白洋淀菹草生長參數的線性分析

任俊龍，劉存歧，田志富，蘇倩，王靖飛

（1.河北大學生命科學學院，河北保定 071002；2.河北省環境科學研究院水環境科學研究所，河北石家莊 050051）

白洋淀菹草生長參數的線性分析

任俊龍1，劉存歧1，田志富1，蘇倩1，王靖飛2

（1.河北大學生命科學學院，河北保定 071002；2.河北省環境科學研究院水環境科學研究所，河北石家莊 050051）

2011年3月初至5月對白洋淀菹草（Potamogetoncrispus）的生長參數進行了連續觀測，以探索白洋淀菹草的生長規律.結果表明，白洋淀菹草的生長過程遵循Logistic增長模式，方程為Y＝121.419／（1＋42.814 e－0.843t）（R2＝0.896，n＝7）.其最大日增生物量為25.59 g／（m2·d），環境容納量為121.419 g／m2.白洋淀菹草各構件間呈極顯著的線性關系.研究發現4月到5月初是白洋淀菹草的迅速增長期，此后則進入凋亡和腐敗期，建議在石芽成熟期（5月初）對菹草進行收獲，以避免氮磷營養鹽的再釋放對白洋淀水質的影響.

菹草；生長參數；線性分析；白洋淀；生長模型

沉水植物的恢復和重建是近年來水生態系統研究的熱點，沉水植物可以改善并維持生態系統的平衡，因而沉水植物群落的重建成為生態恢復的措施之一［1－4］.通常治理湖泊富營養化的傳統方法是控制水體的營養鹽濃度，但僅僅依靠單純的外源營養鹽控制，對于富營養化的防治往往難以見效.研究發現，沉水植物在控制湖泊富營養化的過程中發揮著重要作用，能夠降低湖泊水體內源營養鹽負荷、控制藻類生長，并且可以有效調節湖泊生態系統功能［5］.

菹草（Potamagetoncrispus）是眼子菜科的多年生沉水草本植物，屬于世界廣布種，在我國南北各省區均有分布.菹草對富營養化水體有較強的適應能力，常常生于池塘、水溝、水稻田、灌渠及緩流河水中，生境水體多呈微酸至中性［6］.由于菹草對氮、磷有較強的吸收能力，故常常作為富營養化水體治理的目標植物［7］.通過對白洋淀水生植被的調查發現，菹草是白洋淀春季最主要的沉水植物，通常以石芽繁殖為主，秋季發芽，越冬生長，而后春季生長迅速，到春夏之交即4月底5月初生長達到極盛時期，而后在夏季短短1周內大量衰敗死亡［8］.

菹草分布廣泛，由于氣候、水體性質的差異，各地區菹草的生長特征有所不同，因此在菹草恢復過程中，只有了解該地區菹草生長特性才能科學合理地利用和管理菹草資源.本研究以白洋淀菹草為研究對象，分析其單株和各構件生長規律及其之間的相關性，模擬菹草生長過程，旨在充分了解白洋淀菹草的生長策略，為合理管理菹草資源提供方法，并且為白洋淀水生態系統的生態恢復提供科學依據.

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

白洋淀位于河北省中部，總面積為366 km2，淀區由大小不等的淀泊構成.該區屬溫帶大陸性季風氣候區，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，年平均氣溫7.3～12.7℃，平均年積溫2 992～4 409℃.全流域多年平均降水量為563.7 mm.白洋淀上游地區的植被破壞和水土流失造成白洋淀的面積和容積正不斷減小.1924年至1966年，其容積約減少了2.25×108m3，淀區面積也由20世紀50年代的561.1 km2縮小到70年代的366 km2（水位10.5 m）.近年來，由于水源補給量不足，水位下降，水面呈現逐步縮小趨勢.1998年，白洋淀水位僅為8.0 m，總面積約188 km2，2000年，最低水位又下降至7.18 m，在一定程度上說明白洋淀水位在逐漸下降，總面積在逐漸縮?。?－10］.同時白洋淀水體富營養化問題嚴重，生態恢復已成為當務之急.

1.2 研究方法

2011年3月初到5月底，以白洋淀菹草典型生長區小淀為研究樣地進行連續8次采樣，每次隨機選取3個樣方，用采草器（25 cm×25 cm）對菹草進行整株采集，統計樣方內菹草的密度后，帶回實驗室選取10株完整的菹草，分別測定每株的株高、根鮮重、莖鮮重、葉片鮮重和葉片數、株鮮重和株干重.對8次所測數據進行統計，最大值和最小值代表樣本的變異范圍，平均值反映樣本各個生長性狀的整體水平，標準差代表了樣本的離散程度.采用Excel2003軟件分析樣本各個參數之間的相關性系數顯著性差異，并作出各個參數之間線性回歸方程，用SPSS17.0軟件進行Logistic方程生長曲線的擬合，生長曲線方程為Y＝A／（1＋Be－kt）.其中，A為極限生物量（環境容納量），B為常數尺度，k為瞬間相對生長率，即日增生物量.

2 結果與分析

2.1 菹草生長曲線方程

根據采集到的菹草生長數據，分別以菹草生長時間（天數，以第1次采樣為基點）和各時期單位面積菹草的干物質質量為變量和因變量進行Logistic方程擬合，通過SPSS17.0軟件得出模型中的A，B和k值分別為121.419，42.814和0.843，得到Logistic生長曲線方程為Y＝121.419／（1＋42.814e－0.843t）（R2＝0.896，n＝7）.由此模型中可以得出，菹草最大日增生物量為25.59 g／（m2·d），極限增長量為121.419 g／m2.

2.2 菹草生長參數及其相關性

菹草生長期間各參數樣本數據的最大值、最小值、平均數、標準差見表1.

表1 菹草各個指標之間的生長參數Tab.1 Growth parameters of Potamagetoncrispus

通過對各生長參數進行相關性和回歸分析發現：菹草株高與根鮮重、株高與莖鮮重、株高與葉片鮮重、株高與葉片數、莖鮮重與葉片鮮重、株高與株鮮重以及株高與株干重均呈極顯著線性關系（表2，圖1－7）.

表2 菹草各個指標之間的相關性分析Tab.2 Correlation analysis of growth parameters of Potamagetoncrispus

圖1 菹草株高與根鮮重的線性擬合Fig.1 Fitted linear regression line between plant height and root fresh weight of Potamagetoncrispus

圖2 菹草株高與莖鮮重的線性擬合Fig.2 Fitted linear regression line between plant height and stem fresh weight of Potamagetoncrispus

圖3 菹草株高與葉片鮮重的線性擬合Fig.3 Fitted linear regression line between plant height and leaf fresh weight of Potamagetoncrispus

圖4 菹草株高與葉片數的線性擬合Fig.4 Fitted linear regression line between plant height and leaf numbers of Potamagetoncrispus

圖5 菹草莖鮮重與葉片鮮重的線性擬合Fig.5 Fitted linear regression line between stem fresh weight and leaf fresh weight of Potamagetoncrispus

圖6 菹草株高與株鮮重的線性擬合Fig.6 Fitted linear regression line between plant height and plant fresh weight of Potamagetoncrispus

圖7 菹草株高與株干重的線性擬合Fig.7 Fitted linear regression line between plant height and plant dry weight of Potamagetoncrispus

3 討論

3.1 白洋淀菹草的生長特性

建立的生長模型發現白洋淀菹草的生長符合Logistic生長規律，呈“S”型增長曲線.菹草在3月初生長緩慢，4月初開始快速生長，5月中旬生物量最大，5月底菹草開始衰亡，大面積腐敗，造成水體透明度下降，大部分菹草鱗芽沉入水底.這與王宇庭等［11］對黃河三角洲和任久長等［12］對京密引水渠的菹草生長模型的研究類似，在每年春末夏初呈指數增長形式.而陳忠義等［13］發現湖北梁子湖菹草的生長符合乘冪形式生長方程，與本研究有所不同.不同地區菹草生長季節不同，南非河漫灘的菹草生長開始于4月份，在早春（當地時間為9月份）達到最大現存量［14］，嫩江平原菹草極值出現在6月下旬，到7月初植物體才開始死亡［15］.而本研究通過調查發現白洋淀菹草在5月底就已開始腐爛.這些差別與研究地點、氣候和水體營養狀況密切相關.

植株高度在一定程度上反映了該地菹草的生長狀況，也是作為菹草種群最為顯著的特征.菹草個體的各個構件存在顯著相關性，說明該地菹草生存環境穩定，適合菹草大規模生長和繁殖.通過對菹草生長參數相關性的分析發現，株高與根鮮重、株高與莖鮮重、株高與葉片鮮重、株高與葉片數、莖鮮重與葉片鮮重、株高與株鮮重、株高與株干重均呈極顯著線性回歸關系，說明了菹草各構件生長的同步性，且符合菹草生長的一般規律.

通過表2可以得出，菹草株高決定了分枝的數量，可以在一定程度上增加莖和葉片的生長空間，同時根部也隨株高增長而吸收更多的營養物質，促使葉片快速生長.葉片是植物進行光合作用的重要部位，發育良好的葉片可有效提高葉面積大小，從而促使菹草快速增長與繁殖.

菹草生長繁殖受到各種環境因子的影響，蘇勝齊等［16］研究了溫度、光照和p H對菹草光合作用的影響，發現適合菹草生長的適宜溫度為15～25℃，適宜光照為5.0×104lx左右，p H偏酸性.曹昀等［17］通過菹草幼苗放置在不同水深梯度中，發現不同水深（50～160 cm）下菹草都可以生長，其高度、生長速率與水深呈正相關關系，菹草單株生物量也隨水深增加而增加.高華梅等［18］設置2組實驗分別研究不同基質對菹草生長繁殖的影響，結果表明，湖泥、混合基質及黃土3種基質對菹草的生物量變化有明顯差別，說明基質營養狀況直接影響菹草的生長繁殖.白洋淀菹草適合在3－5月的氣候、水質和底質條件下生長，在這段時期白洋淀菹草分布廣泛，已成為白洋淀濕地的優勢物種.

3.2 菹草的控制

菹草在生長期對水質有明顯的改善作用，但至生長穩定期后開始迅速腐敗，直接影響到水質，因此需要對菹草加強管理.一些研究者發現可以通過收割方式對菹草進行控制，也可以通過養魚、除草劑等方法進行有效管理.姚俊芹等［19］對烏拉泊水庫生長中期的菹草進行人工收割，這種方法可以穩定菹草種群數量，但是不能作為菹草控制的長久之策.任久長等［12］通過京密引水渠菹草生態習性和發生規律的研究發現，5－6月其各個斷面均有菹草發生，提出機械除草是控制菹草的有效措施，理想的除草時間是菹草生長的中期.

白洋淀菹草在4－5月初處于迅速生長期，過后植物體會迅速凋亡，因此建議5月初（即石芽成熟后）在局部區域適度收割菹草，以減少菹草腐敗后大量氮磷營養鹽的釋放，適宜收割能夠防止水體透明度降低情況的發生，同時也能保持菹草種群的穩定性.

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Linear analysis on growth parameters ofPotamogeton crispusin Baiyangdian Lake

REN Jun－long1，LIU Cun－qi1，TIAN Zhi－fu1，SU Qian1，WANG Jing－fei2
（1.College of Life Sciences，Hebei University，Baoding 071002，China；2.Institute of Aquatic Environment，Hebei Provincial Academy of Environmental Sciences，Shijiazhuang 050051，China）

Gowth parameters ofPotamogeton crispusin Baiyangdian Lake were measured continuously from March to May in order to understand its growth process.The results showed that the growth ofP.crispuswas fitted to logistic equationY＝121.419／（1＋42.814 e－0.843t）（R2＝0.896，n＝7），which maximum increase rate of biomass was 25.59 g／（m2·d），and carrying capacity was 121.419 g／m2.There existed significant linear relations among modules ofP.crispus.P.crispusin Baiyangdian Lake grew abruptly from beginning of April to beginning of May，and then decayed.It was suggested that plant should be harvest to avoid the deterioration of water quality due to nitrogen and phosphorus nutrient release of detritus in its mature period.

Potamogetoncrispus；growth parameter；linear analysis；Baiyangdian Lake；g rowth model

A

1000－1565（2012）02－0187－06

2011－11－16

水體污染控制與治理科技重大專項基金資助項目（2009ZX07209－008－05）；河北省科學技術研究與發展指導計劃項目（06276905）

任俊龍（1987－），男，陜西咸陽人，河北大學在讀碩士研究生.

劉存歧（1967－），男，河北昌黎人，河北大學教授，主要從事濕地生態學研究.E－mail：liucunqi＠sina.com

趙藏賞）