鳑鲏对沉水植物系统水质的影响研究

论文总字数：19966字

目 录

1 引言4

1.1湖泊富营养化7

1.2鱼类生物操纵8

1.3治理方法概括、综合评述 8

1.3.1 物理法8

1.3.2 化学法 8

1.3.3 生物法9

2 材料与方法9

2.1 实验材料9

2.2 实验设计10

2.3 指标和测定方法10

3 结果13

3.1苦草13

3.2悬浮物（TSS、OSS、ISS）14

3.3总氮（TN）16

3.4总磷（TP）16

3.5叶绿素a（Chl-a）17

4 结论17

4.1鳑鲏对苦草影响 17

4.2鳑鲏对悬浮物的影响17

4.3鳑鲏对总氮的影响18

4.4鳑鲏对总磷的影响18

4.5鳑鲏对叶绿素a的影响18

参考文献18

致谢22

鳑鲏对沉水植物系统水质的影响研究

奚立峰

摘要：沉水植物是富营养化水体生态修复的重要工具，是维持水体“清水”态的关键生态系统组分，但沉水植物也会存在过量生长和为附着藻类提供附着基质的作用，从而影响景观效果和水质。鱼类是水生生态系统不可或缺的生物组分，特别是一些小型的杂食性鱼类，以植物碎屑和藻类为主要食物，在游动的过程中，还会破坏附着藻类如水绵等的生长，能够协助维持清水状态。但密度过高的鱼类，可能会引起沉积物再悬浮，其排泄作用也会释放营养盐进入水体，从而引起藻类生长，降低水体透明度，不利于沉水植物生长。本实验将不同密度的杂食性鱼类鳑鲏加入刺苦草实验系统中，观测刺苦草生长和水质变化情况，结果发现：1、实验发现三大组的苦草生物量大幅增加，低鱼组相较对照组苦草长势较好，高鱼组相较于对照组和低鱼组增长率都高。对照组平均相对生长率达到5.45g/d；低鱼组平均相对生长率达到6.46g/d；高鱼组平均相对生长率达到7.10g/d。三组间差异显著。2、实验开始后,每次测量的悬浮物高鱼组都最高,低鱼组的居中,对照组的最低，从图上三种悬浮物平均值表现为高鱼组gt;低鱼组gt;对照组。高鱼组与对照组差异极显著，高鱼组与低鱼组差异显著，低鱼组与对照组差异显著。3、研究发现对照组有机悬浮物含量远高于有鱼的两组有机悬浮物（OSS）含量，在4月22日达到最高值86.69%，之后呈下降趋势。高鱼组与低鱼组差异不显著，对照组与有鱼组差异极显著。4、有鱼组总氮初期皆呈上升趋势，后缓慢下降。对照组先上升，在4月22日达到最高值0.84mg/L，后下降，在5月6日实验时0.65mg/L低于有鱼组。三大组平均总氮浓度表现为对照组略低于低鱼组（相差不大），低于高鱼组。对照组与低鱼组差异不显著，对照组与高鱼组差异显著，高鱼组与低鱼组差异显著。5、对照组总磷较为稳定基本没有变化。低鱼组先升高，后基本保持平稳，在4月29日达到0.047mg/L，之后缓慢下降。高鱼组先上升，在4月15日达到最高0.069mg/L，之后逐渐下降。三组总磷平均表现为高鱼组gt;低鱼组gt;对照组。对照组与低鱼组差异显著，对照组与高鱼组差异显著，高鱼组与低鱼组差异显著。6、对照组叶绿素a较有鱼组一直呈低值且保持持续下降趋势；有鱼组都是上升后下降，4月22日高鱼组达到最高值27μg/L，低鱼组达到最高值14.2μg/L。三组叶绿素a平均表现为高鱼组gt;低鱼组gt;对照组。对照组与低鱼组差异显著，对照组与高鱼组差异显著，高鱼组与低鱼组差异显著。以上结果表明：1、高鱼组苦草相对生长率最高，由于鳑鲏通过取食植物叶片表面的附着藻类，促进植物对光照的利用提高对水体营养盐的利用，从而促进植物生物量的增加。2、鳑鲏的活动对底泥的扰动可以造成底泥的再悬浮,表现为放鱼组的悬浮物浓度明显大于对照组,二者之间有显著性差异。尤其高鱼组明显大于其他两组。在对照组OSS百分比很高，悬浮物主要是浮游植物贡献的；在有鱼组特别是高鱼组ISS百分比很高，说明无机质很高，主要是鳑鲏对底泥搅动再悬浮程度很高，可能还有排泄作用因素。3、高数量鳑鲏引起了水体总氮的升高。4、鳑鲏也引起了水体总磷的升高。5、鳑鲏促进了水体中浮游植物的生长。

关键词：生态修复 ；沉水植物；鳑鲏

1.引言

自古以来，文明依水而生，水体在人类发展史上扮演着重要的角色。近现代以来，科学技术突飞猛进，1860伦敦几次酸雨之后人类才真正认识到污染的严重性,20世纪中期，英国的泰晤士河是世界上最早发生黑臭问题的河流之一。随着城市经济的快速发展， 城市规模的日益膨胀，城市污水排放量不断增加，随着大量的工业废水和生活污水排入河流、湖泊，导致了水体中N、P浓度以及有机物浓度的升高，从而加剧了水体富营养化。湖泊富营养化及其发展而成的藻类水华是全球较为广泛的水环境问题,在我国这种现象特别普遍且严重。太湖的蓝藻爆发导致环湖几个市全市断水，十分严重，值得反思。欧洲美国等研究的经典生物操纵证实是湖泊富营养化和水华治理的有用方法,然而在我国还没有全方位研究过应用基础和领域化实践。因为我国地理条件、气候方面、浮游动植群落和鱼类种类组成与欧洲等地不同,所以十分有须要展开典型生物操纵技术在我国富营养水体条件下的应用基础研究（朱迟，杨劭2011）。

这几年来，国内外专家在水体生态修复研究领域内做了大量的研究工作，在研究范畴与深度方面均有所延伸。目前我国许多城市面临地表水污染日趋演变成富营养化水体的严重问题。主要治理河流的技术和方法包括物理法、化学法和生物法，但湖泊的治理是一个系统而又复杂的过程。在参考国外成功治理富营养化水体经验的基础上，要根据地理环境、气候变化随机应变，不能完全依赖物理、化学处理这样见效快不治本的方法，要在此基础上，强化生物生态修复方法。生物生态修复是治理湖泊富营养化的最佳方法途径。调控水生生态系统结构,使其在有效地控制外源污染的同时,恢复自然、健康和稳定的水生生态系统功能,加强对外界干扰的抵抗能力,使水生生态系统处于健康良好和可持续循环当中(Chapin FS, Brain HW, Richard JH.1997)。健康的水生生态系统是一个复杂的系统，其中包涵许多子系统，每一个子系统都肩负一定的功能。要想提升整个水生生态系统的净水能力,就必需借助生态修复的手段恢复水生生态系统中重要的成分,从而建立自然、健康、稳定的水生生态系统（全为民,沈新强,严力蛟,2003）。

许多研究表明，沉水植物重建能够有效的改善富营养化水体中的N、P浓度，并且具有较强的控藻能力，抑制浮游藻类过度生长(肖溪, 楼莉萍, 李华等, 2009)(吴振斌, 邱东茹, 贺锋,2003)(鲜啟鸣, 陈海东, 邹惠仙等,2005)。但是，沉水植物对富营养化水体的净化效果同样也受到一定的限制：在与沉水植物的竞争中占据优势的藻类不仅对沉水植物产生了遮光抑制，还通过对可利用光合有效光能和溶解无机碳的竞争抑制了沉水植物的光合作用(黎慧娟, 倪乐意,2007)；高浓度的N、P、有机质会对沉水植物苦草的生长产生抑制作用(宋玉芝, 杨美玖, 秦伯强,2011)(谢贻发, 李传红, 刘正文等,2007)（王旭, 陈新芳, 关保华,等, 2013)（陆露璐, 黎明, 刘德启,等，2007），以及附着藻类、悬浮颗粒物使得沉水植物的叶片获得的光照减少，同样会影响沉水植物的生长(陆露璐, 黎明, 刘德启等, 2007）(曹永旭, 曹诗林,2009)。

因此，在浅水湖泊生态修复的初期，为了保障建立一个稳定的水生生态群落结构，需要通过人工措施从而向沉水植物提供一个营养盐浓度适宜、光照条件充足的生长环境。

沉水植物是一种完全的水生植物，其根、茎、叶都是完全浸没在水中，水分不足细胞会表现出脱水而枯死，在稳定的水环境中繁殖能力较强。沉水植物是富营养化水体生态修复的重要工具，是维持水体“清水”态的关键生态系统组分，并具有抑制藻类生长的生态功能，在维持水生态系统结构的完整性和稳定性起到决定性的作用。沉水植物是水生态系统的主要初级生产者,它在本次实验系统中是构成水生生态食物网的主要组成部分, 间接或直接地为水生动物供给食物。沉水植物能够阻止水生态系统中各类悬浮物质过量繁殖,改善光照条件，增加水中溶解氧 ,为其它水生动物提供栖息环境（胡莲等，2006）。

但沉水植物也会存在过量生长和为附着藻类提供附着基质的作用，从而影响景观效果和水质。也就是说沉水植物过量产生高浓度营养会导致沉水植物附着藻类的生物量大量增加,从而抑制沉水植物自身的光合作用,进而影响沉水植物的生存和分布（张晶，2014）。在富营养化水体中,水体表面悬浮物的作用不容小觑，生长在水体中的沉水植物茎叶上会吸附大量的悬浮物质（张兰芳，2006），其自身光合作用、呼吸、代谢作用受到了抑制。

在沉水植物修复的同时放养底栖动物是当前较为普遍采用的并行修复手段之一。通过鱼类操纵作用改变浮游藻类的群落结构；消除水体中的悬浮物和叶绿素；调节沉水植物与浮游藻类的相互关系，缓解浮游藻类对沉水植物的生长抑制，使水体理化环境有利于沉水植物的生长。鱼类是湖泊生态系统的重要组成部分,对湖泊生态系统的影响主要通过牧食行为、营养盐（物）的排泄、对沉积物的扰动等机制实现（李传红,刘正文,2008）。

鳑鲏鱼隶属于鲤形目鲤科鱊亚科鳑鲏属，是一种具有特殊繁殖习性的淡水鱼类。在繁殖季节，雌鱼将产卵关管插入河蚌的入水孔，在河蚌的外套腔中产卵。受精卵在河蚌的鳃瓣间繁殖发育，河蚌的呼吸水流可以提供给受精卵充足的氧气，同时其贝壳能够给予受精卵保护。受精卵发育成为幼鱼且能够自由游动时，才会离开河蚌独立生存（赵朝阳, 姜彦钟, 方秀珍等, 2010）。而河蚌繁殖时，卵孵化形成的钩介幼虫也需要通过寄生在鱼类腮部的方式发育成幼蚌后，在水体中自由生活(刘焕章， 2004）。这表现出鳑鲏与河蚌之间的互利共生关系，也表现出在利用河蚌进行水生生态修复时会向水体中引入鳑鲏幼鱼的可能性。

鳑鲏为杂食性鱼类，以藻类为主，也可摄食沉水植物、浮游动物、水生昆虫等（赵朝阳, 姜彦钟, 方秀珍等, 2010）。鳑鲏通过取食植物叶片表面的附着藻类，促进植物对光照的利用提高对水体营养盐的利用，从而促进植物生物量的增加；相反，鳑鲏通过直接牧食沉水植物叶片，将减少沉水植物的生物量。此外，鳑鲏通过排泄，可能增加水体营养盐浓度，加快系统中的营养盐循环，影响浮游植物和沉水植物的生长。在中国太湖五里湖生态修复示范区食物网结构分析的研究得出，鳑鲏的幼鱼以主要以浮游动物为食，而成鱼的碳源主要来自于沉水植物，但是鳑鲏对肉食性鱼类的碳源贡献率较低，肉食性鱼类不能够很有效的控制鳑鲏的生物量，而高种群密度的鳑鲏导致浮游植物生物量加大，恶化水质（喻倩, 王金庆, 刘娅琴等,2014）。同时，鱼类的扰动会引起水体沉积物再悬、光照降低、营养盐浓度增加等现象(姬娅婵, 章铭, 李宽意等,2012），而沉水植物的存在能够抑制鱼类扰动引起的沉积物再悬浮，降低再悬浮速率(吴红飞, 魏小飞, 关保华等,2015)。

综上所述，在沉水植物与浮游植物的竞争体系中，沉水植物的生长主要受到光照强度和营养盐浓度两种理化因子的影响，以及杂食性鱼类（鳑鲏）、附着藻类和浮游动物等生物因子的控制。首先，浮游动物对浮游植物的摄食压力能够对浮游植物的生长产生控制，是有利于沉水植物生长的。其次，河蚌的滤食作用同样能控制浮游藻类的数量和生物量，并且能改善溶解性N、P含量，为沉水植物的生长提供适宜的条件。然后，河蚌还能够为鳑鲏的繁殖提供条件，促进鳑鲏数量增长，甚至能够通过向水生生态系统中引入河蚌的方法在无鳑鲏或无鱼类的水生生态系统中引入鳑鲏鱼。最后，鳑鲏幼鱼以附着藻和浮游藻为食，能够缓解沉水植物的竞争压力；鳑鲏成鱼则以沉水植物为食，且浮游动物也是鳑鲏潜在的重要食物来源（于谨磊, 章铭, 甄伟等,2012)，其牧食作用直接影响沉水植物的生物量。此外，鱼类的扰动作用改变了沉水植物的生长环境，造成一定程度上的抑制作用。在鱼蚌混养的研究试验中，浮游植物的繁殖与生长受到了有效控制，浮游植物多样性指数提高，生态系统稳定性得到了提升，河蚌的存活率和生长率也得到了有效的提高（郑宗林, 郑曙明, 王广军等, 2015）（胡梦红, 武震, 周作强等, 2014），但鱼蚌混养模式对沉水植物的影响却尚不清楚。

本文通过在苏州东山站进行一系列实验，做出在沉水植物中引入鳑鲏能够促进沉水植物生长的假设，并建立沉水植物与鳑鲏微型生态系统进行培养观察，用以评估在沉水植物恢复和重建过程中引入鳑鲏的可行性，为我国浅水湖泊等富营养化水体的治理提供一些科学依据。

• 1. 湖泊富营养化

湖泊富营养化是指水体中氮、磷等营养物质含量过高,在适宜的温度、pH值等外界条件下,藻类以及其它浮游动物植物极速繁殖,大量消耗水体溶解氧量,使鱼类或其它浮游生物缺氧死亡,形成水质恶化的现象。湖泊富营养化时,因为浮游植物的迅速繁殖,很多时候会出现藻类的水华(ShaPiroJ.Bhie,1972)。

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