CN115236277B - 一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于沉水植物修复技术领域，具体涉及一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法。本发明提供的方法：在多个自然水域中布设多条取样带，在每条取样带上布设取样点；定期测量取样点的水流速度，计算自然水域的水交换均匀度；采集取样点样方内的沉水植物，计算目标沉水植物的物种优势度变化；对自然水域的水交换均匀度和目标沉水植物的物种优势度进行线性回归，获得目标沉水植物的物种优势度变化与自然水域的水交换均匀度的线性回归方程，线性回归方程中斜率越大，目标沉水植物对高水交换均匀度适应能力越强。本发明提供的方法得出的结果更贴合野外真实情况，使用本发明提供的方法遴选沉水植物恢复物种，更具有参考和应用价值。

Description

一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法及 应用
技术领域
本发明属于沉水植物修复技术领域，具体涉及一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法。
背景技术
沉水植物作为湖泊生态系统的重要组成成分，对维持其生态功能具有重要作用。沉水植物不仅是初级生产者，为水生动物提供丰富的食物，还可以为它们提供栖息生境和繁殖场所，有利于保持生物多样性和维持整个水域生态系统的稳定。因此，在浅水湖泊中，沉水植物分布较密集的区域通常水质较好、水体营养物浓度较低。由于沉水植物完全淹没在水体中，因此对于水文干扰带来的环境变化也更加敏感。
水交换均匀度作为重要水文条件之一，表征着湖泊水体流速在时间上的波动强弱，通过改变水体理化参数而影响沉水植物的生存。研究表明，水流速过快能够直接对沉水植物造成物理损伤，阻碍沉水植物繁殖体定植，甚至将植物连根拔起；水流速过慢会导致水体中营养物质积累增多，加剧水体富营养化，同时能够减少水-气界面CO2、O2的气体交换，抑制沉水植物光合、呼吸作用。因此，水交换均匀度变化能够通过改变水流速的变化模式，不可避免地影响到沉水植物生长与生存。
全球气候变化导致了湖泊流域的降雨量、降雨频率也发生改变，同时，人为开发利用水资源也对湖泊等自然水域的水动力过程造成了强烈干扰，影响了自然水域中的水交换均匀度。由于物种适应性差异，沉水植物对水交换均匀度变化敏感性不同，因而在水交换均匀度低、干扰强的区域，耐受性物种的优势度往往增加、敏感物种比例降低甚至消失，从而引起物种分布和群落组成发生改变。研究水交换均匀度对沉水植物群落的影响，对于预测水文变化后果，以及遴选不同水交换均匀度区域沉水植被恢复时的适宜物种尤为重要。
因此，定量野外湖泊水交换均匀度强弱、遴选不同水交换均匀度区域适应性沉水植物物种，可为成功恢复退化水域的沉水植被提供重要参考。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法。本发明提供的方法相比于室内模拟实验，得出的结果更贴合野外真实情况，使用本发明提供的方法遴选沉水植物恢复物种，更具有参考和应用价值。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法，包括以下步骤：
(1)在多个自然水域中布设多条取样带，所述取样带平行于自然水域岸线，所述自然水域的个数≥2个，每个自然水域中所述取样带的条数≥2条，沿着远离所述自然水域岸线的方向，所述取样带的深度依次递增；所述取样带的最大深度≤所述自然水域中沉水植物分布的最大水深；在每条取样带上布设取样点，每条取样带中取样点的个数≥3个；
(2)在沉水植物的一个生长周期内，每间隔一定时间，测量每个取样点的水流速度，每次测量时，每个取样点水流速度的重复测量次数≥4次；最后一次测量结束时，计算每个取样点的水交换均匀度；2次采集每个取样点样方内的沉水植物，计算每个取样点的目标沉水植物的物种优势度及其变化，所述物种优势度为样方内目标沉水植物的生物量与样方内总沉水植物生物量的比值，物种优势度变化为第2次采样时样方内目标沉水植物优势度减去第1次采样时样方内目标沉水植物优势度；
(3)对每个取样点的水交换均匀度和每个取样点的目标沉水植物的物种优势度变化进行线性回归，获得所述目标沉水植物的物种优势度变化和所述自然水域的水交换均匀度的线性回归方程，在满足显著性检验P＜0.05的前提下，所述线性回归方程中斜率越大，所述目标沉水植物对高水交换均匀度适应能力越强。
优选的，相邻2条取样带的水平间隔距离≥50m。
优选的，所述取样带的最大深度与所述自然水域沉水植物分布的最大水深之差的绝对值≤2m。
优选的，相邻2个取样点间隔距离≥50m。
优选的，所述步骤(2)中，沉水植物生长周期为3月～11月之间。
优选的，所述步骤(2)中，在3月～11月之间，相邻两次水流速度的测量的时间间隔为10～40天。
优选的，所述步骤(2)中，第1次测量每个取样点的水流速度时，同时采集第1次每个取样点样方内的沉水植物；最后一次测量每个取样点的水流速度时，同时采集第2次每个取样点样方内的沉水植物。
优选的，所述步骤(2)中，第1次采集每个取样点样方内的沉水植物的时期为3～5月之间，第2次采集每个取样点样方内的沉水植物的时期为9～11月之间。
本发明提供上述技术方案所述的方法在选择沉水植物生态修复优势物种的应用。
本发明提供上述技术方案所述的方法在人工修复沉水植物群落中的应用。
本发明提供一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法，包括以下步骤：(1)在多个自然水域中布设多条取样带，所述取样带平行于自然水域岸线，所述自然水域的个数≥2个，每个自然水域中所述取样带的条数≥2条，沿着远离所述自然水域岸线的方向，所述取样带的深度依次递增；所述取样带的最大深度≤所述自然水域中沉水植物分布的最大水深；在每条取样带上布设取样点，每条取样带中取样点的个数≥3个；(2)在沉水植物的一个生长周期内，每间隔一定时间，测量每个取样点的水流速度，每次测量时，每个取样点水流速度的重复测量次数≥4次；最后一次测量结束时，计算每个取样点的水交换均匀度；2次采集每个取样点样方内的沉水植物，计算每个取样点的目标沉水植物的物种优势度及其变化，所述物种优势度为样方内目标沉水植物的生物量与样方内总沉水植物生物量的比值，物种优势度变化为第2次采样时样方内目标沉水植物优势度减去第1次采样时样方内目标沉水植物优势度；(3)对每个取样点的水交换均匀度和每个取样点的目标沉水植物的物种优势度变化进行线性回归，获得所述目标沉水植物的物种优势度变化和所述自然水域的水交换均匀度的线性回归方程，在满足显著性检验P＜0.05的前提下，所述线性回归方程中斜率越大，所述目标沉水植物对高水交换均匀度适应能力越强。
本发明提供的方法，通过在多个自然水域中合理布设取样带和取样点，然后通过取样点获取多个自然水域的不同水交换均匀度和目标沉水植物的物种优势度变化，最后经过线性回归获得所述自然水域的水交换均匀度和所述目标沉水植物的物种优势度变化的线性回归方程，由方程的斜率评价目标沉水植物对水交换均匀度适应能力。综上，本发明提供的野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法，通过在野外自然水域原位布设取样点，直接评价沉水植物对水交换均匀度的适应能力，相比于室内模拟实验，本发明提供的方法得出的结果更贴合野外真实情况，使用本发明提供的方法遴选沉水植物恢复物种，更具有参考和应用价值。
本发明提供了上述技术方案所述的方法在选择沉水植物生态修复优势物种时的应用。
本发明提供了上述技术方案所述的方法在人工修复沉水植物群落中的应用。
附图说明
图1为本发明实施例在洱海选取的三个湖湾及样点布设示意图；
图2为本发明实施例沉水植物的物种优势度变化与水交换均匀度的线性回归图。
具体实施方式
本发明提供一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法，包括以下步骤：
(1)在多个自然水域中布设多条取样带，所述取样带平行于自然水域岸线，所述自然水域的个数≥2个，每个自然水域中所述取样带的条数≥2条，沿着远离所述自然水域岸线的方向，所述取样带的深度依次递增；所述取样带的最大深度≤所述自然水域中沉水植物分布的最大水深；在每条取样带上布设取样点，每条取样带中取样点的个数≥3个；
(2)在沉水植物的一个生长周期内，每间隔一定时间，测量每个取样点的水流速度，每次测量时，每个取样点水流速度的重复测量次数≥4次；最后一次测量结束时，计算每个取样点的水交换均匀度；2次采集每个取样点样方内的沉水植物，计算每个取样点的目标沉水植物的物种优势度及其变化，所述物种优势度为样方内目标沉水植物的生物量与样方内总沉水植物生物量的比值，物种优势度变化为第2次采样时样方内目标沉水植物优势度减去第1次采样时样方内目标沉水植物优势度；
(3)对每个取样点的水交换均匀度和每个取样点的目标沉水植物的物种优势度变化进行线性回归，获得所述目标沉水植物的物种优势度变化和所述自然水域的水交换均匀度的线性回归方程，在满足显著性检验P＜0.05的前提下，所述线性回归方程中斜率越大，所述目标沉水植物对高水交换均匀度适应能力越强。
本发明在多个自然水域中布设多条取样带，所述取样带平行于自然水域岸线，所述自然水域的个数≥2个，每个自然水域中所述取样带的条数≥2条，沿着远离所述自然水域岸线的方向，所述取样带的深度依次递增；所述取样带的最大深度≤所述自然水域中沉水植物分布的最大水深；在每条取样带上布设取样点，每条取样带中取样点的个数≥3个。
在本发明中，所述自然水域为区别于实验室的模拟水域。
在本发明中，所述自然水域优选包括天然水域或人工水域。
在本发明中，所述自然水域的个数≥2个，优选为3个。
在本发明的具体实施中，所述自然水域优选为同一湖泊三个水交换均匀度存在明显差异的湖湾。
在本发明的具体实施例中，所述自然水域的选择优选依据自然水域所处位置，综合考虑地形、风力大小、入域河流来水量大小、来水频率等因素对自然水域水动力的影响，尽可能选择水流流速变化幅度、变化频率存在明显差异的多个自然水域。
在本发明中，每个自然水域中所述取样带的条数≥2条，优选为2条或3条。
在本发明中，相邻2条取样带的水平间隔距离优选≥50m，更优选为50m。
在本发明中，当所述自然水域无法满足相邻2条取样带的水平间隔距离优选≥50m的条件时，所述自然水域不适宜选作调查水域。
在本发明中，沿着远离所述自然水域岸线的方向，所述取样带的深度依次递增；所述取样带的最大深度≤所述自然水域沉水植物分布的最大水深。
在本发明中，所述取样带的最大深度与所述自然水域沉水植物分布的最大水深之差的绝对值优选≤2m，更优选为1m。
本发明在每条取样带上布设取样点，所述取样点的个数≥3个，优选为3～6个。
在本发明中，相邻2个取样点间隔距离优选≥50m，更优选为50m。
得到所述取样点后，在沉水植物的一个生长周期内，每间隔一定时间，测量每个取样点的水流速度，每次测量时，每个取样点水流速度的重复测量次数≥4次；最后一次测量结束时，计算每个取样点的水交换均匀度；2次采集每个取样点样方内的沉水植物，计算每个取样点的目标沉水植物的物种优势度及其变化，所述物种优势度为样方内目标沉水植物的生物量与样方内总沉水植物生物量的比值，物种优势度变化为第2次采样时样方内目标沉水植物优势度减去第1次采样时样方内目标沉水植物优势度。
在本发明中，所述水交换均匀度的计算公式优选如式1所示：
Figure BDA0003738638770000061
所述式1中，：Cnt是第t年n次测量的水交换均匀度；Qt(t＝1,2...,n)是某样点第t年n次测量的水流速平均值(cms-1)；Qti(t＝1,2...,n–1,n；i＝1,2...,n–1,n)是某样点第t年第i次测量的水流速平均值(cms-1)。
本发明优选在3月～11月之间进行调查，更优选为3月～9月，期间，多次测量每个取样点的水流速度，每个取样点的水流速度的重复测量次数优选≥4次，更优选≥6次，相邻两次测量的时间间隔优选为10～40天，更优选为20～35天，进一步优选为30天或31天(每个月)。
在本发明中，第1次测量每个取样点的水流速度时，同时采集第1次每个取样点样方内的沉水植物；最后一次测量每个取样点的水流速度时，同时采集第2次每个取样点样方内的沉水植物。
本发明优选在3月～11月之间，第1次采集每个取样点样方内的沉水植物的时期为3～5月之间，第2次采集每个取样点样方内的沉水植物的时期为9～11月之间。
本发明优选在3～5月之间，第1次采集每个取样点样方内的沉水植物，在9～11月之间第2次采集每个取样点样方内的沉水植物，能够有效保证第1次采样和第2次采样之间的时间间隔够长，尽可能保证植物优势度前后发生较为明显的变化；并且，第1次采样要在植物生长前期(即3～5月)，第2次采样要在植物生长后期(即9～11月)。
本发明更优选在3月～9月之间，每个月测量每个取样点的水流速度，3月进行每个取样点样方内沉水植物的第1次采集，9月进行每个取样点样方内沉水植物的第2次采集。
在本发明中，所述水流速度测量的具体方法优选为：使用多普勒声学流速剖面仪(M9；SonTek,USA)在各个取样点点位平行于自然水域岸线测量一条50m长度的剖面流速作为该取样点点位水流流速。
在本发明中，每1次测量时，每个取样点优选重复进行6次测量，以6次测量的平均值作为该点位水流流速值，以保证数据可靠性。
在本发明中，所述样方优选为正方形，所述样方的边长优选为5m。
在本发明中，所述沉水植物采集优选采用镰刀型水草采集器进行。
在本发明中，所述镰刀型水草采集器的宽×长优选为0.4m×0.5m。
在本发明中，所述沉水植物采集，每个取样点重复取样3次，以3次采样各物种生物量平均值作为该点位各物种生物量值。
在本发明中，所述沉水植物采集后，本发明优选将采集得到的沉水植物保存并及时带至实验室进行物种鉴定和生物量鲜重的称量。
在本发明中，所述沉水植物具体优选为微齿眼子菜(Potamogeton maackianus，黑藻(Hydrilla verticillata)，金鱼藻(Ceratophyllum demersum)，苦草(Vallisnerianatans)，穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)，光叶眼子菜(Potamogeton lucens)。
得到每个取样点的水交换均匀度和每个取样点的目标沉水植物的物种优势度变化后，本发明对每个取样点的水交换均匀度和每个取样点的目标沉水植物的物种优势度变化进行线性回归，获得所述目标沉水植物的物种优势度变化和所述自然水域的水交换均匀度的线性回归方程，在满足显著性检验P＜0.05的前提下，所述线性回归方程中斜率越大，所述目标沉水植物对高水交换均匀度适应能力越强。
在本发明中，所述线性回归图中一元线性回归方程的斜率(即k值)有正负和大小之分，从而可以辨别出不同沉水植物物种对水交换均匀度的适应性。
本发明提供了上述技术方案所述的方法在选择沉水植物生态修复优势物种的应用。
本发明提供了上述技术方案所述的方法在人工修复沉水植物群落中的应用。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
2020年9月底，于云南省大理白族自治州洱海进行湖湾选取和样点布设，根据风力扰动和入湖河流对湖湾水动力的干扰强度，选择洱海北部沙坪湾、海潮湾、东南部向阳湾作为野外调查区域(图1)：海潮湾受湖岸庇护作用较强，暴露于较弱东南风，且无入湖河流汇入，因此水动力条件最为稳定(水交换均匀度高)；沙坪湾湖岸较为开阔，暴露于较强东南风，且位于两大入湖河流入湖口的中间，因此水动力条件最易受到干扰，波动最大(水交换均匀度低)；向阳湾无入湖河流汇入，但暴露于较强东南风，因此水动力条件变化为中等(水交换均匀度中)。
根据洱海沉水植物分布水深范围(0～6m)，在每个湖湾平行于湖湾岸线设置深度分别为1m、3m、5m三条取样带，2条取样带水平间隔50m以上，每条样带设置3个间隔50m以上的取样点，共计27个样点。
2021年3～9月期间，每个月进行各点位流速调查，3、9月进行沉水植物群落调查，并按照公式1计算水交换均匀度。调查共发现10种沉水植物，选择出现频率较大(＞40％，其他四种＜10％)的六种作为常见物种计算物种优势度进行后续分析。
将水交换均匀度与沉水植物优势度变化进行线性回归，结果显示，六种常见沉水植物对水交换均匀度的响应不同(如图2所示)：
(1)微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum)优势度变化与水交换均匀度正相关(P＜0.05)，并且金鱼藻对高水交换均匀度的适应能力强于微齿眼子菜(斜率：0.5739＞0.4133)；
(2)光叶眼子菜(Potamogeton lucens)优势度变化与水交换均匀度无关(P＞0.05)；
(3)苦草(Vallisneria natans)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、黑藻(Hydrilla verticillata)优势度变化与水交换均匀度负相关(P＜0.05)，并且对低水交换均匀度的适应能力排序为苦草＞穗状狐尾藻＞黑藻(斜率：-1.2967＜-0.4395＜-0.3066)。
以上实验数据表明，本发明提供的方法识别了水交换均匀度与沉水植物物种优势度变化的相关性，并得出了不同沉水植物对水交换均匀度适应能力的差异。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (10)

1.一种野外评价沉水植物对水交换均匀度适应能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在多个自然水域中布设多条取样带，所述取样带平行于自然水域岸线，所述自然水域的个数≥2个，每个自然水域中所述取样带的条数≥2条，沿着远离所述自然水域岸线的方向，所述取样带的深度依次递增；所述取样带的最大深度≤所述自然水域中沉水植物分布的最大水深；在每条取样带上布设取样点，每条取样带中取样点的个数≥3个；
(2)在沉水植物的一个生长周期内，每间隔一定时间，测量每个取样点的水流速度，每次测量时，每个取样点水流速度的重复测量次数≥4次；最后一次测量结束时，计算每个取样点的水交换均匀度；2次采集每个取样点样方内的沉水植物，计算每个取样点的目标沉水植物的物种优势度及其变化，所述物种优势度为样方内目标沉水植物的生物量与样方内总沉水植物生物量的比值，物种优势度变化为第2次采样时样方内目标沉水植物优势度减去第1次采样时样方内目标沉水植物优势度；
(3)对每个取样点的水交换均匀度和每个取样点的目标沉水植物的物种优势度变化进行线性回归，获得所述目标沉水植物的物种优势度变化和所述自然水域的水交换均匀度的线性回归方程，在满足显著性检验P＜0.05的前提下，所述线性回归方程中斜率越大，所述目标沉水植物对高水交换均匀度适应能力越强。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻2条取样带的水平间隔距离≥50m。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取样带的最大深度与所述自然水域沉水植物分布的最大水深之差的绝对值≤2m。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻2个取样点间隔距离≥50m。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，沉水植物生长周期为3月～11月之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在3 月～11月之间，相邻两次水流速度的测量时间间隔为10～40天。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，第1次测量每个取样点的水流速度时，同时采集第1次每个取样点样方内的沉水植物；最后一次测量每个取样点的水流速度时，同时采集第2次每个取样点样方内的沉水植物。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，第1次采集每个取样点样方内的沉水植物的时期为3～5月之间，第2次采集每个取样点样方内的沉水植物的时期为9～11月之间。
9.权利要求1～8任一项所述的方法在选择沉水植物生态修复优势物种中的应用。
10.权利要求1～8任一项所述的方法在人工修复沉水植物群落中的应用。
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