发布日期:2015-12-24
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社会实践:螺类及虾类对沉水植物以及附着藻类的影响2 |
关于我们小组在进行的大学生创新活动计划项目,即《螺类及虾类对沉水植物以及附着藻类的影响》。经过一年的摸索实验、探索,已取得一些成效。现将从以下几个方面对项目进行总结。
第一,项目背景。近几十年来,水体的富营养化形势十分严峻,我国主要的水体的富营养化分布不但面广,而且程度严重。我国主要的淡水湖泊中大部分水体中的营养盐的含量基本上达到了发生富营养化水体的条件,除了位于人烟稀少的地区和处于原始状态的部分外。而通过生态学家的多次探索发现,水生植物在水生态修复和水污染治理中有着积极作用,能通过物理的作用(如植物根系会分泌含特殊的功能团的有机物,吸附、过滤和沉淀水中的化合物),化学的作用(直接吸收和利用可利用态氮、磷,以及从周围环境中交换吸附重金属等),微生物的辅助作用达到净化水质的效果。因此大型水生植物将成为很有前途的综合处理污水的新生力量。
水环境恶化引起的水域生态系统退化,引起了人们的反思并开始积极寻找方法修复受损的水域生态系统。通过生态学家的多次探索发现,水生植物在水生态修复中发挥着重要的作用,能够有效地控制水体富营养化的发展。尽管水生植被在水域生态系统修复中起着重要的调节作用,但其自身的生长也受到生物和非生物因素的制约,水生植物的生长能够被大量繁殖的浮游藻类和附着藻类抑制,特别是蓝藻“藻华”产生的毒素会伤害水生植物的生长和繁殖。目前, 在富营养湖泊的生态恢复与治理过程中, 通过引进大型软体动物种群来延缓富营养化进程、促进湖泊生态恢复是较为常见的生态操纵措施之一, 然这些大型软体动物的生长和繁殖义与水生植被的恢复情况密切相关。
为了探究沉水植物衰退的原因,国内外的研究者从富营养化水体的浊度、弱光照、高营养、浮游植物等对沉水植物的影响以及不同沉水植物间的相互影响开展了大量研究,而有关附着生物对沉水植物影响的研究开展的比较少,有关附着生物对沉水植物影响的研究表明,附着生物的存在会对宿主沉水植物的生长产生不利的影响,从而影响沉水植物的分布及种群组成,甚至导致其衰亡。.Laugaste等和Smoot等的研究发现, 在富营养化湖泊藻类暴发过程中, 首先出现的是附着生物的大量繁殖, 继而才发生浮游藻类的大量暴发.他们认为:附着生物的大量繁殖或许是藻类暴发和沉水植物消亡的重要诱因。Jupp和Spence研究发现在Leven湖,夏季高密度的浮游藻类能够与沉水植物竞争营养盐、光照等,从而造成水生植物的衰退和死亡。Hays CG通过模拟试验研究发现,附着藻类对水生植物生长繁殖产生的抑制现象能够在螺虾类的牧食活动下得到有效地缓解,并且螺虾类的牧食活动能够很好地促进水生植物的生长。李宽意等学者认为,螺——草互利关系并不是绝对存在的,而是有一定条件下才能够成立;对于植食性螺类而言,只有当附生生物数量充足或者是螺类密度较低时才能够满足这种“螺——草”互利关系存在的条件,反之螺类对水生植物活体的牧食损害则会限制水生植物的生长。某些螺类牧食一些沉水植物的活体,因此也在一定程度能够对沉水植物的生长造成损害。本项研究目的在于,研究在水体中养多少螺对沉水植物有益无害。
因此,我们设想,能不能在实验室条件下,人工模拟沉水植物与螺虾的生活环境,严格控制该系统中的总磷,总氮等生化指标以及沉水植物与螺虾类的对应关系,通过一系列系统的、科学的实验,对水生植物上附着藻类的种类和数量以及沉水植物生长情况和生理指标的研究,得出何种沉水植物与螺虾类的对应关系,能够让沉水植物健康生长,能取到生态修复的作用。
第二,实验预想。在淡水生态系统中,大型水生植物扮演着重要的角色。但水生植物生长也受到生物和非生物因素的制约,水生植物的生长能够被大量繁殖的浮游藻类和附着藻类抑制。附着藻类经常能够在基质上形成藻膜,覆盖在水生植物的叶片表面[87],附着藻类的生物量能够达到宿主(水生植物)生物量的4%-93%;宿主植物(沉水植物)能够为附着藻类提供益处,其中包括着生的基质、营养物质的获取等等,而这种行为会大大地限制宿主植物的正常生长和繁殖。研究表明螺虾类能通过牧食活动影响大型水生植物、浮游藻类和附着藻类的群落结构,能够去除附着在植物上的附着生物,增强沉水植物的光合作用,释放营养盐供水生植物利用。但同时螺虾类还能够通过牧食沉水植物活体,从而影响沉水植物的生长。本项研究目的在于,研究在水体中养多少螺虾对沉水植物有益无害。本项目目的在于通过构建不同密度的螺虾类及沉水植物组合来探究两者之间的互作作用,研究藻类的浓度和沉水植物的生长情况来得出实验数据。然后根据实验数据得出什么密度下螺虾类对水草有益无害,并为科学利用环棱螺与苦草进行水体生态修复提供参考。
第三,实验准备。为了取得一个广泛的大众认可的实验数据,我们选取水生植物中常见的苦草,以及螺类中的环棱螺和萝卜螺作为实验对象。在设计实验时,预想通过螺类的不同密度,即低密度、中低密度、中密度、中高密度、高密度这五种密度与苦草的不同搭配,通过指标的测定,来判定出哪一个密度是最有利的。
首先,选取了由同一个培育缸里长出的苦草,长势相同。选取不同植株的叶片,刮取一个25px*12.5px大小的叶片上的附着藻类,进行镜检,大致确定上面附着藻类的种类。通过翻阅书籍以及老师指导,确定硅藻门以及绿藻门是该缸苦草中附着藻类的主要类群。
然后,选取苦草,用吸水纸进行吸干,称量大致相同重量的苦草植株进行分缸培养。分缸中的底泥是由同一处挖取,已经先进行处理。在移栽苦草之前,通过对缸中水体的测量,确定了总氮、总磷的含量,并得以药品的调节,将每缸中的总氮、总磷调至相同。观察移栽后的苦草是否长势良好,在确定放入螺类。
第三步,选取饥饿处理时间72h以上、规格一致的同种螺类称重(称重前将其表面的附着生物用软毛刷去除,清水洗净后,用吸水纸将表层水分吸干)。空白组,环棱螺实验组设置:5g、10g、20g、40g、80g、160g,萝卜螺实验组设置:5g、1g、2g、4g、8g、16g(萝卜螺壳质与环棱螺的相比较薄,其体重较小,与环棱螺相比各组均减小了10倍,5g组设置为两种螺类的对比组)。在实验期间注意保持水位,添加原水。实验持续7d。
最后,通过与移栽以前的比较,可以判定哪一种密度对苦草的有利最大。即能刮食附着藻类,又不对苦草本身生长带来伤害。
第四,实验结果分析。首先,要明白两种螺类的差异。萝卜螺的齿舌排布为带状,排列成整齐的竖排和横排,排列紧密。环棱螺的齿舌排列为梳状,排列没有萝卜萝卜的齿舌排列紧密。萝卜螺的齿舌单元多于环棱螺中的,并且萝卜螺的齿舌单元上的小齿数目也多于环棱螺的。这说明两种螺类在刮食附着藻类上的能力不同,且对藻类种类的影响也是不同的。通过数据对比,萝卜螺对附着藻类的摄食强度要高于环棱螺的摄食强度,无论是总密度还是各门的附着藻类密度。附着藻类的密度随着投放螺类密度的增加而减小,并且当达到一定的密度时,附着藻类的密度保持在一个较低的水平,变化很小。
螺类的活动能够增加水体中总氮和氨氮的浓度,螺类密度越高,总氮、氨氮和总磷的浓度增加的越多。螺类密度增高,有螺类以苦草本身作为食物的风险存在。这不仅不能取到牧食附着藻类的作用,还会对苦草本身造成危害。在不同梯度中,两种螺类都是中密度,分别是环棱螺40g,萝卜螺4g,这两个浓度下的小生态环境最好。
第五,总结与改进。螺类的活动能够增加水体中总氮和氨氮的浓度,螺类密度越高,总氮、氨氮和总磷的浓度增加的越多。萝卜螺的齿舌较环棱螺的排列紧密,齿舌单元萝卜螺中的多于环棱螺中的,并且萝卜螺的齿舌单元上的锯齿数目也多于环棱螺的。附着藻类的密度随着投放螺类密度的增加而减小,并且当达到一定的密度时,附着藻类的密度保持在一个较低的水平,变化很小。在上面的实验中,就螺类牧食附着藻类的种类以及牧食程度上没有进行精确计算。要在接下来的试验中跟老师探讨进行实验改进以及精确化、更加科学的进行实验。