湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)对镉的富集特征及生理响应

以人工湿地修复镉污染水体时,植物在镉离子的沉淀、吸收和积累等过程中起着关键作用,但当前报道的镉富集植物种类较少,湿地植物对镉胁迫的生长及生理响应缺乏系统研究,限制了湿地植物在镉污染水体修复中的应用。笔者以常见湿地植物水蓼(Polygonum hydropiper L.)为对象,设置了4个镉处理浓度(0、0.5、1和2 mg·L^-1),研究了水蓼对镉的富集特征以及生长和生理响应。水蓼根、茎和叶的镉含量(以干重计)随镉处理浓度的增加而升高,处理30 d时,在2 mg·L^-1处理下分别达到134、47和48 mg·kg^-1。处理30 d时,在1 mg·L^-1的镉处理下,水蓼的地上部及地下部富集系数和转运系数最高,地上部和地下部富集系数分别为45.6和111.7,转运系数为0.41。在处理15 d时,水蓼生物量、叶绿素含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性在2 mg·L^-1处理下显著降低。在处理30 d时,水蓼的总生物量在不同镉浓度下无显著差异,但丙二醛(MDA)含量、SOD和过氧化氢酶(CAT)活性在0.5~2 mg·L^-1镉处理下均显著升高,叶绿素含量下降。这些结果表明,水蓼可以通过提高抗氧化酶活性等机理抵抗镉胁迫产生的氧化伤害,并且水蓼对镉的富集和转运系数较高,具有在镉污染水体修复中应用的潜力。

基质类型和物种丰度对沉水植物模块化生长及根系发育的影响

沉水植物恢复是富营养化湖泊生态恢复的关键,基质类型和物种丰度对沉水植物生长和群落稳定具有重要作用,本研究旨在探索不同基质类型和物种丰度对沉水植物生长及根系发育的影响,为富营养化湖泊沉水植物恢复技术研究提供基质筛选和物种配置的技术参数。研究选取苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianus A.Bennett)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)、伊乐藻(Elodea nuttallii(Planch.)H.St.John)4种沉水植物,根据物种丰度(1、2、3、4个物种)配置了11个物种组合,且选配了4种基质类型:无疏松层(a1、a2)和有疏松层(b1、b2),总计处理数为44(n=11×4)。测定了地上生物量、地下生物量、总生物量、株高、最大根长、总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径、总根尖数、根分枝数、根交叉数、根冠比、根比表面积等14个生长及根系功能性状指标。结果表明:(1)随着沉水植物丰度的增加,地下生物量、总生物量、株高、最大根长、总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数、根分枝数、根交叉数10个性状显著降低。(2)不同基质类型,总根表面积、总根尖数性状存在显著差异,有疏松层基质处理组功能性状显著高于无疏松层基质处理组。(3)穗状狐尾藻竞争能力在苦草+穗状狐尾藻、苦草+穗状狐尾藻+伊乐藻和苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻+伊乐藻3个混种组合中混种时强于单种,苦草竞争能力在苦草+微齿眼子菜、苦草+穗状狐尾藻、苦草+伊乐藻、苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻、苦草+微齿眼子菜+伊乐藻、苦草+穗状狐尾藻+伊乐藻和苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻+伊乐藻7个混种组合中单种强于混种,微齿眼子菜在苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻、苦草+微齿眼子菜+伊乐藻和苦草+微齿眼子菜+穗状狐尾藻+伊乐藻3个混种组合中单种时强于混种,伊乐藻无显著差异。本研究指出在富营养化湖泊沉水植物恢复技术研发中,修复工程早期沉水植物物种丰度配置1~2种较为适宜、基质中添加疏松层、先锋物种选择苦草和穗状狐尾藻更有利于沉水植物模块化生长及根系发育。

近七十年(1954–2021)长江中下游湖泊沉水植物群落多样性演变特征

沉水植物在维持浅水湖泊生态系统健康和稳定等方面起着重要作用,掌握其长期动态及驱动因子对湖泊生态系统恢复和富营养化治理具有重要的理论和现实意义。本研究以长江中下游17个湖泊为研究对象,分析了近70年(1954–2021)来沉水植物的α和β多样性格局及其变化情况,并基于Sørensen相异性指数将β多样性分解为周转(turnover)和嵌套(nestedness)两个组分,探讨了湖泊环境异质性变化与沉水植物群落多样性格局的联系。结果表明:(1)在湖泊尺度上,11个湖泊沉水植物的α多样性呈减小趋势;而大多数湖泊β_(temporal)多样性(同一湖泊不同年份之间的群落结构相异性)无显著变化,且其变异主要由不同物种间的嵌套成分驱动。(2)在流域尺度上,长江中下游湖泊沉水植物的α多样性在演化过程中呈先增大后减小的趋势,β_(spatial)多样性(同一时期不同湖泊之间的群落结构相异性)在演化过程中呈逐渐减小的趋势,而湖泊环境异质性呈逐渐增大的趋势。(3)环境异质性越高的湖泊,其α多样性越小,β多样性越大。这些变化可能是多种因素综合作用的结果,包括人类活动、水质污染、水文变化和气候变化等。本研究对于长江中下游湖泊生态系统管理和保护具有一定理论价值,为制定有效的保护策略和措施提供了科学依据。