颤蚓对富营养化水体沉水植物恢复的影响及机理研究

Eutrophication of water bodies is a common problem in the world. Submersed macrophytes play vital roles in maintaining the structure and function of freshwater ecosystems. The restoration of submersed aquatic vegetation becomes an important mean and main goal in ecological restoration of eutrophic water. However, the restoration of submersed macrophytes in eutrophic water faces obstacles such as serious adverse environment of sediment. Zoobenthos can change the physicochemical properties of sediment environment and affect, directly or indirectly, the growth of submersed plants. But the current research on influence of zoobenthos to macrophyte restoration in eutrophic water is extremely rare. Consequently, tubificidae is selected as the research object, which is an important zoobenthos having significant influence on sediment microenvironment in eutrophic water body. The effect and mechanism of tubificidae on submersed macrophytes will be explored in aquatic microcosm by studying the effect of tubificidae on the germination and growth of submersed macrophytes, sediment physical properties, phosphorus and nitrogen exchange at water-sediment interface as well as microbial community structure in the sediment. The role of tubificidae in phytoremediation of eutrophication will also be examined by a field experiment. This study will provide theoretical support for understanding the relationship between zoobenthos and submersed plant interactions in aquatic ecosystem and a new approach of restoration of submersed macrophytes in eutrophic water bodies.

水体富营养化是当今世界面临的重大环境问题。沉水植物对维持淡水生态系统的结构和功能具有重要的作用。恢复重建沉水植被已成为富营养化水体修复的重要手段和主要目标之一。然而富营养化水体植被恢复和重建面临严重底质逆环境等障碍。底栖动物能改变底质环境理化性质，直接或间接影响沉水植物生长。但当前关于底栖动物对富营养化水体植物恢复的影响的研究却极为少见。因此，本项目拟选取耐污能力强且对底泥微环境有重要影响的底栖动物类群——颤蚓为研究对象，通过研究沉水植物萌发和生长发育对颤蚓的响应，探明颤蚓对沉水植物恢复有何影响；通过研究颤蚓对底泥理化性质、“沉积物-水”界面氮磷动态平衡以及底泥微生物群落的影响，探索颤蚓影响沉水植物相关机理；通过野外围隔实验探讨将颤蚓应用于富营养化水体植物修复的可行性。本研究将为了解水生态系统中底栖动物与沉水植物相互作用关系提供理论支持，为富营养化水体沉水植物恢复探索出一种新技术途径。

水体富营养化是当今世界面临的重大环境问题。沉水植物对维持淡水生态系统的结构和功能具有重要的作用。恢复重建沉水植被已成为富营养化水体修复的重要手段和主要目标之一。然而富营养化水体植被恢复和重建面临严重底质逆环境等障碍。底栖动物能改变底质环境理化性质，直接或间接影响沉水植物生长。但当前关于底栖动物对富营养化水体植物恢复的影响的研究却极为少见。因此，本项目选取对底泥微环境有重要影响的底栖动物类群——颤蚓为研究对象，研究了颤蚓对苦草和黑藻修复富营养化水体的影响和相关机制，并探索将颤蚓科应用于富营养水植物修复中的可行性。主要研究结果及结论如下：. 1、研究了颤蚓与苦草、黑藻间的相互作用对水体富营养化的影响。结果表明：颤蚓增加了上覆水总磷、总氮、氨氮等浓度，提高上覆水浊度、TSS、COD等，但颤蚓对沉水植物净化富营养化水体的作用效果没有显著性影响。颤蚓显著性提高苦草对上覆水总氮、氨氮的净化效果。. 2、研究了颤蚓与苦草、黑藻间的相互作用对底泥理化环境的影响。结果表明：颤蚓可显著性降低底泥ORP值，颤蚓没有对两种植物对间隙水及底泥理化性质的净化效果造成显著性负面影响。. 3、研究了颤蚓与苦草、黑藻间的相互作用对底泥微生物群落结构和功能的影响。定量实时PCR检测结果表明：颤蚓降低了底泥中细菌、古细菌及氮转化相关功能基因丰度。高通量测序结果表明：植物组与颤蚓-植物组的微生物群落结构非常相似。. 4、研究了颤蚓对苦草和黑藻生长的影响，并对相关机制进行了探讨。结果表明：颤蚓促进了苦草根系生长和黑藻生物量增加。相关机制可能为颤蚓可以减低植物被有害细菌感染的风险，以及颤蚓通过促进底泥营养物质的释放间接促进植物生长。. 研究结果表明颤蚓在富营养水植物修复中促进了沉水植物的生存，从而提高了植物修复的成功率。因此，利用颤蚓科来加强富营养水植物修复的方法是可行的。