太湖流域水生植物稳定碳氮同位素的生态学研究

摘要

大型水生植物是湖泊生态系统的初级生产者，具有显著的环境效应和生态效应，对维持湖泊水生态系统的生物多样性和稳定性具有重要的意义。由于在污染物的迁移和转化过程中同位素组成稳定，因此该技术被广泛应用到生态系统的研究中。研究水生植物同位素的变化，不仅能够指示污染物输入负荷的变化，还可以指示光合作用中的碳吸收和利用状况。
　　太湖流域调查到的植物种数有17种，隶属于10科14属。物种的分布数量依次为竹叶眼子菜、芦苇、菹草、菰、穗花狐尾藻、荇菜等。通过分析水生植物稳定碳同位素的组成，得出不同生活型的水生植物δ13C值存在显著的差异，主要是由于不同的碳源具有不同的同位素组成。沉水植物能够利用碳酸氢盐，而挺水植物只能利用二氧化碳，HCO3?的δ13C值比CO2的高7-11‰，因此吸收HCO3?的碳固定过程相比于吸收CO2导致植物组织更贫化13C。沉水植物的δ13C值与水体中无机碳浓度呈负相关，与 pH值呈正相关。这一结果主要与植物对碳的需求量和水体中碳的供给有关。当植物对碳的需求量超过了碳的供给，则会阻碍碳同位素的分馏，导致δ13C值增大。如果植物对碳的需求量低于碳的供给，碳同位素的分馏增大，导致δ13C值减小。不同的光合作用途径同样也会导致沉水植物δ13C值的变化，黑藻是典型的拟C4型植物。RuBP酶对13C的分馏高于PEP酶对13C的分馏，导致了不同光合途径的植物具有明显不同的δ13C值。
　　近十年来太湖流域严重和水生植被的严重逐步增加，污染物排放量也逐年增加，所以需要找到一个合适的方法来监测外源物质的输入对水生态系统的影响，而初级生产者的氮同位素已成为一个有用的生物指标。通过分析太湖流域水生植物稳定氮同位素的组成，得出其组成不受生活型、光合途径和季节性变化的影响。通过GAM模型分析水体营养盐的各个指标与水生植物氮同位素的关系，得出TN、PO43-、NH4+与δ15N显著相关。水生植物的氮同位素值与氮的有效性和植物对氮的需求有关。当氮浓度有限时，植物对氮的需求变大并且减少了15N的分馏，水生植物则有较高的同位素值，而高氮浓度下，氮的可用性超过植物对氮的需求，15N分馏增大则氮同位素值较低。太湖流域周边地区包括无锡、宜兴、苏州、吴江、常州和湖州地区，无锡地区和吴江地区的水生植物δ15N存在显著的差异，污染较重的无锡地区的δ15N偏高。这一结果表明水生植物氮同位素可以指示外源输入，污染物的输入负荷较高，则δ15N较高。因此水生植物稳定同位素可以作为人为污染物输入的指示器。

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第1章 引言

1.1 大型水生植物在湖泊生态系统中的作用

1.2 稳定同位素技术

1.3 水生植物碳稳定同位素的分馏机理

1.4 水生植物氮稳定同位素的分馏机理

1.5 稳定碳氮同位素的研究进展

1.6 课题的提出和意义

第2章 研究区域、路线、方法

2.1 研究区域

2.2 研究路线

2.3 研究方法

第3章 太湖流域水生植物稳定碳同位素组成及其影响因素

3.1 太湖流域水生植物分布特征

3.2 太湖流域水生植物稳定碳同位素组成

3.3 太湖流域水生植物稳定碳同位素的季节性变化

3.4 影响太湖流域水生植物稳定碳同位素的因素

3.5 结论

第4章 太湖流域水生植物稳定氮同位素的应用

4.1 研究背景

4.2 研究方法

4.3 研究结果

4.4 讨论

4.5 结论

第5章 结论、建议及创新点

5.1 结论

5.2 论文不足与建议

5.3 创新点

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果