一种湖泊沉水植物的生物调控方法

技术领域

本发明涉及浅水湖泊生态修复技术领域，更具体的说是涉及一种湖泊沉水植物的生物调控方法。

背景技术

近年来，随着工业化和城镇化的不断加速，大量工业污水和生活污水排放，淡水湖泊的生态环境遭到一定程度的破坏，其中以水体富营养化问题尤为突出。作为湖泊生态系统中重要的初级生产者之一，沉水植物群落结构和空间分布对湖泊生态系统具有重要影响。因此，沉水植物的恢复和调控成为改善湖泊水环境、提升湖泊生态系统健康的重要手段。

调控沉水植物生长现有手段主要有物理方法、化学方法和生物方法三种。物理方法即人工打捞和机械收割，但成本高、劳动力大，只能在短时间、小范围起作用，不能长期消除沉水植物过度生长产生的危害；化学方法如使用除草剂，容易对水环境产生污染，危害生态安全。生物方法主要以草食性鱼类等水生生物的牧食作用对沉水植物进行控制，该方法成本低、安全性高、效果也持久。目前，对沉水植物生长的生物调控以草鱼为主，但存在以下问题，草鱼的密度、年龄、个体大小、水温和pH等都会影响草鱼对沉水植物的控制效果。在实际操作过程中常存在草鱼过度牧食导致生态系统崩溃的现象。

综上，如何提供一种效果好、风险低的用于修复和调控沉水植物群落结构的生物调控方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种湖泊沉水植物的生物调控方法。利用鲫和螺作为调试物种，有利于调控和改善水生态系统中沉水植物的群落结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湖泊沉水植物的生物调控方法，包括如下步骤：

向需调控区域内放养鲫，放养密度为70～130g/m

目前，富营养化湖泊的治理主要分为2步。第一步：种植沉水植物，如金鱼藻、穗状狐尾藻、篦齿眼子菜、轮叶黑藻等，用于去除吸收富营养化水体氮、磷等营养盐。第二步：清除过度生长的沉水植物，调整植物群落结构，防止大量沉水植物腐烂造成二次污染。

在进行富营养化湖泊治理的第一步，常由于大量的藻类附着在沉水植物表面，影响沉水植物的定植、对水体营养盐的吸收。螺类可以清除沉水植物表面的固着藻类，促进沉水植物穗状狐尾藻和篦齿眼子菜等的生长，避免因藻类过多而导致沉水植物死亡、或吸收营养盐效率降低。

水体营养过剩导致沉水植物大量生长，其中以耐污染种冠层沉水植物穗状狐尾藻、篦齿眼子菜等为主要水生植物。虽然沉水植物在维持水域清水稳态起着重要的作用，但冠层沉水植物过量生长常导致水下光照不足，间接影响其他水生生物的群落分布；沉水植物的呼吸作用还消耗大量氧气，植物残体的腐烂分解还对水体造成二次污染。在进行富营养化湖泊治理的第二步，可以采用鲫调控沉水植物的过度生长，鲫对苦草和穗状狐尾藻种群竞争有显著影响，能显著降低冠层沉水植物穗状狐尾藻的生物量，并提高非冠层沉水植物苦草的种群竞争优势，进而调控和改善水生态系统中沉水植物的群落结构。

在实际应用过程中，可以根据实际情况选择使用鲫还是螺来进行调控。

所取得的有益效果：(1)鲫，杂食性鱼类，摄食沉水植物、底栖动物、藻类、植物碎屑、小型软体动物、腐殖质等。广泛存在于我国淡水水域。本发明利用鲫作为调试物种，通过对苦草和穗状狐尾藻总干重和种群比例的监测，在鲫密度70～130g/m

优选的，所述螺为中国圆田螺、椭圆萝卜螺或绘环棱螺，放养密度分别为150～250g/m

所取得的有益效果：(1)椭圆萝卜螺，以沉水植物叶片、附着藻类为食，生活在水体上层，漂浮在水面或附着在沉水植物表面，能直接牧食沉水植物枝叶上的附着藻类，提高沉水植物光合作用效率。(2)绘环棱螺，以植物碎屑、腐烂的有机质和植物表层的附着藻类为食，几乎不具备取食水体植物鲜活组织的能力。生活在水体下层或附着在沉水植物表面。(3)中国圆田螺，以底泥中的细菌、腐殖质，以及水中的浮游植物、悬浮有机碎屑、幼嫩水生植物等为食。生活在水体底层，加速水生态系统底层物质循环。(4)中国圆田螺生活在底层，椭圆萝卜螺生活在水体上层，绘环棱螺常附着在沉水植物表面，能在上、中、下水层活动，三种螺类均能牧食附着藻类，在合适的密度范围内均促进沉水植物生长。

优选的，所述鲫的体长为12～18cm。

所取得的有益效果：鲫体长过高，扰动能力强，降低水体透明度，不利于植物生长。体长低，对沉水植物的牧食能力弱，达不到调控效果。

优选的，所述沉水植物为穗状狐尾藻、篦齿眼子菜、轮叶黑藻、苦草中的一种或多种。

(1)穗状狐尾藻，冠层沉水植物，喜高温，为世界广布种，繁殖能力强，主要以无性繁殖为主，可直接采用枝叶尖端扦插、营养体移栽和芽孢种植等繁殖。有性繁殖一般在春节播种种子与营养土中。喜阳光充足的地方。常应用于环境监测、治理以及水环境水质净化方面。(2)苦草，莲座型沉水植物，主要生长于江河湖泊、溪流沟壑和池塘中。既可有性繁殖也可无性繁殖。在5～8月份可切取根部茎上的分支进行繁殖，喜环境隐蔽的地方。常应用于景观治理，药用和环境监测和治理方面。(3)篦齿眼子菜，冠层沉水植物，生于河沟、水渠、池塘等各类水体，水体多呈微酸性或中性，在西北地区亦见于少数微碱性水体及咸水中。全球分布，尤以两半球温带水域较为习见。常用于环境监测和治理以及水环境水质净化等方面。

优选的，湖泊水体温度为20～32℃时生物调控效果更佳。

优选的，当放养鲫时，湖泊水体温度为20～30℃时生物调控效果更佳；当放养螺时，湖泊水体温度为25～32℃时生物调控效果更佳。

所取得的有益效果：(1)20～30℃适合鲫牧食，温度过高、过低、骤变均影响鲫摄食。(2)水温在25～32℃时，该温度更有利于沉水植物的生长、繁殖。

优选的，当放养鲫时，选取沉水植物盖度范围在50～90％的区域。

优选的，当放养鲫时，沉水植物中冠层沉水植物占80～90％。

所取得的有益效果：非冠层沉水植物生物量集中在下水层，有利于固着底质，降低沉积物再悬浮。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：利用鲫或螺作为调试物种，有利于调控和改善水生态系统中沉水植物的群落结构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明实施例1中水体理化因子变化结果，其中，(a)为DO结果，(b)为TN结果，(c)为TP结果，(d)为COD结果，(e)为透明度结果，(f)为温度结果；

图2附图为本发明实施例1中实验结束时水体Chla含量；

图3附图为本发明实施例1中苦草各项生长和形态指标结果，其中，(a)为株高结果；(b)为根长结果；(c)为分株数结果；(d)为根干重结果；(e)为总干重结果；(f)为根占比结果；

图4附图为本发明实施例1中穗状狐尾藻各项生长和形态指标结果，其中，(a)为株高结果；(b)为根长结果；(c)为分枝数结果；(d)为根干重结果；(e)为总干重结果；(f)为根占比结果；

图5附图为本发明实施例1中沉水植物(苦草和穗状狐尾藻)的总生物量占比结果；

图6附图为本发明实施例7中水体中各处理组TN和TP结果，其中(a)为TN结果，(b)为TP结果；

图7附图为本发明实施例7中沉水植物穗状狐尾藻和篦齿眼子菜形态学和生物量指标的单因素方差分析结果，其中，(a)为篦齿眼子菜株高结果，(b)为篦齿眼子菜根长结果；(c)为篦齿眼子菜根干重结果；(d)为篦齿眼子菜根占比结果；(e)为篦齿眼子菜总干重结果；(f)为穗状狐尾藻株高结果；(g)为穗状狐尾藻根长结果；(h)为穗状狐尾藻根干重结果；(i)为穗状狐尾藻根占比结果；(j)为穗状狐尾藻总干重结果；

图8附图为本发明实施例8中水体中各处理组TN和TP结果，其中(a)为TN结果，(b)为TP结果；

图9附图为本发明实施例8中沉水植物穗状狐尾藻和篦齿眼子菜形态学和生物量指标的单因素方差分析结果，其中，(a)为篦齿眼子菜株高结果，(b)为篦齿眼子菜根长结果；(c)为篦齿眼子菜根干重结果；(d)为篦齿眼子菜根占比结果；(e)为篦齿眼子菜总干重结果；(f)为穗状狐尾藻株高结果；(g)为穗状狐尾藻根长结果；(h)为穗状狐尾藻根干重结果；(i)为穗状狐尾藻根占比结果；(j)为穗状狐尾藻总干重结果；

图10附图为本发明实施例9中水体中各处理组TN和TP结果，其中(a)为TN结果，(b)为TP结果；

图11附图为本发明实施例9中沉水植物穗状狐尾藻和篦齿眼子菜形态学和生物量指标的单因素方差分析结果，其中，(a)为篦齿眼子菜株高结果，(b)为篦齿眼子菜根长结果；(c)为篦齿眼子菜根干重结果；(d)为篦齿眼子菜根占比结果；(e)为篦齿眼子菜总干重结果；(f)为穗状狐尾藻株高结果；(g)为穗状狐尾藻根长结果；(h)为穗状狐尾藻根干重结果；(i)为穗状狐尾藻根占比结果；(j)为穗状狐尾藻总干重结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所需药剂为常规实验药剂，采购自市售渠道；未提及的实验方法为常规实验方法，在此不再一一赘述。

实施例1

(一)实验方法：

(1)在长×宽×高：2×2×1.5m的实验水池中放入50cm深的湖水。

(2)向实验水池中种植沉水植物穗状狐尾藻和苦草，二者种植密度均为7.5颗/m

(3)一周后，向实验水池中加入湖水至水面高度为125cm。

(4)穗状狐尾藻高度达到125cm时，向实验水池分别加入密度为100g/m

(二)测定指标：

(1)水体理化因子：温度、DO、TN、TP、COD、透明度；

(2)水体中Chla含量；

(3)苦草各项生长和形态指标：株高、根长、分株数、根干重、总干重、根占比；

(4)穗状狐尾藻各项生长和形态指标：株高、根长、分株数、根干重、总干重、根占比；

(5)沉水植物总生物量占比。

(三)测定方法：

(1)定期监测水质，每10天采集一次水样，采样时间为下午16:00至17:00之间。采样时，利用5L采水器采集各实验单元的水样，实验室内测定水体TN、TP、化学需氧量(COD)。使用便携式多参数水质分析仪(YSI Professional Plus,美国)测定温度(Temperature,T)、溶解氧(Dissolved oxygen,DO)等指标；用塞氏盘(Secchi disc,SD)测定透明度。

(2)实验结束时(第50天)，检测各处理组水体Chla。

(3)实验结束时同时采集各实验水池内所有的苦草和穗状狐尾藻植株，用软毛刷小心刷掉植物表面的附着物，并用滤纸吸干植物表面的水分，测定两种植物的根长、株高、分株数。并将苦草和穗状狐尾藻在60摄氏度烘干至恒重，测其总干重、根干重，并计算根占比。

(四)测定结果：测定结果如图1～5所示，结果表明：

实验期间各组的温度和COD存在一定程度的波动，其温度变化范围27.6～30.6℃，COD变化范围13.67～51.5mg/L，但各组之间无明显差异(P＞0.05)(图1)。三个处理组之间DO浓度差异不大，但显著低于对照组DO浓度(P＜0.05)(图1)。鲫的放养显著降低了水体的透明度、提高了氮磷等营养盐浓度。试验期间，对照组的透明度维持在125cm，低密度组变化范围为78～125cm，中密度组变化范围为43～125cm，高密度组变化范围为30～125cm(图1)。水体TN和TP质量浓度随鲫密度的增大而增大，表现为对照组＜低密度组＜中密度组＜高密度组(图1)。

水体Chla含量与鲫放养密度呈明显的正相关(图2)，鲫的扰动和排泄作用会导致水体营养盐含量升高，进而促进浮游植物生长。

鲫的密度对控制效果有影响，在100g/m

鲫的密度对苦草和穗状狐尾藻种群竞争有显著影响，在100g/m

实施例2

鲫长13±1cm，其余操作步骤同实施例1。

结果表明，鲫的密度对控制效果有影响，在100g/m

实施例3

鲫长17±1cm，其余操作步骤同实施例1。

结果表明，鲫的密度对控制效果有影响，在100g/m

实施例4

鲫的加入密度为70g/m

结果表明，鲫的密度对控制效果有影响，在三种密度(70g/m

实施例5

将鲫换成草鱼，其余操作同实施例1。

结果表明，在放入草鱼的第二天，草鱼将沉水植物吃光，属于过度牧食，且实验期间水体透明度最高35cm，水体浑浊。

实施例6

将鲫换成团头鲂，其余操作同实施例1。

结果表明，在放养团头鲂的一周后，团头鲂将沉水植物吃光，实验结束时水体透明度最高45cm，水体较浑浊。

实施例7

(一)实验方法：

(1)在长×宽×高：2×2×1.5m实验水池中放入50cm湖水。

(2)按照1:1比例种植沉水植物穗状狐尾藻和篦齿眼子菜于实验水池。两种沉水植物的种植密度均为7.5颗/m

(3)一周后，待沉水植物全部存活，试验水池加湖水至水深125cm。

(4)向试验水池分别加入密度为100g/m

(二)测定指标：

(1)水体理化因子：温度、DO、TN、TP、SPC、TDS、pH；

(2)篦齿眼子菜各项生长和形态指标：株高、根长、根干重、根占比、总干重；

(3)穗状狐尾藻各项生长和形态指标：株高、根长、根干重、根占比、总干重。

(三)测定方法：

(1)定期使用便携式多参数水质分析仪(YSI Professional Plus,美国)测定温度(T)、溶解氧(DO)、电导率(SPC)、总溶解固体(TDS)和pH等指标，七天一次；50天后试验结束，将篦齿眼子菜和穗状狐尾藻在60℃烘干至恒重，测其总干重。

(2)以椭圆萝卜螺密度为变量，2种沉水植物的生长和形态学指标差异均采用单因素方差分析(One-wayANOVA)检验，两两比较采用Turkey’s HSD方法，显著性水平为P＜0.05。方差分析前，如果数据方差不齐或者不满足正态分布，则进行lg(x+1)转换。

(四)测定结果：

测定结果如表1及图6～7所示。

表1实验期间各处理组理化因子

结果表明：(1)实验期间，最高水温30.4℃，最低水温22.2℃，各处理组之间水温无明显差异，整个实验期间水体溶解氧大于6.5mg/L，试验期间各处理组水体呈碱性。(2)随着椭圆萝卜螺放养密度增加，TN含量升高，TP无明显差异(图6)。(3)对于沉水植物篦齿眼子菜，放养椭圆萝卜螺显著降低了高密度组篦齿眼子菜根长，增加了低密度组篦齿眼子菜总干重，而对篦齿眼子菜株高、根干重、根占比无显著性影响。对于沉水植物穗状狐尾藻，放养椭圆萝卜螺显著增加了高密度组穗状狐尾藻株高、根长、根干重，增加了低密度组和中密度组穗状狐尾藻总干重，而对穗状狐尾藻根占比无显著性影响。(图7)(4)在100g/m

实施例8

将椭圆萝卜螺换成中国圆田螺，其余操作同实施例7。

实验结果：见表2及图8～9。

表2实验期间各处理组理化因子

结果表明：(1)实验期间，平均水温无显著差异，各处理组溶解氧含量较高，水体成碱性。(2)随着中国圆田螺放养密度的增加，TN含量逐渐升高，TP含量逐渐降低(图8)。(3)对于沉水植物篦齿眼子菜，在放养中国圆田螺的条件下，株高、根长、根占比与对照组均无显著性差异，低密度组和高密度组篦齿眼子菜根干重显著高于对照组，中密度组篦齿眼子菜总干重显著高于对照组；对于沉水植物穗状狐尾藻，在放养中国圆田螺的条件下，株高与对照组无显著性差异，低密度根占比显著高于对照组，低密度组和中密度组根长、根干重、总干重均显著高于无螺对照组，其中在中密度组总干重最高(图9)。(4)在200g/m

实施例9

将椭圆萝卜螺换成绘环棱螺，其余操作同实施例7。

实验结果：见表3及图10～11。

表3实验期间各处理组理化因子

结果表明，(1)实验期间，最高水温30.6℃，最低水温22.5℃，各处理组之间水温无明显差异，整个实验期间水体溶解氧大于4.4mg/L，试验期间各处理组水体呈碱性。(2)实验结束，绘环棱螺高密度组水体TN含量明显高于其他处理组，中密度组TP含量明显高于其他处理组(图10)。(3)对于沉水植篦齿眼子菜，放养绘环棱螺显著增加了低密度组篦齿眼子菜根干重，降低了高密度组篦齿眼子菜长、根干重，高密度组篦齿眼子菜总干重显著低于低密度组。对于沉水植物穗状狐尾藻，放养绘环棱螺显著增加了穗状狐尾藻总干重，显著增加了低密度组和高密度组穗状狐尾藻根干重，与无螺对照组相比，放养绘环棱螺对穗状狐尾藻株高、根长、根占比均无显著性影响(图11)。(4)在100g/m

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。