一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法及应用与流程

1.本发明属于沉水植物生态恢复技术领域，具体涉及一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法及应用。


背景技术：

2.沉水植物作为湖泊的重要成分，对维持其生态功能具有重要作用。沉水植物不仅是初级生产者，为水生动物提供丰富的食物，还可以为它们提供栖息生境和繁殖场所，有利于保持生物多样性和维持整个水域生态系统的稳定。因此，在浅水湖泊中，沉水植物分布较密集的区域水质较好、营养物浓度较低。由于沉水植物完全水生，水体环境因素对沉水植物群落结构影响非常显著。
3.在自然环境中，沉水植物多生长在湖泊沿岸或湖湾区域，水交换速度差异较大，对沉水植物群落结构很重要的影响。相关研究认为，较快水交换速度对沉水植物的作用主要是力学作用，生物力学特性和形态特征与植物大小和形状有关，是决定水下沉水植物对水流抗性的主要特征。前人在实验水槽中观测水生植物的受力特征，发现在较高流速下，流线型物种的受力最小，叶片较宽的物种受力最大。在野外不同水交换速度区域研究发现，在水交换速度较低的环境中微齿眼子菜植株抗拉力强度减弱，金鱼藻植株抗拉力强度较强；而在较高水交换速度环境中，微齿眼子菜和金鱼藻均能抵抗较强拉力，并增加生物量积累。可见水交换速度快的区域植株抗拉力强的物种能占据优势，而在水交换速度慢的区域则是能够抵抗缺氧或二氧化碳胁迫的物种占据优势。因此在沉水植物恢复时需要考虑不同物种组成，尤其选用对恢复区水动力条件适应性强的物种，这对人工恢复沉水植物群落至关重要，但是目前缺少不同水动力区沉水植物竞争优势度的评估方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法及应用，通过构建竞争体系，遴选在不同水交换条件下竞争优势较大的沉水植物物种，为在野外进行沉水植物修复时提供参考，并且操作简单成本低。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法，包括以下步骤：根据水域的水动力特征，设置室内中宇宙试验模拟不同水动力条件，选择目标水域的土著物种进行共植培养，利用竞争攻击力指标评价不同物种在不同水动力条件下的竞争优势度；
[0007][0008]
其中，aa为a物种的竞争攻击力，a
mix
为共植培养时a物种的生物量，a
mon
为单独培养a物种的生物量，b
mix
为共植培养时b物种的生物量，b
mon
为单独培养b物种的生物量；
[0009]
当aa《0时表明a物种竞争能力弱于b物种属物种，aa＝0时表明a物种和b物种竞争能
力相当，aa》0时表明a物种竞争能力强于b物种。
[0010]
优选的，在进行所述共植培养前，还包括对采集的目标水域的土著物种进行两周预培养。
[0011]
优选的，所述预培养包括将采集的土著物种清洗干净后，修剪成相同规格的营养繁殖体。
[0012]
优选的，所述共植培养包括将选自目标水域的两种土著物种进行竞争培养，所述竞争培养包括将选择的两种土著物种依次按照8:0、6:2、4:4、2:6和0:8的比例种植在相同规格的容器中。
[0013]
优选的，所述室内中宇宙试验在水池中进行，所述水池包括曝气泵、曝气池、微控开关、进水口、透明挡板和出水口。
[0014]
优选的，将共植培养的土著物种置于所述水池底部，设定不同的水流交换速度。
[0015]
优选的，所述水流交换速度包括：整个试验水体2.5天交换完毕、整个试验水体5天交换完毕和整个试验水体静止。
[0016]
优选的，所述竞争攻击力指标的计算公式中，生物量为室内中宇宙试验50d后的生物量。
[0017]
本发明还提供了上述的方法在选择沉水植物恢复优势物种中的应用。
[0018]
本发明还提供了上述的方法在人工恢复沉水植物群落中的应用。
[0019]
有益效果：本发明提供了一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法，根据水体不同区域的水动力特征，设置室内中宇宙试验模拟不同水动力条件，选择目标水域土著物种进行共植培养，评估不同物种竞争优势度在不同水动力条件下的变化，为构建沉水植物群落进行野外修复提供有力的理论支撑和实践基础。本发明通过构建竞争体系，遴选在不同水交换条件下竞争优势较大的沉水植物物种，为在野外进行沉水植物修复时提供参考；此方法操作简单、成本低。
[0020]
在本发明实施例中，利用云南典型沉水植物苦草(vallisneria natans)、穗状狐尾藻(myriophyllum spicatum)和在云南广泛分布的入侵性物种粉绿狐尾藻(myriophyllum aquaticum)，在室内构建两两共植的竞争体系，从而评价在不同水交换速度条件下物种竞争优势度的变化。在两个竞争体系中可以看出，随着水交换速度的增加，苦草的生物量积累逐渐降低，粉绿狐尾藻和穗状狐尾藻的生物量逐渐增加，而共植体系总生物量积累始终低于预期生物量，说明其种间竞争对两物种的生长都有抑制作用；水交换速度对沉水植物种间关系的影响，一定程度上取决于种植密度。
附图说明
[0021]
图1为实验装置图，其中左侧图中，1：曝气泵，2：曝气池，3：微控开关，4：进水口，5：透明挡板，6：出水口；右侧图中，0％wer：整个试验水体静止，20％wer：整个试验水体5天交换完毕，40％wer：整个试验水体2.5天交换完毕；
[0022]
图2为共植系统中各物种生物量，其中yv：表示苦草生物量，ym：粉绿狐尾藻生物量，yt：共植总生物量，eyt：预期总生物量(预期总生物量为两物种种内竞争和种间竞争相当时的生物量)；图中0％、20％和40％表示水流交换速度；
[0023]
图3为竞争攻击力指标，(a)：苦草-粉绿狐尾藻体系中苦草的竞争攻击力，(b)：苦
草-穗状狐尾藻体系中苦草的竞争攻击力。
具体实施方式
[0024]
本发明提供了一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法，包括以下步骤：根据水域的水动力特征，设置室内中宇宙试验模拟不同水动力条件，选择目标水域的土著物种进行共植培养，利用竞争攻击力指标评价不同物种在不同水动力条件下的竞争优势度；
[0025][0026]
其中，aa为a物种的竞争攻击力，a
mix
为共植培养时a物种的生物量，a
mon
为单独培养a物种的生物量，b
mix
为共植培养时b物种的生物量，b
mon
为单独培养b物种的生物量；
[0027]
当aa《0时表明a物种竞争能力弱于b物种属物种，aa＝0时表明a物种和b物种竞争能力相当，aa》0时表明a物种竞争能力强于b物种。
[0028]
本发明对所述水域的类型并没有特殊限定，优选包括江、河或湖泊，本发明实施例优选以云南省大理市洱海为目标湖泊进行研究。
[0029]
在本发明中，所述水域的不同区域，水动力特征不同，因此设置室内中宇宙试验模拟不同水动力条件，所用的装置优选如图1所示，包括室内人工修建的水池，包括曝气泵、曝气池、微控开关、进水口、透明挡板和出水口，其中曝气泵、曝气池和微控开关通过管道相联通，水流储存在曝气池中，通过曝气泵泵入的气流对水进行曝气，而后通过微控开关经进水口流入所述水池；在所述水池中，与高平行的方向设置透明挡板，将水池分割成两个区域，挡板上部与水面平齐，下部距离水池底部20cm，以保证水流通过且水池内部水流速均匀一致。本发明所述水池的规格优选为长
×
宽
×
高＝100cm
×
60cm
×
50cm。
[0030]
本发明对选择的土著物种进行共植培养，所述共植培养优选包括将两个不同的物种按照固定比例种植到统一规格的容器中进行竞争培养，所述固定比例优选包括8:0、6:2、4:4、2:6和0:8的数量比，将种植好植物的容器放入水池底部。本发明所述容器优选包括花盆，所述花盆的规格优选包括高为20cm和直径为35cm的塑料盆。
[0031]
本发明在进行所述共植培养前，优选还包括对采集的目标水域的土著物种进行两周预培养，所述预培养优选包括将采集的土著物种清洗干净后，修剪成相同规格的营养繁殖体。在本发明实施例中，选择的土著物种为云南典型沉水植物苦草(vallisneria natans)、穗状狐尾藻(myriophyllum spicatum)和在云南广泛分布的入侵性物种粉绿狐尾藻(myriophyllum aquaticum)。本发明实施例对苦草、穗状狐尾藻和粉绿狐尾藻进行预培养时，优选包括将野外采集的沉水植物，用自来水对其进行冲洗，冲洗干净后剪取相同规格的营养繁殖体，营养繁殖体规格为：苦草选取长度5cm(包括1cm根和4cm叶)，重量0.5g；两种狐尾藻均选取顶端长度7cm和重量0.5g，各植物营养繁殖体剪取完成后进行两周预培养以适应室内环境。
[0032]
本发明优选根据目标水域的实地环境考察，在保证其它环境因素一致的情况下，对水池内的水交换速度条件进行设定，如将水交换速度设置为40％wer(整个试验水体2.5天交换完毕)、20％wer(整个试验水体5天交换完毕)、0％wer(整个试验水体静止)，对沉水植物进行为期50天的培养试验。
[0033]
本发明优选根据根据实验数据计算沉水植物的生物量和竞争指标，比较其在不同水动力条件的种间竞争关系的变化，本发明中以竞争攻击力a为竞争指标。本发明实施例中，优选以苦草竞争攻击力(aa)为例进行分析。
[0034]
本发明还提供了上述的方法在选择沉水植物恢复优势物种中的应用。
[0035]
利用本发明所述方法，可评价在不同水动力条件下两种土著植物的竞争关系，以及水交换速度对沉水植物种间关系的影响因素，可将其应用于沉水植物回复优势物种中，尤其是应用到人工恢复沉水植物群落中，如在本发明实施例中，确定了水动力条件对沉水植物种间竞争优势度有影响，且水动力条件对共植沉水植物的作用受种植密度的影响。
[0036]
本发明还提供了上述的方法在人工恢复沉水植物群落中的应用。
[0037]
本发明所述应用优选与上述相同，在此不再赘述。
[0038]
下面结合实施例对本发明提供的一种评价不同水动力区沉水植物竞争优势度的方法及应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0039]
实施例1
[0040]
沉水植物选择云南典型沉水植物苦草、穗状狐尾藻和在云南广泛分布的入侵性物种粉绿狐尾藻。
[0041]
1)植物处理：将野外采集的沉水植物，用自来水对其进行冲洗，冲洗干净后剪取相同规格的营养繁殖体，营养繁殖体规格为：苦草选取长度5cm(包括1cm根和4cm叶)，重量0.5g；两种狐尾藻均选取顶端长度7cm和重量0.5g，各植物营养繁殖体剪取完成后种植在预培盆(67cm
×
45cm
×
55cm)中，加入20cm高的自来水，预培养两周以适应室内环境。
[0042]
2)装置设置(图1)：所采用装置为室内人工建造的水池，主要由曝气泵、曝气池、微控开关、进水口、透明挡板、出水口等部分构成。水池规格为100cm
×
60cm
×
50cm。
[0043]
3)植物种植：将预培养后的植株按照固定比例(8:0、6:2、4:4、2:6和0:8)种植到统一规格的塑料盆中(高20cm，直径35cm)，将种植好植物的塑料盆放入试验试验水池底部；
[0044]
4)水交换速度设定：根据实地环境考察，在保证其它环境因素一致的情况下，对试验水池内的水交换速度条件进行设定，水交换速度设置为40％wer(整个试验水体2.5天交换完毕)、20％wer(整个试验水体5天交换完毕)、0％wer(整个试验水体静止)，对沉水植物种子进行为期50天的培养试验；
[0045]
5)根据实验数据计算沉水植物生物量和竞争攻击力a，比较其在不同水动力条件的种间竞争关系的变化。
[0046]
共植培养中各物种生物量如图2所示，在两个竞争体系中可以看出，随着水交换速度的增加，苦草的生物量积累逐渐降低，粉绿狐尾藻和穗状狐尾藻的生物量逐渐增加。在试验结束时，苦草-粉绿狐尾藻体系，40％wer组(8:0、6:2、4:4和2:6)比0％wer组，苦草生物量分别降低了31.62％、39.11％、37.16％和34.81％，粉绿狐尾藻(6:2、4:4、2:6和0:8)生物量分别增加了37.03％、24.91％、16.80％和23.43％；苦草-穗状狐尾藻体系，40％wer组(8:0、6:2、4:4和2:6)比0％wer组，苦草生物量分别降低了32.95％、30.48％、25.61％和26.51％，穗状狐尾藻(6:2、4:4、2:6和0:8)生物量分别增加了43.61％、45.87％、39.80％和40.48％。而共植体系总生物量积累始终低于预期生物量，说明其种间竞争对两物种的生长都有抑制作用。
[0047]
竞争攻击力统计如图3所示，在苦草和粉绿狐尾藻体系中，在0％wer条件下，粉绿
狐尾藻种植密度为75％时(av＝-0.09)其竞争能力强于苦草，而在20％wer和40％wer条件下，粉绿狐尾藻种植密度超过50％时(av《-0.01)就占据竞争优势地位；在苦草和穗状狐尾藻体系中，20％水交换速度条件下，穗状狐尾藻种植密度超过50％时(av《-0.03)取得竞争优势地位，在0％wer和40％wer条件下穗状狐尾藻种植密度为75％时(av《-0.09)其竞争能力大于苦草。表明水交换速度对沉水植物种间关系的影响在一定程度取决于种植密度。
[0048]
以上结果表明，本方法确定了水动力条件对沉水植物种间竞争优势度有影响，且水动力条件对共植沉水植物的作用受种植密度的影响。
[0049]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。