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水文因子是控制湿地特征的关键因子之一。水位变化直接影响到水生植物群落的分布及其生产量、群落的稳定性、物种多样性和群落的演替。水生植物还会受水位波动以及水流等多因素的影响,单向性的水流所产生的机械应力对水生植物的结构与分布都有重要的影响。本文开展水位和水流对水生植物的生长繁殖及光合作用影响研究,主要分为野外调查和可控试验,主要研究结果如下:
1.武汉北湖水系水生植物及群落分布情况调研。武汉大东湖北湖水系包括北湖、严西湖、严东湖、竹子湖、清潭湖。2009年秋季调查了武汉北湖水系湖区水生植物群落分布,结果表明:水生植物分布面积达3.89km2,占整个水域面积的14.8%,总现存量(湿重)为17834t;水生植物49种,隶属于20科36属,苦草(Vallisneriaspiralis)、穗花狐尾藻(Myriophyllumspicatum)、莲(Nelumbonucifera)等为优势种,其中苦草为绝对优势种。四种生活型水生植物中,沉水植物分布面积和现存量占水生植物总量的74.3%和67.3%,其次是挺水植物,为22.9%和28.4%,浮叶植物为2.79%和4.31%,漂浮植物的面积和现存量都分别为0.02%和0.01%。在整个北湖水系湖泊中,水生植物集中分布在严东湖、严西湖,其他湖泊只有少量零星分布。严东湖水生植物比较丰富,但种类单一,植物群落结构层次较为简单;严西湖植物群落结构层次较为复杂,物种组成比较丰富,但分布仅局限于沿岸带。与东湖相比,北湖水系水生植物分布范围相对较广,但由于围垦、渔业、水质恶化等的影响,水生植物分布呈下降趋势,群落结构与功能退化。针对上述情况,大东湖生态水网工程应尽力保护与恢复北湖水系的水生植物资源。
2.水位对黑藻生长繁殖及其碳水化合物含量的影响研究。在我国,黑藻通常作为水生植物恢复的先锋植物。在可控条件下,研究了不同水位(30,60,90,120,150cm)对黑藻的生长繁殖和碳水化合物含量的影响。10周的试验表明黑藻在其生活史过程中主要通过形态和生理来适应不同水位条件,显示出不同的营养生长、繁殖对策和碳水化合物含量。120cm水深以内,黑藻的相对生长速率(RGR)随着水位的升高而升高,在150cm水深显著下降,在90cm和120cm处分别为68.6±2.2mg.g-1.d-1DW和74.1±2.5mg.g-1.d-1DW。黑藻分株数、枝条数,尤其是繁殖体数量及生物量,在90cm下均高出其他水位处理组(P<0.05),这些指标对物种建立和维持具有重要作用。碳水化合物能增加植物恢复以及度过休眠下的能力。从3种非结构性碳水化合物(淀粉,还原糖以及可溶性糖)来看,黑藻在90cm处理组下储存的可溶性糖含量以及淀粉含量显著高于其他处理组(P<0.05)。由此,90cm可能是适宜黑藻生长的最佳水位条件。
3.水位波动对菖蒲的生长影响及对其机理的初步探讨。本实验研究不同周期性水位波动幅度(WLFs)对挺水植物菖蒲生长的影响。实验在可控水池中进行。水位波动幅度为0cm,60-0cm,60±30cm和60±60cm,每个周期为两周。在所有处理中的水位波动初始水深为60cm。菖蒲在0,0,30,60cm水深,或0,60,90,120cm水深下生长。实验对菖蒲生物量、形态反应(叶宽、叶数、叶长)、叶绿素含量、丙二醛和脯氨酸含量进行了详细统计。菖蒲对水位波动幅度的形态响应实验表明水位波动是影响该物种生长的一个限制因素。菖蒲的生物量在0cm,60±0cm,60±30cm和60±60cm处理组下显著不同(P<0.05)。生物量在60±0cm处理组负增长。然而,在60-60cm处理组下其生物量是60±0cm下的逾五倍。这一结果表明菖蒲能够适应适度的水位波动。相对生长率和生物量的变化趋势一致。叶片数、叶长、叶宽、叶厚是光合作用过程中表明固定二氧化碳的能力的指标。根状茎生物量、长度和直径在各处理间差异显著。水位波动幅度和叶绿素含量、菖蒲叶片脯氨酸和丙二醛含量之间没有显著的关系。但是,实验结果表明水位波动显著增加菖蒲叶片脯氨酸和丙二醛含量。综上所述,菖蒲形态和生物量与水位波动之间的关系表明水位波动是菖蒲生长的重要限制因子,本实验结果表明相比于静态淹水条件,菖蒲能够很好地适应循环水位波动。
4.水流条件下不同水位对苦草的生长繁殖以及光合作用的影响研究。通过测定苦草在受控水池中的平均叶长、分株数、分支数、叶绿素含量、叶绿素荧光参数,探讨了苦草在流水条件下不同水位(45cm、75cm、105cm、135cm)的生长形态和光合作用的状况。该实验持续时间为六月、七月、八月、九月、十月共5个月,流速为0.03~0.8ms-1。结果表明在六月,45cm水位处理组下植物叶长显著高于其他水位(P<0.05),随后,苦草植株均长与水位呈正相关。在静水池中苦草生物量随着水深显著增加,而地下/地上生物量之比在静水和流水中随着水深的增加均减小(P<0.05)。在十月份,流水条件下各水位(45cm、75cm、105cm、135cm)苦草叶绿素a,叶绿素a+b含量显著高于静水条件下相应水位的叶绿素含量(P<0.05)。在十月份,流水条件下(75cm,105cm)叶绿素a/b值显著高于静水相应水位(P<0.05)。九月份流水和静水各水位Fv/Fm无显著差异。随着植物的衰败,10月份静水池和流水池各水位电子传递能力均显著下降。综上所述,水体的流动对苦草叶绿素的合成有一定的影响,从而进一步降低了植物的光合作用水平,并且加速了流水处理组下苦草叶片衰老的速度。