CN104891660A - 一种利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法 - Google Patents

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李宽意
杨宏伟
闵屾
朱小龙
谷娇
靳辉
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Abstract

本发明提供了一种利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法，本发明包括以下技术要点：以河蚬密度为实验的影响因子，设四组处理，分别为对照组、低密度组、中密度组和高密度组，该密度设定参考太湖河蚬的自然丰度，所述模拟方法包括沉积物准备、湖水准备、苦草准备、加入河蚬实验及采样等技术设计，模拟恢复富营养水体中的沉水植物。本发明可以促进富营养水体中沉水植物的生长，对富营养水体的生态恢复有重要意义。本发明的优点是：通过本发明实现了对滤食生物恢复沉水植物的精确模拟，提供了一种技术可靠、简单易行、成本低以及能有效恢复富营养水体中沉水植物的方法，用于富营养化水体（如湖泊、池塘）的生态修复。

Description

一种利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法
技术领域
本发明涉及环保新技术领域，具体涉及一种滤食生物恢复沉水植物的模拟方法。
背景技术
由营养盐（主要是氮、磷）的过度输入而引起的水体富营养化是世界上最广泛关注的水环境问题之一。我国的滇池、太湖和巢湖等很多重要的大型湖泊也都面临着富营养化产生的环境问题。营养盐输入的增加，导致浮游藻类的异常增加，沉水植物减少，生物多样性降低，生态系统的结构与功能严重退化，也大大降低了水体生态系统的服务价值。因此，富营养水体修复的关键是如何将营养盐由浮游（主要集中在浮游藻类）转换底层（沉水植物），从而达到改善水质的目的。
浅水湖泊的多稳态理论表明，在富营养化湖泊也可能存在以大型水生植物为主的清水系统，其特征是沉水植被覆盖度高、水体清澈、透明度极高、生物多样性高、水质良好，具有供水及景观旅游等良好的服务价值，为社会大众所广泛接受。大型水生植物（特别是沉水植物）则是富营养化湖泊保持清水系统的关键，其主要作用机制包括：（1）消耗可溶性营养物质，以竞争的方式减少藻类可利用营养，从而降低藻类生物量；（2）增加颗粒物沉降，抑制沉积物再悬浮；（3）为浮游动物提供生长繁殖的场所，并为其躲避鱼类捕食创造条件，而浮游动物又可以通过牧食浮游藻类等提高水体透明度。
为了修复富营养化湖泊水体，根据浅水湖泊的多稳态理论，重建水生植被、优化湖泊生态系统结构、改善水生生态系统功能是修复湖泊富营养水体的有效措施之一。在广东惠州西湖，由于采取了恢复沉水植物等生态修复措施，昔日混浊的水体现在已经清澈见底、水草茂盛，从以浮游藻类为主的浊水系统成功转变为以沉水植被为主的清水系统，且系统稳定长达三年之久。同样，在太湖、巢湖、滇池等富营养化湖泊也进行了这方面的尝试，一些大型湖泊的局部水域已初步建立了以水生植物为主的清水系统，但系统常常不稳定，重建的沉水植物往往容易死亡。
富营养化水体中沉水植被逐渐消亡的原因主要与水体浮游藻类有关。研究表明，浮游藻类通过光照与二氧化碳的竞争来抑制沉水植物生长。因此，在富营养化湖泊的生态修复工作中，如何降低浮游藻类生物量，是成功修复水生植被的关键。本发明专利就是通过生物操纵技术（加入牧食性动物）有效维护与管理重建的沉水植物，从而达到修复湖泊生态系统的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法，该模拟方法通过精确的模拟实验，获得了在富营养化水体（如湖泊、池塘）中加以使用滤食生物恢复水生植物的方法。
本发明利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法，具体技术方案为：
一种利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法，包括沉积物准备、湖水准备、苦草准备、加入河蚬实验及采样。
进一步的，所述方法具体为：
（1）沉积物准备：沉积物取自太湖，过筛并充分混匀，各深蓝色聚乙烯塑料桶分装10cm厚，所述聚乙烯桶的桶高为70 cm，上、下底直径分别为48 cm和 40 cm；进一步的，所述沉积物用60目不锈钢网筛过筛；
（2）湖水准备：湖水取自太湖，湖水过滤并混匀，各实验桶先加入一半湖水后澄清5天，种植苦草后再加满，进一步的，所述湖水用500目尼龙筛网过筛；
（3）苦草准备：选用平均每株重2.25-2.5g的苦草植株；培育一周后种入实验桶，每桶种植10棵苦草，所述的苦草株高在15-17 cm，所述苦草的叶片数在5-7片，所述的苦草的根须粗细0.1-0.2 mm，所述苦草的根须数量为80-90根；
（4）苦草5天后采水样背景值4-6个，加入河蚬实验正式开始；进一步的，所述的河蚬壳长为20-25 mm，壳高为10-20 mm。
（5）采样：采样5天一次，采集4-5次水样，分析水体叶绿素a，其方法依据《湖泊生态调查观测与分析》，实验结束后，测定苦草湿重和块茎数等生长繁殖指标，计算苦草相对生长率，其计算公式如下：RGR=ln（W f  / W i ）/D，式中W i 和W f 分别为植物实验前、后的湿重，D为天数；应用办公软件Microsoft Excel对数据进行计算处理，统计软件SPSS中ANOVA方法对数据差异进行分析。
进一步的，所述加入河蚬的具体方法为，河蚬密度作分为4个处理组，即对照组，低密度组(10只/桶)，中密度组(20只/桶)和高密度组(40只/桶)，每个处理4个重复。
进一步的，所述的河蚬和苦草均来自太湖梅梁湾。
本发明根据生态学原理采用了生态学方法，实现了精准的对滤食生物生态恢复沉水植物的模拟，获得了通过河蚬对水体悬浮物的滤食、改善水体光照条件、促进沉水植物生长与种群扩张，从而达到修复富营养化水体的目的，该方法具有安全、成本低等特点。
附图说明
图1 叶绿素a的浓度 (平均值±标准误)。
图2 不同处理中苦草的相对生长率 (平均值±标准误)。
图3 不同处理中苦草的块茎数 (平均值±标准误)。
具体实施方式
室外受控模拟实验在中科院太湖站进行，于2014年6月24日开始，7月24日结束，模拟实验历时30d。本模拟方法设计单影响因子（河蚬密度）4个处理组，即对照组，低密度组(10只/桶)，中密度组(20只/桶)和高密度组(40只/桶)，每个处理4个重复。河蚬密度的设定参考太湖河蚬的平均密度（蔡炜在2006年12月-2007年11月对太湖河蚬的调查时发现平均密度为100g/m2-522.9g/m2）。选用体态、株高一致的苦草（15-17 cm）幼苗培养一周后种入实验桶，每桶按同一方向各种植10株（每桶10株总重22.5-25g）。河蚬和苦草均来自太湖。
实施例1河蚬对苦草生长影响的模拟方法
本发明的模拟方法，包括如下过程：
（1）沉积物准备：沉积物来自太湖过60目不锈钢网筛并充分混匀，各深蓝色的高强度的聚乙烯塑料桶（桶高70 cm，上、下底直径分别为48 cm和 40 cm）分装10cm；
（2）湖水准备：湖水用500目尼龙筛网过滤并混匀，各桶先加入一半湖水后澄清5天，种植苦草后再加满；
（3）苦草准备：选用平均每株重2.25-2.5g苦草植株；种植一周后种入桶中，每桶种植10棵苦草。各桶的苦草株高15-17 cm，叶片数5-7片，根须粗细0.1-0.2 mm与数量80-90根；
（4）苦草种植5天后采水样背景值（4-6）个，测定TN、TP与TDN、TDP、磷酸盐与氨氮、YSI指标、TSS以及其有机质含量等实验前初始水体值，以备前后对比分析用；随即加入河蚬实验正式开始。
（5）采样：采样5天一次，采集4-5次水样，分析水体叶绿素a，其方法依据《湖泊生态调查观测与分析》，模拟结束后，测定苦草湿重和块茎数等生长繁殖指标，计算苦草相对生长率，其计算公式如下：RGR=ln（W f  / W i ）/D，式中W i 和W f 分别为植物实验前、后的湿重，D为天数。应用办公软件Microsoft Excel对数据进行计算处理，统计软件SPSS中ANOVA方法对数据差异进行分析。
结果表明：水体chl-a值对照与处理之间差异显著（P<0.01）；处理之间差异不显著（P>0.05）。实验结束时处理组，低密度组，中密度组和高密度组的叶绿素a浓度分别为55.57μg/l，5.42μg/l，4.46μg/l和3.66μg/l较之于初始值分别降低了-60.05%，84.39%，87.16%和89.44%。可以看出随着河蚬密度增加水体chl-a去除率相应提高。
结果表明：河蚬显著影响苦草生长（P<0.01）。随着河蚬密度增加苦草的相对生长率是增加的。但是中密度组较之于低密度组差异不显著（P>0.05）。高密度组较之于低密度组差异显著（P<0.01）。
结果表明：河蚬显著影响苦草繁殖（P<0.01），低密度组，中密度组和高密度组相对于处理组块茎数分别增加了52.94%，88.24%和141.18%。随着密度增加块茎数是增加的，这种处理之间的差异显著的（P<0.01）。
上述模拟实验河蚬的密度是模拟容器中的密度，根据容器面积折算为单位面积的河蚬密度，则各处理组为0、60只/m2（即150 g/m2）、120只/m2（即300 g/m2）和240只/m2（即600 g/m2）。根据本实验及预实验的结果，认为河蚬的放养密度为401-600 g/m2。
二、湖泊富营养水体修复中的应用
无锡五里湖的生态修复示范工程，示范工程面积10000平方米，2014年5月开始施工，7月份投放河蚬5000公斤（500g/m2），9月份工程完成后，水体透明度从原来的30厘米改善到90厘米以上，沉水植物盖度由原来的20%达到80%，水体清澈，水质良好。

Claims (5)

1.一种利用滤食生物恢复沉水植物的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法包括沉积物准备、湖水准备、苦草准备、加入河蚬及采样。
2.根据权利要求1所述的模拟方法，其特征在于，所述模拟方法具体为:
（1）沉积物准备：沉积物取自太湖，过筛并充分混匀，所述的沉积物分装于深蓝色聚乙烯塑料桶中，厚10cm，所述聚乙烯塑料桶的桶高为70 cm，上、下底直径分别为48 cm和 40 cm；
（2）湖水准备：湖水过滤并混匀，所述的各桶先加入一半湖水后澄清5天，种植苦草后再加满；
（3）苦草准备：选用平均每株重2.25-2.5g的苦草植株；所述的苦草培育一周后种入桶，每桶种植10棵，所述的苦草株高在15-17 cm，所述苦草的叶片数在5-7片，所述的苦草的根须粗细0.1-0.2 mm，所述苦草的根须数量为80-90根；
（4）苦草种植5天后采水样背景值4-6个，加入河蚬模拟实验正式开始；
（5）采样：采样5天一次，采集4-5次水样；
分析水体叶绿素a，其方法依据《湖泊生态调查观测与分析》，实验结束后，测定苦草湿重和块茎数等生长繁殖指标，计算苦草相对生长率，其计算公式如下：RGR=ln（W f  / W i ）/D，式中W i 和W f 分别为植物实验前、后的湿重，D为天数；应用办公软件Microsoft Excel对数据进行计算处理，统计软件SPSS中ANOVA方法对数据差异进行分析。
3.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于：所述步骤（1）中沉积物经过60目的筛绢网过筛；所述步骤（2）中太湖湖水经500目尼龙筛网过滤。
4.根据权利要求2所述的模拟方法，其特征在于：所述加入河蚬的具体方法为：河蚬密度分为4个处理组，即对照组，低密度组(10只/桶)，中密度组(20只/桶)和高密度组(40只/桶)，每个处理4个重复。
5.根据权利要求1-4所述的模拟方法，其特征在于：所述的河蚬壳长为20-25 mm，壳高为10-20 mm；所述的河蚬和苦草均来自太湖。
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