水毛花(Schoenoplectiella triangulata)是一种广泛应用于湿地植被恢复中的挺水植物,探究不同地区水毛花种群种子的萌发特性与休眠特性对其种质收集和科学利用至关重要.该研究测定了水毛花种子形态特性、萌发特性的种群间差异,并对其休眠机制进行探索,结果显示:(1)水毛花的种子存在生理休眠,其形态、千粒质量和吸水特性在种群间存在显著差异.(2)光照和变温条件有助于水毛花种子的萌发.(3)低温沙藏、低温水藏和常温沙藏有助于水毛花种子休眠的解除;氟啶酮和赤霉素处理均有助于打破水毛花种子的休眠,但在不同地区水毛花种群间存在差异.(4)不同地区水毛花种群间种子形态特性、萌发特性以及休眠特性的差异与采集地的环境因子相关.该研究结果表明水毛花种子应用于湿地生态修复时应考虑种源的问题,在播种前对其进行适当处理可以提高发芽率和生态修复成效.

以洞庭湖优势植物南荻(Miscanthus lutarioriparius)为研究对象,探讨了三种水位[0 cm(对照组)、20 cm、40 cm]下,幼苗经 40 天淹水胁迫和 40 天退水恢复后(水位恢复到 0 cm)的形态、生物量、可溶性糖及淀粉含量变化.结果表明,水位对南荻幼苗生长以及其生理特征有显著的影响.经淹水胁迫后,随着水位的升高,南荻采取静止生存策略,并呈现出株高、根长减小以及生物量和可溶性糖含量降低的趋势.经退水恢复后,仅 20 cm低水位下根状茎生物量恢复至胁迫后的 80.3%,其余水位下幼苗生长生理参数与胁迫后相比均有所升高.由此表明,40 天的 20 cm低水位淹水胁迫对南荻生长发育影响较小,而 40 cm高水位胁迫会导致其生长受到严重抑制.本研究结果可揭示挺水植物南荻对洪水的适应性,为南荻恢复提供参考依据.

植物残体分解在湿地碳循环中起关键作用,受到输入特征(化学性状和物种多样性等)的控制.受水位变化和外来物种入侵影响,洪泽湖湿地植物群落会发生显著变化,进而影响植物残体输入特征.本研究选取洪泽湖湿地中芦苇(Phragmites australis)、菰(Zizania latifolia)、喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和双穗雀稗(Paspalum paspaloides)4种分布广泛的挺水植物,探究优势种和均匀度变化对其残体质量损失和碳矿化速率的影响.在单种分解模式下,芦苇分解最慢,质量损失和碳矿化常数(k)仅分别为22.2％和5.27×10-4 d-1,而双穗雀稗和喜旱莲子草有着相对高的质量损失(分别为58.4％和50.6％)和A(分别为9.52× 10-4和9.10×10-4 d-1).在混合分解模式下,喜旱莲子草和双穗雀稗占优势的组合有着更高的质量损失(均值分别为41.0％和42.8％)和k(均值分别为8.84×10-4和8.70×10-4 d-1),均显著高于芦苇和菰占优势的组合(质量损失均值分别为31.0％和32.2％,k均值分别为7.28×10-4和8.07×10-4 d-1).随均匀度升高,喜旱莲子草和双穗雀稗占优势的组合质量损失和k呈下降趋势,而芦苇占优势的组合呈上升趋势.从混合效应来看,混合残体在质量损失方面常表现为拮抗效应,而在矿化速率方面主要为加和效应或协同效应.以上结果表明,洪泽湖湿地中群落水平上的植物残体分解会随优势种和均匀度而变化,非加和效应在该过程中也发挥着重要作用.因此,关注混合分解对于准确分析淡水湿地碳循环对植物群落变化的响应具有重要意义.

气候变化是国际社会共同关注的环境问题,植物对气候变化的响应反映了植物应对气候变化的生长和生存策略.叶经济性状与植物对资源的获取、利用和储存直接相关,并且受到温度条件和CO2 浓度的显著影响.该文采用人工环境控制系统封顶式生长室研究广布湿地植物水葱(Scirpus validus)和香蒲(Typha orientalis)的叶经济性状对模拟增温(现行环境温度+2℃)和CO2 浓度倍增(增至 850 μmol.mol-1)的响应.结果表明:(1)增温处理下,水葱净光合速率、氮含量和磷含量显著降低,但其胞间CO2 浓度和比叶重显著增加;CO2浓度倍增处理下,水葱胞间CO2浓度和净光合速率均显著降低,但比叶重显著增加.(2)增温处理下香蒲的比叶重显著增加,而氮含量和磷含量显著降低;香蒲的光合参数、氮含量和磷含量在CO2浓度倍增处理下均显著降低,而比叶重显著增加.(3)水葱的比叶重、氮含量、磷含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度与主成分分析的两个环境变量相关;而香蒲的经济性状均与两个环境变量相关,表明这些经济性状在香蒲响应增温和CO2浓度变化过程中发挥重要作用.(4)除碳含量外,水葱和香蒲的其他经济性状参数包括净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、氮含量、磷含量和比叶重均在响应增温和CO2浓度倍增过程中发挥重要作用.总体而言,该研究结果反映了水葱和香蒲在功能性状上对增温和CO2浓度倍增的响应策略.两种植物的光合能力和养分含量在两种处理下虽然均受到显著的抑制作用,但是其抗逆能力升高,表明增温和CO2浓度升高不利于水葱和香蒲的生长.

生物量是衡量挺水植物生长状况的重要参数,对湿地生态系统健康评价具有重要意义.利用无人机影像生成运动重建结构SfM(Structure from Motion,SfM)数据,结合野外实测生物量构建定量反演模型,并根据反演模型对生物量进行空间制图,最后分析了挺水植物类型对生物量空间分布的影响.结果表明,文中基于SfM数据建立的逐步线性回归模型(Stepwise Linear (SWL) regression model)具有较好的反演精度及估测能力.其模型显著性为显著(P＜0.01),决定系数为0.86,相对均方根误差为6.1％.挺水植物类型对生物量空间分布影响显著(P＜0.05).通过对研究区挺水植物的生物量进行估算,为利用无人机遥感监测挺水植物生物量提供了新思路.

甲烷(CH4)是一种重要的温室气体, 参与大气光化学反应.水生与湿生环境是大气CH4的重要来源.挺水和湿生草本植物是CH4释放的重要通道, 研究植物如何传输CH4具有重要的意义.在植物传输CH4的过程中, 根系尤其是侧根根尖区起到了关键调控作用; 通气组织内部的隔膜与根茎连接部位也是调控CH4传输的重要界面.在早期的研究中, 关于茎叶排放CH4主要通过气孔还是微孔(位于地上部除叶片以外的细小的裂隙与孔洞)这一问题存有争议, 但是微孔的主导传输作用逐渐被后期的研究证实.枯死与损伤的茎干通常促进CH4传输排放.扩散与对流是植物传输CH4的两种主要机制, 对流的传输效率高于扩散.生物因素(生物量与光合作用等)与环境因子(光照与温、湿度等)共同调控着植物传输CH4.目前针对植物传输CH4的过程与机制已有较系统的认识, 但需要深入研究下列问题: (1)植物传输CH4的系列关键界面中, 各个界面的传输效率如何?哪个界面对整体传输起决定性作用? (2)扩散与对流分别对各界面交换与整体长距离传输的内在调控作用.(3)各生物与非生物影响因子间的耦合作用机制.(4)物种间CH4传输机制与效率的异同.

采用自主研发流量可控的密闭漂浮性水槽开展河道原位模拟实验,研究了挺水植物菖蒲(种植于浮岛上)与漂浮植物凤眼莲对受到城市污水污染的开放池塘水质净化效果以及系统中氮磷等污染物的归趋.结果表明,菖蒲和凤眼莲对水体藻类密度和叶绿素a削减率达到90％以上,对CODMn浓度削减率达到45％以上.经过10 m长水槽后,种植了凤眼莲的水槽水体其TN和TP浓度分别由3.71和0.24 mg/L降低至1.71和0.09 mg/L,而设置有菖蒲浮岛的水槽其水体TN和TP浓度则分别降低至2.69和0.16 mg/L.在水体N、P的总削减量中,凤眼莲吸收作用分别占84.31％和77.52％,而在菖蒲浮岛系统中,菖蒲的吸收作用仅分别占7.72％和8.55％,菖蒲净化系统中氮、磷的物理沉淀量显著高于凤眼莲组,分别达到35.26％和51.58％,但仍有57％和39％以上的氮和磷去向未知,推测可能与浮岛上生长的生物膜有关.研究结果可为选用凤眼莲和浮岛植物修复技术进行污染水体生态修复理论研究与实践运用提供借签和参考.

中国菰(Zizania latifolia(Griseb.) Turcz.ex Stapf)是一种多年生禾本科稻亚科稻族菰属挺水植物.研究表明,菰具有现代水稻栽培品种所需要的许多优良性状,在生态治理方面表现出应用潜力;菰米营养价值高于普通稻米,且兼具保健功效.菰的这些特性使其在水稻种质改良、重金属离子污染土壤治理以及功能性食品开发方面表现出诱人的前景.近年来,菰属植物的研究工作取得了一定的进展,主要涉及菰的起源进化、菰的经济价值、菰与生态环境的关系、菰遗传多样性分析、菰组学及育种应用等五方面.因文献报道的时间跨度大,涉及面广,目前未见详尽的有关该物种研究进展的专门论述.本文从上述5个方面进行总结,促进对菰的了解,为这种重要野生资源的研究、保护和开发利用提供借鉴,进而加速该物种的研究进程.

为探讨自然生境中不同生活型水生植物光合生理特征的差异,选取4种挺水植物菖蒲(Acorus calamus L.)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、梭鱼草(Pontederia cordata L.)、茭草(Zizania latifolia(Griseb.) Stapf),以及4种浮叶植物黄睡莲(Nymphaea mexicana Zucc.)、莼菜(Brasenia schreberi J.F.Gmel.)、金银莲花(Nymphoides indica(L.)O.Kuntze)、菱(Trapa bispinosa Roxb.)为研究对象,比较其叶绿素荧光参数、色素组成和比叶重的差异.研究发现,高光强下挺水植物电子传递速率(ETR)、非光化学淬灭(NPQ)等光合荧光参数、以及低光强下ETR拟合曲线的初始斜率(α)均值显著大于浮叶植物.不同挺水植物间光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv/Fm)、ETR、NPQ、最大潜在电子传递速率(Ps)、最大电子传递速率(ETRm)及饱和光强(Em)变化幅度较大;不同浮叶植物间上述参数变化幅度较小.挺水植物叶绿素(Chls)、类胡萝卜素(Cars)含量均值也高于浮叶植物.但由于比叶重(SLW)的影响,不同水生植物间单位叶面积和单位叶鲜重色素含量的变化规律略有不同.挺水植物中再力花、梭鱼草光合能力较强,其光合荧光参数和色素比例均符合典型阳生型特征;菖蒲、茭草光合能力略弱,部分指标符合阴生型特征.4种浮叶植物各指标均符合阳生型特征.实验推测,挺水植物和浮叶植物由于叶片所处环境不同,其光合适应机制存在明显分化.挺水植物叶片所处环境异质性较大,因而不同物种之间光合参数适应范围也大;浮叶植物叶片所处环境相对均一,因而光合参数差异也小.浮叶植物也不依赖NPQ进行高光保护.在湿地植被恢复工具种筛选过程中应综合考虑环境异质性和不同物种光适应能力的差异.

以7种水生植物(长苞香蒲、水生美人蕉、黑藻、粉绿狐尾藻、花叶芦竹、香根鸢尾、水葫芦)为研究材料,构建生物塘系统,通过差速离心法和五步提取法,提取植物各亚细胞组分和不同化学形态的镉,并用原子吸收分光光度法测定镉含量,分析镉在水生植物体中富集特征,揭示植物对镉的耐性机制.结果表明:(1)水生植物根中镉富集量大于茎和叶;3种类型水生植物富集镉能力表现为沉水植物(粉绿狐尾藻、黑藻)＞浮水植物(水葫芦)＞挺水植物(长苞香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、香根鸢尾).(2)镉在黑藻、水葫芦和花叶芦竹中的亚细胞分布量均呈现为细胞壁＞可溶组分＞原生质体＞线粒体,所占比例分别为37.16％～50.86％、20.69％～31.21％、10.81％～23.83％、8.15％～19.83％.(3)赋存化学形态表现为以氯化钠提取态、醋酸提取态为主,所占比例分别为29.37％～56.27％和15.06％～36.19％.研究发现,粉绿狐尾藻、水葫芦、水生美人蕉和花叶芦竹4种植物为富集镉较好的植物,而黑藻、香根鸢尾和长苞香蒲3种植物的镉富集能力相对较弱;镉主要以果胶酸盐、蛋白质结合态或吸附态存在于植物根的细胞壁和液泡中,以减弱镉对根细胞器和植物地上部分的毒害.