族缸模拟实验不同底质类型对苦草无性繁殖及生产力的影响

4.1.1 不同底质中苦草无性繁殖特征比较

4.1.2 不同底质对苦草叶绿素及生产力的影响

4.1.3 苦草幼苗棵数对匍匐茎扩散和生物量的影响

4.1.4 不同底质中苦草对水体营养盐的吸收能力

4.2 水族缸模拟不同底质对黑藻生长形态及生理指标的影响

4.2.1 不同底质对黑藻断枝繁殖及生长的影响

4.2.2 不同底质对黑藻生理指标的影响

4.2.3 正反扦插种植对黑藻生长的影响

4.3 斑块镶嵌中试区和耐牧食中试区原位不同底质对苦草、黑藻生长及生理的影响

4.3.1 原位不同底质对苦草、黑藻生长形态的影响

4.3.2 斑块镶嵌中试和耐牧食中试区原位不同底质对苦草、黑藻生理指标的影响

4.4 讨论

4.4.1 不同底质对苦草无性繁殖能力及生长形态学影响

4.4.2 不同底质对苦草生理指标的影响及其固定底质能力的理论探讨

4.4.3 底质类型对黑藻生长形态及生理的影响

4.5 小结

第五章 水深对沉水植物苦草、黑藻生长及生理的影响

5.1 水深对苦草生长形态及生理指标的影响

5.1.1 水深对苦草生长及形态的影响

5.1.2 水深对苦草生理指标的影响

5.2 水深对黑藻生长形态及生理指标的影响

5.2.1 水深对黑藻生长及形态的影响

5.2.2 水深对黑藻生理指标的影响

5.3 讨论

5.3.1 水深对沉水植物生长及形态的影响

5.3.2 水深对沉水植物生理指标的影响

5.4 小结

第六章 杭州西湖引江入湖水中絮凝剂对沉水植物苦草、黑藻生长及生理的影响

6.1 乌龟潭水质及底质监测

6.2 沉水植物体上附着物的成分与量

6.3 乌龟潭原位实验絮凝剂对沉水植物的影响

6.3.1 乌龟潭原位盆栽实验絮凝剂对苦草、黑藻生长及形态的影响

6.3.2 乌龟潭原位实验絮凝剂对苦草、黑藻生理指标的影响

6.4 水族缸模拟实验絮凝剂对沉水植物的影响及水质变化

6.4.1 水族缸模拟实验絮凝剂对苦草、黑藻生长及形态的影响

6.4.2 水族缸模拟实验絮凝剂对苦草、黑藻生理指标的影响

6.4.3 残留絮凝剂对苦草、黑藻水族缸水质的影响

6.5 讨论

6.5.1 絮凝剂对苦草、黑藻生长及形态的影响

6.5.2 絮凝剂对苦草、黑藻生理指标的影响

6.5.3 絮凝剂的利弊

6.6 小结

第七章 沉水植物斑块镶嵌优化研究与实践

7.1 沉水植物斑块镶嵌格局中试方案

7.2 沉水植物斑块镶嵌中试监测方案

7.2.1 监测目的及意义

7.2.2 监测频率及工具

7.2.3 监测内容

7.3 沉水植物斑块镶嵌中试监测结果

7.3.1 沉水植物生长及定植状况

7.3.2 沉水植物盖度

7.3.3 沉水植物生物量

7.3.4 沉水植物株高及分枝

7.3.5 沉水植物斑块镶嵌中试区内及对照区水质指标

7.3.6 沉水植物斑块镶嵌中试区内及对照区浮游植物动态变化

7.4 沉水植物斑块镶嵌中试实践总结

7.5 小结与研究展望

第八章 结论

参考文献

致谢

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摘要

作为主要初级生产者,沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分,由于其特有的生长属性以及生态、景观功能,它们在物质循环、能量流动、净化水质和生态修复等方面发挥着重要的作用。在“十一五”国家水体污染控制与治理科技重大专项中,通过杭州西湖水专项在湖西水域实施水生植物群落恢复示范工程,初步恢复了湖西水域的沉水植物。但是目前仍面临一些问题:如初步建立的清水草型系统尚不稳定;沉水植物空间结构较为单一;藻类异常增殖等。基于此,在“十二五”国家水专项西湖课题—城市景观湖泊水环境改善技术研究与工程示范中,适时跟进构建沉水植物斑块镶嵌格局工程,以优化沉水植物结构,依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序的、良性循环的方向演替。西湖不同湖区、不同位点底质、水位差异较大,且引钱塘江入湖水中含有絮凝剂(主要成分为铝盐),这些因素对沉水植物产生了较大影响。在工程实施前,作者在茅家埠湖区进行了为期一年的沉水植物斑块镶嵌中试,同时还通过室外模拟实验、湖区原位实验研究了底质、水深、絮凝剂等环境因子对沉水植物苦草(Vallisnerianatans)及黑藻(Hydrilla verticillata)无性繁殖、生长和生理指标等方面的影响,为“十二五”示范工程设计和实施提供科技支撑。主要结果如下:
  1.底质类型对沉水植物生长形态及生理的影响
  (1)水族缸模拟实验表明,底质类型显著影响苦草匍匐茎扩散速率、分蘖株形态特征和生产力(P<0.05),在湖泥中呈现最佳的无性繁殖能力,其次为湖泥+沙子。不同底质处理间苦草叶绿素含量、生产量和呼吸量差异显著(P<0.01)。不同底质对黑藻生物量积累、分蘖数等形态指标影响显著(P<0.05);叶绿素含量等生理指标均以湖泥处理组最大,且不同底质处理组间有显著差异。
  (2)茅家埠湖区原位耐牧食(NM)中试区底质和斑块镶嵌(BK)中试区底质对苦草、黑藻生长形态及生理有显著影响。BK中试区底质更适合苦草的生长,且盆栽于NM中试区内的苦草总体比BK中试区内长势较好。底质对叶绿素含量、SOD活性、蛋白含量和丙二醛含量的影响在苦草和黑藻间存在显著差异(P<0.05)。黑藻在NM中试区整体较BK中试区长势好,其生物量、株数、株高均优于BK中试区的,因此NM中试区底质更适合黑藻生长。
  2.茅家埠湖区沉水植物斑块镶嵌中试区水深对苦草、黑藻生长及生理的影响
  随水深增加,苦草生物量、株数、匍匐茎数和直径以及根重呈减少趋势,深水位(>1.8 m)不利于苦草的生长,超过1.2m的水深会刺激匍匐茎和根生长。水深梯度对苦草叶绿素和蛋白含量无明显影响,而对枝叶中SOD活性和丙二醛含量有显著影响,随水深增加,SOD活性降低,丙二醛含量升高。水深对黑藻形态学特征有较大影响,但无明显规律,生物量、株数、株高、节间长值均以中水位(0.8~1.0 m)为最大。中等水深对黑藻生长最佳,而深水位引导黑藻分配较多生物量于地下部分。叶绿素含量随水深增加而减小,SOD总活性和蛋白质含量均以中等水深最大,而丙二醛含量随水深增加而增加。
  3.絮凝剂对沉水植物生长形态及生理的影响
  (1)乌龟潭湖区原位实验中絮凝剂对苦草、黑藻生长形态学影响显著(P<0.05)。整体而言,入水口下游150 m处(2#位点)的苦草、黑藻长势比距入水口15m处(1#位点)较好,其生物量、株数、株高、匍匐茎、根重等指标均优于1#位点,表明2#位点水体环境及底质对苦草、黑藻生长更有利,絮凝剂对二者生长有显著抑制作用。入湖引水絮凝剂使二者叶绿素含量、SOD总活性、蛋白质含量降低,而丙二醛含量升高。
  (2)室外水族缸模拟絮凝剂影响实验,结果与原位实验有所差异,苦草和黑藻处理组的生物量、株数、株高、匍匐茎、根重均比对照组大,但未达到显著性差异(P>0.05),表明水族缸控制条件下,絮凝剂对苦草、黑藻生长影响未达到显著性水平。整体而言处理组和对照组苦草、黑藻植株叶绿素含量、SOD活性、蛋白含量呈现先下降后上升的趋势。水体TN、TP和Chl-a浓度下降,而Al含量呈缓慢上升趋势。
  4.茅家埠湖区沉水植物斑块镶嵌中试
  2014年5月,在斑块镶嵌中试区内种植了苦草、狐尾藻、黑藻、金鱼藻、微齿眼子菜和篦齿眼子菜6种沉水植物。2014年10月份,沉水植物总的平均盖度达36.8%,苦草、金鱼藻、狐尾藻生长扩散成为优势种,其平均盖度分别为56%、66%、71%;平均生物量分别为1320.8 g/m2、955.1 g/m2、877.4 g/m2,黑藻、篦齿眼子菜及微齿眼子菜已逐渐消失。但黑藻在底质稍硬、水深较浅(1.2m以下)和控制牧食条件下的NM中试区内生长良好。斑块镶嵌中试区沉水植被最终达到一个结构稳定群落,至2015年4月沉水植物总盖度约达到40%,监测到有苦草、金鱼藻、狐尾藻、菹草(非此中试种植草种)。整体而言,水质也得到一定改善,TN、NO3--N呈下降趋势,实验期间中试区TP多数月份小于对照区,叶绿素变化较大。中试区多数月份浮游植物多样性指数大于对照区。
  适合西湖西进水域恢复的沉水植物可优选苦草、狐尾藻、金鱼藻;沉水植物重建与恢复应由浅水区逐渐向深水区推进,且选择底质稍微较硬的区域(条件允许可改良基质)较好;若条件允许,尽量避开航道,以免受波浪扰动冲击,可围隔(尽量封闭)控制鱼类等牧食影响。

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