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湖泊富营养化导致湖泊N、P浓度急剧升高,为评价富营养湖泊中铵氮(NH4+-N)升高对大型水生植物的影响,本文研究了多种沉水植物对水柱中铵氮浓度升高的急性(2小时)、亚急性(4天)和生长周期尺度的慢性生理生态响应,获得了以下主要结果:
1.在2h急性实验研究中,苦草和穗花狐尾藻对铵氮的吸收速率随着外源铵氮浓度(0,0.01,0.1,1和10mgL-1NH4+-N)的增加而增加,在外源铵氮浓度为1mgL-1时吸收速率达到最大。在几种铵氮浓度条件下,同种植物在光照条件下对铵氮的吸收率不低于遮光条件下的吸收率,相同光强条件下穗花狐尾藻对铵氮的吸收率不低于苦草的吸收率。因此,在富营养湖泊可以优先考虑把穗花狐尾藻做为植物修复的先锋物种。
2.把穗花狐尾藻和金鱼藻的嫩枝放在外源N-H4+-N浓度为0.25、0.5、1、2、4、8、16、32、64和128mgL-1的培养液中培养4天,两种植物在高浓度NH4+-N环境下的相对生长率都下降,细胞膜的渗透性和培养液中四种阳离子Na+、K+、Mg2+和Ca2+都随NH4+-N浓度升高而增加,表明高浓度NH4+-N会抑制植物生长和增加植物细胞膜渗漏和离子泄露。
3.微宇宙试验设置了3个NH4+-N梯度(0、0.5和2mgL-1)×2个水位深度(低水位40cm和高水位80cm)的析因设计,用来检测铵氮和水位对沉水植物的复合胁迫作用。我们通过检测沉水植物菹草(Potamogeton maackianus L.)C-N代谢变化和抗氧化物(抗氧化酶和非酶型抗氧化物)的响应来研究这种复合效应。结果表明植物生长主要受水位影响;C代谢主要受NH4+-N影响,N代谢既受NH4+-N影响,也受水位影响;抗氧化物(抗氧化酶和非酶型抗氧化物)的变化主要受NH4+-N影响。基于我们的实验结果,微齿眼子菜在低水位条件下(本实验设置的40和80cm与野外比较都属于低水位),水位变化与铵缺乏复合胁迫作用,这部分阐释了微齿眼子菜在浅适度富营养湖泊中往往大面积分布并被称为优势种的原因。
4.选择六种沉水植物(分别是苦草、黑藻、穗花狐尾藻、金鱼藻、微齿眼子菜和马来眼子菜)研究它们对铵氮胁迫的生理生态响应。在25天的预培养后,用三个浓度梯度的铵氮(0、0.5和2mgL-1)处理28天。主要研究了六种植物体内C-N代谢的变化,实验结果表明铵氮能显著影响六种植物的C-N代谢。除了微齿眼子菜外,其它五种植物中TC/TN比值随铵氮浓度的增加而显著降低,六种植物中生化指标间具有显著正相关或负相关的关系。总之,随铵氮浓度的增加,六种植物的SC、淀粉含量和TC/TN比有下降趋势,而酚类、FAA、NH4+-N和NO3-N有上升趋势。这些变化说明高浓度铵氮能够加剧沉水植物的碳消耗而增加氮积累。