全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 4 期摇 摇 2013 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
森林水源涵养功能的多尺度内涵、过程及计量方法 王晓学,沈会涛,李叙勇,等 (1019)………………………
植物叶片水稳定同位素研究进展 罗摇 伦,余武生,万诗敏,等 (1031)……………………………………………
城市景观格局演变的生态环境效应研究进展 陈利顶,孙然好,刘海莲 (1042)…………………………………
城市生物多样性分布格局研究进展 毛齐正,马克明,邬建国,等 (1051)…………………………………………
基于福祉视角的生态补偿研究 李惠梅,张安录 (1065)……………………………………………………………
个体与基础生态
土著菌根真菌和混生植物对羊草生长和磷营养的影响 雷摇 垚,郝志鹏,陈保冬 (1071)………………………
干旱条件下 AM真菌对植物生长和土壤水稳定性团聚体的影响 叶佳舒,李摇 涛,胡亚军,等 (1080)…………
转 mapk双链 RNA干扰表达载体黄瓜对根际土壤细菌多样性的影响 陈国华,弭宝彬,李摇 莹,等 (1091)…
北京远郊区臭氧污染及其对敏感植物叶片的伤害 万五星,夏亚军,张红星,等 (1098)…………………………
茅苍术叶片可培养内生细菌多样性及其促生潜力 周佳宇,贾摇 永,王宏伟,等 (1106)…………………………
低温对蝶蛹金小蜂卵成熟及其数量动态的影响 夏诗洋,孟玲,李保平 (1118)…………………………………
六星黑点豹蠹蛾求偶行为与性信息素产生和释放的时辰节律 刘金龙,荆小院,杨美红,等 (1126)……………
氟化物对家蚕血液羧酸酯酶及全酯酶活性的影响 米摇 智,阮成龙,李姣蓉,等 (1134)…………………………
不同温度对脊尾白虾胚胎发育与幼体变态存活的影响 梁俊平,李摇 健,李吉涛,等 (1142)……………………
种群、群落和生态系统
生态系统服务多样性与景观多功能性———从科学理念到综合评估 吕一河,马志敏,傅伯杰,等 (1153)………
不同端元模型下湿地植被覆盖度的提取方法———以北京市野鸭湖湿地自然保护区为例
崔天翔,宫兆宁,赵文吉,等 (1160)
………………………
……………………………………………………………………………
基于光谱特征变量的湿地典型植物生态类型识别方法———以北京野鸭湖湿地为例
林摇 川,宫兆宁,赵文吉,等 (1172)
……………………………
……………………………………………………………………………
浮游植物群落对海南小水电建设的响应 林彰文,林摇 生,顾继光,等 (1186)……………………………………
菹草种群内外水质日变化 王锦旗,郑有飞,王国祥 (1195)………………………………………………………
南方红壤区 3 种典型森林恢复方式对植物群落多样性的影响 王摇 芸,欧阳志云,郑摇 华,等 (1204)…………
人工油松林恢复过程中土壤理化性质及有机碳含量的变化特征 胡会峰,刘国华 (1212)………………………
不同区域森林火灾对生态因子的响应及其概率模型 李晓炜,赵摇 刚,于秀波,等 (1219)………………………
景观、区域和全球生态
快速城市化地区景观生态安全时空演化过程分析———以东莞市为例 杨青生,乔纪纲,艾摇 彬 (1230)………
海岸带生态系统健康评价中能质和生物多样性的差异———以江苏海岸带为例
唐得昊,邹欣庆,刘兴健 (1240)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
干湿交替频率对不同土壤 CO2 和 N2O释放的影响 欧阳扬,李叙勇 (1251)……………………………………
西部地区低碳竞争力评价 金小琴,杜受祜 (1260)…………………………………………………………………
基于 HEC鄄HMS模型的八一水库流域洪水重现期研究 郑摇 鹏,林摇 韵,潘文斌,等 (1268)……………………
基于修正的 Gash模型模拟小兴安岭原始红松林降雨截留过程 柴汝杉,蔡体久,满秀玲,等 (1276)…………
长白山北坡不同林型内红松年表特征及其与气候因子的关系 陈摇 列,高露双,张摇 赟,等 (1285)……………
资源与产业生态
河西走廊绿洲灌区循环模式“农田鄄食用菌冶生产系统氮素流动特征 李瑞琴,于安芬,赵有彪,等 (1292)……
施肥对旱地花生主要土壤肥力指标及产量的影响 王才斌,郑亚萍,梁晓艳,等 (1300)…………………………
耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响 庞摇 绪,何文清,严昌荣,等 (1308)………………………
基于改进 SPA法的耕地占补平衡生态安全评价 施开放,刁承泰,孙秀锋,等 (1317)…………………………
学术争鸣
基于生态鄄产业共生关系的林业生态安全测度方法构想 张智光 (1326)…………………………………………
中国生态学学会 2013 年学术年会征稿须知 (玉)…………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*318*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*34*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄02
封面图说: 石羊河———石羊河流域属大陆性温带干旱气候,气候特点是:日照充足、温差大、降水少、蒸发强、空气干燥。 石羊河
源出祁连山东段,河系以雨水补给为主,兼有冰雪融水成分。 上游的祁连山区降水丰富,有雪山冰川和残留林木,是
河流的水源补给地。 中游流经河西走廊平地,形成武威和永昌等绿洲,下游是民勤,石羊河最后消失在腾格里沙漠
中。 随着石羊河流域人水矛盾的不断加剧,水资源开发利用严重过度,荒漠化日趋严重,民勤县的生态环境已经相
当恶化,继续下去将有可能变成第二个“罗布泊冶。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 4 期
2013 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 4
Feb. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金(41105113)
收稿日期:2012鄄05鄄23; 摇 摇 修订日期:2012鄄11鄄29
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: zhengyf@ nuist. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201205230764
王锦旗,郑有飞,王国祥.菹草种群内外水质日变化.生态学报,2013,33(4):1195鄄1203.
Wang J Q,Zheng Y F,Wang G X. Diurnal variation of water quality around Potamogeton crispus population. Acta Ecologica Sinica,2013,33 ( 4 ):
1195鄄1203.
菹草种群内外水质日变化
王锦旗1,郑有飞1,*,王国祥2
(1. 南京信息工程大学环境科学与工程学院, 南京摇 210044; 2. 南京师范大学地理科学学院, 南京摇 210097)
摘要:对菹草(Potamogeton crispus)种群内外水体进行了昼夜连续监测,分析菹草种群内外水质的日变化趋势。 结果显示,种群
内 DO自日出后增加,日落后持续下降,且与水温变化一致,于 19:30 左右出现 1 次明显低谷,后略有恢复,后一直降至日出前
后;开阔水域 DO变化与水温呈现一定相关性,但变化幅度较小;交界处 DO含量兼有种群内与开阔水域的变化特点。 种群内水
体 pH值自日出前后升高,日落时达最高值,后开始下降,直至次日出前后;交界处与种群变化趋势一致;开阔水域 pH总体变化
幅度较小,白天高于夜间,总体 DO含量及 pH分布:种群区>交界处>开阔水域。 种群及交界处 TN 含量均在日出前后达最高,
日出后递减,开阔水域夜间含量较高,日出前后达最高;各点 NH+4 鄄N变化规律不显著;种群内水体 TP 含量夜间较高,日出前后
达最高值,日出后递减,日落后递增;开阔水域 TP 含量夜间较高,白天略低;交界处正午前后达最低值,傍晚达最高值,TN、TP
总体分布:种群<交界处<开阔水域。 菹草种群存在对水体 DO、pH等环境因子均产生重要影响,继而影响水体内源性氮磷的迁
移,其中对 pH影响较小,其变化未能影响水体氮磷迁移,而 DO昼夜变化较大,对水体内源性氮磷的迁移起重要影响。
关键词:菹草(Potamogeton crispus);内源污染;溶解氧;氮; 磷
Diurnal variation of water quality around Potamogeton crispus population
WANG Jinqi1,ZHENG Youfei1,*,WANG Guoxiang2
1 School of Environmental Science and Engineering, Nanjing University of Information Science & Technology,Nanjing 210044, China
2 School of Geography Science, Nanjing Normal University; Nanjing 210097, China
Abstract: A nychthemeron monitoring was performed around the Potamogeton crispus population in order to study the
diurnal variation of water quality around Potamogeton crispus population. Result showed that, within the waters containing
Potamogeton crispus population, the dissolved oxygen (DO) concentration increased from sunrise and droped continuously
after sunset, following the water temperature variation. DO declined particularly apparently in the evening around 19:30,
experienced a short鄄term recovery and then decreased until sunrise. The DO concentration within the open waters
significantly correlated with water temperature variation; the DO variation tendency in the the boundary waters had the
characters of that both for population鄄contained and open waters. The pH value within the population area increased after
sunrise, and reached the highest at sunset, and then declined until sunrise on the following day, which was similar with
that in the boundary waters; the pH values in the open waters area showed unobvious diurnal tendency. The DO
concentration and pH value distribution followed this pattern: population area > boundary area > open waters. The total
nitrogen (TN) content in the population and boundary area was highest around the sunrise and then decreased gradually,
while the TN content at the open waters in the night was higher than in the day, and the highest TN content appeared at
sunrise. The NH+4 鄄N content variation showed no significant diurnal changes. The total phosphorus (TP) content with the
population鄄contained area was more in the evening than in the day. The TP content reached the highest value at the sunrise,
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dropped rapidly, and then increased after sunset. The TP content in the open waters is higher in the evening than that in
the day, with the lowest value appearing at the midday and highest value at dusk. Both TN and TP showed following
distribution patterns: population area < boundary area < open waters. Potamogeton crispus had an important impact on DO,
pH, and other water environmental factors, which in turn affected the migration of the endogenous nitrogen and phosphorus.
Potamogeton crispus population had no significant effect on both pH value and the migration of nitrogen and phosphorus.
Moreover, diurnal variation of DO had greater impact on the migration of endogenous nitrogen and phosphorus compared to
photosynthesis.
Key Words: Potamogeton crispus; endogenous pollution; dissolved oxygen; nitrogen; phosphorus
湖泊富营养化是全球面临的一个重大环境问题,也是我国目前以及今后相当长一段时期内的重大水环境
问题[1],当污染外源得到有效控制之后[2],对内源氮磷污染的研究显得格外重要,尤其对内源氮磷的赋存形
态、迁移释放行为及其影响因素等内源氮磷污染机理方面的研究更显得尤其重要[3]。 研究表明,内源污染物
的转化受到水温、溶解氧(DO)、氧化还原电位、pH 等水环境因子的影响,而水生植物,尤其是沉水植物,对
DO、氧化还原电位、pH等水环境因子又有着重要影响[4]。 因此,研究水生植物群落如何影响水环境因子,以
及这些因子对内源性污染的影响具有重要的理论和实际意义。
沉水植物作为湖泊生态系统重要的初级生产者,能分泌化感物质抑制藻类繁殖[5],还可吸收水体及沉积
物中的营养盐,为水体食物链提供食物和庇护栖息场所,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[6]。 菹草作为冬春季沉水植物的优势种,在水体生态修复过程中起重要作用,其存在对湖泊水质及水
生生态系统均能产生重要影响[7鄄9]。
关于沉水植物对水体日变化的影响研究,曾有人以苦草为对象做过一定的研究[4,10],而以冬春季沉水植
物菹草为对象的研究还少见,因此,研究菹草种群对水环境日变化的影响,为更全面了解水生植物对水环境的
影响,及水生植物对内源氮磷转化影响的日变化提供理论参考。
1摇 材料与方法
1. 1摇 监测点设置
监测点设于南京玄武湖的西北湖区,选择一岸边带菹草连续分布区,因其他湖区及湖心区管理人员定期
刈割及游人干扰,菹草种群面积小且不连续。 该监测水域水流稳定,游船较少,菹草生长及水体受扰动均较
小。 该区平均水深约 92cm,菹草种群沿湖岸南北向连续均匀分布,菹草种群离岸平均宽度约 100m,平均高度
达 130cm,种群区内菹草分布均匀,平均分枝数约 650 株 / m2,鲜重约 2450g / m2,种群与开阔水域分界明显。
图 1摇 监测点布点示意
Fig. 1摇 Distribution of the monitoring areas
监测点设置如图 1 所示。 在菹草种群中央区域设
2 个监测点,在种群与开阔水域过渡区设 3 个监测点,
无草开阔水域设 3 个监测点,为保证监测点准确,监测
线两端用木桩固定,并用尼龙绳连接,并在各监测点用
竹竿标记。 据分析可知,种群内离岸最近的种群内监测
点,种群与开阔水域交界线监测点,及开阔水域离岸最
远的一个监测点各项指标差异均具有显著的代表
性[11],分别能代表菹草种群区,种群鄄开阔水域交界处,
开阔水域的各项水质指标变化,故选取上述三点进行分析,其他点位不作分析,3 个监测点分别记为“种群冶、
“交界处冶、“开阔水域冶。 各监测点离岸距离及水深情况见图 1 及表 1。
1. 2摇 监测方法及频率
因调查时菹草顶端叶片主要集中在水体表层至水下 40cm 处,故水温和 DO 选取水下 20cm 处作监测分
析,氮、磷等营养盐指标分别取水下 5cm处水样带回实验室测得。 水温及 DO采用 YSI鄄55 型溶解氧仪于现场
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测定;pH采用 HANNA便携式 pH计测定;总氮(TN)、氨氮(NH+4 鄄N)、亚硝态氮(NO
-
2 鄄N)、硝态氮(NO
-
3 鄄N)和
总磷(TP)由 Skalar流动水质分析仪(荷兰)经预处理后测得。
表 1摇 各监测点水深及离岸距离
Table 1摇 Depth and offshore distance of the monitoring points
参数 Parameter
监测点 Monitoring points
种群 Population 交界处 Boundary 开阔水域 Open water
水深 Water depth / cm 100 90 105
离岸距离 Offshore distance / m 26 93 217. 5
监测时间自 2006 年 4 月 17 日 13:30 至 18 日 15:30,水温、DO、pH监测频率 1 次 / 2—3h。 氮、磷取样时间
分别为 17 日 13:30,18 日的 01:30、07:30、11:30、15:30。
1. 3摇 数据分析
监测两日均为晴天,光照正常。 据国家授时中心网站查询得监测时段日出、日中、日落时刻。 4 月 17 日
日中时刻为 12:04,日没时刻为 18:35,4 月 18 日日出时刻为 05:33;日中时刻为 12:04。 故将 17 日 13:30—
18:35 及 18 日 05:33—15:30 处理为白昼时段,17 日 18:35—18 日 05:33 为夜间。
试验数据用 Excel软件进行统计分析及图表制作。
2摇 结果与分析
2. 1摇 水温及光照
水温见表 2,3 个监测点水温基本维持在 17. 9—22. 4益之间,水温自日出后持续升高,于 11:30—15:30 达
最高,约 20—22益,3 个点水温基本于日出前后 5:30—7:30 达最低,约 18益,日出后回升。
监测区水面光照强度见表 3,3 个监测点水面平均光照均在 4. 2 伊104 lx 以上,3 个点白天光照强度在
9:30—13:30 达到最高,为 4. 4伊104—8. 4伊104 lx。
表 2摇 各监测点水温
Table 2摇 Water temperature of the monitoring pionts
项目 Item 13:30 16:30 19:30 21:30 23:30 1:30 3:30 5:30 7:30 9:30 11:30 13:30 15:30
种群内水温 Water temperature of population / 益 22. 4 21. 2 20. 5 19. 5 19. 3 18. 9 18. 5 18. 0 17. 9 18. 6 20. 2 20. 7 21. 4
交界处水温 Water temperature of boundary / 益 19. 3 19. 8 19. 2 18. 9 18. 7 18. 4 18. 2 18. 0 18. 0 19. 2 20. 4 20. 7 20. 3
开阔水域水温 Water temperature of open water / 益 19. 5 19. 3 19. 1 18. 9 18. 7 18. 6 18. 3 18. 2 18. 3 19. 6 20. 6 21. 6 21. 3
表 3摇 各监测点光照强度
Table 3摇 Illumination intensity of the monitoring pionts
项目 Item 13:30 7:30 9:30 11:30 13:30 15:30 平均
种群内光照 / lx Illumination of population 16400 13150 63500 70000 68500 21800 42225
交界处光照 / lx Illumination of boundary 57400 25300 52700 64300 44600 15700 43333
开阔水域光照 / lx Illumination of open water 7340 34900 83500 64800 47000 14500 42006
2. 2摇 受菹草光合作用影响的水环境因子日变化
因沉水植物菹草根、茎、叶完全淹没于水下,故其光合作用释放氧气,消耗 CO2,以及呼吸作用释放的 CO2
的过程会对水环境因子中的 DO、pH等产生显著的影响。
2. 2. 1摇 DO变化
水体 DO 含量日变化如图 2 所示。 种群与开阔水域的 DO 含量与对应点水温呈极显著正相关关系( r =
0郾 89,0. 71;P<0. 01),交界处呈显著性正相关关系( r = 0. 54;P<0. 05)。 种群水体 DO 含量自 13:30—19:30
逐渐下降,由 13. 99mg / L降至 11. 09mg / L,晚间 21:30 升至 12. 20mg / L,后持续下降,次日 07:30 降至全天最
7911摇 4 期 摇 摇 摇 王锦旗摇 等:菹草种群内外水质日变化 摇
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低,仅 9. 1mg / L,与水温最低点一致,日出后持续升高,至 15:30 达当日最高,达 13. 90mg / L,较 07:30 高出
34郾 5% 。 交界处水体 DO含量 16:30 时较 13:30 略有升高,16:30—21:30 逐渐降低,23:30 略有回升,后又持
续降低,次日 03:30—05:30 降至最低,仅 8郾 8—8. 9mg / L,07:30 以后持续回升。 开阔水域 DO 含量日变化趋
势较简单,13:30—21:30 水体 DO 维持在 10. 30mg / L 上下,21:30 至次日 05:30 持续降低,05:30 达最低,仅
8. 4mg / L,05:30—09:30 水体 DO逐渐恢复,次日 09:30—15:30 维持在 10. 40 mg / L上下。 DO含量空间分布:
种群区>交界处>开阔水域(11. 16mg / L> 10. 06mg / L>9. 83mg / L)。
2. 2. 2摇 pH日变化
菹草种群对水体 pH的日变化影响如图 3 所示。 种群 pH 与 DO 含量呈显著正相关( r = 0. 61;P<0. 05),
交界处与开阔水域两点呈极显著正相关( r = 0. 77,0. 87;P<0. 01)。 种群区 pH13:30—19:30 持续升高,于日
落后约 1h的 19:30 达到最高,为 10. 6,后持续下降,于次日 03:30—05:30 达最低,仅 9. 9—10. 0,日出后
07:30 开始升高,11:30—15:30 又达最高值,约 10. 5—10. 6。 交界处 pH日变化趋势与种群区变化趋势一致,
前一日 13:30—19:30 持续升高,19:30 达最高,为 9. 8,后持续降低,于次日 03:30—05:30 达最低,仅 8. 9—
9郾 1。 而开阔水域 pH值与该点 DO 含量保持较高的一致性,自 13:30 至次日 7:30 持续下降,凌晨 03:30—
07:30 达最低,仅 9. 0—9. 1,后持续升高,于次日 15:30 升至最高,为 9. 5。 在空间分布上全天 pH值:种群区>
交界处>开阔水域。
图 2摇 监测点 DO含量
Fig. 2摇 DO concentration of all monitoring points
图 3摇 监测点 pH
Fig. 3摇 pH value of all monitoring points
2. 3摇 营养盐指标日变化
2. 3. 1摇 氮的日变化
TN监测结果如图 4 所示。 种群区 TN含量 13:30—07:30 逐渐上升,13:30 时 TN 最低,仅 1. 41mg / L,次
日 07:30 最高,达 1. 84mg / L,较前一日 13:30 时高出 30. 3% ,次日 11:30 也较低,为 1. 58 mg / L,15:30 略回
升。 交界处 TN含量与种群区变化趋势一致,13:30 最低,仅 1. 44mg / L,凌晨 07:30 最高,达 2郾 42mg / L,后者
较前者高出 67. 7% 。 开阔水域 TN 含量自 13:30—07:30 逐渐升高,07:30—15:30 逐渐降低,17 日 13:30 时
TN最低,次日凌晨 07:30 最高,两者相差 78. 5% 。 总体 TN含量:种群<交界处<开阔水域。 种群区及开阔水
域水体 TN含量与各点 DO含量呈显著负相关关系( r = -0. 81,r = -0. 89;P<0. 05),交界处关系不显著;三点
TN含量与各点 pH关系不显著。
NO-2 鄄N及 NO
-
3 鄄N监测结果如图 4 所示。 种群区 NO
-
2 鄄N 含量自 17 日 13:30—18 日 07:30 依次升高,
13:30 时为 0. 014mg / L,07:30 及 11:30 时均为 0. 029mg / L,15:30 略有降低,为 0. 023mg / L;交界处 NO-2 鄄N 含
量 17 日中午最低,仅 0. 014 mg / L,18 日 01:30 升至最高,为 0. 031mg / L,18 日白天 07:30—15:30 保持一致,
均为 0. 028—0. 029mg / L;开阔水域 NO-2 鄄N含量 13:30 时为 0. 015mg / L,1:30—15:30 均保持较高水平,15:30
达到最高,为 0. 042mg / L。 总体 NO-2 鄄N含量:种群<交界处<开阔水域,三点 NO
-
2 鄄N 含量变化趋势与 DO 变化
趋势相反,但相关性均不显著;各点 NO-2 鄄N 含量与 pH 关系不显著。 种群区 NO
-
3 鄄N 含量自 17 日 13:30 为
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0郾 310mg / L,18 日 01:30 达最高,为 1. 184mg / L,后持续降低,18 日 15:30 降至 0. 752 mg / L;开阔水域 NO-3 鄄N
含量变化趋势与种群区完全一致,但各时间点 NO-3 鄄N含量均高于种群区;交界处自 17 日 13:30 至 18 日 7:30
NO-3 鄄N含量升高,后持续下降,15:30 降至 1. 173mg / L;总体 NO
-
3 鄄N含量:种群<交界处<开阔水域。 三点 NO
-
3 鄄
N含量变化趋势与 DO变化趋势相反,仅交界处呈显著负相关( r= -0. 82;P<0. 05),三点 NO-3 鄄N含量与 pH关
系不显著。
NH+4 鄄N的监测结果如图 4 所示。 3 个监测点 NH
+
4 鄄N含量呈下降趋势,种群水体 NH
+
4 鄄N含量 17 日 13:30
时为 0. 173mg / L,18 日 15:30 时仅 0. 043mg / L,两者相差达 304. 93% 。 交界处水体 NH+4 鄄N 含量 17 日 13:30
时为 0. 189mg / L,18 日 15:30 时仅 0. 050mg / L,两者相差达 277. 29% 。 开阔水域 NH+4 鄄N 含量最高值为 17 日
13:30 时,为 0. 132 mg / L,最低值为 18 日 11:30 时,仅 0. 057mg / L,两者相差达 131. 93% 。 各点 NH+4 鄄N 含量
与 DO、pH无显著相关性。
图 4摇 监测点氮变化
Fig. 4摇 Nitrogen variation of the monitoring points
图 5摇 监测点磷变化
Fig. 5摇 Phosphorus variation of the monitoring points
2. 3. 2摇 磷的日变化
TP 监测结果如图 5 所示。 种群水体 TP 含量自 17
日 13:30—18 日 07:30 递增,18 日 07:30 后水体 TP 含
量略有回落,最低点为 17 日 13:30,仅 0. 040mg / L,18
日 07:30 最高,达 0. 072 mg / L。 交界处水体 TP 含量自
17 日 13:30—18 日 15:30 持续上升,17 日 13:30 最低,
仅 0. 057 mg / L,18 日 15:30 最高,为 0. 135 mg / L。 开阔
水域 17 日 13:30 也处于最低点,仅 0. 067 mg / L,18 日
01:30 最高,达 0. 125 mg / L。 3 个点 TP 含量:开阔水域
>交界处>种群。 其中开阔水域 TP 含量与该处 DO 呈显著负相关( r = -0. 86;P<0. 05),与 pH 均呈负相关关
系,但不显著,其余点 TP 含量与 DO、pH关系均不显著。
3摇 讨论
据研究,菹草适宜的生长温度为 15—25益,20益附近菹草光合作用产氧量最高,适宜的光照为 2. 6伊104—
5. 5伊104 lx,在光照强度为 5. 43 伊104 lx 时菹草光合作用的产氧量最高。 故监测时间的水温基本处于 18—
20益,水面光照强度均在 4. 2伊104 lx 以上,水温及光照强度均适宜菹草的生长和发育,也非常适宜菹草光合
放氧[12]。
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水体一方面通过大气复氧、水生植物及藻类光合放氧提高水体 DO 含量,同时水生植物及水体中微生物
还要进行呼吸作用耗氧。 菹草种群区的 DO含量主要受植株光合放氧速率与呼吸耗氧速率的影响,因水域表
层被菹草叶片覆盖,其大气复氧能力较开阔水域要低,故水体 DO主要来自菹草白天光合放氧,其光合速率的
高低主要受光照、水温、水体 CO2 浓度等因素的影响。 因植株叶片覆盖水面,需经过一段时间的光照后,水下
20cm水温逐渐才上升,植株光合速率才显著加快,故 18 日 9:30 水体 DO含量才显著升高,直至 15:30。 而日
落前后,随光照减弱,菹草光合作用也随之减弱,光合放氧量减少,故 17 日 13:30—19:30 水体 DO 随水温降
低持续降低。 而日落后 19:30 菹草中停止光合放氧,水体水生生物呼吸作用旺盛,且水面因菹草叶片覆盖,大
气复氧速度较慢,故 19:30 附近出现一个明显的低谷,后通过大气复氧水体 DO 含量略有恢复,但量较少,之
后水体中水生动植物持续不断消耗 DO,直至日出后,水温显著升高,菹草光合作用开始后,DO 才开始回升。
开阔水域水体 DO与水温呈极显著性相关,说明水体中 DO 主要来自于水体大气复氧和藻类的光合放氧,清
晨日出后,随光照强度增加,水温上升,水体 DO含量迅速增加,从 5:30—9:30 水体 DO含量迅速增加,之后缓
慢增加,直至日落时刻附近 DO含量变化不大;自 21:30—5:30 水体中微生物持续呼吸耗氧,水体 DO减少,至
5:30 降至最低。 交界处 DO含量一方面来自于种群内部氧的传输,另一方面可通过大气复氧获得,故 DO 平
均含量处于两监测点之间,DO日变化趋势既有种群内部特点,又有开阔水域的特点,自 17 日 16:30—21:30
种群及水体中微生物因呼吸作用 DO持续下降,21:30 又通过大气复氧水体 DO 略有恢复,之后一直下降,直
至 3:30—7:30 降至全天最低,日出后因种群光合放氧,DO 开始恢复,9:30 左右种群内、开阔水域与交界处
DO均得到恢复,三监测点差异较小,之后种群内与开阔水域差异增大,种群内 DO开始向开阔水域传输,故交
界处的 DO增加速度减慢,但仍较开阔水域要高。
沉水植物因其根、茎、叶完全沉没于水中,在白天光照充足时,光合放氧作用,为水体提供氧化环境,改变
水体 CO2 鄄HCO
-
3 鄄CO2
-
3 平衡[13],影响水体 pH值,且强烈的光合作用消耗水中的 CO2 [14],导致水中 pH 值的增
加。 由图 3 可见,菹草种群区自前一日 13:30—16:30 光照强烈且水温较高,菹草光合作用强烈,消耗水体
CO2 量较大,水体中 H
+浓度降低,pH值较高,均高于 10. 3。 18:35 日落后,菹草光合作用逐渐停止,菹草种群
以呼吸作用为主,但水体中 CO2 未能及时累积升高,故 19:30 水体 pH仍保持较高的水平,此后水体中 CO2 浓
度逐渐累积升高,水体中 H+浓度逐渐升高,故 pH 逐渐降低,直至凌晨日出前后,达到一天中最低值。 日出
后,菹草光合作用逐渐恢复,水体中累积的 CO2 开始逐渐被消耗,水体中 H
+浓度开始降低,水体 pH值逐渐升
高,至 11:30—15: 30 达最高值。 而开阔水域水体 pH受水体中藻类及微生物影响较大,有日光照射时水中藻
类光合作用,消耗水体 CO2,水体 H
+浓度降低,pH值较高,故前一日 13:30—16:30,水体 pH较高,但其光合作
用消耗的 CO2 量远不及种群区菹草光合作用消耗量,故整体其 pH值低于种群区,自 18:35 日落后,水体浮游
生物开始呼吸作用释放 CO2,但因其生物量不及菹草种群区,故水体中 CO2 累积速度较缓,未能迅速影响 pH,
故 13:30—21:30 开阔水域 pH值一直维持在 9. 3—9. 4,直至 21:30 后,CO2 累积量逐渐增高,水体中 H
+浓度
逐渐升高,水体 pH值降低,直至日出前后,CO2 累积量最高,pH值达最低,日出后因藻类光合作用 CO2 减少,
pH开始增加,但其消耗 CO2 较低,pH值升高较少,故 9:30—13:30 pH值始终保持在 9. 3,直至 15:30 才略有
升高。 交界处因受菹草种群光合作用及呼吸作用影响,水体中 CO2 量变化趋势与种群区一致,故水体 pH 与
种群区变化趋势基本一致,但种群从该水体消耗的 CO2 量不及种群内部,故总体 pH 低于种群内。 而开阔水
域藻类光合作用及呼吸作用对水体的影响均较菹草种群的影响要小,故从种群区—交界处—开阔水域,水体
pH逐渐降低。
氮在沉积物-水体界面的迁移和转化是一个复杂的过程,其吸附与释放是一个动态平衡过程[15]。 而温
度、DO、pH、水动力条件等环境因素都能够对氮释放过程产生影响[16],其中 DO 是最重要的影响因子[17]。 因
监测区水体较浅,表层水体各种形态氮含量与底层水体差异不大[11],故沉积物与上覆水氮迁移能够迅速从表
层水体氮含量变化表现出来。 由表 2 及表 3 可得,监测期间水体 DO 处于较高溶解氧阶段(8—14mg / L), 温
度介于 18—22益,pH种群内基本都高于 10. 0,交界处介于 8. 9—9. 8 之间,开阔水域介于 9. 0—9. 5 之间。 有
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研究表明厌氧(<0. 5 mg / L)条件下沉积物以 NH+4 鄄N溶出为主,高溶解氧条件下,沉积物 NH
+
4 鄄N 释放减缓,以
硝态氮溶出[18鄄19];但温度越高抑制氮释放效果越好[20]。 由此可推断,因种群至开阔水域三点 pH 值昼夜最高
与最低值差异依次相当于平均 pH的 6. 8% 、9. 6% 、6. 5% ,差异较小,故 3 个监测点 pH对氮变化影响较小,而
种群至开阔水域昼夜水温最高与最低值差异分别为平均值的 17. 9% 、14. 1% 、17. 5% ,而三点 DO含量昼夜最
高与最低值差异分别为平均值的 43. 8% 、30. 0% 、24. 5% ,故水体昼夜 DO及水温变化对水体沉积物氮释放起
重要作用。 因各点 DO含量较高,故底泥对上覆水 NH+4 鄄N 释放量较小,故各点之间 NH
+
4 鄄N 含量差异较小,且
未随 DO变化而变化。 3 个监测点 TN、NO-2 鄄N、NO
-
3 鄄N含量变化趋势与 DO含量变化趋势均相反,特别是 NO
-
3 鄄
N含量变化趋势尤为明显,由此说明 DO越高,对上述三氮释放抑制作用越强,故上述三氮含量空间分布顺序
为:种群区<交界处<开阔水域;而 DO较高时刻,水温也较高,两者共同抑制氮释放,故在 NO-3 鄄N含量在 DO变
化呈负相关关系。 时间分布上,白天水体 DO含量增高,水温升高,对沉积物氮释放抑制能力较强;夜间因水
温下降及 DO含量降低,对沉积物氮释放抑制能力较白天略有降低,故水体中 TN、NO-2 鄄N、NO
-
3 鄄N含量均升高。
除此之外,沉水植物生长对硝态氮吸收能力较强,对氨态氮吸收能力较弱,故沉水植物的生长对 TN、NO-2 鄄N及
NO-3 鄄N影响十分显著,对 NH
+
4 鄄N影响较弱[21]。 故植株生长对水体 NH
+
4 鄄N含量无显著影响。 因监测季节为菹
草旺盛生长期,菹草生长过程中可从水中吸收部分氮元素,使得水体中 TN、NO-2 鄄N 及 NO
-
3 鄄N 含量下降,且对
周围水域也有所影响,故离种群越远 TN、NO-2 鄄N及 NO
-
3 鄄N含量越高。 1:30—7:30 菹草光合作用停止,以呼吸
作用为主,对氮的利用率下降,加之 DO与水温对内源性氮释放抑制能力下降,故夜间 TN、NO-2 鄄N及 NO
-
3 鄄N含
量较高。
水温、DO含量、pH、水动力条件、聚磷菌活动及水体中金属离子价态密切相关还会对磷的释放起重要影
响[22鄄24]。 据金相灿等人的研究,pH值是影响磷释放的重要因素,碱性条件下,促进 NaOH鄄P 的释放;酸性条件
下,促进 HCl鄄P 的释放。 在 pH>7 的碱性条件下,沉积物磷的释放量随 pH值增大而显著增加[25]。 另有研究
认为碱性条件下则最有利于沉积物中的磷向水体释放[26]。 由上述分析可知,监测期间水体 DO 处于 8. 8—
14. 0mg / L,pH值为 9. 0—10. 6 之间,呈好氧碱性环境,但该实验 TP 含量并未随 pH 值增加而增大,反而出现
负相关关系,其原因主要是种群至开阔水域三点 pH 值昼夜最高与最低值差异较小,未能对磷的迁移产生显
著影响,对磷的迁移产生重要影响应是水体 DO 含量的变化,其中种群内昼夜 DO 含量最高与最低值差异达
4. 89mg / L,交界处达 3. 02 mg / L,开阔水域为 2. 41mg / L,分别相当于平均 DO含量的 43. 8% 、30. 0% 、24. 5% 。
因水体氧化环境可促进铁铝等金属离子呈三价状态与磷结合,以磷酸盐形式沉淀[26鄄29],还可促进聚磷菌的活
动,故水体 DO含量高低决定了上覆水磷的沉淀。 故白天种群区菹草光合放氧,使水体处于富氧环境,促进磷
的沉积,而夜间水体 DO含量下降,其磷沉积速度不及白天,故水体前一日 13:30 水体 DO较高时,水体 TP 含
量最低,而夜间水体 DO降低时,TP 达最高,日出后,水体 DO含量升高,水体中 TP 含量下降,而种群区 DO含
量并未与 TP 含量呈显著负相关性,其中菹草白天旺盛生长对磷的吸收也会产生一定影响,而菹草种群显著
改变其他水环境因子,继而影响水体磷的迁移也可能是重要原因。 而开阔水域无水生植物影响,TP 含量受
DO、pH影响显著,故两者相关性较好。 交界处水体受种群光合作用影响,水体 DO 含量高于开阔水域,故交
界处 TP 含量变化也与种群内表现出同样的变化趋势。 3 个监测点中种群区 DO含量最高,磷沉淀量最高,其
TP 含量最低,开阔水域相反,交界处介于两者之间。
4摇 结论
(1)菹草种群对水体 DO影响显著,日出后水体 DO开始增加,白天 DO含量与水温变化一致,日落后开始
下降,并于 19:30 左右出现 1 次明显低谷,后略有恢复,此后一直下降至日出前后。 种群区光合作用对周围水
域有一定的影响,交界处 DO含量呈现种群内的特点,同时具有开阔水域变化趋势。 离种群较远的开阔水域
DO变化也与水温呈现一定相关性,但总体变化幅度较小。 种群内水体 pH值自日出前后开始升高,日落后达
最高值,后开始下降,直至次日日出前后,交界处与种群变化趋势一致,开阔水域 pH总体变化幅度较小,白天
略高,夜间略低。 总体 DO及 pH分布:种群区>交界处>开阔水域。
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(2)水体 TN、NO-2 鄄N、NO
-
3 鄄N含量基本为夜间高于白天,其中水体 TN、NO
-
2 鄄N 含量日出后递减,日落后递
增,NO-3 鄄N含量自前一日 13:30 至次日 1:30 增高,1:30 至日落时递减;NH
+
4 鄄N变化规律不显著。 种群内水体
TP 含量,夜间含量较高,日出前后达最高值,日出后开始递减,日落后开始递增;开阔水域 TP 含量夜间较高,
白天略低;交界处结合两者变化特点,正午前后达最低值,傍晚达最高值。 水体 TN、NO-2 鄄N、NO
-
3 鄄N及 TP 总体
分布:种群<交界处<开阔水域。
(3)菹草种群能显著引起水体 DO、pH和其他环境因子的变化,尤其以 DO昼夜变化较大,影响作用最强,
继而影响水体与底泥的氮磷交换,pH昼夜变化率较低未能影响水体氮磷交换,与无水生植物区对比,菹草种
群光合放氧能促进水体 DO的提升,降低水体氮磷营养盐的含量,并对周围水域产生一定的影响。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 4 February,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Concepts, processes and quantification methods of the forest water conservation at the multiple scales
WANG Xiaoxue, SHEN Huitao, LI Xuyong, et al (1019)
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Advances in the study of stable isotope composition of leaf water in plants LUO Lun, YU Wusheng, WAN Shimin, et al (1031)……
Eco鄄environmental effects of urban landscape pattern changes: progresses, problems, and perspectives
CHEN Liding, SUN Ranhao, LIU Hailian (1042)
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An overview of advances in distributional pattern of urban biodiversity MAO Qizheng, MA Keming, WU Jianguo,et al (1051)………
Ecological compensation boosted ecological protection and human well鄄being improvement LI Huimei,ZHANG Anlu (1065)…………
Autecology & Fundamentals
Effects of indigenous AM fungi and neighboring plants on the growth and phosphorus nutrition of Leymus chinensis
LEI Yao, HAO Zhipeng, CHEN Baodong (1071)
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Influences of AM fungi on plant growth and water鄄stable soil aggregates under drought stresses
YE Jiashu, LI Tao, HU Yajun, et al (1080)
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The effect of transgenic cucumber with double strands RNA of mapk on diversity of rhizosphere bacteria
CHEN Guohua, MI Baobin, LI Ying, et al (1091)
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The ambient ozone pollution and foliar injury of the sensitive woody plants in Beijing exurban region
WAN Wuxing, XIA Yajun, ZHANG Hongxing, et al (1098)
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Diversity and plant growth鄄promoting potential of culturable endophytic bacteria isolated from the leaves of Atractylodes lancea
ZHOU Jiayu, JIA Yong, WANG Hongwei, et al (1106)
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Effects of the low temperature treatment on egg maturation and its numerical dynamics in the parasitoid Pteromalus puparum
(Hymenoptera: Pteromalidae) XIA Shiyang,MENG Ling,LI Baoping (1118)……………………………………………………
Circadian rhythm of calling behavior and sexual pheromone production and release of the female Zeuzera leuconotum Butler
(Lepidoptera: Cossidae) LIU Jinlong, JING Xiaoyuan, YANG Meihong, et al (1126)…………………………………………
Influence of fluoride on activity of carboxylesterase and esterase in hemolymph of Bombyx mori
MI Zhi, RUAN Chenglong, LI Jiaorong, et al (1134)
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Effects of water temperature on the embryonic development, survival and development period of larvae of ridgetail white prawn
(Exopalaemon carinicauda) reared in the laboratory LIANG Junping, LI Jian, LI Jitao,et al (1142)……………………………
Population, Community and Ecosystem
Diversity of ecosystem services and landscape multi鄄functionality: from scientific concepts to integrative assessment
L譈 Yihe, MA Zhimin, FU Bojie, et al (1153)
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Research on estimating wetland vegetation abundance based on spectral mixture analysis with different endmember model: a case
study in Wild Duck Lake wetland, Beijing CUI Tianxiang, GONG Zhaoning, ZHAO Wenji,et al (1160)………………………
Identifying typical plant ecological types based on spectral characteristic variables: a case study in Wild Duck Lake wetland,
Beijing LIN Chuan, GONG Zhaoning, ZHAO Wenji,et al (1172)…………………………………………………………………
Responses of phytoplankton community to the construction of small hydropower stations in Hainan Province
LIN Zhangwen,LIN Sheng,GU Jiguang,et al (1186)
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Diurnal variation of water quality around Potamogeton crispus population WANG Jinqi,ZHENG Youfei,WANG Guoxiang (1195)……
Effects of three forest restoration approaches on plant diversity in red soil region, southern China
WANG Yun, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (1204)
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Dynamics of soil physical鄄chemical properties and organic carbon content along a restoration chronosequence in Pinus tabulaeformis
plantations HU Huifeng, LIU Guohua (1212)………………………………………………………………………………………
Probability models of forest fire risk based on ecology factors in different vegetation regions over China
LI Xiaowei, ZHAO Gang, YU Xiubo,et al (1219)
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Landscape, Regional and Global Ecology
Landscape ecological security dynamics in a fast growing urban district: the case of Dongguan City
YANG Qingsheng, QIAO Jigang, AI Bin (1230)
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The difference between exergy and biodiversity in ecosystem health assessment: a case study of Jiangsu coastal zone
TANG Dehao, ZOU Xinqing, LIU Xingjian (1240)
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Impacts of drying鄄wetting cycles on CO2 and N2O emissions from soils in different ecosystems
OUYANG Yang, LI Xuyong (1251)
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Evaluation of low鄄carbon competitiveness in Western China JIN Xiaoqin, DU Shouhu (1260)…………………………………………
Flood return period analysis of the Bayi Reservoir Watershed based on HEC鄄HMS Model
ZHENG Peng, LIN Yun, PAN Wenbin,et al (1268)
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Simulation of rainfall interception process of primary korean pine forest in Xiaoxing忆an Mountains by using the modified Gash
model CHAI Rushan, CAI Tijiu, MAN Xiuling, et al (1276)……………………………………………………………………
Characteristics of tree鄄ring chronology of Pinus koraiensis and its relationship with climate factors on the northern slope of
Changbai Mountain CHEN Lie, GAO Lushuang, ZHANG Yun, et al (1285)……………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Nitrogen flows in“crop 鄄edible mushroom冶production systems in Hexi Corridor Oasis Irrigation Area
LI Ruiqin,YU Anfen, ZHAO Youbiao,et al (1292)
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Effects of fertilization on soil fertility indices and yield of dry鄄land peanut
WANG Caibin, ZHENG Yaping, LIANG Xiaoyan, et al (1300)
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Effect of tillage and residue management on dynamic of soil microbial biomass carbon
PANG Xu,HE Wenqing,YAN Changrong,et al (1308)
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Evaluation of eco鄄security of cultivated land requisition鄄compensation balance based on improved set pair analysis
SHI Kaifang,DIAO Chengtai,SUN Xiufeng, et al (1317)
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Opinions
Methodology for measuring forestry ecological security based on ecology鄄industry symbiosis: a research framework
ZHANG Zhiguang (1326)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是由中国科学技术协会主管,中国生态学学会、中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊,创刊于 1981 年,报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果。 坚持“百花齐放,百家
争鸣冶的方针,依靠和团结广大生态学科研工作者,探索自然奥秘,为生态学基础理论研究搭建交流平台,促
进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
《生态学报》主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果。 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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第 33 卷摇 第 4 期摇 (2013 年 2 月)
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