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人类社会的不断发展,加剧了水生生态系统退化和水资源紧缺的情势,已经成为威胁人类生存发展的世界性环境问题。由此造成河流滨岸带破坏,水体透明度下降,水生生物多样性减少等一系列影响。必须要采取有效措施,防治河流进一步恶化、保护水资源。沉水植物是水体修复过程中的先锋物种,因此研究不同沉水植物物种在水环境中不同的适应性,对于水生生态系统内生物群落重建有重要的意义。
本文选取我国退化最严重的海河流域典型湖泊及河流为研究对象,以北京市各河流水系及白洋淀全淀范围为研究重点,以群落生态学、数量生态学、水生生物学、水化学等理论和方法为基础,分析不同沉水植物物种对水环境的适应性以及对主要影响因子的适应区间及耐受程度,同时比较底栖动物、浮游动物等不同生物评价方法的精确度,最终建立出了利用沉水植物来进行水质评价的初步原则,以期为重污染水体内进行生物修复提供科学依据。主要研究结论如下:
(1)水生态系统的物理化学因子特征对分布与其内的沉水植物物种、群落结构、生物量等都有一定的影响;沉水植物的生物量和盖度与水体内氮磷及叶绿素含量都存在较强的相关性。从清洁水体到污染水体过渡过程中,沉水植物的分布也存在一定的变化。轮藻、黑藻、马来眼子菜等物种通常仅能在清洁水体中生存,水质的恶化会造成此类物种的消失;金鱼藻能广泛存在于各类水体中;而蓖齿眼子菜、菹草等耐污种能够适应较高的污染负荷。
(2)根据沉水植物群落不同可以将水域进行分类,这一分类结果与根据理化指标的分类结果基本相似。主成分分析和典范对应分析都表明,水体中的总氮、总磷和氨氮含量对沉水植物分布的作用比较大,其他环境因子也会对其生物多样性产生一定影响。同时典范对应分析图中能够清楚显示出不同水生生态系统中水体状况的变化规律。
(3)底栖动物和浮游动物也是常见的水质评价生物指标,通过数量、生物量以及多样性、均匀度等指数进行分析可以对水质现状进行评估。结果显示不同样点中浮游动物、底栖动物的差异性相对较大,而Margalef多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数差异不显著。但根据浮游动物和底栖动物进行水体评价由于诸多因素限制,仅能在一定程度上对重污染、中污染、轻污染水域进行区分,随着水体污染程度的增加,此方法的评价结果只能为重污染,并无法再进行详细区分。典范对应分析显示,研究区域内对底栖动物影响最大的环境因子是水体氮磷含量及透明度,对浮游动物影响最大的环境因子是水体透明度以及总氮、总磷含量。
(4)随着水体内氮磷含量的上升,不同沉水植物物种的生物量变化趋势也不相同。有些物种生物量会随着氮磷含量的上升而下降;有些沉水植物的生物量会随着氮磷含量的上升而上升;也有生物量变化呈明显抛物线状关系;另有生物量在氮磷上升过程中存在明显拐点。
(5)不同沉水植物物种对水体内氮磷的适应区间也存在明显的差异性,马来眼子菜、轮藻、小茨藻、大茨藻、狸藻、苦草对氮磷及溶解氧的适应区间较窄;而水网、金鱼藻、菹草、蓖齿眼子菜、刚毛藻对氮磷及溶解氧具有很强的耐受性,其适应范围较广。根据不同沉水植物对水质适应区间的不同,结合国家水质评价标准,总结出各植物所适应的水质区间,并进行耐污等级排序。狸藻和轮藻为清洁水体中才能生存的植物,而菹草和蓖齿眼子菜能在V4甚至以下的水体中生存。