發(fā)布時(shí)間：2018-03-07 03:20

  本文選題：湖濱帶　切入點(diǎn)：水生植被　出處：《中國科學(xué)院武漢植物園》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：湖濱帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶,是兩大生態(tài)系統(tǒng)相互作用的橋梁和紐帶。水生植物能夠有效削減污染物從陸地生態(tài)系統(tǒng)向水生生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移,是湖濱帶發(fā)揮生態(tài)功能的重要組成部分。為了遏制滇池水質(zhì)惡化趨勢,逐步恢復(fù)滇池生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能,當(dāng)?shù)卣疀Q定恢復(fù)滇池環(huán)湖濕地中廢棄農(nóng)田、魚塘與滇池主水體間的水文連通,從而發(fā)揮湖濱帶的正常生態(tài)功能。本論文通過對滇池湖濱帶水生植物、水體環(huán)境和高原湖泊湖濱帶反硝化潛力的調(diào)查分析,評估了湖濱帶水生植物分布特征、湖濱池塘系統(tǒng)中水生植物物種庫儲(chǔ)備、重金屬含量和脫氮功能,為湖-塘連通提供科學(xué)支撐。得到如下主要結(jié)果:1.滇池湖濱濕地的水生植物物種庫有著豐富的物種儲(chǔ)備。調(diào)查表明,滇池湖濱濕地水生維管束植物共計(jì)有78科182屬251種。以禾本科(Gramineae)、菊科(Compositae)、豆科(Leguminosae)、唇形科(Labiatae)、眼子菜科(Potamogetonaceae)和傘形科(Umbelliferae)的物種為主。按照吳征鎰關(guān)于中國種子植物屬所劃分的15個(gè)分布區(qū)類型對滇池湖濱帶的水生植被進(jìn)行了區(qū)系劃分,結(jié)果表明滇池湖濱濕地的水生維管束植物占有其中13個(gè)類型,主要由世界分布屬,泛熱帶分布屬和北溫帶分布屬組成,依次分別包含39屬、18屬和16屬。滇池湖濱帶濕地水生維管束植物區(qū)系總體表現(xiàn)出亞熱帶特征,并具有亞熱帶向暖溫帶過渡的特點(diǎn)。采用雙向指示種分析(TWINSPAN)將19個(gè)湖濱帶池塘樣地分為5組,依據(jù)《中國植被》的分類系統(tǒng)并結(jié)合野外調(diào)查結(jié)果和群落的特征指示種,將滇池湖濱帶池塘水生植被劃分為5個(gè)群叢,分別為:睡蓮+蓮+再力花群叢(Nymphaea tetragona + Nelumbo nucifera + Thalia dealbata)滿江紅+菱群叢(Azolla imbricate + Trapa bispinosa);水葫蘆群叢(Eichhornia crassipes);水花生群叢(Alternantheraphiloxeroides);浮萍群叢(Lemnaminor)。依照環(huán)境變量中的9個(gè)水環(huán)境變量對采樣點(diǎn)植物分布數(shù)據(jù)進(jìn)行冗余性分析�？傮w上,溶解氧、化學(xué)需氧量、總磷在水質(zhì)環(huán)境中表現(xiàn)的相對更重要;而氨氮、硝氮、總氮、葉綠素含量對采樣點(diǎn)植被分布作用相對較弱。2.滇池湖濱帶不同水生植物對水深和底質(zhì)條件的適應(yīng)性不同,可用于不同環(huán)境條件下水生植物恢復(fù)的優(yōu)選物種的篩選。我們選取16個(gè)常見濕地物種,對植株在不同水深下的存活率、干重值、生長期株高和分枝數(shù)進(jìn)行了測量,通過對初選物種在不同環(huán)境條件下生活史特征和生理生態(tài)特征的分析,篩選適合滇池湖濱濕地恢復(fù)的優(yōu)良物種。各水深條件下千屈菜(Lythrum saliaria)和香蒲(Typha orietalis)的總生物量顯著高于其他物種。稗(Echinochloa crusalli)、茭白(Zizania latifolia)、菖蒲(Acorus calamus)、鳶尾(Iris tectorum)、水寥(Polygonum hydroiper)和香蒲等6種植物的總生物量在50 cm水深時(shí)生物量最大,其它物種的生物量在最深水深時(shí)降低。我們另選取了 10個(gè)物種探討植株在不同底質(zhì)水平下株高、干重值和分枝數(shù)的動(dòng)態(tài)變化,分析結(jié)果表明,這10種水生植物耐沙程度均不高,在沙質(zhì)比較嚴(yán)重的土壤(如全沙)生長狀況較差。其中,慈姑(Sagittaria trilia)、澤瀉(Alisma plantago-aquatica)、鳶尾(Iris tectorum)這三種挺水植物相對于濕生植物酸模葉蓼(Polygonum lapathifolium)、荊三棱(Scirpus yaara)、菖蒲(Acorus calamus)、水蔥(Scirpus validus)、蘆葦(Phragmites australis)、茭白(Zizania latifolia)和鴨舌草(Monochoria vaginalis)而言,其對土壤底質(zhì)要求最高,耐沙程度最差。3.滇池湖濱帶水生植物對滇池周圍池塘水體和底泥的重金屬污染具有有效的富集作用,其中金魚藻對多種重金屬具有超富集能力。我們對滇池周圍37個(gè)池塘的水體,底泥和沉水植物的重金屬分布狀況進(jìn)行了調(diào)查,分別測定了水體,底泥和沉水植物樣品中10種重金屬(即砷、錦、鉆、鉻、銅、鐵、錳、鎳、鉛、鋅)的含量,并依據(jù)池塘周圍不同的土地利用方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明,滇池周圍池塘的水體和底泥均被鉛污染;水體中砷、鉻、鐵、錳和鋅的最大含量分別為0.034、0.010、1.140、1.330和0.096 mg L-1,其中所有金屬的平均含量(鉛除外)均低于中國地表水環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)I級值;底泥中鈷和鉛的平均含量超過云南省相應(yīng)土壤背景值。但不同土地利用方式對池塘水體和底泥中的重金屬含量并未表現(xiàn)出顯著影響。對金魚藻(Ceratophyllum demersum)、微齒眼子菜(Potamogeton malaianus)、篦齒眼子菜(Potamogeton pectinatus)、穗狀狐尾藻(Myriophyllum spicatum)四種主要沉水植物進(jìn)行了重金屬含量的對比,結(jié)果顯示在沉水植物中只有鈷含量存在明顯差異(P0.05)。金魚藻中的鎘含量明顯高于微齒眼子菜,但與穗狀狐尾藻和篦齒眼子菜相差不大。除錳和鋅以外,沉水植物中金屬含量與水體中金屬含量無明顯關(guān)系。對于所有重金屬,未發(fā)現(xiàn)沉水植物中含量和底泥中有明顯關(guān)系。此外,該研究結(jié)果表明與其他物種相比,金魚藻中鉻、鐵和鎳的含量最高分別為4242、16429和2662 mg kg-1,因此金魚藻可作為去除被污染水環(huán)境中重金屬的優(yōu)良候選物種。4.底泥反硝化是去除富營養(yǎng)化湖泊氮污染的有效途徑。其中,湖濱帶的淺水湖濱區(qū)是底泥反硝化和氮去除的熱點(diǎn)區(qū)域,因此可作為湖塘連通后削減湖泊氮輸入和氮儲(chǔ)存的重要途徑。通過測定不同流域不同土地利用類型下20個(gè)高原湖泊68個(gè)采樣點(diǎn)的底泥潛在反硝化、背景反硝化和氧化亞氮產(chǎn)量,我們發(fā)現(xiàn)人類控制湖泊的潛在反硝化速率(37.94±8.91ngNg-1h-1)明顯高于對照湖泊(18.50± 3.22 ng-1Ng-1h-1)。此外,潛在反硝化速率與流域中人類對土地的利用程度成正相關(guān)關(guān)系。水質(zhì)和底泥性質(zhì)對反硝化速率和氧化亞氮生產(chǎn)率變異的影響占0-69%。各種影響因素對沉積物反硝化的可解釋的變異比例表明在人類控制湖泊中背景反硝化速率和氧化亞氮生產(chǎn)率主要由底泥性質(zhì)控制,而在對照湖泊中一般由水質(zhì)控制。然而,水質(zhì)和底泥性質(zhì)對湖泊反硝化和氧化亞氮產(chǎn)量的相對影響差別較大。高原湖泊可通過底泥反硝化除去大量氮同時(shí)產(chǎn)生少量氧化亞氮,且淺水湖濱區(qū)的背景反硝化速率明顯高于湖泊的深水區(qū),這表明淺水湖濱區(qū)是底泥反硝化和氮去除的熱點(diǎn)區(qū)域。因此,描述氮?jiǎng)討B(tài)特性和重建富營養(yǎng)化湖泊時(shí)必須將湖濱帶區(qū)域考慮在內(nèi)。盡管本文的研究表明湖泊底泥反硝化作用具有較強(qiáng)的氮去除能力,但同時(shí)也應(yīng)控制流域中大量氮素的輸入,加強(qiáng)湖濱帶植被的保護(hù)與合理重建,以達(dá)到少輸入多去除的目的來提高高原湖泊的水質(zhì)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院武漢植物園
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q948

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本文編號：1577722