一种不同二氧化碳浓度对沉水植物生长影响的试验方法

摘要

本发明一种不同二氧化碳浓度对沉水植物生长影响的试验方法，是一种生态试验方法，属于生态试验方法领域。在天然湖泊边建立研究站，采集湖泊内的水和底泥作为试验原料，在保证沉水植物各种生长因素相同的条件下，进行多组不同的二氧化碳浓度对沉水植物生长影响的试验研究。试验中利用特制的培养箱对沉水植物进行培养。并最终计算其生物量的增加，取材方便快捷；避免了遗传因素的影响；能够真实合理的模拟沉水植物的实际生长环境；培养箱可以全人工控制光照和温度条件，利于对多种环境因子的区分控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生态试验方法，具体而言是一种分析不同二氧化碳浓度对沉水植物生长影响的试验方法，属于生态试验方法领域。

背景技术

二氧化碳是植物光合作用的底物，也是构成植物生境的一个重要环境因子。随着现代工农业的发展与人类活动的加剧，大气中二氧化碳浓度已经并将会持续呈升高趋势。这种趋势将对植物生长发育产生重要影响，最终也将会影响到人类的生存环境。沉水植物是水生态系统的重要组成部分，具有净化水质、增加水体中溶解氧、抑制藻类生长的功能，对生态系统物质、能量循环具有重要调控作用，是健康水生生态系统的主要维持者。目前有关二氧化碳浓度升高对植物生长影响的研究主要集中在陆生植物，对沉水植物影响的研究则很少涉及，零星相关报道也是在实验室进行的，采用恒温、补充自来水、规定每日相同的光照条件来模拟沉水植物生长的环境(谢永宏等，CO₂浓度升高对沉水植物菹草叶表型及生理生化特征的影响，植物生态学报，2003)，在实验室人为创造的沉水植物生境条件与实际情况存在一定的差距，因而获得的结论不能准确、真实地反映出二氧化碳浓度升高对水生植物，尤其是沉水植物生长的影响，是值得商榷的。因此，不同二氧化碳浓度对沉水植物生长影响尚缺乏更有说服力的研究方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种二氧化碳浓度变化对沉水植物生长影响的研究方法。

本发明达到上述目的的技术方案是：

在天然湖泊边建立研究站，方便采集湖泊内的水和底泥作为试验原料，在保证沉水植物各种生长因素相同的条件下，进行多组不同的二氧化碳浓度对沉水植物生长影响的试验研究。具体通过以下步骤实现：

(1)在天然湖泊边建立研究站，从湖内选择一种沉水植物，取回试验室清洗干净后，挑选生长状况基本一致的嫩芽，繁殖至子一代，取同亲本并生长状况基本一致的嫩芽，置于盛有营养液的培养皿中，培养至幼苗高约2cm，以备试验选用；

所述的营养液主要由NH₄NO₃和NaH₂PO₄组成，N、P浓度分别为2和0.005mg/L，离子强度和pH分别为7.51和8.14，营养液每天更换一次。

(2)向12个培养箱中装入5cm厚的表层底泥，然后注入20～30cm深的湖水，表层底泥和湖水均取自与沉水植物相同的湖泊，培养箱内水体静置3天后，从备用的试验材料中挑选出大小一致的幼苗栽种在培养箱中，每箱种植82株，再补充湖水至水深达160cm，注入湖水时应避免底泥悬浮。

(3)将12个培养箱分成4组，每组3个，向4组培养箱内每天24h持续通入不同CO₂浓度的混合气体，在湖边研究站中培养试验，培养时间为2个月。

试验期间，培养箱内的水深均维持在160cm，CO₂浓度由便携式CO₂浓度分析仪监测。

(4)试验结束时，测量植物生长量和形态参数。取出沉水植物的叶片，测量叶片的长度、宽度和面积，计算各参数绝对增长量；将叶片在75℃下连续烘干48h至恒量，记录生物量；将烘干后的植株叶片粉碎，测定叶片内生化物质及矿物元素含量。所有数据采用专业数理统计软件进行处理和分析。

上述培养箱，采用边长为200cm的立方体，各面均采用透明有机玻璃制作。密封采用四边垫圈配搭钩式盖板，每边两个搭钩，以方便灵活启闭，同时具备良好的密闭效果。培养箱侧壁沿高度设有刻度线，在相对的侧壁顶部设置二氧化碳混合气体进出通道，在侧壁上设置进出水通道，其中进水通道在试验过程中可以自动补水。

上述培养箱底泥顶部设置一有孔盖板，部分隔离底泥和水体，避免换水时扰动底泥，同时使植物通过此有孔盖板生长。

上述培养箱顶部设置人造太阳色谱冷光源。

上述培养箱的四角水面以下设置电恒温器，即水下空调。

由于在天然状况下，河湖水体的热量来源主要来自太阳的热辐射，如果模拟纯天然状态应该加装人造太阳色谱热光源，在提供光合作用的光照的同时提供热效果。但是经发明人多次试验，发现在全人工控制过程中光合作用需要的光照度和温度控制很难统一光源。冬季当光照度与日光的光照度接近时，培养箱中的水体温度一般不能达到在此光照度时天然水体温度；而在夏季时当光照度与日光的光照度接近时，培养箱中的水体温度一般会高于此照度下的天然水体温度。其主要原因是：在冬季空气温度较水体温度低，培养箱对外辐射热量造成箱内水温降低；而在夏季空气温度较水体温度高，造成箱内温度高于天然水体温度。因此本发明将光照度和温度控制分为人造太阳色谱冷光源和电恒温器分开控制。

当试验过程为全人工控制时，由人造太阳色谱冷光源控制光照条件，由电恒温器控制温度；试验的光照度与水体温度之间关系通过长期监测所得控制。

当试验过程为自然条件时，将培养箱置于试验室外，由自然光照射。测量相应的天然水体温度设定电恒温器的控制温度。

本方法的优点：

1、通过在湖边建立试验站，采用湖泊中的沉水植物、底泥和湖水，进行培养试验，取材方便快捷；

2、利用相同亲本的子一代进行试验，避免了遗传因素的影响；

3、室外试验能够真实合理的模拟沉水植物的实际生长环境；

4、培养箱可以全人工控制光照和温度条件，利于对多种环境因子的区分控制。

附图说明

图1培养箱正视示意图；

图2培养箱俯视示意图。

1-底泥，2-有孔盖板，3-电恒温器，4-幼苗，5-刻度线，6-湖水，7-进水管，8-平水槽，9-薄壁堰，10-混合气体进气管，11-便携式二氧化碳浓度仪，12-混合气体出气管，13-混合气体，14-搭钩，15-日光灯，16-密封垫圈，17-出水孔。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例一

(1)在太湖贡湖湾建立研究站，选择湖内沉水植物马来眼子菜作为研究材料，取回试验室清洗干净后，挑选生长状况基本一致的嫩芽，置于盛有营养液的培养皿中，营养液主要由NH₄NO₃和NaH₂PO₄组成，N、P浓度分别为2和0.005mg/L，离子强度和pH分别为7.51和8.14，营养液每天更换一次，幼苗培养至高约2cm，以备试验选用。

(2)向12个培养箱中装入5cm厚的表层底泥1，在底泥上铺设有孔盖板2，然后注入20～30cm深的湖水6，表层底泥1和湖水6均取自太湖贡湖湾，培养箱内水体静置3d后，从备用的试验材料中挑选出大小一致的幼苗4栽种在培养箱中，每箱种植82株，再补充湖水6至水深达160cm，注入湖水时应避免底泥悬浮。在培养箱侧壁设置刻度线5控制底泥和湖水深度。顶部盖板采用四边密封垫圈16，每边配2个搭钩14，使培养箱密闭。

(3)将12个培养箱分成4组，依次为A、B、C、D，每组3个，向4组培养箱内每天24h持续通入不同CO₂浓度的混合气体13，CO₂浓度分别为370μmol/mol、550μmol/mol、700μmol/mol、1000μmol/mol，混合气体13由入口10进入，出口12逸出，将培养箱置于湖边研究站室外进行培养试验，培养时间为2个月。若进行室内试验，可采用日光灯15和电热恒温器3控制光照和温度条件。

试验期间，通过进水管7将湖水缓慢注入平水槽8中，薄壁堰9顶端高度为160cm，当槽内水深高于160cm时，多余的水自动溢出，使培养箱内的水深始终维持在160cm，CO₂浓度由便携式CO₂浓度分析仪11监测。

(4)试验结束时，采用排水管17排掉培养箱内湖水，提取马来眼子菜叶片，测量其形态学参数和生长量并进行分析，叶片长度、宽度和面积的绝对增长量的平均值见表1；将叶片在75℃下连续烘干48h至恒量，记录生物量，见表1；将烘干后的叶片粉碎，测定其碳、氮、磷以及可溶性糖含量，列于表2。由上分析可得到CO₂浓度变化与马来眼子菜生长各指标的相互关系，以考察CO₂浓度对沉水植物生长的影响。

表1叶片生长量和生物量

表2叶片内生化物质及矿物元素含量