根际低氧逆境对湿地植物的影响、机制及底泥原位修复研究

在湿地的生态修复过程中，植被的重建受到诸多环境因子的制约，底泥低氧环境是重要的限制因子，目前国内外缺乏相关的定量研究。本项目以典型富营养水体的有机质富集底泥为对象，在研究底泥有机质矿化的生物地球化学特征的基础上，利用底泥低氧环境定量模拟和根际原位研究方法，分析根际低氧逆境对湿地植物形态学和生理学造成的影响，以及植物的适应机制；并将现有的几种底泥原位修复技术（富氧材料覆盖、微生物制剂与界面微孔曝气）应用于有机质富集底泥，研究技术的应用对根际低氧逆境的改善作用，以及对湿地植被重建的影响，以此提出底泥原位修复技术的应用参数。本研究将为湿地植物退化和重建研究提供理论参考，并为湿地生态修复实践提供技术支持。

在湿地的生态修复实践中，水生植被的恢复和重建受到诸多环境因素的制约，通常因水体富营养化和藻类过量生长而导致的光照不足被认为是主要的胁迫因子，而因底泥中过量有机物降解而导致的低氧环境近年来也到了较多的关注，但关于低氧逆境对植物的影响以及相关机制，目前国内外仍缺乏相关的定量研究。本项目依据有机质富集底泥的理化特点，发展了一套湿地植物根际厌氧环境模拟方法与装置，该方法采用凝胶固定有机质的方式，使底泥中有机质能持续缓慢降解，维持较长时间的底泥厌氧环境；同时将间隙水微量采集装置和二维氧气测量系统应用于根际性质研究中，获得了较高空间分辨率的根际效应数据。利用该研究方法和装置，研究了底泥厌氧环境对湿地植物恢复代表性种类形态学和生理学造成的影响。研究发现，常见挺水植物恢复种类（黄花鸢尾，Iris pseudacorus）对底泥厌氧环境具有较强的耐受能力，主要是通过较高的厌氧呼吸活性实现的，其生物量积累并未受到明显抑制，但厌氧环境对生物量分布具有显著影响，表现为厌氧程度越高，生物量的根茎比越高。与挺水植物不同，底泥厌氧环境对沉水植物（苦草和黑藻）的种子萌发和生长具有较强抑制作用，而低光照也有类似效果；除此之外，底泥厌氧对沉水植物的光合作用、碳氮代谢和抗氧化系统影响较为明显，光照不足会加剧厌氧环境的抑制作用。但是，在贫营养底泥中，轻度的底泥厌氧环境反而有利于沉水植物的生长量的积累，这可能跟厌氧条件下营养盐的释放有关。. 对底泥原位修复技术的研究表明，保持晾晒对底泥氨氮和硫化物的释放有一定抑制作用，在一段时间内能明显改善底泥氧化还原状况；在晾晒处理底泥上生长的黑藻的茎和根系生物量明显高于未作晾晒处理的底泥，并且黑藻生物量有随着蔗糖投加量的增加而增加的趋势，说明晾晒后底泥中有机质的增加反而有利于植物的生长。.同时，以一条典型的城市景观河流为对象，进行了水生植被恢复实验，监测了植被恢复对河道水质的改善作用以及对生物量多样性的影响，发现种植13种广布土著水生植物一年半后，河道水质明显提升，河滨带水生湿生植物种类从14种增加到60种，浮游植物多样性指数明显升高，说明在退化湿地的生态修复实践中，利用人工种植的方法恢复抗逆性较强的水生植被，可以促进水生态系统结构和功能的重建。本研究可以为湿地植物退化和重建研究提供理论参考，并为湿地生态修复实践提供技术支持。