沉水植物對魚類擾動引起的沉積物再懸浮的影響

吳紅飛+魏小飛+關(guān)保華+劉正文

摘要：通過室外模擬試驗，比較草甸型沉水植物苦草和冠層型沉水植物伊樂藻對鯽魚擾動引起的沉積物再懸浮的抑制作用。結(jié)果表明，魚類擾動會增加水體懸浮物濃度，沉水植物的存在能抑制魚類擾動引起的沉積物再懸浮，降低再懸浮速率;再懸浮速率與苦草生物量呈顯著負相關(guān)，而與伊樂藻生物量關(guān)系不顯著。

關(guān)鍵詞：沉水植物;鯽魚;沉積物;再懸浮;速率;擾動

中圖分類號： X173 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0369-02

收稿日期：2014-05-13

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：31100341）;國家科技重大專項（編號：2013ZX07101014-2）。

作者簡介：吳紅飛（1989—），女，山東德州人，碩士，主要從事湖泊生態(tài)修復(fù)研究。E-mail：wuhongfei07@126.com。

通信作者：關(guān)保華，博士，副研究員，主要從事湖泊生態(tài)修復(fù)與水生植物研究。E-mail：bhguan@niglas.ac.cn。

沉水植物作為淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分和初級生產(chǎn)者，對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量循環(huán)起重要作用[1]。水生植物不僅為魚類、浮游動物提供庇護場所，還能與浮游植物競爭營養(yǎng)鹽，釋放化感物質(zhì)抑制浮游植物的生長[2-3]，同時能減少沉積物的再懸浮。沉水植物可以通過增加水流阻力、降低水流速度，間接降低水體底層懸浮顆粒物、膠體顆粒物的再懸浮率[4];還可以通過發(fā)達的根系形成較大的接觸面積，吸附懸浮顆粒物、不溶性膠體，從而固著沉積物、增強底質(zhì)的穩(wěn)定性;另外，沉水植物還能通過葉片上的附著生物來吸附懸浮的顆粒物[5]。

苦草[Vallisneria natans（Lour.）Hara]作為一種廣泛存在的土著物種，其發(fā)達的根系能起到固定底泥沉積物的作用，從而降低風(fēng)浪或魚類擾動引起的再懸浮，是富營養(yǎng)化湖泊生態(tài)修復(fù)的常用工具種[6];伊樂藻（Elodea nuttallii）是外來種，氣溫5 ℃以上就可以生長，比苦草發(fā)芽早，具有較快的生長速度[7]，在東太湖有一定的分布面積。伊樂藻的引入雖然有一定的生態(tài)風(fēng)險，但是由于其生長快，也被應(yīng)用于一些湖泊的生態(tài)修復(fù)實踐中[8]。本研究通過模擬試驗，比較草甸型苦草和冠層型伊樂藻對魚類擾動引起的沉積物再懸浮的影響，以期為湖泊沉水植物群落的恢復(fù)與重建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

苦草采自蘇州市東太湖湖濱帶，選用葉子顏色較綠、根系發(fā)達且株高與株質(zhì)量相近的單株植物，稱質(zhì)量前，洗去表層附著物并輕輕甩干;伊樂藻采自東太湖蝦蟹養(yǎng)殖池塘，選取長度一致的纖細植株，一撮一撮地進行栽種;野生鯽魚幼魚取自東太湖，質(zhì)量為（24.94±2.26） g，人工養(yǎng)殖2周，挑選活動能力一致的幼魚作為試驗用魚。試驗裝置為底徑1.2 m、高1.2 m的白色玻璃桶，試驗用水采用東太湖水。

1.2 試驗方法

2013年7月，在東太湖栽種2組不同生物量密度的苦草、伊樂藻進行野外模擬試驗。苦草組分別按照生物量密度25、50、100、150、200、250、300 g/m2進行栽種，伊樂藻按照100、150、200、250、300、400 g/m2進行栽種，以不栽種沉水植物（無草組）為對照，共14個處理。待苦草和伊樂藻生長穩(wěn)定，每個試驗桶放置2尾鯽魚和1個內(nèi)徑9 cm、高30 cm、底端封閉、上端開口的有機玻璃柱，作為沉積物捕獲器以捕獲再懸浮物質(zhì)，測定沉積物的再懸浮速率。捕獲器敞口端放置孔徑為5 mm左右的塑料網(wǎng)以防止魚類進入。

試驗前后分別測量植物的鮮質(zhì)量、株數(shù)、株高;放魚1周后，監(jiān)測懸浮物濃度和捕捉物含量，計算懸浮物與捕捉物的有機含量、沉積物再懸浮通量、沉積物再懸浮速率。沉積物再懸浮通量R計算公式為：

R=S×（fS-fT）/（fR-fT）。

式中：R為再懸浮的沉積物質(zhì)量，g;T為沉降的懸浮物質(zhì)量，g;S為被捕捉物質(zhì)量，g;fS為S的有機物含量，%;fR為R的有機物含量，%;fT為懸浮物的有機物含量，%。沉積物再懸浮速率為單位面積、單位時間內(nèi)的再懸浮通量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 懸浮物濃度

由圖1、圖2可見，苦草組的懸浮物濃度在放魚后明顯增加，懸浮物濃度增加值為28.87～51.87 mg/L;無草組懸浮物濃度在放魚后增加更為明顯，增加值為85.93 mg/L;懸浮物濃度的增加量與苦草生物量相關(guān)性不顯著。由圖2、圖3可見，伊樂藻組的懸浮物濃度增加值為12.45～86.80 mg/L，懸浮物的增加量隨生物量的增加呈明顯下降趨勢，有顯著的負相關(guān)性（r=-0.790，P<0.05）。

2.2 再懸浮速率的變化

由圖4、圖5可見，無草組的再懸浮速率最大，以干質(zhì)量計為 145.18 g/（m2·d）;苦草組的再懸浮速率以干質(zhì)量計為

14.24～11921 g/（m2·d），并隨苦草生物量密度的增加逐漸降低，呈現(xiàn)顯著的負相關(guān)（r=-0.764，P<0.05）;伊樂藻組的再懸浮速率以干質(zhì)量計為14.68～23.37 g /（m2·d），相互間變化較小，且與生物量密度的相關(guān)性不顯著;伊樂藻組的再懸浮速率低于苦草組。

3 結(jié)論與討論

湖泊調(diào)查結(jié)果表明，由于風(fēng)浪和魚類擾動等因素的作用，會引起沉積物的再懸浮，使大量沉積物進入水體，造成水體懸浮物的濃度增加[9-10]。在同等風(fēng)力作用下，水生植物豐富的東太湖湖區(qū)懸浮物濃度明顯低于梅梁灣[11]。張運林等研究表明，東太湖的懸浮物濃度在湖區(qū)中最小，這是與東太湖擁有豐富的水生植物密切相關(guān)的[12]。本試驗結(jié)果表明，懸浮物濃度在放魚后明顯增加;無草組的懸浮物濃度增加最為明顯，有草處理組增加幅度相對較小，這說明沉水植物的存在能夠減少魚類擾動，從而減輕懸浮物濃度的增加;苦草組、伊樂藻組的再懸浮速率以干質(zhì)量計分別為14.24～119.21、14.68～23.37 g/（m2·d），兩者相比，伊樂藻組的再懸浮速率相對較低，這與伊樂藻生物量相對較大有關(guān);相關(guān)性分析表明，苦草組的再懸浮速率與生物量密度呈負相關(guān)，而伊樂藻組與生物量相關(guān)性不明顯，這主要由伊樂藻生物量較大所致。endprint

草甸型沉水植物苦草具有發(fā)達的根系，生物量主要集中在沉積物表面附近，通過發(fā)達的根系固著底泥而改變沉積物性質(zhì)，減弱沉積物的再懸浮，當(dāng)生物量越大時，苦草根系分布越廣，抑制沉積物的再懸浮作用越強。冠層型沉水植物伊樂藻枝葉發(fā)達，具有較強的分生能力，斷枝亦可以再生長，生物量相對集中在水體中上層，在水面形成匍匐生長，能在較短時間內(nèi)占據(jù)較大的水面，主要通過茂盛的枝葉吸附懸浮顆粒物，從而降低懸浮物的濃度，并隨伊樂藻生物量密度的增加，對懸浮顆粒物的吸附性增強，但當(dāng)其完全占據(jù)整個水面時，對水體再懸浮的抑制作用將不會再增強。

另外，本試驗初始2個沉水植物的生物量相近，而試驗結(jié)束時伊樂藻組生物量明顯大于苦草組生物量，這一方面是由于伊樂藻再生能力較苦草強，苦草分蘗組織在葉基部，伊樂藻則可以通過頂端分裂生殖，斷枝同樣可以生根生長;另一方面是由于苦草生長的活躍部位位于葉片下端2 cm處[13]，易受光照和懸浮物濃度影響，而伊樂藻具有很多分枝，并匍匐于水面生長，再懸浮所引起的光照減弱，不會對其生長造成太大影響。

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