沉水植物对水质改善及水体藻类关联网络稳定性作用研究——以洱海为例

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沉水植物是浅水湖泊的重要生物类群,对湖泊生态系统的结构和功能具有重要的影响。湖泊生态系统内,藻类的生长代谢受诸多环境因子的影响,沉水植物可通过改变水体内的环境因子而影响藻类的生长代谢。本研究中,我们将水体中与藻类生长代谢密切相关的生物和非生物环境因子以及它们之间的复杂关系称之为水体藻类关联网络。首先,我们从沉水植物对水体理化环境的改善以及藻类总量的削减方面,阐述和论证了沉水植物的水质改善功能;然后,探究了沉水植物和水体藻类关联网络稳定性之间的内在关系;最后,并比较了清水稳态与浊水稳态内水体藻类关联网络稳定性的差异,并阐明了造成这种差异的机制。本研究的主要结果如下:  1.采用洱海周边红土覆盖于洱海底泥之上,可有效的控制底泥氮和磷向水体的释放,进而抑制藻类的生长并改善水质。底质覆盖可提高水体透明度(SD),减小水体消光系数(K),降低叶绿素(Chl-a)、总氮(TN)、溶解性无机氮(DIN)、总磷(TP)和溶解性活性磷(SRP)的浓度。短期内,苦草的移栽并没有进一步的改善水质。  2.沉水植物可通过影响与藻类生长代谢相关的理化指标来影响水体藻类关联网络的稳定性。随着沉水植物总生物量的增加,水体藻类关联网络的波动距离变小,水体藻类关联网络的稳定性越高。其主要的机制为:沉水植物可使水体藻类关联网络内部各变量之间的相关关系变弱,使网络内部结构变得松散。藻类关联网络本身虽极易被外界环境变化所扰动,但这种扰动难以在松散网络中传递和加强,从而使系统整体对外部干扰的响应性减弱,并能通过网络内部的自组织与调节,快速的从扰动中恢复。  3.洱海海潮湾(13种)和沙坪湾(14种)内沉水植物群落的物种组成存在较大的差异,两湖湾内(海潮湾81.82%;沙坪湾63.46%)沉水植物的总生物量在季节演替中表现出极大的波动。沉水植物的季节演替会对水体藻类关联网络产生重要的影响。微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)是海潮湾内的唯一优势种,沙坪湾内优势种主要为金鱼藻(Ceratophyllum demersum)和微齿眼子菜(P.maackianus),物种组成的差异造成了季节交替时湖湾内沉水植物生物量变化的差异。整体来说,水体藻类关联网络的波动与沉水植物的总生物量紧密相关。在沉水植物相对丰茂的湖湾内,水体藻类关联网络在季节交替时的波动也相对较小。  4.无论湖泊的清水稳态还是浊水稳态均为生态系统较为稳定的两种状态,均具有一定的抵御和吸收外界干扰的能力,并通过自我组织和调节维持自身的稳定。水体藻类关联网络可有效指示生态系统被外界扰动时的变化。通过比较两种稳态下水体藻类关联网络波动的变异系数发现,藻类关联网络在浊水稳态内(CV67.23%)比在清水稳态内(CV46.32%)更为稳定。清水稳态和浊水稳态内藻类关联网络稳定性的维持机制可能存在较大的差异:清水稳态时,藻类关联网络中部分指标对于外界扰动具有较弱的抵抗能力,极易被外界所干扰,但由于其系统内部具有较为松散的结构和较大的缓冲区域,具有极强的调节与恢复能力;浊水稳态时,藻类关联网络内部较为紧密,其稳定性的维持的机制可能与清水态时正好相反,其主要是通过增加网络本身对外界扰动的抵抗力来使系统变得较为稳定。
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