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作为中国北方草型富营养化湖泊的代表,白洋淀是华北平原最重要的淡水生态系统之一。它起着调节区域气候,保护生物多样性,防洪减灾,提供流域内工农业用水等重要的作用。但是,近40年以来,特别是20世纪80年代以来,由于长期肆意排放的污染物和难以控制的面源污染进入湖泊,造成白洋淀湖泊营养过度,水生植被大量繁殖和蔓延,生物填平作用明显,湖泊深度和面积不断减小。白洋淀已进入湖泊演替的衰退期,沼泽化现象十分严重。沼泽化极大的加速了白洋淀的萎缩消亡过程,直接影响到白洋淀生态服务功能发挥,甚至影响到区域生态环境质量。本文从植物分解速率的角度,研究了以白洋淀为代表的草型富营养化湖泊内水生植被分解速率的规律,并据此探讨了其优势水生植被的生物累计和营养物释放情况,不仅从理论上丰富了水生植被分解速率的基础研究,同时也对维持白洋淀湖泊生态系统健康发展,防止由过量水生植被残体淤积导致的湖泊急速沼泽化过程,预防白洋淀的过早死亡有着重要的实践意义。
本文首先通过野外实地调查对白洋淀地区水生植被的主要物种组成,群落类型及分布格局进行了初步研究。选择白洋淀主要挺水植物芦苇(Phragmites australis)、香蒲(Typha angustifolia)、莲(Nelumbo nucifer),主要沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、轮藻(Myriophvllum spicatum)和篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)作为研究对象。然后利用改进后的分解袋实验方法和线性和指数模型两种数据处理方法,分别对白洋淀地区这几种主要的挺水植物和沉水植物的根,茎,叶的分解速率进行了研究。分解速率实验主要集中在夏季和秋季,野外布设时间共140天,共设样品252个,取样5批,每次取样52个,包括14个种类和每种种类的三个平行样。第一次取样时间为样品放置之后第六天,第二次取样与第一次取样相隔20天,之后每隔40天左右取一次样,取样后24小时内带回实验室处理分析。拿回实验室的样品先用蒸馏水清洗,为防止植物样品中营养元素的流失,利用冷冻干燥仪对清洗之后的样品进行干燥至恒温,然后用电子天平测量各样品干重剩余量,通过模型模拟计算其分解速率。植物中的C,N含量利用元素分析方法进行测量,P含量利用ICP分析方法进行测量,湖水的温度,pH,和溶解氧利用HACH便携式水分质量分析仪在野外进行现场测定。本文主要得到以下结果和结论:
一、植物本身的C/N比含量与植物分解速率之间呈现普遍的负相关关系,即C/N比越高,分解速率越低,反之,分解速率越高。分解速率最快的是莲(Nelumbo nucifer)的叶子,最慢的是香蒲(Typha angustifolia)的茎,六种植物及其不同部位分解速率为0.0028-0.011day-1。所有六种植物的干重在前六天均呈现急剧的下降,这主要是由于分解过程中的物理淋溶作用。在这个过程中,可溶有机化合物如糖、有机酸、蛋白质、醛酸等和矿物质如K、Ca、Mg、Mn等快速流失,导致干物质迅速流失,该过程通常能够维持几天或上周。之后,水中和湖底淤泥中的微生物对剩余物质进行缓慢分解。植物的物理淋溶过程中的干重损失占据了分解期间全部损失的13.33%至64.27%。通过140天的分解,植物的干重流失率在40.76%-76.89%之间,各植物根和茎的分解速率明显低于其叶片的分解速率,因此不能忽视对根和茎的收割,以防止由植物根和茎残体所造成的大量生物累积,加速沼泽化进程。
二、本研究中的分解速率普遍高于其他研究中同种植物的分解速率。但是,因为白洋淀是典型的草型湖泊,其水生植被的生物量巨大,对其水生植被进行收割和管理仍然不能忽视。六种植物总体的分解速率快慢为:金鱼藻<轮藻<香蒲<眼子菜<芦苇<莲。金鱼藻作为分解速率最慢同时又是群落生物量最大的植被之一,应把其列为沼泽化的重点监控植被,要加强对其的收割和管理。
三、六种植物及其不同部位在分解过程中,残体中的N,P含量逐渐减少。由植物残体转移至水体中的营养物比重较大。经过140天的分解,总共有18.1%至88.79%的N含量由植物残体转移至湖水中,24.26%至92.83%的P含量由植物残体转移至湖水中。绝大多数植物残体在分解过程中的N,P转移量都超过了50%。分解初期由于物理淋溶作用导致的营养物质转移占据了全部转移中相当大的比重。由此可知,由植物残体引起的湖泊水体营养物含量上升的现象在白洋淀地区比较严重,这应引起有关部门重视,从而防止由过量水生植被沉积而导致的湖泊水体富营养化现象及湖泊沼泽化现象的加剧。