论文总字数：19138字
目 录
1绪论 1
1.1我国太湖流域水体污染现状 1
1.2沉水植物及其影响因素的研究进展 1
1.2.1沉水植物概述 1
1.2.2沉水植物的功能及应用 2
1.2.3沉水植物及其影响因素的研究进展 2
1.3论文的研究目的及意义 3
1.4本文的主要研究内容 4
2材料与方法 4
2.1试验沉水植物概述 4
2.1.1苦草 4
2.1.2眼子菜 4
2.1.3金鱼藻 4
2.2样品采集与预处理 5
2.3研究方法 5
2.3.1试验设计 5
2.3.2试验准备 6
2.4指标检测方法 7
2.4.1生物生长指标测定 7
2.4.2水质化学指标测定 7
2.5数据分析 7
3实验结果 8
3.1水质情况分析 8
3.1.1水质化学指标分析比较 8
3.1.2试验组合水质pH比较 8
3.1.3试验组合水质DO比较 9
3.2基质类型、水质类型和植物类型对沉水植物萌发率的影响 9
3.3基质类型、水质类型和植物类型对根长与根长增加量的影响 13
4结论与讨论 17
4.1结论 17
4.2反思与展望 18
参考文献 19
致谢 21
1绪论
1.1我国太湖流域水体污染现状
由于长三角地区的特殊性和经济战略性，其城市化进程不断加快，已经进入城镇化加速后期阶段，实际城镇化水平达到50—75%，接近世界发达国家城市化水平，领先于全国其他地区。该地区水资源、生物资源丰富，工商农业发达，汇集了大量人口，区域社会经济在过去三十年中发展迅速，同时也带来了一系列水资源污染问题。太湖流域横跨浙江、江苏、上海三个行政区，位于长江三角洲的中心地带，是我国人口最集中，经济一体化最深入的重要战略经济地区。随着社会经济快速发展，城市化日益推进，工商农业得到了极大的发展。然而太湖流域的环境污染问题也日益加深，区域综合发展与水域环境保护的矛盾日渐突出，受到社会各界的关注。
太湖流域面积36895km2，分布大小湖泊189个，面积约3231 km2，其中太湖面积2 460 km2。[[1]]总人口约5879万人，全流域GDP 48379亿元，占全国GDP的10.3%；人均GDP 8.2万元，是全国人均GDP的2.3倍[[2]]，资料显示，长三角地区有三分之二的GDP来自太湖流域[[3]]。
太湖流域水环境问题主要表现于水域富营养化、洪涝灾害频发、水域生态系统破坏和生物资源减少。有机物、营养盐、重金属含量严重超标；水质恶化和底泥沉积污染导致的自然生态系统破坏，使流域内河流、湖泊内的水生植物及浮游生物大量减少甚至灭绝；富营养化严重，蓝藻爆发，大量生物死亡。其原因存在自然因素与人为因素两方面，自然因素主要是太湖流域地势平缓、气候特征和地面沉降，对流域整体影响较小且缓慢；人为因素主要是过度围垦造田、污水排入湖泊、过量使用农药化肥流入水体和湖泊淤积，加剧了太湖流域水环境问题严重程度。[[4]]
目前太湖水域富营养化程度不断加剧，原有水生植被逐渐减少，大量挺水植物、沉水植物资源遭到破坏，甚至消失，从而导致水体退化甚至水域面积减少。沉水植物是太湖流域河流、浅水湖泊生态系统中的重要组成部分,其存在和消亡对湖泊生态系统的结构和功能有着巨大的影响[[5]]。因此，利用沉水植物修复、治理太湖流域水环境污染问题对资源合理开发和太湖流域经济可持续发展有重要意义。
1.2沉水植物及其影响因素的研究进展
1.2.1沉水植物概述
沉水植物(submerged plants)指由根、须根及叶状体根植在水下基质上，茎叶也生长于水面下的植物[[6]]，属于大型草本植物。叶茎细长柔软，能适应水流强度、水位的变化，有效利用水中氧气，使植物整株能够保持在水面下生长，是自然健康水体必要的组成部分。以金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、苦草(vallisneria spiralls)、黑藻(Hydrilla varticillata)为代表性植物[[7]]。
苦草、眼子菜、金鱼藻均是我国华东地区河流、湖泊及水库常见的优势沉水水生植物，可与多种沉水植物组成生物群落，一般在较深的水体中繁殖生长，可作为水体质量优良程度的指标生物，是水体自净修复过程中的主要作用物。
沉水植物具有很强的繁殖能力，可以通过种子、植株等进行有性和无性繁殖。同时，水中的营养盐浓度、光照强度、温度、基质、水深、溶解氧等非生物环境因素[[8]]以及水生动物和其他水生植物等生物环境因素均能对其生长、繁殖、分布等造成一定的影响[[9]]。
1.2.2沉水植物的功能及应用
沉水植物有着很强的净化水体能力，对营养盐类物质有很好的吸收降解作用，是净化水体、维持良好的水体生态系统的关键植物。在环境污染治理方面，与传统化学法、生化法处理水污染问题相比，在针对大型水域的水污染治理中，基于水生植物的生态修复系统有着相近的处理效果，在区域水环境治理中效果更优，并在资源利用和投资成本方面有较大的优势，是一种环保低碳的处理技术，并越来越被人们研究应用到实际。其中沉水植物有着不可忽视的作用。中国水生植物资源丰富、种类繁多，以沉水植物和挺水植物最为突出[[10]]。大多数沉水植物的叶片小而繁密，便于水体中氧的交换和化学物质的吸收；根部区域与水底基质紧密结合，为微生物降解提供了栖息场所。沉水植物生长周期长，对N、T、有机物、重金属等物质有较好的持有性，利于区域水域的稳定[[11]]。
水生植物在太湖水域生态修复应用上有独特的优越性。沉水植物具有很强的净化水体能力，能很好地吸收降解营养盐类物质，浓缩富集重金属元素，恢复水体净度，提高水体溶氧量。其对水体的净化修复能力近年来不断被人们探索与发现，并在实际治理中得到推广。
由于不同种类的的沉水植物其各自的生长条件和生长周期存在差异，因此在使用沉水植物治理污染水域时要注意沉水植物间的合理搭配。结合水体条件，水域大小，当地气候条件合理选种植物，根据不同种植物的生长特性科学合理安排种植时间、轮种周期和种植位置。
1.2.3沉水植物及其影响因素的研究进展
目前，国内外研究人员对关于环境因素对沉水植物影响机理的研究深入且广泛，基本可以概括为以下几个方面：光照强度；营养盐；底质；悬浮物；水流；温度；其他因子如着藻类、重金属、pH等[[12]]。早已有研究指出，不同种类沉水植物对不同环境因子，如温度、光照强度、有机物浓度、溶氧量等存在不同的响应程度。例如对苦草生态学植物研究报告就证实了苦草在10℃下的生长活性最高,20℃次之，而30℃时生长活性最低[[13]]，而金鱼藻适宜生长温度为15-25℃[[14]]，同时对于眼子菜有研究表明，温度是影响眼子菜萌发的主要环境因素。国外在沉水植物繁殖、萌发生态方面已有了一些研究成果[[15]][[16]][[17]][[18]]。水体富营养化对沉水植物的影响不但与TN、TP、有机物浓度直接相关，同时还受到水体透明度、植物生长偏好甚至种间竞争等的影响。
不同类型的沉水植物的在不同的生长阶段中对光照强度的需求存在差别[[19]]。水底光强太低时，沉水植物就无法生长；光照强度小于入射光 5% ，部分种类的沉水植物生长会受到抑制[[20]]。浮游藻类过剩所引起的水体透明度下降是导致水下光照强度降低并从而抑制沉水植物生存和发展的主要因素[[21]]。
沉水植物对营养盐有较好的吸收作用，但营养盐对沉水植物生长的影响机理研究则存在分歧，不同类型的沉水植物生长存在差异，具有不同的最适生长和耐受水层[[22]]。
有研究指出不同种类的沉水植物在其不同的生长阶段会对不同特性的生长基质有一定程度的生态响应差异，在沉水植物生长过程及水域修复过程中应根据基质选择和搭配适宜的沉水植物种植。
沉水植物在某一温度范围内可具有最优的生长趋势，即最佳温度范围。超过温度阈值条件会对其萌发、生长过程产生一定的负面影响[[23]]。实践证实沉水植物受温度影响变化主要体现在其季节性成长差异。与此同时，研究指出不同类型沉水植物对温度的响应机制也存在差异。
沉水植物对水体中的重金属有富集作用，但超过其重金属富集的最高阈值亦会对植物造成一定损害。
不同类型沉水植物对不同pH值的响应也有所差别[[24]]，例如,金鱼藻能进行最佳光合作用的pH值位于5.8-6.2，与苦草等有明显差别。
因此沉水植物在人工选择、培养、繁殖、推广使用过程中，需要根据区域水体特征、周边土壤条件和气候条件进行详细的甄选与比较，进而确定水生植物群落和优势先锋种，形成生长更替和净化作用的周期交替及季节性互补的自然生态群落。通过针对水域特征选种而培养成的常绿型沉水植物群落,不但可以净化受污染水域水质，减少内源性污染，而且对外源性污染有较强的缓冲能力，对营养盐、重金属、有机物均有一定的稳定和控制作用，在富营养化水体生态修复中有很好的应用效果。
1.3论文的研究目的及意义
利用沉水植物的生物特性净化受污染水域水体，对太湖水域生态系统的稳定与修复有着重要意义[[25]]。但目前对于沉水植物在太湖流域污染治理方面研究较少。针对太湖流域水环境污染问题的治理，基于水生植物的生态修复系统凭借其在资源利用和投资成本方面的优势[[26]]，修复污染水体沉水植物是治理水体富营养化情况的重要部分。由于沉水植物其整株植物完全沉没在水面下生长繁殖的生物学特征，其萌发生长、衰退消亡及恢复再生等演变过程与光照强度、水环境温度、营养盐浓度、基质类型、溶解氧等环境因素存在紧密的联系。
本次试验以沉水植物为研究对象，通过研究3种因素：基质类型、水质类型、沉水植物种类对沉水植物在冬季萌发及生长情况的影响，致力于研究不同种类沉水植物在不同水质条件和基质类型中的萌发及生长情况、及生长过程影响较大的主效环境因子，探求富营养化水体中沉水植被参与太湖流域生态处理系统的有效方法，为沉水植物的选种搭配和种植条件选择提供依据，提出治理流域环境的一些新的思路。并为太湖流域的湖泊、河流等富营养化水体中沉水植物的先锋群落配置和生态系统修复工作中水生植物的挑选，以及对污水的耐受能力提供科学依据和理论支持。
1.4本文的主要研究内容
通过正交试验及分析，总结出种植基质、水质、沉水植物种类间不同组合下的植物生长情况和水体中恢复和重建沉水植物群落的最优搭配。以寻求沉水植物萌发过程中的主效环境因子对其生长的影响程度。
2材料与方法
2.1试验沉水植物概述
2.1.1苦草
苦草(vallisneria spiralls)，水鳖科苦草属一年生或多年生水生草本植物，是我国华东地区长江及太湖流域沉水植物的先锋建群种，可与多种沉水植物组合形成优势群落。由于苦草具有光强敏感性低、繁殖速度快、生态范围广、对水体中N、P、重金属元素等污染物的吸附和保持能力强等优点[[27]][[28]][[29]]。常用来作为富营养化水体生态修复中的关键物种。研究指出温度、光照、基质类型以及种子保存方式与时间长短对种子萌发率均有较大影响。在有性繁殖中，种子萌发率随干燥保存时间增加而下降。
2.1.2眼子菜
眼子菜（Potamogeton malaianus），眼子菜科眼子菜属多年生水生草本，多见于静水池沼中生长，是我国长江地区及太湖流域常见沉水植物优势种之一。太湖沉水植物优势种存在季节性演替，各种群的分布和密度也呈现出不一致的现象[[30]]。眼子菜根茎发达，生长适应力强，近十年来在太湖水域水体质量持续恶化的情况下，分布面积却逐渐扩大,在不同水域和基质条件下均能存活[[31]]。对环境敏感性不高，对水体透明度、水下光照强度、溶解氧、营养盐浓度等均有较大的耐受范围[[32]]，是许多水生动物、微生物的食物和栖息场所[[33]][[34]]。自然环境下最适萌发温度为25°C。
2.1.3金鱼藻
金鱼藻( Ceratophyllum demersum) ，金鱼藻科金鱼藻属多年生草本沉水植物，以营养繁殖为主，强分支能力的高体型植物[[35]][[36]][[37]]，是我国华东地区河流、湖泊中常见沉水植物优势种之一。常见于池塘、水沟等处，是太湖流域沉水植物的先锋种，能有效净化水质，对富营养水体中的营养盐分离再利用，可吸收大量污染物并具有良好的景观效果，是水生态修复的优势沉水植被物种。有研究指出，相比苦草，金鱼藻对光照强度的需求量更高[[38]]。
2.2样品采集与预处理
金鱼藻、眼子菜、苦草种子于太湖流域当地农户处购得，均为前一生长季的种子，萌发率较高。将种子带回实验室低温干燥避光保存。2015年12月中旬，在萌发实验前，将低温干燥保存的种子取出并待其达到室温后，用温水浸泡30min；清水冲洗2-3次，用镊子将种子从果实苞鞘取出，洗去表面粘液和杂质，使种子游离出来；再用镊子仔细挑选出颗粒饱满，发育健康、大小相对一致的种子进行消毒。金鱼藻种子使用4%福尔马林溶液浸泡消毒60min，然后用清水浸洗后待用；苦草和眼子菜种子使用70%乙醇冲洗灭菌3min，然后用无菌水洗3遍待用。
每选出100颗种子即用纱布包好，并用橡皮筋裹紧固定，作为一份种子备用。每种种子各取6份，分别为：培养皿光照组3份、培养皿遮光组3份。
2.3研究方法
2.3.1试验设计
在对沉水植物生长繁殖情况的相关研究中，经常需要同时考察3个或及以上的试验因素，并且因为每一因素均含有多个水平，若为试验的高度准确性，需进行多次重复的全面试验。正交试验是分析多因素多水平试验的设计的主要方法，主要是从工作量巨大的全面试验中挑选出具有代表性的因素水平，以用于科学减少试验次数，设计符合正交性，可高效率的研究多因素多水平试验。本文根据方开泰，马长兴的《正交与均匀试验设计》采用正交试验设计该次研究[[39]]。
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