退化湖濱帶水生植物恢復(fù)技術(shù)及工程示范研究.pdf

1、近二三十年來，我國湖泊水污染和富營養(yǎng)化問題日趨嚴重，湖泊生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)遭到破壞，湖濱帶退化現(xiàn)象尤其嚴重。太湖是長江中下游地區(qū)典型的大型淺水湖泊，為我國五大淡水湖之一。太湖北部緊鄰無錫市的五里湖是太湖污染最重的湖灣，處于重富營養(yǎng)狀態(tài)，水生植物消失殆盡。水生植物作為重要的初級生產(chǎn)者，能夠通過多種機制影響湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)，在改善水域生態(tài)條件、優(yōu)化水域環(huán)境、促進物質(zhì)循環(huán)、為水生動物提供棲息生存、繁衍生殖、索餌育肥、逃避敵害的場所方面起著極其重

2、要的作用。水生植物的恢復(fù)可與生境條件形成良性的反饋關(guān)系，加速湖濱帶健康生態(tài)系統(tǒng)的形成。因此，退化湖濱帶生態(tài)恢復(fù)過程中，水生植物的恢復(fù)是十分重要的。湖濱帶生態(tài)恢復(fù)中采用的水生植物包括挺水植物、浮葉植物和沉水植物三種生活型。水位變化是湖濱帶的最主要特征之一，研究水位變化對挺水植物萌發(fā)和生長的影響，有助于確定挺水植物恢復(fù)的高程和利用季節(jié)性的水位變化快速恢復(fù)挺水植物。挺水植物的恢復(fù)能夠提高湖濱濕地的脫氮除磷的效率，改善湖濱帶的生境條件。沉水植物

3、的恢復(fù)是水生植物恢復(fù)的難點，研究沉水植物與水質(zhì)、水質(zhì)與浮游動植物之間的關(guān)系，確定太湖沉水植物恢復(fù)的重要影響因子及其臨界值。研究不同基底條件下人為植物配置對沉水植物恢復(fù)與群落結(jié)構(gòu)的影響以及不同基底條件下黑藻的生長和生理生化反應(yīng)。 本文采取“野外調(diào)查與實驗研究相結(jié)合、室內(nèi)實驗與室外模擬相結(jié)合、技術(shù)研究與工程示范相結(jié)合”的方法，針對上述內(nèi)容開展研究。通過人工氣候室和室外栽培實驗，分別研究了4種水位(-8cm潛水位，2cm淺水位；15c

4、m深水位；2cm和15cm交替變動水位)和2種溫度(15℃、25℃)條件對挺水植物蘆葦和香蒲的生長以及蘆葦和香蒲的存在對湖濱濕地凈化水質(zhì)的影響。結(jié)果表明：當以根莖方式種植蘆葦時，潛水位供氧狀況良好對蘆葦發(fā)芽有利，淹水位更有利于蘆葦幼苗的生長，較高的溫度既有利于蘆葦?shù)陌l(fā)芽，也有利于幼苗的生長。與香蒲比較而言，淺水層更有利于蘆葦?shù)纳L，而深水層更有利于香蒲的生長。在混合種植的情況下，無論蘆葦還是香蒲，其生長狀況均比單獨種植時差。各種水位條件

5、下，蘆葦?shù)拇嬖诙济黠@促進了濕地脫氮除磷能力的發(fā)揮，與無植物濕地比較，淺水位蘆葦濕地對TN和NO3-N的去除率高40％以上，對TP和DTP的去除率高10～30％。蘆葦對濕地反硝化過程的促進作用是濕地脫氮能力提高的主要原因，該過程主要是通過提供有機碳源實現(xiàn)的。對太湖的東太湖(E)、貢湖灣(G)、梅梁灣(M)三個典型湖區(qū)的調(diào)查研究結(jié)果表明：水生植物生物量與水質(zhì)指標(TN、TP)之間呈顯著負相關(guān)，太湖中水生植物占優(yōu)勢的TP的臨界值為0.1mg/

6、L。貢湖灣的TP水平正處于沉水植物消失的臨界值。浮游動物生物量和浮游植物生物量都隨著TN、TP濃度的升高而增大，在TP濃度和浮游生物生物量之間存在顯著相關(guān)。浮游動物群落中原生動物占有優(yōu)勢地位。浮游動物與浮游植物之間的關(guān)系表明，在富營養(yǎng)化湖泊中，浮游動物在控制浮游植物中的作用有限，營養(yǎng)鹽濃度在控制浮游植物增長中比浮游動物的捕食壓力重要得多。在太湖的大部分湖區(qū)，控制營養(yǎng)負荷，同時增加沉水植物的生物量，對改善湖泊水質(zhì)和調(diào)節(jié)湖泊生物結(jié)構(gòu)十分重要

7、。但對于梅梁灣，必須采取有效措施控制營養(yǎng)鹽輸入，而不是直接恢復(fù)沉水植物。通過模擬低光照條件(光照強度削減99％)和西五里湖經(jīng)過不同的疏浚方式和不同程度疏浚后的生泥基底和淤泥基底條件，研究了人為配置的4種沉水植物群落的演替和群落結(jié)構(gòu)變化的情況。每一種群落配置都包括4種沉水植物(黑藻、馬來眼子菜、苦草、大茨藻)，其中一種為主栽種(22株，占55％)，其它3種為非主栽種(每種植物各6株，共占45％)。結(jié)果表明：植物的生物量隨季節(jié)、植物競爭特性

8、和生境條件而變化。4種植物由于株高和分蘗能力的不同導致它們對光競爭能力的差異。移栽后經(jīng)過405天，2種基底上的4種群落配置在第二年自然恢復(fù)后，群落的優(yōu)勢種均演變?yōu)楹谠?。黑藻的生物量占群落總生物量?0％以上，只有少量馬來眼子菜存在，苦草和大茨藻基本消失。從2種基底上沉水植物的成活率和生物量來看，生泥基底有利于提高沉水植物的存活率，而淤泥基底豐富的營養(yǎng)更有利于沉水植物的生長。因此，生境條件和水生植物的生長特性和繁殖對策決定了水生植物的群落

9、結(jié)構(gòu)，人為配置對構(gòu)建水生植物的群落結(jié)構(gòu)所起的作用十分有限。 本研究在人為植物配置實驗的基礎(chǔ)上，進一步研究了在2種底泥上黑藻的生長和生理生化反應(yīng)。淤泥有利于黑藻生物量的累積，并能促進植物增高和分蘗，提高地上部比重。黑藻的根數(shù)在生泥上較多，根長在生泥和淤泥上無明顯差異。底泥性質(zhì)對SOD、POD的活性影響不大。但適度疏浚的肥沃底質(zhì)有利于累積可溶性蛋白質(zhì)，富集氮磷，使得植物的葉綠素含量較長時間維持在高水平，延緩植物衰老。對于透明度較低(

10、低光照條件)的富營養(yǎng)化水體，適度疏浚非常重要，既在一定程度上清除內(nèi)源，又能夠保持對沉水植物恢復(fù)有利的基底條件。根據(jù)前期研究成果并集成應(yīng)用其它技術(shù)，在太湖西五里湖實施了260000m2的湖濱帶生態(tài)恢復(fù)示范工程。首先進行適度疏浚并修復(fù)湖濱帶基底，春季低水位時，在合適的高程種植挺水植物，使之能夠在潛水位萌發(fā)、淺水位生長。利用陸生植物浮床和水位調(diào)控技術(shù)改善生境條件，使TP濃度降低到0.1mg/L以下，選用土著植物作為先鋒物種，以移栽成苗和引進底

11、泥種子庫相結(jié)合的方式恢復(fù)水生植物(不進行人為植物配置)，構(gòu)建挺水植物、浮葉植物、沉水植物組成的全系列或半系列的湖濱帶植物系統(tǒng)，利用多種水生生物對湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)控，恢復(fù)湖濱帶生態(tài)系統(tǒng)功能。這一整套以水生植物恢復(fù)為核心的退化湖濱帶生態(tài)恢復(fù)工程實施2年后，水生植物種類、覆蓋度和生物量均明顯增加，生物多樣性指數(shù)為1.7-1.8，生態(tài)系統(tǒng)得到一定的恢復(fù)。光補償點低，生存和繁殖對策適應(yīng)低光照條件的高冠型和大生物量的沉水植物成為先鋒物種