第二章 水生植物附植生物组成和结构特征
第一节 富营养化水体中典型水生植物附植生物特征比较
水生植物在水生态系统中占有独特的生态位，发挥着关键作用。水生植物能够通过各种途径如改变水流、水体理化条件、自身吸收和反硝化对水体养分循环产生影响，在湖泊生态修复中发挥着重要作用（Schneider，Lindstrom，2011；董彬等，2014）。在富营养化较为严重的水体中，常见各种碎屑、泥沙、菌胶团、藻类等附着在水生植物茎叶表面。这些附着物直接影响光的传输、气体的交换以及物质的迁移，可使到达植物表面的光发生衰减，在一定条件下会限制沉水植物的光合作用速率，最终对植物生长和分布产生影响。推测附植生物的大量繁殖可能是藻类暴发和沉水植物消亡的重要诱因（Phillips，1978）。目前对附着物的研究主要集中在沉水植物上（宋玉芝等，2010；何聃等，2014；董彬等，2013），而对浮水植物和挺水植物附着物的了解比较少。鉴此，本章选择挺水植物芦苇、沉水植物菹草和浮叶植物荇菜三种植物，对其附着物进行了比较研究，以期为水生植物的科学管理和受损水环境质量的提高提供科学依据。
一、材料和方法
1.实验材料选取
本研究选取芦苇（Phragmites australis）、荇菜（Nymphoides peltatum）和菹草（Potamogeton crispus）3种典型水生植物（图2-1）进行实验。芦苇，禾本科芦苇属；多年生挺水植物，根状茎十分发达，秆直立，高1～3m，直径1～4cm，具20多节；生于江河湖泽、池塘沟渠沿岸和低湿地，为全球广泛分布的多型种。由于芦苇的叶、叶鞘、茎、根状茎和不定根都具有通气组织，所以它在净化污水中起到重要的作用。荇菜，别名莕菜、水荷叶，龙胆科莕菜属；多年生水生草本浮水植物；茎圆柱形，多分枝，密生褐色斑点，节下生根；生于池塘或不甚流动的河溪中；性强健，耐寒又耐热，喜静水，适应性很强。菹草为眼子菜科、眼子菜属沉水草本植物；茎多分枝，叶条形，无柄；其生命周期与多数水生植物不同，在秋季发芽，冬春生长，4～5月开花结果，夏季6月后逐渐衰退腐烂，同时形成鳞枝（冬芽）以度过不适环境；生于池塘、湖泊、溪流中，静水池塘或沟渠较多，为世界广布种。
图2-1 三种典型水生植物
水生植物采自临沂市兰山区某富营养化水体（118.32°E，35.11°N）。在水生植物的稳定生长期采集植物，用多参数水质测定仪现场测定溶解氧DO、pH值、氧化还原电位Eh、透明度等水环境因子指标和生物量、株高、直径、叶长、叶宽等植物生长指标。同时采集水样，用于室内标准方法测定水体总氮、总磷、硝态氮、铵态氮、磷酸盐（魏复盛，2002）。在稳定生长期内采集3次，取平均值。
2.附着物指标的测定
用剪刀从不同植株上采集典型茎叶装入盛有无菌水的聚乙烯瓶中（芦苇只采集生长于水中的部分），每个样品5个平行，带回实验室。用软毛刷和无菌水轻刷洗植物表面，用显微镜观察确保附着物完全刷下且茎叶表面未受损。刷洗液连同软毛刷冲洗液一并收集，将收集的样品定容。附着物干重（DW）、附着物无灰干重（FADW）、附着物灰分重（AW）和附着物叶绿素a含量（Chl-a）的测定和计算的具体方法见文献（董彬等，2015）。
二、采样点植物群丛内水质特征
各采样点植物群丛内主要水质指标存在差异（表2-1）。菹草群丛内水体溶解氧（DO）和pH值最高，荇菜群丛内居中，芦苇群丛内最低。营养盐含量以菹草群丛内水体的最低，荇菜群丛内居中，芦苇群丛内最高。从中可以看出，沉水植物菹草对水体的生态作用要强于浮水植物荇菜和挺水植物芦苇。水体透明度是描述水体光学的一个重要参数，同时也是评价水体富营养化的一个重要指标，它能直观地反映水体的清澈和浑浊程度。水悬浮物的组成和含量是透明度的主要影响因素，二者的变化规律比较一致（张运林等，2003）。
表2-1 植物群丛内主要水质指标
三、不同种类植物的附着物存在差异
3种处于稳定生长期的水生植物附着物的各指标均存在显著差异（图2-2）。附着物干重（DW）、附着物无灰干重（FADW）、附着物灰分重（AW）、附着物叶绿素a含量（ Chl-a）和附着物厚度，均以挺水植物芦苇的最高，沉水植物菹草的居中，而浮水植物荇菜的最低。水生植物茎叶表面的附着物是附着藻类、微生物、原生动物、有机及无机碎屑的聚集体。附着物干重反映的是附着物的总重量，经烘干称重而得；附着物无灰干重反映的是有机成分的含量多少，与水体的污染物来源及污染状态有关；附着物灰分重则是指附着物经高温燃烧后剩余的无机成分的含量；而叶绿素a含量反映的是附着物中光能自养成分的含量。
图2-2 3种水生植物附着物特征
植物表面附着物除水体的营养负荷外，与植物种类亦有密切关系。芦苇群丛内营养盐含量高于荇菜和菹草群丛内，而透明度较低，加之芦苇茎叶表面粗糙，附着物易于附着，虽然对藻类有较强的化感作用（李锋民，胡洪营，2004），但芦苇茎叶表面干重及附着物厚度均最高。荇菜叶片近革质，上面光滑，附着物不易附着，下面密生腺体且粗糙，漂浮在水面上，由于受水体波动影响，加之较强的化感作用，附着物亦不易附着，因此，附着物含量最低。而菹草为沉水植物，整株植物浸没在水下，叶片有褶皱，附着物易于附着，因此，附着物含量介于芦苇和荇菜之间。
结果表明，上述3种不同类型植物表面的附着物数量存在显著差异，与前人研究结果一致。由文辉发现在富营养化水体中附着藻类的生物量大小表现为黑藻（Hydrilla verticillata）>金鱼藻（Ceratophyllum demersum）>菹草（Potamogeton crispus）>苦草（Vallisneria natans）>马来眼子菜（Potamogeton malaianus）（由文辉，1999）。Pip和Robinson（1984）发现不同沉水植物上的附着藻类显著不同，各宿主植物间，硅藻亚群最相似，绿藻亚群差异最大。但Eminson和Moss（1980）认为附植生物群落在贫营养水体中表现出最高的宿主专一性，这种专一性在高养分水平条件下降低，且外部环境因素变得更重要。
总之，芦苇、荇菜和菹草3种水生植物的各附着物指标存在宿主差异，这与植物形态和生理特征有关。