生态调度控制汉江中游入侵沉水植物过度生长效果研究

针对汉江中游江段入侵沉水植物伊乐藻(Elodea nuttallii)过度生长的问题,以2019年调查监测为基础,采用生物量、分布面积、流速、流量等指标,于2020-2021年在汉江丹江口水库联合王甫洲水利枢纽开展了控制伊乐藻过度生长的生态调度试验并评估其生态效果。结果表明:(1)丹江口−王甫洲区间适宜入侵沉水植物伊乐藻生长的水域面积达16.8 km^(2),主要分布在坝前两岸浅水区、泄水闸上游洲滩、水岸新城、中洲岛、木排港、羊皮滩等区域;(2)生态调度的控制效果显著,伊乐藻生物量和分布面积呈逐年减少趋势,其年度峰值生物量变化与春季萌发期1-3月流量极值比(r=-0.997)和生长旺盛期4−8月平均流量(r=-0.963)的相关系数均大于0.9,与全年平均流量(r=-0.748)和4−8月平均水温(r=0.732)的相关系数大于0.7,流量(流速)和水温是影响伊乐藻生物量的关键因子;(3)根据王甫洲坝前漂浮伊乐藻日打捞量与入库流量统计,可以对伊乐藻成熟团聚体产生明显冲刷影响的王甫洲入库流量(即丹江口水库下泄流量)条件为不小于1500m^(3)/s;丹江口水库峰值流量为3500m^(3)/s的单次汛期调度过程,可减少研究区间内约40%的伊乐藻生物量。

藏南谷地湿地植物丛枝菌根真菌群落结构随海拔变化的驱动因素初探

丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)在维持高原湿地生态系统功能和促进其稳定性等方面发挥着重要作用,但AMF群落多样性及其构建过程对海拔的响应尚不清楚。本研究在藏南谷地沿4200~5100 m的海拔梯度进行了湿地植物调查、水体因子测定和土壤样品采集并分析。结果显示,藏南谷地湿地生态系统的AMF群落结构随海拔变异较大,其中以Glomus为优势属,且其相对丰度随海拔的上升呈显著下降的趋势。所有采样点中,AMF群落组成的差异以物种替换过程为主。变差分解结果表明,底泥和水体是解释AMF多样性海拔格局的主要环境因子。

汉江中段伊乐藻过度生长的生态调控研究

汉江中游丹江口至王甫洲江段近年来伊乐藻(Elodeanuttallii)过度生长,对水生态系统平衡和水电站运行造成较大影响。基于伊乐藻生长与关键生境要素的响应关系,构建控制伊乐藻过度生长的生态调控方案。采用野外调查和受控试验观测方法,探明伊乐藻生长的环境影响因子及其阈值。结果显示,伊乐藻形成单一优势群落的临界水深为3.0~3.5m,生长极限深度的光照强度阈值为400~500lx,生长水温在3~30℃,其中10℃可能是伊乐藻由慢速向快速生长转变的温度阈值;影响伊乐藻生长分布的临界流速约为0.14m/s,流速越大对其生长越不利。研究表明:(1)大坝加高蓄水后,丹江口至王甫洲江段下泄流量和水温等条件变化,可能是促进伊乐藻过度生长的重要原因,通过丹江口水库联合王甫洲水电站开展生态调控伊乐藻过度生长具有可行性;(2)根据伊乐藻萌发和定植规律,每年春季(2-4月)和秋末(10-11月)是开展水生态调度以控制伊乐藻过度生长的最佳时机,建议丹江口水库下泄流量峰值不小于1500m^(3)/s,或达到最小下泄流量的2~3倍(峰值流量不低于1000m^(3)/s),每次调度持续时间不少于5d,调度过程不少于2次。

基于开放性围栏研究洪湖退垸还湖区沉水植物生长限制因子

为探讨不同退垸还湖区的环境因子对沉水植物恢复的影响,本研究在两种不同类型的退垸还湖区(阳柴湖和八卦洲)内分别建立开放性围栏,选取3种不同生长型(共9种)沉水植物为实验对象,基于不同围栏、围栏内外及不同生长时间(7、30 d)的生长指标差异来评估限制不同沉水植物生长的环境因子并排序。结果显示,保留部分功能的单退垸区域风浪干扰较小,比完全去除圩垸的双退垸区域更适合沉水植物的生长。密刺苦草(Vallisneria denseserrulata Makino)是适合洪湖退垸还湖区沉水植物群落恢复的先锋物种。部分植物如黑藻(Hydrilla verticillata Royle)在围栏内外生长指标的显著差异也表明草(杂)食性鱼类的潜在影响。研究结果表明,退垸还湖工程应在去养殖功能化后保留现有围堤,这样更有利于沉水植被的恢复,此外,构建保护性围栏有助于沉水植物的迅速建群。

磷的不同动态变化对模拟湖泊生态系统中附草螺类的影响

采用试验围隔模拟湖泊富营养化过程,选取磷的不同动态变化,研究其动态输入模式对附草螺类的影响。结果表明,总量相同时,中短期内低频次的磷输入比高频次的磷输入对螺类生物量的影响更显著,而长期条件下高低频次的磷输入对螺类生物量的影响无显著差异(P>0.05)。营养的添加显著促进螺类生物量(密度和丰度)的增长。试验系统中附植藻类的生物量与螺类的生物量成显著负相关(P<0.05),沉水植物刺苦草(Vallisneria spinulosa)与螺类(Radix)生物量的相关性不显著(P>0.05),表明螺类是螺类-附着藻-沉水植物系统的关键调控因子,而沉水植物可能会因生态系统状态的差异而存在不同的响应机制。

沉水植物功能性状研究的思考

植物的功能性状是指植物体具有的与生长、存活和繁殖紧密相关的一系列核心植物属性,这些性状通常有非常重要的生态学意义。目前,基于植物功能性状的研究已经快速扩展到生态学研究的众多领域。沉水植物是一类与水环境关系密切的生态类群,对浅水湖泊生态系统的结构和功能有重要的意义。之前对功能性状研究主要集中在陆生木本植物,尚无对沉水植物(沉水草本)功能性状的综述。本研究根据沉水草本与陆生植物功能性状的差异,基于陆生植物功能性状研究中的几个重要问题对现有沉水草本植物功能性状的研究进行归纳和梳理。最后对未来沉水植物功能性状的研究方向进行了展望,提出在当前全球气候变化背景下,功能性状研究也可用于指导淡水生态系统的修复。

天鹅洲湿地退化区土壤种子库与地面植被关系初探

2015年1-7月在湖北石首天鹅洲麋鹿国家级自然保护区湿地退化区内选取30个样点,研究土壤种子库特征,并比较种子库与地表植被在物种组成上的差异。采用幼苗萌发法确定种子库物种组成和种子数量,通过样方法进行地面植被调查。结果显示,种子库萌发次序依次为禾本科（Gramineae）、苍耳（Xanthium sibiricum）和葎草（Humulus scandens）;在生长速率方面,葎草（0.4～1.2 cm/d）〉苍耳（0.2～1.0 cm/d）〉禾本科（0.1～0.4 cm/d）。退化区内种子库物种由18科、33属、34种组成,平均种子密度为6 153粒/m2,生活型以1年生草本植物为主（23种）;地面植被由21科、32属、32种组成,以多年生草本植物为主（21种）。种子库与地面植被兼有物种数为20种,物种相似性较高（Jaccard相似性系数和Srenson相似性系数分别为0.435和0.606）,但地面植被的物种多样性和均匀度均高于种子库（Shannon-Wiener多样性指数2.488〉1.886,Simpson多样性指数0.889〉0.672,Pielou均匀度指数0.783〉0.539）;种子库优势种为狗尾巴草（Setaria viridis）和早熟禾（Poa annua）,地面植被优势种为乌蔹莓（Cayratia japonica）、鸡矢藤（Paederia scandens）、接骨草（Sambucus javanica）。探究天鹅洲湿地退化区土壤种子库与地面植被的关系,可为退化湿地生态恢复提供理论指导和科学依据。

乌江梯级水库水陆交错区湿地植物群落分布格局及多样性初探

水库修建对湿地植物多样性和分布格局的影响是目前研究的热点。梯级水库由于开发时间的不同而成为理想的利用空间代替时间的研究平台,即可以通过不同开发时间水库植物群落结构的横向比较,从时间尺度上评估水电开发对水陆交错区湿地植物分布格局的影响。本研究选取乌江上游代表性的8座梯级水库,在其水陆交错区通过建立3条不同样带,比较分析不同水库间以及不同样带间湿地植物多样性和分布格局,探讨水库修建对湿地植物格局的影响。调查结果表明,乌江干流8个水库湿地植物共84科199属247种,其中物种最多的科为禾本科(Gramineae),共计24种,物种最多的属为蓼属(Polygonum)共计6种,优势物种分别为白茅(Imperata cylindrica)、盐肤木(Rhus chinensis)、金樱子(Rosa laevigata)、小白酒草(Conyza canadensis)和狗牙根(Cynodon dactylon)。就湿地植物分布格局而言,乌江梯级水库植物群落呈现出明显的带状分布格局,第一条样带即水库消落区植物多样性与非消落区(第二、第三条样带)差异明显,消落区不同样点间多样性与水库海拔、水库修建时间、水库坡度密切相关,后续湿地植物的研究将重点关注梯级水库的消落区。

中国苦草属(Vallisneria)植物命名考及区分要点

由于苦草属(Vallisneria L.)植物的繁殖器官微小,营养器官相似且变异较大,使该属植物的鉴定和命名较混乱。笔者通过对有关文献的考证和长期跟踪观察,对我国记载的苦草属3种植物——苦草(Vallisneria natans (Lour.) Hara)、刺苦草(V. spinulosa Yan)、密刺苦草(V. denseserrulata Makino)的命名历史进行了梳理,并对这3种植物的形态特征进行了详细描述。根据种间形态差异,可为苦草属植物的分类鉴定和相关研究提供一定的参考。

不同初始螺类密度对沉水植物刺苦草Vallisneria spinulosa Yan及其附着藻类的影响

大型水生植物及其附着藻类是浅水湖泊中的重要初级生产者。淡水螺类作为重要的初级消费者,其密度对沉水植物及其附着藻类的影响存在争议。本研究设置4种初始螺类密度(0、40、80、240 ind·m-2),研究淡水螺类(椭圆萝卜螺Radix swinhoei H.Adams)对刺苦草(Vallisneria spinulosa Yan)及其附着藻类的直接牧食作用和螺类种群的变化。结果显示,在添加螺处理中,刺苦草和人工基质表面附着藻类的生物量显著降低,同时沉水植物的生长显著增加,在较高初始密度螺类处理中刺苦草产生更多的分株。到实验结束时,螺类的死亡率较高,但3个有螺处理间螺类鲜重无显著差异,而高初始密度螺类条件下的最终密度仍较高,同时个体重量(均重)也较小。在中富营养条件下淡水螺类可以直接牧食沉水植物叶片,但对植物生长的抑制作用不显著,有可能是因为沉水植物并不能作为唯一的食物来源维持螺类种群,同时螺类的种群结构受到水体营养水平等因素的制约。

机械损伤对9种水生植物叶片的影响

水生植物叶片的功能性状特征与陆生植物有所不同,同时叶脉类型也显著影响叶片的功能性状。本研究选取9种具有不同叶脉类型的水生植物,通过对叶脉进行直接损伤,分析叶片性状(形态、色素含量和叶绿素荧光指标)在叶脉受损后的变化程度与叶脉类型的关系。结果显示:具有平行脉的3种水生植物对叶脉损伤具有较强的耐受性;具羽状脉的4种植物主脉受损后显著抑制叶片生长,而侧脉受损的影响在不同物种间有所不同,具有物种特异性。本研究可为大型湖泊水生植物修复的水生物种筛选提供参考。

穗花狐尾藻在不同营养水平湖泊繁殖策略的比较研究

研究资源在植物不同繁殖组分间的分配,初步了解水生植物在繁殖策略上适应富营养化的机制。试验地点为富营养化的星云湖和贫营养化的抚仙湖,各设置6个采样点,每个采样点在1.5 m水深处收集穗花狐尾藻10株,分为有性繁殖组分和无性繁殖组分,利用双因素方差分析比较穗花狐尾藻有性繁殖和无性繁殖的绝对生物量和相对生物量在不同采样点、不同营养化湖泊间的差异。穗花狐尾藻在抚仙湖有性繁殖的绝对生物量最高0.071 g、最低0.054 g,无性繁殖绝对生物量最高1.519 g、最低1.157 g;在星云湖有性繁殖的绝对生物量最高0.127 g、最低0.107 g,无性繁殖绝对生物量最高1.031 g、最低0.955。穗花狐尾藻在抚仙湖有性繁殖的比例最高为5.59%、最低为3.65%,无性繁殖比例最高为96.35%、最低为94.41%;在星云湖有性繁殖的比例最高为11.61%、最低为9.71%,无性繁殖最高为90.29%、最低为88.39%。穗花狐尾藻在富营养化湖泊星云湖将更多的资源投入到了有性繁殖,而在贫营养化湖泊抚仙湖则将更多的资源投入到无性繁殖。

低浓度CO_2对水车前和黑藻光合特性的影响

本实验通过对沉水植物水车前(Ottelia alismoides)和黑藻(Hydrilla verticillata)进行低浓度CO2诱导,研究其光合特性的变化。研究显示,诱导后,水车前的PEPC/Rubisco活性比值由0.45上升到4.17,黑藻由0.47上升到4.17,两种植物的C4途径光合酶PEPC和NAD-ME的活性升高了10倍左右,其他C4光合酶如NAD-MDH和PPDK的活性也大幅升高;诱导后,水车前和黑藻的其他光合特性也发生了显著变化:净光合速率比对照分别提高了50.8%和74.1%,O2对处理组光合速率的抑制分别为对照组的35%和60%,叶绿素荧光基本参数也有显著性变化。研究结果表明,经低浓度CO2诱导,水车前和黑藻光合碳同化途径可能由C3转变成为C4。

水库消落带碳氮输移转化研究进展

水库消落带处于水域生态系统与陆地生态系统的交错区域。受水库水位周期性涨落影响,消落带土壤和植物与水库水体间频繁发生碳氮物质交换转化。河流-水库碳埋藏及其温室气体排放是当前全球碳循环研究的热点问题,但当前消落带碳氮输移循环的研究仅关注植物、土壤或水体单个对象,未将消落带作为整体考虑其对河流-水库碳氮输移转化的贡献。本文从消落带物质向河流输移和转化两个方面综合评述了消落带土壤碳氮动态、植被碳氮输入、土壤侵蚀、消落带碳氮循环及温室气体排放,提出亟待开展消落带碳氮输入源追溯、土壤侵蚀和温室气体通量长期监测、基于同位素等技术明确消落带在水库碳氮输移转化中的贡献等方面的研究,以进一步系统明确碳氮元素在消落带和水体间的输移、水土界面的多途径生物地球化学循环转化过程,评估水库消落带在河流上、下游及河口碳氮输送转化中的作用。

青藏高原水生植物相关研究现状及发展趋势

青藏高原以其独特的地貌格局及气候条件发育出众多河流、湖泊和沼泽等高原湿地景观,研究高原水生植物有助于提高对高原湿地湖沼演化、生态系统结构与功能的认识。本文基于中国知网(CNKI)和Web of Science中的核心合集子库数据,获取了1991-2022年2月间发表的156篇青藏高原水生植物相关研究的文章。利用Bibliometrix软件对其发文量、引用量、关键词、期刊、研究机构等进行了分析。结果显示,根据关键词的主题演变发现,过去30年中,研究重点由水生植物群落调查和地理分布逐渐转向水生植物的分化演化、多样性及群落构建机制;水生植物在时间尺度上的演替特征也被用于古湖沼学,成为构建高原隆起后气候、环境变化的技术手段之一。相关研究为我国应对全球变化、评估建立水资源和水生态安全机制奠定了基础。