不同生长期水生植物对湿地沉积物中营养物质含量的影响

沈阳农业大学学报，2017,48(1):70-77—1700.2017.01.01Q关秀婷，周林飞，成遣.不同生长期水生植物对湿地沉积物中营养物质含量的影响[J].沈阳农业大学学报，2017,48(1):70-77.不同生长期水生植物对湿地沉积物中营养物质含量的影响关秀婷,周林飞，成遣(沈阳农业大学水利学院，沈阳110161)摘要:为了研究水生植物在不同的生长期对湿地沉积物中有机质(0M)、氮(TN)、磷(TP)含量变化的影响，以石佛寺人工湿地为研究背景，连续3年(2013~2015年)采集4种水生植物(荷花、蒲草、芦苇、沉水与浮叶植物的混合）区域中同一点的表层底泥，并测出底泥中0M、TN、TP3种营养物质的含量，计算3年含量的平均值，对底泥中3种营养物质含量的变化进行整体分析与讨论。研究结果表明:在植物的芽叶期，受植物快速生长的影响，沉积物中3种营养物质含量均减少;花果期，受雨洪的影响，沉积物中有机质含量减少，氮和磷含量变化不稳定;果谢期，受植物腐解的影响，沉积物中3种营养物质的变化趋势是增加的，但整体含量最低;死腐期，沉积物中营养物质含量增加。温度对于沉积物中营养物质含量的变化影响，主要体现在对植物生发育的影响，对微生物活性的影响以及微生物的反作用。植株体的腐解过程是一个漫长的过程，不仅仅是在植物的死亡腐解期存在。荷花对于湿地沉积物中3种各营养物质的净化效果最佳，对有机质、氮、磷含量的净化率最髙可达77.3%、64.8%、47.5%，蒲草的净化效果较差，对沉积物中磷含量的净化率最低，是39.1%。总体说，水生植物对于沉积物中3种营养物质含量的净化效果较好。关键词:水生植物;湿地沉积物;营养物质;变化影响中图分类号:X524文献标识码：A文章编号=1000-1700(2017)01-0070-08EffectsofAquaticPlantsinDifferentGrowthStagesonNutrientContentsinWetlandSedimentsGUANXiu-ting,ZHOULin-fei,CHENGQian(CollegeofWaterConservancy,ShenyangAgricultureUniversity,Shenyang110161,China)Abstract：Inordertostudytheeffectsofaquaticplantsonthechangesoforganicmatter,nitrogenandphosphorusinwetlandsedimentsatdifferentgrowthstages,samplesofsedimentweretakenindesignatedareawhichbelongstothefourdifferentplantregions(includinglotusarea,reedarea,cattialplantareas,themixingareaofsubmergedandfloatingplants)ofShifosiartificialwetlandin2013-2015fordeterminingthecontentofOM,TNandTPinsediment.Theaverageofthethreeyears'dataforsomecomparativeanalysiswascalculated.Theresultsshowedthatthecontentsofthethreenutrientsinwetlandsedimentswereallreducedforthereasonofplantfastgrowthingerminationperiod.Inbloomingandfruitstage,thecontentoforganicmatterinwetlandsedimentswasreducedforthereasonofstormwater,andthechangesofNandPcontentswereunstable.Infruitmaturitystage,duetotheplantdecomposition,thevariationtendencyofthreenutrientcontentsinwetlandsedimentsincreasedbutthetotalcontentswerethelowest.Indecayingstage,thecontentsofnutrientcontentsinwetlandsedimentsincreased.Theinfluenceoftemperatureonthechangesofnutrientcontentsinsedimentsweremainlyreflectedtothegrowthofaquaticplants,microbialactivitiesinsedimentsandmicrobialreaction.Plantdecaywasalongprocess,notonlyexistedinthedecayingstage.Lotuswasthebestforthepurifyingeffectofthethreenutrientsubstancesinwetlandsedimentsandthehighestpurifyingratefortheorganicmatter,nitrogenandphosphoruswere77.3%,64.8%and47.5%.Cattialwasundesirable,thelowestpurifyingrateforphosphoruswas39.1%.Inconclusion,aquaticplantsplaysaveryimportantpartforthepurifyingeffectofthethreenutrientsubstancesinwetlandsediments.Keywords：aquaticplants;wetlandsediments;nutrients;influenceonchanges收稿日期=2016—09—13基金项目：辽宁省科学事业公益研究基金项目(2015003006);辽宁省教育厅研究项目（L20142508)作者简介：关秀婷（1992-)，女，硕士研究生，从事湿地生态环境研究，E-mail:[e-mail];*通讯作者：周林飞（1970-)，女，博士，副教授，从事生态护岸与生态河道研究，E—mall:[e-mail]第1期关秀婷等：不同生长期水生植物对湿地沉积物中营养物质含量的影响当前全世界有30%~40%的湿地出现了水体富营养化的现象[1]遥水体富营养化现象是指水体中进入过量的营养物质并超出水体的自净容量，使水体中的氮、磷等营养物含量过高，导致水体中各种动植繁殖异常的现象[2]袁水体中动植物的疯长会大量消耗水体中的溶解氧，使水体处于低氧状态并导致动植物体大量死亡破坏水环境M遥水体中营养物质的来源主要包括外源输入和内源输出。外源输入主要受人类生产生活影响，包括生活污水的排放、工业废水的排放、农用化肥的使用等'可通过限制人为活动来控制外源污染对湿地环境的破坏；内源输出主要是湿地底泥沉积物沉积、湿地植物的死亡腐解等因素造成的[6]。在能很好的控制外源污染的情况下，切断内源污染才能更好的保护水资源。研究表明湿地底泥沉积物中含有丰富的营养物质、动植物残体、重金属物质、难解物质等[7]，底泥在其上覆水体条件发生改变时，底泥中的各类物质会重新释放出去，反育上覆水体，造成一定程度的水污染'严重时可引发水体富营养化。底泥沉积物污染已经引起各国研究者的高度重视，并做了许多相关的实验研究。调查发现，水生植物具有吸附沉积物、抑制浮游类生物繁殖、净化水质、降低水体富营养化程度等重要功能，同时能为水体中的微生物及部分水生动物提供栖息地和食物，并维持生物多样性[9]。水生植物通过改变水体与沉积物界面间的营养物质浓度差、通过植物根际效应和自身生长发育对于营养物质的代谢等方式来改变水体与沉积物中的营养物质含量，起到净化水体的作用。利用水生植物进行生态环境修复是一种天然、高效并被人们所认可的方法，所以关于水生植物对于湿地沉积物中营养物质含量的影响研究是十分重要的。本研究以石佛寺人工湿地为研究背景，采集石佛寺人工湿地4种植物区域(荷花区域、芦苇区域、蒲草区域、沉水植物与浮叶植物的混合植物区域）固定点位的逐月表层底泥，测出沉积物中有机质含量、氮含量、磷含量。分析3种营养物质含量的变化规律，不同种类的水生植物对于沉积物中3种营养物质含量变化的影响，在不同的生长发育阶段如何影响沉积物中3种营养物质含量变化和植物的净化效果。并根据分析结果提出适合该湿地的保护措施，合理种植水生植物，防止湿地沉积物的二次污染，改善水质。1材料与方法1.1研究区概况石佛寺水库是辽河干流上的大型控制性水利工程，距辽宁省沈阳市47km处。为改善区域生态环境，在水库的基础上于2009年4月建石佛寺人工湿地，栽植易于成活的芦苇、蒲草和荷花，并进行生态蓄水，水面为16.13km2,经过近7年的生态建设与湿地的自我演变及修复，湿地的生态环境不断改善，水生植物种类及数量也在不断的增多，出现了许多动物在此栖息繁衍，逐渐形成一个完善的湿地生态系统，是东北地区典型的大型表面流人工湿地，总面积24.04km2。湿地周边设有植物缓冲带，能够顾有效阻隔周边水体进入湿地，湿地中的水体主要受到降雨和水库上游进水的影响。石佛寺人工湿地是辽河自然保护区的重要湿地，并且地理位置靠近沈阳市区，其生态系统服务功能发挥的好坏对沈阳市及周边环境具有重要意义。1.2方法1.2.1确定采样点通过实地调查，石佛寺人工湿地的水生植物类型包括4大类:挺水植物、根生浮叶植物、自由飘浮植物和沉水植物。2016年野外调查结果表明，湿地内荷花面积133.3hm2,芦苇173.3hm2,蒲草293.3hm2,此3种挺水植物是湿地内的优势植物;沉水植物主要有菹草、金鱼藻、黑藻等，根生浮叶植物主要有丘角菱、眼子菜、荇菜等，自由飘浮植物主要有槐叶萍、浮萍等，这3种类型的水生植物往往生活在同一区域，形成植物群落。因此，研究对象选择荷花、芦苇和蒲草，以及沉水植物、浮叶植物和自由飘浮植物所形成的混合植物。根据遥感图像锁定几个植物群落后，结合实地植物群落的考察，经过对植物群落长势、植物量等因素对比分析后，确定4个区域的具体位置，并在各植物区域中确定采样点，做好标记，4个区域分别为:芦苇区域(点2)、蒲草区域(点3)、荷花区域(点1)、混合植物区域(点4)(图1)。1.2.2数据采集及处理沉积物的采集时间为2013~2014年，每年3~12月，每月月初在4个指定点位上进行表层沉积物的采集，利用活塞式柱状沉积物采样器取土。从接触沉积物算起0~8cm的深度，挖出200g的沉积物装进已贴好标签的塑料袋中密封好，带回实验室中。取回的沉积物在经过自然风干，研磨、过筛等处理后装入贴好标签的密封袋中，利用化学方法测出其所含TN、TP、OM的含量。采用Microsoftexcel2013软件对数据进行处理和分析，用origin9.1绘图。沈阳农业大学学报第48卷-72-图1石佛寺人工湿地研究区域示意图Figure1Shifosischematicwetlandstudyarea2结果与分析结合北方的温度与水生植物的生长情况，将水生植物的生长周期划分为4个时期:萌芽展叶期(3~4月）简称芽叶期，开花育果期(6~8月）简称花果期，果熟凋谢期(9~10月）简称果谢期，死亡腐解期渊11~12月）简称死腐期。对3年的数据取平均值，用平均水平来分析沉积物中3种营养物质含量的变化。