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水深和氮负荷对沉水植物生长及其种间竞争关系的影响

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水深和氮负荷对沉水植物生长及其种间竞争关系的影响

作者：李启升上海海洋大学

学位级别：硕士

随着我国淡水水域富营养化程度的日益加剧,水生生态系统中的水生植被逐渐减少甚至衰退消失,使得结构完整、功能健全的草型清水态水体转变为藻型浊水态水体。近年来,以沉水植被恢复为核心的富营养水体生态修复已成为水生生态学研究领域... 详细信息

随着我国淡水水域富营养化程度的日益加剧,水生生态系统中的水生植被逐渐减少甚至衰退消失,使得结构完整、功能健全的草型清水态水体转变为藻型浊水态水体。近年来,以沉水植被恢复为核心的富营养水体生态修复已成为水生生态学研究领域中重要的生态实践。沉水植物在水生生态系统中扮演着重要角色,是必不可少的组分。但是沉水植物在恢复过程中遇到了众多难题,例如,高水深、低光照和高氮(N)负荷等均会影响沉水植被的恢复。为此,本文选择长江中下游浅水湖泊中常见的两种沉水植物苦草(Vallisneria natans)和轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)作为研究对象,通过设置一系列野外模拟实验,研究不同环境因素对两种沉水植物生长的影响及其种间竞争关系的变化,从而为富营养浅水湖泊的管理及生态修复提供理论支持。主要研究内容与结果如下:1水深对苦草和黑藻生长的影响水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一。莲座型苦草和冠层型轮叶黑藻是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异。在自然水体中,水深变化对这两种植物的生长以及竞争格局的影响还有待研究。因此,本文设计了3个水深梯度(水深:50 cm;150 cm;250 cm),探讨混栽条件下苦草和黑藻生长和竞争格局对水深变化的响应。结果表明,在混栽条件下,两种沉水植物的生长对水深变化的响应不同。随着水深的增加,苦草的生物量和相对生长率显著降低;在高水深(250 cm)条件下,黑藻的生物量和相对生长率同样显著低于低水深(50 cm)和中水深组(150 cm),而后两组中,黑藻生长的差异不显著。两种沉水植物对水深变化的形态适应也不相同。黑藻随着水深的增加,其株高显著增加,表明黑藻通过增加株高的方式适应生境的水深变化。相反,苦草在高水深下的株高显著低于中水深,说明苦草对水深的形态策略不同于黑藻。本实验中,随着水深的增加,苦草和黑藻生物量之比逐渐增加,表明水深增加会增加莲座型沉水植物-苦草的竞争优势。2水深对苦草和黑藻种间竞争关系的影响沉水植物种间及种内常伴随着竞争的发生。当环境条件改变时,处于竞争优势的植物能够适应变化的环境而生存下来,而处于竞争劣势的植物,会遭受更加不利的影响,甚至衰亡。水深的变化对苦草和黑藻的竞争关系的影响还有待研究。本文设计了2个水深梯度(水深50 cm;150cm),2种种植模式(单种苦草以及混合种植苦草和黑藻),探究水深变化对苦草和黑藻种间竞争关系的影响。结果表明,不管是低水深还是高水深条件,单种苦草组的苦草生物量、相对生长率和株数均显著高于苦草和黑藻混种组,说明黑藻对苦草的生长具有明显的抑制作用。其机理可能是由于黑藻在苦草上层形成较密的冠层,其冠层的遮光作用限制了苦草的生长和繁殖,同时大量生长的黑藻在营养物质上的竞争也使得苦草生长受阻。此外,高水深条件下苦草的株高显著高于低水深苦草的株高,苦草和黑藻混种组苦草的株高高于单种苦草组的苦草株高,体现了苦草对于水深和黑藻冠层遮光所引起的低光照的通过增加株高所进行的生长适应现象。3不同光照条件下氮负荷升高对沉水植物生长的影响在自然水体中,苦草和黑藻在营养盐和光照中存在着较强的竞争关系。然而,在共存情况下,二者对水体N负荷升高的响应有待研究,同时,不同光照下二者对水体N负荷升高的响应也未见报道。基于此,我们设计了一个室外模拟实验,通过混栽两种沉水植物,探讨不同光照强度(高光(日光)和低光(遮光75%))下外源N负荷升高(输入N:P比从5:1提高到100:1)对两种沉水植物生长的影响。结果显示,在高光条件下,N负荷升高对苦草生物量、相对生长率、株高以及根叶比无显著影响;N负荷升高显著降低了黑藻的生物量、相对生长率、株高和株数。在低光条件下,N负荷升高对苦草和黑藻均未造成显著差异。相对应的,在高光条件下,N负荷升高显著降低了苦草和黑藻的总生物量;在低光条件下,N负荷升高对苦草和黑藻的总生物量的影响不显著。研究结果表明,在不同的光照条件下,苦草对N负荷升高的适应差异不显著。而黑藻在低光条件下和高光条件下对N负荷升高的适应能力显著不同。在高光条件下,N负荷升高显著降低了沉水植物的总生物量,同时增加了水体Chl-a浓度,这一结果表明N负荷升高可能会有利于生态系统从草型清水态向藻型浊水态转化。从湖泊管理和生态修复的角度而言,本研究支持N和P均需要控制的观点。

关键词：水深氮负荷光照竞争苦草黑藻

环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状调查

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湖泊科学 2020年第3期32卷 735-744页

作者：谢洪民李启升刘帅领张又黄晓龙李宽意上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心上海201306 上海海洋大学上海水产养殖工程技术研究中心上海201306 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 江苏江达生态环境科技有限公司无锡214135 中国科学院大学中丹学院北京100049

环太湖地区经济发达,人口密集,近年来面临严重的富营养化、生境退化和外来水生物种入侵等环境问题.为明确环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状,于2018年开展本地和外来水生植物多样性调查.结果表明:(1)在环太湖地区共计进行6... 详细信息

环太湖地区经济发达,人口密集,近年来面临严重的富营养化、生境退化和外来水生物种入侵等环境问题.为明确环太湖地区河道和湖泊沿岸带水生植物多样性现状,于2018年开展本地和外来水生植物多样性调查.结果表明:(1)在环太湖地区共计进行65个群落样方调查分析,记录到38种水生植物,分属22科29属;(2)环太湖地区31个河道样方中入侵沉水植物水盾草重要值最高,其次为另一种入侵漂浮植物凤眼蓝,在34个湖泊沿岸带样方中凤眼蓝重要值最高;(3)环太湖地区河道和湖泊沿岸带样方生物多样性分别随着水盾草和凤眼蓝盖度的增加而降低,表明外来入侵植物影响水生植物生物多样性.环太湖地区湖泊需加强防范凤眼蓝漂浮生长分布范围扩大和水盾草沿河道入侵太湖湖区.这一地区同时面对水生植物覆盖面积减少和外来植物入侵问题,建议进行全太湖流域水生植物分布区域和生物多样性摸底普查,加强对外来入侵植物传播的监控,建立水生植物自然保护区.

关键词：环太湖地区水生植物生物入侵凤眼蓝水盾草

鲫(Carassius auratus)对浅水湖泊水体浊度、营养水平和浮游生物生物量的影响--基于中宇宙模拟实验

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湖泊科学 2021年第2期33卷 397-404页

作者：陈坤全李启升韩燕青李伟张又李宽意何虎重庆三峡学院重庆404020 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 中国科学院大学中丹学院北京100049

鲫(Carassius auratus)是我国各类淡水水体的优势鱼类之一.作为底栖杂食性鱼类,一方面,鲫可以通过排泄和扰动沉积物影响湖泊营养和光照水平,通过"上行效应"促进浮游植物生长;另一方面,鲫也可以捕食浮游动物,通过"下行控制"影响藻类生长... 详细信息

鲫(Carassius auratus)是我国各类淡水水体的优势鱼类之一.作为底栖杂食性鱼类,一方面,鲫可以通过排泄和扰动沉积物影响湖泊营养和光照水平,通过"上行效应"促进浮游植物生长;另一方面,鲫也可以捕食浮游动物,通过"下行控制"影响藻类生长以及营养盐循环.对于浅水湖泊,两种途径对于生态系统影响的相对重要性仍有待研究.本研究设计了一个两因素户外中宇宙实验,通过在沉积物表面添加隔网的方式,比较两种情况下(能、否接触沉积物),鲫对水体浊度、营养盐和浮游生物生物量的影响.实验在16个大型钢化玻璃桶(400 L)中进行,持续36 d(2019年8月6日-9月11日).研究结果表明:1)在能接触沉积物的条件下,鲫显著促进了沉积物再悬浮,表现为水体的总悬浮物(TSS)和无机悬浮物(ISS)浓度大幅升高;水体的光衰减系数(Kd)增加,总氮(TN)和总磷(TP)浓度明显升高;2)在不能接触沉积物的条件下,鲫对水体悬浮物(TSS和ISS)浓度和Kd的影响不明显,但是显著降低了水体TN和TP浓度;3)在两种情况下,鲫对浮游植物叶绿素a浓度以及浮游动物生物量的影响均不显著.本研究表明鲫只有在能够接触沉积物的条件下,才会显著提高水体浊度和营养水平.因此,在缺乏沉水植被的浅水湖泊中,鲫扰动沉积物产生的"上行效应"可能是其对生态系统产生负面影响的主要途径.

关键词：鲫沉积物再悬浮浅水湖泊上行效应下行效应

水深对沉水植物苦草(Vallisneria natans)和穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)生长的影响

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湖泊科学 2019年第4期31卷 1045-1054页

作者：李启升黄强李永吉韩燕青靳辉何虎李宽意上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心上海201306 上海海洋大学上海水产养殖工程技术研究中心上海201306 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008 江西省中国科学院庐山植物园九江332900 岳阳市水产科学研究所岳阳414001 中国科学院大学中丹学院北京100049

水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一.莲座型苦草(Vallisneria natans)和冠层型穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异.在自然水体中,水深变化对... 详细信息

水深是影响浅水湖泊沉水植物生长的主要因素之一.莲座型苦草(Vallisneria natans)和冠层型穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum)是我国长江中下游浅水湖泊中常见的沉水植物种类,二者在形态特征上具有较大的差异.在自然水体中,水深变化对这两种植物的生长以及竞争格局的影响还有待研究.本文设计了3个水深梯度(水深0.5、1.5、2.5 m),探讨混栽条件下苦草和穗花狐尾藻生长和竞争格局对水深变化的响应.结果显示在实验系统内,中水深(1.5 m)处理组对两种植物的生长均最有利,表现为两种植物的相对生长率和生物量均最高.低水深(0.5 m)处理组苦草的生物量和相对生长率均显著低于高水深(2.5 m)处理组;穗花狐尾藻则相反,高水深对其生长的抑制作用更大. 2种沉水植物在高水深胁迫时均表现出地上部分(叶长或茎长)增加,地下部分(根长)减少的形态响应特征.此外,随着水深由高到低,苦草与穗花狐尾藻生物量之比逐渐减小,表明苦草在两种植物中的竞争优势逐渐降低.研究表明湖泊水深变化不仅能够影响沉水植物的丰度,同时还可能会影响沉水植物的群落结构,而在我国浅水湖泊的生态修复实践中,在通过水位调控恢复沉水植物时,调控范围应考虑目标植物(如苦草)的光合特征.

关键词：水深苦草穗花狐尾藻形态响应沉水植物

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复杂地形条件下高面板堆石坝的应力变形特性

河海大学学报（自然科学版） 2007年第4期35卷 452-455页

作者：岑威钧任旭华李启升河海大学水利水电工程学院江苏南京210098

运用三维非线性有限元法对某复杂地形条件下高面板堆石坝的应力变形进行预测,重点分析了高陡岸坡和起伏突变的地形边界对分期施工的高面板坝应力变形特性的影响.结果表明:高陡岸坡边界对大坝堆石体的应力变形影响不明显,但对面板应力变... 详细信息

运用三维非线性有限元法对某复杂地形条件下高面板堆石坝的应力变形进行预测,重点分析了高陡岸坡和起伏突变的地形边界对分期施工的高面板坝应力变形特性的影响.结果表明:高陡岸坡边界对大坝堆石体的应力变形影响不明显,但对面板应力变形和周边缝的变位影响较大,尤其是高陡斜坡时,对面板有明显的向河床方向的束窄作用,导致该处附近面板呈现较大拉应力区和周边缝基本都呈拉开状态;起伏突变的地形对大坝堆石体的应力变形很不利,应进行相应的技术处理.

关键词：面板堆石坝高陡岸坡分期施工变形应力

春夏季阳澄湖浮游植物空间分布特征及其与环境因子关系

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生态科学 2024年第3期43卷 63-71页

作者：范亚民马廷婷李启升吴召仕江苏省环境工程技术有限公司南京210036 江苏省环境科学研究院南京210036 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008

基于2015年3月和8月阳澄湖(西湖、中湖和东湖)调查,分析其春夏季浮游植物空间分布格局及影响因素。结果表明,阳澄湖环境因子和浮游植物群落结构存在显著的季节差异(P值均小于0.05)。夏季,西湖和东湖的群落结构间存在显著差异(P=0.024);... 详细信息

基于2015年3月和8月阳澄湖(西湖、中湖和东湖)调查,分析其春夏季浮游植物空间分布格局及影响因素。结果表明,阳澄湖环境因子和浮游植物群落结构存在显著的季节差异(P值均小于0.05)。夏季,西湖和东湖的群落结构间存在显著差异(P=0.024);春季chl a呈现“西高东低”,三个子湖区差异不明显;夏季chl a则为“西低东高”,东、西湖之间存在显著差异。逐步线性回归分析表明,NO_(2)—N和DO是影响春季chl a分布的主要环境因子,而夏季chl a主要由电导率、PO_(4)—P和温度等决定。基于1994、2009和2015年的春季数据,阳澄湖TN和COD_(Mn)等均呈现先上升后下降的趋势,2015年的chl a浓度较2009年呈下降趋势,湖区TP浓度则一直呈现上升趋势。建议在后续监测和研究中加强对东湖(特别是夏季)浮游植物以及全湖磷浓度的监测。

关键词：阳澄湖浮游植物季节变化空间分布影响因素

南京典型城市湖泊湖滨带不同植物区脱氮过程及其影响因素

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环境科学 2024年

作者：孙丽杰苏芮何肖微李启升黄睿曾巾赵大勇河海大学水灾害防御全国重点实验室河海大学水文水资源学院中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室江苏省水利科学研究院河海大学地理与遥感学院

氧化亚氮(N2O)是全球气候变化的重要温室气体之一，植物根际微生物介导的反硝化和厌氧氨氧化过程作为重要脱氮途径能够减少湖泊湿地生态系统中氮负荷，而反硝化过程是N2O的最主要产生途径。城市湖泊湖滨带是水陆交错带，也是氮素输入和... 详细信息

氧化亚氮(N2O)是全球气候变化的重要温室气体之一，植物根际微生物介导的反硝化和厌氧氨氧化过程作为重要脱氮途径能够减少湖泊湿地生态系统中氮负荷，而反硝化过程是N2O的最主要产生途径。城市湖泊湖滨带是水陆交错带，也是氮素输入和转化的重要区域，关注城市湖泊湖滨带植物-微生物介导的脱氮过程和N2O排放，对维持湖泊生态系统稳定，加强城市湖泊湿地的氮素管理和控制N2O排放，实现城市可持续发展具有重要意义。以典型城市湖泊玄武湖湖滨带为研究对象，结合15N同位素配对、实时荧光定量PCR和高通量测序技术，比较不同类型湿地植物：莲（Nelumbo nucifera）、芦苇（Phragmites australis）和马蹄金（Dichondra micrantha）覆盖区原位N2O排放通量、潜在反硝化和厌氧氨氧化速率和功能微生物群落丰度、多样性及组成，探讨城市湖泊湿地不同类型植物-微生物介导的脱氮过程及N2O排放的驱动因子。结果表明，玄武湖湖滨带湿地植物区N2O排放通量为6.20～15.03 μg·(m2·h)-1，其中马蹄金 > 莲 > 芦苇；3种湿地植物根际沉积物反硝化和厌氧氨氧化速率（以N计）分别为（8.92 ± 4.33） nmol·（g·h）-1和（1.03 ± 1.17）nmol·（g·h）-1，其中莲 > 马蹄金 > 芦苇，并且反硝化作用（65.55%～97.82%）均为主导脱氮过程；3种湿地植物根际沉积物中nirK和nirS群落组成存在显著差异（ANOSIM，P < 0.005），硝化杆菌科（Nitrobacteraceae，28.57%）和食球菌科（Zoogloeaceae，14.63%）分别为nirK和nirS群落中优势科，并且nirS基因丰度(1.09×109copies·g-1)比nirK(3.00×107copies·g-1)高2个数量级，表明nirS型反硝化菌在湿地N2O排放中更具重要作用（P < 0.05）；此外，pH、C/N、NH4+-N和NO3--N含量驱动了玄武湖湖滨带N2O排放通量的变化，而NO2--N、LOI和TN含量是玄武湖湖滨带潜在反硝化和厌氧氨氧化速率的主要驱动因子。

关键词：反硝化厌氧氨氧化氧化亚氮(N O) 城市湖泊湖滨带湿地植物反硝化微生物

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密云水库调蓄工程埝头泵站水力模型试验研究

人民黄河 2019年第S02期41卷 57-59页

作者：冯克义李万智李启升王雷北京市水利规划设计研究院北京100048

通过建立泵站物理模型,模拟泵站取水口、进水池、进水口等建筑物附近的水流条件。在各种不同的流量、水位及水泵机组运行组合的工况下,观测泵站建筑物附近水流结构变化规律,分析取水口、泵站进水口、前池等部位水流流态变化对泵站取水... 详细信息

通过建立泵站物理模型,模拟泵站取水口、进水池、进水口等建筑物附近的水流条件。在各种不同的流量、水位及水泵机组运行组合的工况下,观测泵站建筑物附近水流结构变化规律,分析取水口、泵站进水口、前池等部位水流流态变化对泵站取水及其他建筑物的影响。对埝头泵站物理模型试验研究成果进行了梳理。

关键词：调蓄水力模型埝头泵站密云水库南水北调

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浅析临床注射患者的心理护理方法及作用

实用中西医结合临床 2016年第10期16卷 75-76页

作者：苏慈李启昇江西卫生职业学院南昌330052

注射疗法以药液进入血液循环而迅速产生疗效为优点,是临床治疗各种疾病的常见疗法之一,也是护理人员遵循医嘱、配合医生完成治疗的重要手段。注射常用方法有静脉、肌肉、皮内和皮下注射等,由于各注射方法均需破坏皮肤的天然屏障,给患者... 详细信息

注射疗法以药液进入血液循环而迅速产生疗效为优点,是临床治疗各种疾病的常见疗法之一,也是护理人员遵循医嘱、配合医生完成治疗的重要手段。注射常用方法有静脉、肌肉、皮内和皮下注射等,由于各注射方法均需破坏皮肤的天然屏障,给患者带来不同程度的痛苦,而且因对疾病认识以及对护理人员的态度差异而表现不同的心理作用[1]。

关键词：临床注射心理护理方法作用