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湖泊富营养化是当前全世界所面临的重大环境问题,采用水生高等植物对富营养化水体进行生态修复引起了国内外众多学者的关注,系统研究两种生态型的水生植物及其组合配置对富营养化水体的修复效果,对探讨水生高等植物对富营养化水体的净化机制、不同生态型的高等植物的组合搭配以及生态修复工程的科学管理等具有重要的理论和实际意义。 本论文以南亚热带严重富营养化景观人工湖为研究场地,以沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata)和浮水植物凤眼莲(Eichhornia crassipes)两种生态型的水生高等植物为材料,分别构建黑藻围隔、凤眼莲围隔、组合围隔和对照围隔等四种围隔系统。研究了四种围隔系统对富营养化水体的水质净化、对浮游植物和浮游动物种群结构和数量变化的影响,主要结果如下: 1、四种围隔系统的水质理化因子有一定的差异。对照围隔的水温略高于其他3种植物围隔系统,但差异不显著;黑藻围隔的溶解氧含量最高,对照围隔次之(P>0.05),二者均显著高于混合围隔和凤眼莲围隔(P<0.05);黑藻围隔水体的pH值最高,呈弱碱性(7.7),而其他3种围隔呈弱酸性,其中凤眼莲围隔最低(6.0);对照围隔水体的电导率水平最高,略高于凤眼莲围隔和黑藻围隔,而显著高于混合围隔(P<0.05)。 2、水生植物的存在可极大地降低水体中的营养盐含量。对照围隔水体的总氮、氨氮、硝氮、总磷等营养盐含量显著高于其他植物围隔系统(P<0.05)。黑藻围隔对总氮、总磷的净化效果较好,凤眼莲围隔对氨氮、硝氮的净化能力较好。高等植物生长旺盛期对水体营养盐的净化能力要明显优于植物生长稳定期(P<0.05),实验后期水体中高等植物衰败的残体有所增多,同时其对水体营养盐的净化能力也有所减弱。这一方面说明随着植物生长速率的减弱其吸收营养盐的能力下降,另一方面也间接说明及时收获高等植物以带走营养盐避免营养盐重新释放的重要性。 3、水生高等植物极大降低了富营养化水体浮游植物的丰度和生物量水平。3种植物围隔系统的浮游植物丰度和生物量极显著低于对照围隔系统(P<0.01),两种单一生态型的植物围隔显著低于混合围隔系统(P<0.05)。这一结果与各围隔水体的Chl-a水平基本一致:凤眼莲围隔水体的Chl-a含量最低,其次是黑藻围隔,二者均显著低于混合围隔(P<0.05)和对照围隔(P<0.01)。 高等植物改变了富营养化水体浮游植物的种群结构和生物量组成。四种围隔系统的浮游植物丰度组成均以绿藻为主,此外3种植物围隔系统硅藻、裸藻丰度水平也较高,而对照围隔则以蓝藻、甲藻和隐藻居多。黑藻围隔和凤眼莲围隔的浮游植物生物量组成均以绿藻和硅藻为主,混合围隔以绿藻和隐藻为主,而对照围隔则以甲藻、隐藻和裸藻为主。黑藻和凤眼莲均对本研究严重富营养化水体中的浮游植物产生显著的抑制效果,但二者合力并未产生1+1>2的效果,反而出现混合围隔的浮游植物丰度和生物量水平均高于单一植物围隔系统的现象。 4、高等植物改变了围隔水体的浮游动物组成、物种多样性和生物量水平。凤眼莲围隔的轮虫丰度水平最低,其次是混合围隔,而黑藻围隔和对照围隔系统的轮虫丰度水平较高且轮虫多样性程度更高。四种围隔系统的枝角类种类较少,仅发现有6种枝角类,其中隅齿尖额溞(Karualona karua)在4种围隔中均有发现且其丰度较高,凤眼莲围隔系统实验后期发现有数量较多的蚤状溞(Daphnia pulex),此外其他4种枝角类的丰度水平和被检频次均较低。四种围隔系统浮游动物的桡足类中仅发现舌状叶镖水蚤(Phyllodiaptomus tunguidus)1种哲水蚤,而发现3种剑水蚤,其中以台湾温剑水蚤(Thermocyclops taihokuensis)为主,但整个桡足类丰度组成以无节幼体为主。对照围隔与其他3种植物围隔系统相比,浮游动物呈现出小型化特点,大多时期以轮虫和桡足类无节幼体占优势。凤眼莲围隔系统的浮游动物生物量水平最高,极显著高于黑藻围隔(P<0.01)和混合围隔(P<0.01)。 整体而言,黑藻围隔去除水体营养盐的效果较好;凤眼莲围隔控制水体浮游植物生物量的效果较好,且在丰富浮游动物中的大型枝角类的物种多样性和提高其生物量水平上表现得更为明显;而在3种植物围隔系统中混合围隔对水体营养盐的净化效果最差,浮游植物的生物量水平最高,浮游动物的生物量最低。本研究结果表明在水体生态修复中,不同植物的组合,除了要考虑植物的空间生态位外,植物间产生的化学影响(包括pH的影响),也可能会对植物组合的修复效果产生重要影响。 本研究把营养盐的去除效果、Chl-a含量、浮游植物、浮游动物多样性等,作为生态修复的综合评价指标。特别是认为隐藻和裸藻是多污类水体的指示浮游植物,轮虫类和桡足类是多污类水体的指示浮游动物;而硅藻和枝角类是寡污类水体的指示浮游植物和浮游动物。根据这一评价指标,四种围隔生态修复效果最好的是凤眼莲围隔系统。