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摘要通过模拟试验，研究了在沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1基底条件下的4种不同的沉水植物配置模式密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶2∶1、密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶1∶1、密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=2∶1∶1、密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶1∶2的植物生长情况。结果表明，密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=2∶1∶1的配置模式下，3种沉水植物的覆盖度和相对生长速率都比较均匀；不同配置类型的植物群落中以密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶2∶1的叶绿素含量最低，其他3种配置类型之间的叶绿素含量差异不显著。
关键词配置模式；穗花狐尾藻；密齿苦草；黑藻；基底修复
中图分类号S181文献标识码A文章编号0517-6611（2015）31-221-03
The Aquatic Configuration Research on the Sediment Rehabilitation of the Returning Fishery to Lake
YAN Huimin， QI Zhifei， CHENG Hua et al
（The Ecological Science and Technology Limited Company of Jiangda， Wuxi， Jiangsu 214061）
Abstract Through simulation experiments， the submerged plant growth was studied in four different configuration modes （Vallisneria denseserrulata∶Myriophyllum spicatum L∶Hydrilla verticillata=1∶2∶1， 1∶1∶1， 2∶1∶1， 1∶1∶2） under the basal condition （sand∶loess∶silt=1∶1∶1）. The coverage and relative growth rates of three submerged plants were relatively uniform at the results show that the configuration mode of Vallisneria denseserrulata∶Myriophyllum spicatum L∶Hydrilla verticillata=2∶1∶1. The chlorophyll content of Allisneria denseserrulata∶Myriophyllum spicatum L∶Hydrilla verticillata=1∶2∶1 was the lowest， and the chlorophyll content of the other configuration modes was not significant.
Key words Configuration mode； Myriophyllum spicatum L.； Vallisneria denseserrulata； Hydrilla verticillata； Sediment rehabilitation
经过修复后的河道没有进行生态环境的修复，很快又会回到修复之前的状态[1-4]，而沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分，能吸收水体中的氮磷等营养元素，对维护湖泊生态系统，控制湖泊富营养化具有重要生态价值；沉水植物不仅影响着水中的鱼类、浮游生物、底栖动物的组成和分布，而且可以起到消浪和净化水质的作用[5-7]。为使修复后的基底能维持稳定又避免沉水植物群落结构趋向单一化，笔者研究在沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1基底下适宜的沉水植物配置模式，为河道底泥的生态修复提供依据。该试验选用土著植物作为先锋物种，观察水生植物正常的生长、繁殖情况，研究基底修复条件下沉水植物群落配置模式的生长情况，筛选出最佳的沉水植物群落配置模式。
1试验材料与方法
1.1试验材料
水生植物选用密齿苦草、轮叶黑藻和穗花狐尾藻，该3种植物均挖自太湖新城湖滨流域退圩还湖示范工程区健康植株，挑选生长良好、生物量相近、长势一致的植株20 cm室内培养7 d备用。试验基质使用基底修复后的基质沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1，其中沙土、黄土均选自小溪港项目部周边土壤，淤泥选自许仙港河道底泥。试验用水取自小溪港示范区的湖水。将基质去除杂质并混匀，然后将其平铺于圆形塑料桶中，厚度为15 cm，圆形塑料桶容积100 L。
1.2试验方法
该试验选取4种不同的沉水植物配置模式，A为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶2∶1、B为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶1∶1、C为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=2∶1∶1、D为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶1∶2。将预培养后的植物按照4种不同配置种植到装有基质的100 L圆形聚乙烯塑料桶中，其中基质为基底修复后的基质（沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1），每种配置做3个平行。向100 L的聚乙烯塑料桶注入湖区水，调节至相同的水位条件，放在露天试验场进行水生植物生长培养试验。试验于2015年7月2日开始，至8月2日结束，试验测定植株最大株高、覆盖度、成活率、分蘖数、相对生长速率及叶绿素含量。其中植物叶绿素含量的测定采用95%乙醇浸提法，用UV4802型紫外可见光分光光度计在665、649、470 nm波长下测光密度OD值，叶绿素含量基于叶片鲜重，以mg/g（FW）表示。
2结果与分析
2.1基质营养情况分析
测定試验前与试验后的底泥营养物质含量，结果表明试验结束后的底泥营养物质含量明显低于试验前的营养物质含量（表1），原因可能是植物吸收了底泥中的营养物质，转化为自身生长所需的营养元素。 2.2不同配置模式对植物覆盖度的影响
由图1可知，在4种群落配置中，穗花狐尾藻的覆盖度最大，而在密齿苦草和黑藻的种植面积较大时，其覆盖度才会有所提高。在C种配置模式中，穗花狐尾藻、密齿苦草和黑藻的覆盖度相差不大。
2.3不同配置模式对植物成活率的影响
由于群落配置之间存在差别，不同的配置上植物的成活率也会有差别。 在A种配置类型中，穗花狐尾藻的成活率达到100%（图2），严重抑制了密齿苦草的生长。4种植物群落配置中，穗花狐尾藻和黑藻的成活率均比密齿苦草的成活率高，可能是因为穗花狐尾藻和黑藻的株高比密齿苦草的株高要高，光合作用较大，严重抑制了密齿苦草的生长，导致密齿苦草的成活率较低。
2.4不同配置模式對植物植株高度的影响
由图3可知，在4种配置类型中，穗花狐尾藻、黑藻、密齿苦草的最大株高没有显著性差异，而密齿苦草的最大株高在培养时间内并没有增加，可能是由于穗花狐尾藻和黑藻株高比较大，光合作用能力较强，从而使得密齿苦草对光合作用优势减弱，导致其向上生长的速度缓慢。
2.5不同配置模式对植物植株分株数的影响
试验结果表明（图4），穗花狐尾藻在A种配置类型中的分株数最大，原因可能是在该配置中穗花狐尾藻的数量是最多的，其覆盖度也是最大的，导致其光合作用的能力较强，有利于其繁殖生长，所以生长繁殖能力较强；密齿苦草在C种配置类型中的分株数最多；黑藻则在B种配置类型中的分株数最多，可能是在该配置中，黑藻的覆盖度占的比例比较大，有利于黑藻的生长。
2.6不同配置模式对植物相对生长速率的影响
水生植物相对生长速率（RGR ）的计算公式：RGR=（lnW2-lnW1）/t。
式中，W1 和W2 分别为植物开始和结束时的总的生物量干质量；t为试验天数，d。
由图5可知，3种沉水植物的相对生长速率在C种配置类型中生长得比较均匀，密齿苦草在该配置中的相对生长速率较高，其他两种植物生长速率适中；在B种配置类型中，黑藻的相对生长速率最高。
2.7不同配置模式对植物叶绿素的影响
总叶绿素类以及类胡萝卜素含量既在3种沉水植物之间存在显著的种间差异，又显著受不同配置模式的影响。在3种沉水植物之间，黑藻中类胡萝卜素含量以及总叶绿素含量显著高于穗花狐尾藻和密齿苦草中的含量；穗花狐尾藻和密齿苦草之间的叶绿素含量差异不显著。不同配置类型的植物群落中，以A种配置类型的总叶绿素和类胡萝卜素含量最低，其他3种配置类型之间的总叶绿素和类胡萝卜素含量差异不显著（图6）。
3结论与讨论
该研究采用生态修复的手段改善基底环境，使修复后的基底维持稳定。试验选用沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1的基底，探索在该基底条件下最佳的水生植物群落配置模式。
植物覆盖度、成活率、最大株高、分株数和相对生长速率的变化是水生植物群落变化的重要指标[8-11]。生物量较大的沉水植物有利于吸收更多的营养元素以及扩展生存和繁衍的空间，而植株较高的沉水植物更加容易接受充足的光照，进行光合作用提供继续生长所需的能量。该试验中，C种配置类型中植物覆盖度比较均匀；在4种配置模式中，穗花狐尾藻和黑藻的成活率都要比密齿苦草的成活率高，最大株高也是以密齿苦草的最低。就分蘖数而言，以黑藻和密齿苦草的分蘖数相对较多，原因可能是黑藻的无性繁殖速率、无性繁殖体的
成活率和生根能力较强；密齿苦草的分蘖数较高可能是因为密齿苦草向上生长的速率较慢，但是匍匐茎的繁殖速度反而增加了。3种水生植物在C种配置类型中相对生长速率都比较均匀。就植物叶绿素而言，以穗花狐尾藻∶黑藻=1∶2∶1配置下的叶绿素和类胡萝卜素含量最低，其他3种配置类型之间的叶绿素含量差异不显著。
以上研究结果说明，黑藻和穗花狐尾藻是优势种，具有明显的竞争优势，因此在工程实践过程中，应在保持基底稳定条件下综合考虑植株的生物量、成活率、生物多样性等因素。由于该试验时间周期较短，人工配置的植物形成稳定的群落结构所起的作用有限，还需要进一步的工程实践来验证。
参考文献
[1] 宋崇渭，王受泓.底泥修复技术与资源化利用途径研究进展[J].中国农村水利水电，2006（8）：29-34.
[2] 储昭升，叶碧碧，田桂平，等.洱海沉水植物空间分布及生物量估算[J].环境科学研究，2014，27（1）：1-5.
[3] 滑丽萍，郝红，李贵宝，等.河湖底泥的生物修复研究进展[J].中国水利水电科学研究院学报，2005，3（2）：124-129.
[4] 陈静，孔德平，范亦农，等.滇池受损湖滨带堤岸处置及基底修复工程技术研究[J].环境科学与技术，2012，35（6）：157-160.
[5] 蒋永荣，莫德清，段钧元，等.不同植物配置人工湿地冬季生活污水净化效果比较[J].水资源保护，2009，25（3）：25-28.
[6] 杨红梅，李莎莎.高原湿地不同植物配置模式处理生活污水研究[J].西南林业大学学报，2011，31（1）：53-56.
[7] 张俊.底质性质对沉水植物生长的影响[D].南京：河海大学，2006.
[8] 叶春，于海婵，宋祥甫，等.底泥对沉水植物生长和群落结构的影响[J].环境科学研究，2008，21（15）：178-183.
[9] 黄玉洁.太湖典型湿地恢复区植物群落及沉积物特征[D].南京：南京林业大学，2011.
[10] 杨珏.不同水生植物配置模式对垃圾填埋场渗滤液尾水的净化能力研究[D].上海：华东师范大学，2011.
[11] 李莎莎，田昆，刘云根，等.不同空间配置的湿地植物群落对生活污水的净化作用研究[J].生态环境学报，2010，19（8）：1951-1955.
关键词配置模式；穗花狐尾藻；密齿苦草；黑藻；基底修复
中图分类号S181文献标识码A文章编号0517-6611（2015）31-221-03
The Aquatic Configuration Research on the Sediment Rehabilitation of the Returning Fishery to Lake
YAN Huimin， QI Zhifei， CHENG Hua et al
（The Ecological Science and Technology Limited Company of Jiangda， Wuxi， Jiangsu 214061）
Abstract Through simulation experiments， the submerged plant growth was studied in four different configuration modes （Vallisneria denseserrulata∶Myriophyllum spicatum L∶Hydrilla verticillata=1∶2∶1， 1∶1∶1， 2∶1∶1， 1∶1∶2） under the basal condition （sand∶loess∶silt=1∶1∶1）. The coverage and relative growth rates of three submerged plants were relatively uniform at the results show that the configuration mode of Vallisneria denseserrulata∶Myriophyllum spicatum L∶Hydrilla verticillata=2∶1∶1. The chlorophyll content of Allisneria denseserrulata∶Myriophyllum spicatum L∶Hydrilla verticillata=1∶2∶1 was the lowest， and the chlorophyll content of the other configuration modes was not significant.
Key words Configuration mode； Myriophyllum spicatum L.； Vallisneria denseserrulata； Hydrilla verticillata； Sediment rehabilitation
经过修复后的河道没有进行生态环境的修复，很快又会回到修复之前的状态[1-4]，而沉水植物是湖泊生态系统的重要组成部分，能吸收水体中的氮磷等营养元素，对维护湖泊生态系统，控制湖泊富营养化具有重要生态价值；沉水植物不仅影响着水中的鱼类、浮游生物、底栖动物的组成和分布，而且可以起到消浪和净化水质的作用[5-7]。为使修复后的基底能维持稳定又避免沉水植物群落结构趋向单一化，笔者研究在沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1基底下适宜的沉水植物配置模式，为河道底泥的生态修复提供依据。该试验选用土著植物作为先锋物种，观察水生植物正常的生长、繁殖情况，研究基底修复条件下沉水植物群落配置模式的生长情况，筛选出最佳的沉水植物群落配置模式。
1试验材料与方法
1.1试验材料
水生植物选用密齿苦草、轮叶黑藻和穗花狐尾藻，该3种植物均挖自太湖新城湖滨流域退圩还湖示范工程区健康植株，挑选生长良好、生物量相近、长势一致的植株20 cm室内培养7 d备用。试验基质使用基底修复后的基质沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1，其中沙土、黄土均选自小溪港项目部周边土壤，淤泥选自许仙港河道底泥。试验用水取自小溪港示范区的湖水。将基质去除杂质并混匀，然后将其平铺于圆形塑料桶中，厚度为15 cm，圆形塑料桶容积100 L。
1.2试验方法
该试验选取4种不同的沉水植物配置模式，A为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶2∶1、B为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶1∶1、C为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=2∶1∶1、D为密齿苦草∶穗花狐尾藻∶黑藻=1∶1∶2。将预培养后的植物按照4种不同配置种植到装有基质的100 L圆形聚乙烯塑料桶中，其中基质为基底修复后的基质（沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1），每种配置做3个平行。向100 L的聚乙烯塑料桶注入湖区水，调节至相同的水位条件，放在露天试验场进行水生植物生长培养试验。试验于2015年7月2日开始，至8月2日结束，试验测定植株最大株高、覆盖度、成活率、分蘖数、相对生长速率及叶绿素含量。其中植物叶绿素含量的测定采用95%乙醇浸提法，用UV4802型紫外可见光分光光度计在665、649、470 nm波长下测光密度OD值，叶绿素含量基于叶片鲜重，以mg/g（FW）表示。
2结果与分析
2.1基质营养情况分析
测定試验前与试验后的底泥营养物质含量，结果表明试验结束后的底泥营养物质含量明显低于试验前的营养物质含量（表1），原因可能是植物吸收了底泥中的营养物质，转化为自身生长所需的营养元素。 2.2不同配置模式对植物覆盖度的影响
由图1可知，在4种群落配置中，穗花狐尾藻的覆盖度最大，而在密齿苦草和黑藻的种植面积较大时，其覆盖度才会有所提高。在C种配置模式中，穗花狐尾藻、密齿苦草和黑藻的覆盖度相差不大。
2.3不同配置模式对植物成活率的影响
由于群落配置之间存在差别，不同的配置上植物的成活率也会有差别。 在A种配置类型中，穗花狐尾藻的成活率达到100%（图2），严重抑制了密齿苦草的生长。4种植物群落配置中，穗花狐尾藻和黑藻的成活率均比密齿苦草的成活率高，可能是因为穗花狐尾藻和黑藻的株高比密齿苦草的株高要高，光合作用较大，严重抑制了密齿苦草的生长，导致密齿苦草的成活率较低。
2.4不同配置模式對植物植株高度的影响
由图3可知，在4种配置类型中，穗花狐尾藻、黑藻、密齿苦草的最大株高没有显著性差异，而密齿苦草的最大株高在培养时间内并没有增加，可能是由于穗花狐尾藻和黑藻株高比较大，光合作用能力较强，从而使得密齿苦草对光合作用优势减弱，导致其向上生长的速度缓慢。
2.5不同配置模式对植物植株分株数的影响
试验结果表明（图4），穗花狐尾藻在A种配置类型中的分株数最大，原因可能是在该配置中穗花狐尾藻的数量是最多的，其覆盖度也是最大的，导致其光合作用的能力较强，有利于其繁殖生长，所以生长繁殖能力较强；密齿苦草在C种配置类型中的分株数最多；黑藻则在B种配置类型中的分株数最多，可能是在该配置中，黑藻的覆盖度占的比例比较大，有利于黑藻的生长。
2.6不同配置模式对植物相对生长速率的影响
水生植物相对生长速率（RGR ）的计算公式：RGR=（lnW2-lnW1）/t。
式中，W1 和W2 分别为植物开始和结束时的总的生物量干质量；t为试验天数，d。
由图5可知，3种沉水植物的相对生长速率在C种配置类型中生长得比较均匀，密齿苦草在该配置中的相对生长速率较高，其他两种植物生长速率适中；在B种配置类型中，黑藻的相对生长速率最高。
2.7不同配置模式对植物叶绿素的影响
总叶绿素类以及类胡萝卜素含量既在3种沉水植物之间存在显著的种间差异，又显著受不同配置模式的影响。在3种沉水植物之间，黑藻中类胡萝卜素含量以及总叶绿素含量显著高于穗花狐尾藻和密齿苦草中的含量；穗花狐尾藻和密齿苦草之间的叶绿素含量差异不显著。不同配置类型的植物群落中，以A种配置类型的总叶绿素和类胡萝卜素含量最低，其他3种配置类型之间的总叶绿素和类胡萝卜素含量差异不显著（图6）。
3结论与讨论
该研究采用生态修复的手段改善基底环境，使修复后的基底维持稳定。试验选用沙土∶黄土∶淤泥=1∶1∶1的基底，探索在该基底条件下最佳的水生植物群落配置模式。
植物覆盖度、成活率、最大株高、分株数和相对生长速率的变化是水生植物群落变化的重要指标[8-11]。生物量较大的沉水植物有利于吸收更多的营养元素以及扩展生存和繁衍的空间，而植株较高的沉水植物更加容易接受充足的光照，进行光合作用提供继续生长所需的能量。该试验中，C种配置类型中植物覆盖度比较均匀；在4种配置模式中，穗花狐尾藻和黑藻的成活率都要比密齿苦草的成活率高，最大株高也是以密齿苦草的最低。就分蘖数而言，以黑藻和密齿苦草的分蘖数相对较多，原因可能是黑藻的无性繁殖速率、无性繁殖体的
成活率和生根能力较强；密齿苦草的分蘖数较高可能是因为密齿苦草向上生长的速率较慢，但是匍匐茎的繁殖速度反而增加了。3种水生植物在C种配置类型中相对生长速率都比较均匀。就植物叶绿素而言，以穗花狐尾藻∶黑藻=1∶2∶1配置下的叶绿素和类胡萝卜素含量最低，其他3种配置类型之间的叶绿素含量差异不显著。
以上研究结果说明，黑藻和穗花狐尾藻是优势种，具有明显的竞争优势，因此在工程实践过程中，应在保持基底稳定条件下综合考虑植株的生物量、成活率、生物多样性等因素。由于该试验时间周期较短，人工配置的植物形成稳定的群落结构所起的作用有限，还需要进一步的工程实践来验证。
参考文献
[1] 宋崇渭，王受泓.底泥修复技术与资源化利用途径研究进展[J].中国农村水利水电，2006（8）：29-34.
[2] 储昭升，叶碧碧，田桂平，等.洱海沉水植物空间分布及生物量估算[J].环境科学研究，2014，27（1）：1-5.
[3] 滑丽萍，郝红，李贵宝，等.河湖底泥的生物修复研究进展[J].中国水利水电科学研究院学报，2005，3（2）：124-129.
[4] 陈静，孔德平，范亦农，等.滇池受损湖滨带堤岸处置及基底修复工程技术研究[J].环境科学与技术，2012，35（6）：157-160.
[5] 蒋永荣，莫德清，段钧元，等.不同植物配置人工湿地冬季生活污水净化效果比较[J].水资源保护，2009，25（3）：25-28.
[6] 杨红梅，李莎莎.高原湿地不同植物配置模式处理生活污水研究[J].西南林业大学学报，2011，31（1）：53-56.
[7] 张俊.底质性质对沉水植物生长的影响[D].南京：河海大学，2006.
[8] 叶春，于海婵，宋祥甫，等.底泥对沉水植物生长和群落结构的影响[J].环境科学研究，2008，21（15）：178-183.
[9] 黄玉洁.太湖典型湿地恢复区植物群落及沉积物特征[D].南京：南京林业大学，2011.
[10] 杨珏.不同水生植物配置模式对垃圾填埋场渗滤液尾水的净化能力研究[D].上海：华东师范大学，2011.
[11] 李莎莎，田昆，刘云根，等.不同空间配置的湿地植物群落对生活污水的净化作用研究[J].生态环境学报，2010，19（8）：1951-1955.