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近年来水生植物生长模型作为富营养化模型中的一个分支,已得到广泛的发展,它们以不同水生植物为研究对象,建立生态模型,描述植物生长特征、净化水质的效果以及与环境因子之间的互相作用机制。
本文以太湖沉水植物优势种马来眼子菜(Potamogeton malaianus Miq)和丝状附着藻水绵(Spirogyra sp.)为研究对象,基于马来眼子菜放养试验研究结果,对马来眼子菜和水绵生长与环境因子如太阳辐射、水温、底质等的相互关系以及水池中营养盐循环进行概化,建立了马来眼子菜和水绵竞争生长模型。模型有6个子模型,分别为马来眼子菜、水绵和底栖动物生物量变化子模型、水体体积子模型、氮循环子模型和磷循环子模型。主要的外部函数有太阳辐射、水温、降雨量和蒸发量。通过敏感性分析,发现马来眼子菜和水绵最大生长速率/最大死亡速率、底泥释放营养盐速率、马来眼子菜吸收底泥营养盐速率、水绵吸收水体中营养盐速率以及马来眼子菜氮/磷最小含量等参数对模拟结果具有重要的影响。采用不同底质和不同季节条件下获取的试验数据对模型进行验证,结果显示模型输出结果和实测值吻合较好,说明模型能反映水池生态系统中沉水植物马来眼子菜和丝状附着藻水绵的生长与竞争。
基于构建的模型,论文还设计多种方案进行马来眼子菜生长代谢影响要素的数值试验。试验结果显示高温和光强是限制马来眼子菜生长的重要因子,其中光饥饿对马来眼子菜生长的限制作用较明显。马来眼子菜和水绵竞争的生物资源主要为光照;水绵生物量增大时,马来眼子菜获得的光强减小,马来眼子菜生物量降低。底泥中营养盐含量及比例对马来眼子菜和水绵的生长有明显的影响作用;底泥氮、磷营养盐含量越高,马来眼子菜和水绵生物量越大;在底质氮、磷含量相同增长的条件下,水绵生物量的增加速率比马来眼子菜生物量增加速率快,从而导致在马来眼子菜生长后期水绵对其产生抑制作用;底质中氮磷比改变,马来眼子菜和水绵表现出不同的生物量变化现象。当底泥营养盐初值为零时,马来眼子菜主要利用自身的营养盐生长。以上结果对富营养化湖泊沉水植物修复具有指导作用。