低光照下沉水植物性能研究及沙坪公园湖生态系统分析

摘要

水体生态修复技术已越来越广泛的运用于湖库、河流等流域的富营养化治理中，并取得了一定的成效。沉水植物作为湖库生态系统中重要组成部分，在水体生态修复中有着举足轻重的影响。在深水湖泊中沉水植被的恢复重建主要受低光照因素的限制，因此本文的实验部分主要是通过导光管系统构建的一个光照强度连续变化的低光照环境，对西南湖泊典型沉水植物的性能进行深入研究。与此同时，沙坪公园湖的水体生态修复工程主要运用了全食物链自净型湿地构建技术，湖泊的生态环境发生了改变，本文运用 Ecopath模型建立了沙坪公园湖的生态通道模型，对改造1年后的沙坪公园湖水质变化进行分析，对沙坪公园新形成的营养结构、食物链食物网的能量流动以及生态系统的成熟稳定度进行基本的研究。
　　①导光管系统的光传递性能良好，平均传递效率为70.0%。水下光照强度（I??）与离导光管系统的直线距离（t）符合比尔定律，两者的回归方程为：y=5840.6×е-0.023x，n=16，R2=0.9871。
　　②低光照条件时，刺苦草、苦草和黑藻三种沉水植物共同作用下对水质有一定的净化作用，去除率最高在实验的第5~7周，对NH3-N的去除率最高为60%，对CODcr的去除率最低为46.90%；实验后期，因低光照下以黑藻为主的沉水植物死亡残体分解，从而导致常规水质指标均呈上升趋势。
　　③除分株指标外，三种沉水植物的干重和植物总长、刺苦草和苦草的根长和叶片数、以及黑藻的节间距和茎节数均随光照强度的降低而下降；在光照百分比分别为0.5%、2%、5%时，三种沉水植物的其他生长指标均出现迅速衰减的趋势。此外，三种沉水植物干重和单株总长的衰减趋势：黑藻＞苦草＞刺苦草，由此说明黑藻遭受的抑制作用更显著。
　　④离导光管系统的距离越远表示光照强度越低，刺苦草、苦草和黑藻三种沉水植物光合色素指标值均呈现出不断下降的趋势，说明沉水植物的光合作用均受到胁迫，且：黑藻＞刺苦草＞苦草；丙二醛MDA的胁迫作用：黑藻＞刺苦草＞苦草；三种沉水植物的 SOD和 POD酶均随着光照强度的下降而上升，说明低光照条件下三种沉水植物均处于逆境状态，且刺苦草和黑藻的SOD酶变化比苦草显著。
　　⑤经过水体生态修复后的沙坪公园湖水质已由劣Ⅴ类转换为Ⅴ类水体。Ecopath生态模型系统中，有16个功能组，包含了初级生产者、消费者和碎屑；有效营养级为四级，变化范围1~3.092，各功能组的营养转换效率在0.063~0.998之间；系统的营养级流量呈金字塔分布；能量流动分牧食食物链和腐食食物链两条途径，分别占总流量的58.34%、41.66%。系统的总能量转换效率过低，只有1.9%。沙坪公园湖生态系统的净初级生产量与总呼吸量的比值（TPP/TR）、连接指数（CI）、杂食指数（SOI）、Finn's循环指数（FCI）、Finn's平均路径长度（FML）分别为1.945、0.281、0.052、4.070%和2.499。通过这些参数的综合分析，沙坪公园湖是一个稳定性不高、食物网简单、易被外界物质扰动、处于发育早期的不成熟生态系统。

目录

1 前 言

1.1 研究进展

1.1.1 水体富营养化概况

1.1.2 沉水植物在水体修复中的作用及机理

1.1.3 影响沉水植物对水质净化效果的因素

1.1.4 光照对沉水植物的影响研究

1.1.5 湖库生态系统的研究

1.2 研究目的和意义

1.3 研究内容

1.4 技术路线

2 实验方法与材料

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验参数指标测定方法

2.1.3 实验设计

2.1.4 数据分析

2.2 沙坪公园湖模型实验

2.2.1 沙坪公园湖概况及社会经济概况调查

2.2.2 沙坪公园湖污染情况及治理措施

2.2.3 沙坪公园湖水质情况监测

2.2.4 沙坪公园湖Ecopath模型的构建

3 低光照条件下典型沉水植物生长及水质净化效能

3.1 实验结果

3.1.1 导光管系统水下光照传递情况

3.1.2 低光照条件下典型沉水植物对水质的净化能力

3.1.3 低光照对典型沉水植物生长形态的影响

3.1.4 低光照下三种沉水植物生长情况对比

3.1.5 低光照对典型沉水植物叶片光合色素的影响

3.1.6 低光照对典型沉水植物生理活性的影响

3.2 讨论

3.2.1 低光照下沉水植物水质净化能力分析

3.2.2 低光照下典型沉水植物生长形态分析

3.2.3 低光照下典型沉水植物光合色素分析

3.2.4 低光照下典型沉水植物生理活性分析

3.3 本章小结

4 基于Ecopath模型分析沙坪公园湖的生态系统结构和能量流动

4.1 实验结果

4.1.1 沙坪公园湖生态系统Ecopath模型的基本输出结果

4.1.2 沙坪公园湖生态系统营养级结构和能量流动

4.1.3 沙坪公园湖生态系统能量流动和能量转换效率

4.1.4 沙坪公园湖生态系统的总体特征

4.2 讨论

4.2.1 沙坪公园湖生态系统食物网能量流动分析

4.2.2 沙坪公园湖生态系统成熟稳定性分析

4.3 本章小结

5 结论与建议

5.1 结论

5.2 建议与不足

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的专利