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湖泊富营养化是目前湖泊水环境中存在的一个主要问题,植物生态修复技术是湖泊富营养化治理的一个重要途径。植物生态修复技术的关键是选择适宜的植物品种,而绿狐尾藻因其强大的营养盐吸收能力,已被许多研究者选作污水修复的主要植物品种。以往的研究大都集中于绿狐尾藻对营养盐浓度极高的养殖废水的水质改善作用,而对于营养盐浓度相对低的富营养湖泊水质的改善效果及机理尚不明确。此外,绿狐尾藻作为外来种,其大量生长会对其他生物构成威胁。因此,研究限制其生长的湖泊水文水质因素对于在富营养湖泊中实施绿狐尾藻修复技术与分析可能存在的生态风险均具有重要意义。 为此,本研究根据绿狐尾藻作为外来种自身的生长方式和特点以及太湖流域水质水文特点,通过在太湖流域河道构建浮床分析绿狐尾藻对富营养水体水质的改善作用及机理,并设计双因素(水体营养盐水平和光照强度,沉积物性质及水体营养盐水平以及水深与沉积物性质)受控实验进一步研究了绿狐尾藻在太湖流域生长与种群扩张的限制因素。主要研究结果如下: (1)对无锡市长广溪流域富营养河道运用绿狐尾藻浮床进行修复,结果表明:修复河道水体TN、TDN、NH4+-N、TP、TDP、PO43--P含量和浑浊度均低于未修复河道,平均值较未修复河道中分别显著降低39.38%、50.17%、68.55%、47.00%、75.14%和83.26%,叶绿素口和浑浊度分别降低28.31%和48.83%,而溶解度却升高51.88%。11月时,修复河道的TN、TDN、NH4+-N、TP、TDP和PO43-P含量较同期的未修复河道,其含量分别降低了55.03%、55.78%、72.62%、80.07%、87.10%和91.36%,浑浊度低于未修复河道74.11%,而溶解氧却高于未修复河道56.37%。说明绿狐尾藻浮床改善富营养河道水质效果显著。 (2)设计双因素受控实验(有无绿狐尾藻,有无附着基网片),研究绿狐尾藻—附着基复合系统对富营养水体水质的改善。结果表明绿狐尾藻和附着基均有效降低了水体中营养盐,也显著抑制了浮游植物的繁殖,并且两者结合的复合系统改善富营养水体的效果更为显著。绿狐尾藻组、附着基组和复合系统组的TN分别显著低于对照组18.98%、35.24%和40.71%,附着基组和复合系统组的TP显著低于对照组,分别为40.18%和48.32%,绿狐尾藻组低于对照组7.46%。对于叶绿素a,附着基组和复合系统组显著低于对照组,分别为67.80%和78.83%,绿狐尾藻组低于对照组23.19%。 (3)设计双因素(3种水体营养盐负荷:0倍,1倍,2倍;3种光照强度处理:全光照,30%遮光,60%遮光)受控实验,研究水体营养盐水平和光照强度对绿狐尾藻生长的影响。1倍水体营养盐为太湖平均每天的外源营养盐负荷(N为130μg·L-1·d-1,P为5μg·L-1·d-1)。实验植株漂浮于水面,与生态浮床相似。结果表明:水体营养盐添加对绿狐尾藻影响不显著,遮光对绿狐尾藻的生长有抑制作用。全光照组的相对生长率高于30%遮光组62.61%,全光照组的相对生长率高于60%遮光组135.50%,30%遮光组的相对生长率高于60%遮光组44.83%。全光照组的株高高于30%遮光组10.24%,全光照组的株高高于60%遮光组14.01%,30%遮光组的株高高于60%遮光组3.42%。全光照组的分枝数高于30%遮光组3.04%,全光照组的分枝数低于60%遮光组8.20%,30%遮光组的分枝数低于60%遮光组10.91%。全光照组的根数高于30%遮光组243.10%,全光照组的根数高于60%遮光组256.94%,30%遮光组的根数高于60%遮光组4.03%。全光照组的最大根长高于30%遮光组39.85%,全光照组的最大根长高于60%遮光组56.18%,30%遮光组的最大根长高于60%遮光组11.68%。全光照组的平均根长高于30%遮光组54.96%,全光照组的平均根长高于60%遮光组92.50%,30%遮光组的平均根长高于60%遮光组24.22%。全光照组的茎粗高于30%遮光组7.43%,全光照组的茎粗高于60%遮光组7.13%,30%遮光组的茎粗低于60%遮光组27.58%。30%遮光组的附着生物干重比全光照组增加了44.59%,60%遮光组的附着生物干重比全光照组增加了556.08%,60%遮光组的附着生物干重比30%遮光组增加了353.74%。遮光导致的附着生物增多可能是抑制绿狐尾藻生长的主要原因。因此,在利用绿狐尾藻浮床治理河道时,河道两旁树荫的遮光作用应该引起重视。 (4)设计双因素(2种沉积物:营养贫瘠沉积物,营养相对丰富沉积物;3种水体营养盐负荷:0倍,1倍,2倍)受控实验,研究沉积物及水体营养盐水平对绿狐尾藻生长的影响。结果发现:绿狐尾藻能在富营养水体中正常生长,但水体营养负荷升高对植物生长促进作用不显著。绿狐尾藻在营养丰富的沉积物中生长显著,本实验中,富营养型沉积物中绿狐尾藻的相对生长率、株高、茎粗、分枝数和根数分别是贫营养型沉积物中的1.6、1.2、1.6、3.2和5.9倍。表明湖泊富营养化加剧导致的沉积物营养水平升高可能是该外来种扩张的主要因素。 (5)设计双因素(3种水深:水面下30cm,60cm,90cm;2种沉积物:营养贫瘠沉积物,营养相对丰富沉积物)受控实验,研究不同水深与沉积物性质对绿狐尾藻生长的影响。结果表明:在低水位且底质肥沃的条件下更有利于绿狐尾藻的生长。本实验中,随着水位的增加,仅株高显著增加,其他生长指标均减少,说明在水位增加时,绿狐尾藻通过伸长来缓解水位升高的不利条件;本实验中,根生物量和平均根长两个生长指标在贫营养型沉积物中显著高于富营养型沉积物,其他生长指标均是富营养型沉积物中优于贫营养型沉积物,说明肥沃底质中营养丰富,绿狐尾藻优先发展地上部分,而贫瘠底质中植物通过增加根长、根生物量来获得更多营养盐。 总之,我们研究表明:绿狐尾藻在富营养水体中能正常生长,且水质改善效果显著,遮光(如河道两旁的树荫)、贫营养沉积物和水位升高均可能限制绿狐尾藻生长。