不同浓度藻类水华对两种沉水植物的影响

中国环境科学2016,36(9)：2765~2773ChinaEnvironmentalScience不同浓度藻类水华对两种沉水植物的影响代亮亮1,2,郭亮亮1,2,吴中奎1,周维成1,2,李根保1*(1.中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室,湖北武汉430072；2.中国科学院大学,北京100049)摘要：为了研究藻类水华对沉水植被恢复的影响,通过模拟不同浓度的藻类水华,开展了篦齿眼子菜(Potamogetonpectinatus)和伊乐藻(Elodeanuttallii)在不同浓度藻类水华下(0,6.25×108,2.5×109,1010cell/L)的生长和生理试验.结果表明,低浓度(6.25×108cell/L)处理组中伊乐藻的干重显著低于对照组,而藻浓度达到1010cell/L时,篦齿眼子菜的干重才显著低于对照组.与其它处理组相比,在藻浓度为1010cell/L的情况下,篦齿眼子菜的株高最矮,而伊乐藻的株高最高.叶绿素荧光特性表明藻浓度为1010cell/L的情况下,篦齿眼子菜的光合活性从0.77降低至0.50,而伊乐藻的光合活性无显著性变化,在0.72~0.79之间波动.沉水植物的抗氧化酶活性在藻类水华胁迫环境下先增加后降低.这表明,藻类水华对水生植物的生长影响有差异性;水体中过高的藻浓度会影响植物的抗性生理.沉水植物能忍耐短期低浓度的藻类水华胁迫,但是长期高浓度的藻类水华会严重影响沉水植物的生长,进而影响水生植被的恢复.关键词：藻类水华；沉水植物；生长中图分类号：X172文献标识码：A文章编号：1000-6923(2016)09-2765-09Theeffectsofdifferentconcentrationsofalgalbloomsonthetwosubmergedmacrophytes.DAILiang-liang1,2,GUOLiang-liang1,2,WUZhong-kui1,ZHOUWei-cheng1,2,LIGen-bao1*(1.StateKeyLaboratoryofFreshwaterEcologyandBiotechnology,InstituteofHydrobiology,ChineseAcademyofSciences,Wuhan430072,China；2.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China).ChinaEnvironmentalScience,2016,36(9)：2765~2773Abstract：Inordertoexaminetheeffectsoftheamountofalgalbloomsontherestorationofsubmergedvegetations,wecarriedoutthesimulatedexperimentstostudythegrowthandphysiologicalresponsesofPotamogetonpectinatusandElodeanuttalliitodifferentconcentrations(0,6.25×108,2.5×109,1010cell/L)ofalgalblooms.TheresultsshowedthatthedryweightofE.nuttalliiatthelowconcentration(6.25×108cell/L)ofalgalbloomswaslessthanthatofthecontrolgroup,whereasthedryweightofP.pectinatuswasnotlessthanthatofcontrolgroupuntiltheconcentrationofalgalbloomsreaches1010cell/L.Comparedwithothertreatments,theheightofP.pectinatuswastheshortest,whiletheheightofE.nuttalliiwasthehighestatthehighconcentration(1010cell/L)ofalgalblooms.ItwasshowedthatthephotosyntheticactivityofP.pectinatusdecreasedfrom0.77to0.50atthehighconcentration(1010cell/L)ofalgalblooms.However,thechangeofphotosyntheticactivityofE.nuttalliiwasnotsignificant,rangingfrom0.72to0.79.Theantioxidantenzymesactivityofsubmergedmacrophytesdecreasedwithincreasingamountofalgalblooms.Thesestudiessuggestthattheeffectofalgalbloomsonthegrowthofaquaticplantsisdose-dependent.Althoughsubmergedplantscantolerateshort-termstressoflowconcentrationsofalgalblooms,thehighconcentrationsofalgalbloomsaffecttheresistancephysiologyofsubmergedmacrophytes.Thehighconcentrationsofalgalbloomsgreatlyaffectthegrowthofsubmergedplantsoveralongtime,therebyaffectingtherestorationofsubmergedvegetations.Keywords：algalblooms；submergedmacrophytes；growth沉水植物是指整个植物体全部浸没于水层下面的大型水生植物[1].作为水体生态系统中主要的初级生产者,沉水植物能够为浮游动物提供避难所,为鱼类繁殖提供生境[2],改善水下光照和溶解氧条件,为形成复杂的食物链提供了食物、场所和其他必要条件,是水体生物多样性耐以维持的基础[3-4].然而随着富营养化进程的加快,沉水植物衰退和消失的现象在世界范围内普遍出收稿日期：2016-01-08基金项目：水专项(2013ZX0712-005);国家自然基金(31370472);FEBL项目(2016FBZ07)*责任作者,副研究员,[e-mail]2766中国环境科学36卷现[5],例如中国的云南滇池[6]、武汉东湖[7],日本的霞浦湖[8],美国切萨皮克湾上部和中部[9],丹麦的阿勒湖[10],德国东北部湖泊等[11].沉水植物的逐步消亡打破了原有的生态平衡,加快了水体从大型水生植物占优的草型清水态向浮游植物占优的藻型浊水态转变的过程[12].云南滇池是超富营养化水体,最突出的问题是蓝藻水华的污染,在2009年1~12月期间,滇池全湖浮游植物的密度平均值为1.77×108cell/L,变幅在0.83×108~3.95×108cell/L之间[6].蓝藻水华的暴发,会降低水体透明度和水下光强,严重影响水中其它动植物的生长,而藻类大量死亡后,在其腐败、分解过程中,也会消耗水体中大量的溶解氧,释放有害物质,使水体恶臭,从而影响沉水植物的生长[13].在“十一五”期间,我们课题组在草海建成了以轮叶黑藻为优势种群的水生植被生长区,沉水植被盖度达80%以上,在沉水植被生长区,水清澈见底,水质改善效果明显,进而促进藻型浊水态向草型清水态的转换[6].然而,自2014年以来,在生长季节,相关管理部门将滇池北部高浓度的富藻水下泄到草海,使局部浮游植物密度达到4.11×109cell/L,甚至更高,这严重影响到水草的萌发和生长.目前,国内外在沉水植物衰退的影响因子方面进行了大量研究,但大多集中在光照强度[14]、营养盐[15]、水位[16]、重金属[17]等方面,而造成水体透明度下降的重要因素之一蓝藻水华对沉水植物生长影响的相关研究较少.鉴于此,本实验挑选滇池现存的优势种伊乐藻(Elodeanuttallii)和篦齿眼子菜(Potamogetonpectinatus)为研究对象,研究不同浓度的藻类水华对伊乐藻和篦齿眼子菜的生长影响,旨在为沉水植物的恢复提供理论依据.1材料与方法1.1实验材料实验用水生生物材料采自“中国科学院水生生物研究所“十二五”水专项草海生态修复工程示范区”,时间为2014年10月份,采生长状况良好且一致的伊乐藻和篦齿眼子菜,用清水洗去植物表面的杂质、附着物等,伊乐藻取顶端10cm扦插种植,篦齿眼子菜留根种植,两者均种植在容积为120L的塑料桶中进行驯化,保种.1.2实验处理2015年5月,取驯化后的伊乐藻顶端10cm,根系健壮10cm长的篦齿眼子菜,洗净,分别种在80L(上口直径50cm,下底直径40cm,高50cm)的塑料桶中,种植深度为5cm,伊乐藻的种植密度为每桶种6丛,每丛3株;篦齿眼子菜种植密度为每桶种6丛,每丛3株,实验所用底泥来自草海,培养水为经25号浮游植物网(200目)过滤后的草海原位湖水.为保证伊乐藻和篦齿眼子菜幼苗成活,伊乐藻和篦齿眼子菜生长一个月后再进行实验处理.2015年6月3日,将不同浓度的藻加入到塑料桶中.实验设置4个藻浓度梯度,取经浮游植物网采集的藻加入到实验组中,使对应实验组的藻细胞浓度分别为0(对照)、6.25×108(低)、2.5×109(中)、1010(高)cell/L,每个浓度梯度设置3个重复.每隔3d添加一次藻样,以维持实验期间蓝藻的藻浓度梯度.藻类水华的主要优势种为铜绿微囊藻,占96%以上.实验监测指标为伊乐藻和篦齿眼子菜株高、干重、叶绿素荧光、抗氧化酶活力及水质理化指标.叶绿素荧光的监测采用Water-Pam(WALZ,德国).对植物抗氧化酶活力的检测,超氧化物歧化酶(SOD)的测定采用氮蓝四唑光化还原法,过氧化物酶(POD)的测定采用愈创木酚法,过氧化氢酶(CAT)的测定采用紫外吸收法[18].水质理化指标中,可溶性总磷(DTP)的测定参照钼酸铵分光光度法,可溶性总氮(DTN)的测定参照碱性过硫酸钾消解分光光度法[19].株高和叶绿素荧光的监测周期为每周一次,抗氧化酶活力和水质的监测周期为每两周一次,实验结束时,收集伊乐藻和篦齿眼子菜,将沉水植物表面的水吸干,然后作60℃、72h烘干处理,测量其干重.采样时间为每天中午13:00~14:00,整个实验的周期为2015年6月3日~2015年7月22日,实验期间水温变化范围为18.1~31.9℃,光强变化范围为0~79500Lx.1.3图形与数据处理9期代亮亮等：不同浓度藻类水华对两种沉水植物的影响2767数据、图形处理分别利用SPSS20(IBM,USA)和Origin8(OriginLab,USA)完成.2结果与讨论2.1不同浓度藻类水华对沉水植物株高的影响由图1可知,不同藻浓度对篦齿眼子菜和伊乐藻株高的影响是不同的.对于篦齿眼子菜,当藻浓度为0、6.25×108、2.5×109cell/L时,篦齿眼子菜的株高没有显著性差异(P0.05),当藻浓度增加到1010cell/L时,与其它处理组相比,篦齿眼子菜的株高显著降低(P0.05)(图1A),实验结束时其株高为(20.3±3.3)cm.而对于伊乐藻,当藻浓度为0、6.25×108、2.5×109cell/L时,伊乐藻的株高是没有显著性差异的(P0.05),但在高浓度藻类水华下(1010cell/L)时,伊乐藻的株高显著高于其它处理组(P0.05)(图1B),实验结束时其株高为(34.6±2.3)cm.071421283542495615202530354045株高(cm)时间(d)对照低中高A071421