异龙湖沉水植物群落恢复影响因子与恢复技术研究

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异龙湖属于云南九大高原湖泊之一，近年来随着城市化进程的不断加快，异龙湖水质逐渐恶化，沉水植物群落退化加速，湖泊的生态原貌逐渐消失；为遏制异龙湖的富营养化进程，加强湿地生态多样性的保护，红河州环保局加强了对异龙湖的湿地植被的保护与恢复工作，尤其是沉水植物的保护与恢复。与其它富营养化湖泊不同，异龙湖目前处于草型湖泊向藻型湖泊转变的节点，西湖区沉水植物茂盛，水体清澈见底，是典型的草型湖泊，东湖区沉水植物较少分布，水体混浊，藻类密度高，是典型的藻型湖泊，研究在转变节点上的湖泊，对于沉水植物恢复影响因子研究、水体富营养化防治及沉水植物的恢复与保护具有特殊的研究意义。此外，海菜花（Ottelia acuminata var. acuminata）是我国特有的渐危物种，是国家3级重点保护植物，是异龙湖的历史优势物种。因此，研究异龙湖的沉水植物恢复影响因子和恢复技术，恢复以苦草和海菜花为优势种的沉水植物群落，是异龙湖生态保护的核心内容。
　　本研究以沉水植物恢复群落影响因子及恢复技术为研究目标，对异龙湖及主要入湖河流开展水环境因子的周年调查与分析，通过对沉水植物群落结构特征与水环境因子的相关性分析，探索异龙湖沉水植物群落恢复的主要影响因子。异龙湖沉水植物群落恢复是以恢复原始自然生态为基本目标，根据历史资料分析，恢复苦草（Vallisnerianatans(Lour.)Hara）及海菜花群落是异龙湖沉水植物群落恢复的基本目标，因此，本文依据主要环境因子的研究结论，分别验证该种影响因子对苦草和海菜花恢复的影响，以探索在现状条件下异龙湖苦草和海菜花群落的恢复范围和恢复技术。此外，异龙湖多年来水位逐渐下降，是沉水植物群落衰减的主要驱动力之一，2012年后，环保局实施了退耕还湖的工作，多数湖滨湿地成为废弃农田，水土流失严重，为恢复恢复湖滨湿地，管理部门提升异龙湖水位势在必行，因此，本研究依此为背景研究了水位变动对异龙湖沉水植物群落结构的影响，探索通过人工控制水位恢复沉水植物的可能。最后，总结分析沉水植物恢复的影响因子的研究结果，从技术角度出发，改善胁迫因子，为沉水植物的恢复提供切实可行的技术措施，为异龙湖的沉水植物恢复提供技术及理论指导。
　　本研究取得的主要成果有：
　　1、异龙湖沉水植物群落结构现状与水环境因子的关系。通过对异龙湖主要入湖河道及东西湖区的水环境因子调查发现，河道的总氮、总磷、氨氮均高于东西湖区，且与湖区水质差异性显著。东西两个湖区水质也具有显著差异，西湖区显著优于东湖区。东西湖区沉水植物的空间分布具有显著差异，西湖区小茨藻（Najas minor All）、狸藻（Utricularia）为优势种，东湖区篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus L）、狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）、大茨藻（Najas marina L）为优势种，且西湖区沉水植物的盖度、生物量及物种丰度显著高于东湖区。异龙湖沉水植物的空间分布、盖度、生物量等受水环境因子的影响显著，水深、透明度、溶解氧是沉水植物群落结构的主要影响因子，总氮、总磷、氨氮及pH是次要影响因子，电导率暂未发现明显的相关性。
　　2、异龙湖水深对苦草生长的影响。为恢复异龙湖的原生沉水植物群落优势物种—苦草，为异龙湖苦草群落恢复工作提供数据及理论依据，本研究在异龙湖0.5m、1.0m、1.5m、2.0m四个不同水深开展苦草的生长实验，通过监测苦草的株高、叶片数、鲜质量、根长、日相对生长率及过氧化氢（H2O2）、过氧化氢酶（CAT）及丙二醛（MDA）含量等生理生化指标，探索不同水深条件下苦草的生长特性。结果显示：0.5 m和1.0 m深度水层的苦草生长良好，苦草未出现代谢失衡，未出现明显的生长被抑制现象；1.5 m深度水层的苦草受低溶解氧的影响出现了生物质膜氧化现象，生长受到抑制；2.0 m深度水层的苦草出现负增长，丙二醛积累过量，细胞质膜破坏严重。因此，在异龙湖现状水环境条件下，1.5m以浅为苦草的适生水深，1.0m以浅范围内恢复苦草可取的较高成活率。
　　3、异龙湖水深对海菜花生长的影响。海菜花的生长及光合荧光特性对水深变化有积极的响应，海菜花会随着水深的不同改变其生长特性及光合作用的组织结构，以适应不同水深的生长环境。不同水深的初始荧光F0和最大荧光Fm差异不显著，而最大量子产率Fv/Fm和荧光参数Fv/F0随水深的增加而显著增加，光响应曲线中的初始斜率（α）、最大电子传递速率（ETRmax）、半饱和光强（EK）在不同水深处具有显著差异，表明深水区海菜花叶片PSⅡ系统的光和效率显著提高。不同水深海菜花叶片的捕光能力并未发生较大变化，海菜花只是通过增加叶片中的chl.a、chl.b及Car的量，提高在弱光条件下的光合能力。不同水深梯度的海菜花光响应机制不同，浅水区的海菜花叶片具备更好强光保护机制，而深水区海菜花的叶片具备更好的光合作用潜能。根据本海菜花在实验中的生长及荧光特性表现，发现1.0m以浅水的海菜花具有良好的生长特性及高效的光合作用，大于1.0m水深区域即表现为生长季光合作用的抑制现象，因此，在异龙湖现有的水环境条件下，1.0m以浅是海菜花恢复的最适宜水深。
　　4、水位变动对异龙湖沉水植物群落结构及演替的影响。水位变化对异龙湖沉水植物群落结构具有显著影响，沉水植物的物种数、生物量、盖度对水位的变化均有不同程度的响应，透明度低的水域内，水位大幅提升会造成生物量、物种数及盖度的降低，甚至出现沉水植物群落衰退或死亡。不同水位条件下光照条件的改变是水位对沉水植物的影响的主要驱动因子，透明度高的水域水位变动带来的影响，相对较小。沉水植物在非最适宜水位条件下，通过短期内增加株高以取得更好的光照条件，通过减少分枝数来减少有效资源条件下物质及能量的消耗，以适应新的水位环境。水位变动对异龙湖沉水植物的群落演替产生了显著影响，随着水位的升高，异龙湖沉水植物的空间分布向标高更高的浅水区移动，群落内深水区物种数减少，浅水区物种数增加。异龙湖可利用控制水位的技术措施激活底泥中的沉水植物种子库，以恢复湖区的沉水植物群落。
　　5、异龙湖沉水植物群落恢复技术研究。以生态本调查、历史资料及走访调研为基础，以湖泊生态修复理论为依据，以异龙湖的发展规划为蓝图，参考国内外类似湖泊的富营养化防治与沉水植物恢复案例，提出了异龙湖沉水植物恢复的技术体系。
　　主要内容包括：通过生态技术措施恢复入湖河道的水质，把污染控制在入湖之前，提升补水水源的质量，为沉水植物恢复提供良好的基础条件。研究了适用于异龙湖现状的沉水植物恢复的选种技术及栽培技术，利用淤泥清除的方式恢复沉水植物的生境条件，在完成清淤的同时，实现沉水植物的恢复及泛滥湿地植物的群落控制。通过监测异龙湖的水深和透明度的变化关系，采用水位调控措施，配合沉水植物恢复确定合理的补水量，水量应保持在6000万m3以上，但补水不宜过快，应给沉水植物的恢复足够适应性恢复时间，通水位控制激活种子库实现沉水植物的恢复。异龙湖东西湖区水深、水质及植物分布具有明显的差异性，东西湖区修复路线应采取不同的技术策略，东湖区采用以恢复先锋物种为主要内容的生态治理路线，西湖区以恢复生物多样性为主要内容的生态修复路线。同时，异龙湖的沉水植物恢复是长期的群落演替过程，应依据异龙湖的现状条件，因地制宜，采用不同的恢复技术措施，分阶段的实施沉水植物恢复工作。

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作者
赵风斌;
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作者单位

上海海洋大学;

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授予单位上海海洋大学;
学科水生生物学
授予学位博士
导师姓名王丽卿;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 Q178.11;
关键词
沉水植物; 高原湖泊; 富营养化; 生态恢复;

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