第三節(jié)　水生植物莖葉微界面附植生物研究概述

“界面”這一術(shù)語最早起源于物理學(xué)，是指密切接觸的兩相之間的過渡區(qū)。界面現(xiàn)象在自然界中普遍存在，通常有液-氣、液-固、液-液、固-氣、固-液等界面。至今，就界面問題開展的研究工作幾乎是各個(gè)領(lǐng)域的前沿研究?jī)?nèi)容（李文華等，2004）。國(guó)內(nèi)先后由湯鴻霄和曲久輝提出環(huán)境微界面的概念并加以發(fā)展，提出環(huán)境微界面是在相對(duì)微觀的環(huán)境中，對(duì)物質(zhì)交換、轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化、反應(yīng)、暴露等具有影響的非均相介質(zhì)間的微觀界面，它是各主要環(huán)境要素的基本特征和聯(lián)系不同環(huán)境介質(zhì)的橋梁（湯鴻霄，2003；曲久輝等，2008），研究環(huán)境微界面過程對(duì)于控制污染物的遷移轉(zhuǎn)化具有重要的環(huán)境意義和科學(xué)意義（錢寶等，2013）。

水生態(tài)系統(tǒng)中主要存在水-氣微界面、水-沉積物微界面、生物-沉積物（根際圈）微界面和生物-水微界面（如水生植物表面與水之間）4個(gè)微界面。微界面存在相互分異又密切聯(lián)系的氧化-還原異質(zhì)環(huán)境，往往是有機(jī)物降解、物質(zhì)循環(huán)及生命活動(dòng)最強(qiáng)烈的場(chǎng)所，發(fā)生著劇烈的交換、降解、轉(zhuǎn)化和沉積等過程（Risgaard-Petersen，Jensen，1997）。水-沉積物微界面的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展（Jorgensen，DesMarais，1990；Cai，Reimers，1993；Lansard et al，2003；Xu et al，2009；王永平等，2013），研究表明，在水-沉積物界面，氧（O₂）、pH值、氧化還原電位（ORP）等因子時(shí)空變化較大，物質(zhì)的遷移轉(zhuǎn)化過程活躍，尤其是反硝化作用十分劇烈（Gardner，McCarthy，2009；Strauss et al，2009；Trimmer et al，2013；VanZomeren et al，2013）。

生物-水微界面廣泛存在于各種生物表面，而在淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，沉水植物-水微界面占據(jù)著湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要界面，具有重要的生態(tài)作用，對(duì)湖泊生產(chǎn)力及生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要的影響（Carpenter，1980；Pakdel et al，2013；Pomazkina et al，2012）。研究表明，在富營(yíng)養(yǎng)化水體中，沉水植物莖葉表面附著有各種碎屑、泥沙、菌膠團(tuán)、藻類等，形成了特殊的生物-水微界面（Sand-Jensen，1989；Stevens，Hurd，1997；董彬等，2013；何聃等，2014）。該微界面密集的附著物是植物和周圍水體間可溶性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)钠琳希覍?duì)沉水植物有遮陰和資源競(jìng)爭(zhēng)作用，降低了沉水植物的光合作用，影響了沉水植物的生長(zhǎng)發(fā)育，加速沉水植物退化甚至消失（Sand-Jensen et al，1985；Sand-Jensen，1990；Liboriussen，Jeppesen，2003；秦伯強(qiáng)等，2006；董彬等，2013；秦伯強(qiáng)等，2013）。因此，對(duì)沉水植物-水微界面的研究逐漸引起了相關(guān)學(xué)者的關(guān)注（Pietro et al，2006；Spilling et al，2010；He et al，2012）。初步研究已證實(shí)沉水植物葉-水微界面亦存在好氧-厭氧交替出現(xiàn)的氧化-還原微環(huán)境（Sand-Jensen et al，1985；Sand-Jensen，Revsbech，1987；Jones et al，2002）。微界面溶解性化學(xué)物質(zhì)的運(yùn)輸主要通過分子擴(kuò)散，但由于微界面附著物特殊的物質(zhì)組成，較高的光合作用速率和異養(yǎng)過程都有可能在微界面發(fā)生，有可能出現(xiàn)因這些生物通過代謝消耗或生產(chǎn)而造成的陡化學(xué)梯度（steep gradients）。因此，微界面內(nèi)環(huán)境因子及溶解性物質(zhì)的分布可能與植物周圍的上覆水中的分布有很大差異。

微界面附著物及其內(nèi)部異質(zhì)微環(huán)境對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育和生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化具有重要的生態(tài)效應(yīng)。研究富營(yíng)養(yǎng)化水體中沉水植物莖葉微界面結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征、影響因素，探明微界面的生態(tài)效應(yīng)和作用機(jī)制，對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的認(rèn)識(shí)和利用沉水植物的生態(tài)調(diào)控功能提高水環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的理論意義和實(shí)踐意義。

但當(dāng)前在水生植物對(duì)水體的生態(tài)調(diào)控功能研究中，多集中在對(duì)植物本身的研究上，而對(duì)水生植物-水界面特性及其與外界相關(guān)因素的相互關(guān)系研究較少。加之由于技術(shù)和條件的限制，目前對(duì)沉水植物-水界面基本結(jié)構(gòu)、環(huán)境特征、不同生物及環(huán)境條件下微界面環(huán)境因子（O₂濃度、pH值、ORP等）的變化規(guī)律及其生態(tài)效應(yīng)的同步測(cè)定和系統(tǒng)研究尚比較缺乏。特別是富營(yíng)養(yǎng)化水體中典型沉水植物莖葉微界面基本結(jié)構(gòu)和不同營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、光照、底質(zhì)、生境及不同生長(zhǎng)階段時(shí)沉水植物莖、葉微界面結(jié)構(gòu)及環(huán)境因子O₂濃度、pH值、ORP等的時(shí)空變化規(guī)律如何？微界面氧化-還原微環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)和調(diào)控機(jī)制是什么？沉水植物附植生物反硝化作用在水體反硝化脫氮中地位如何？附植生物有哪些應(yīng)用？這是諸多學(xué)者一直在關(guān)注但還仍未得到很好解決的問題，迫切要求進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究。

一、國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

1.水生植物微界面結(jié)構(gòu)組成

水生植物附著物作為莖葉微界面重要的物質(zhì)成分，主要由附著藻類、附著動(dòng)物、細(xì)菌、真菌、有機(jī)碎屑、菌膠團(tuán)、泥砂等組成（Br¨onmark，1989；Jones et al，1999；Dodds et al，2004；Vis et al，2006）。目前，對(duì)水生植物微界面附著物的研究較多地集中在附著藻類和附著細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)和數(shù)量上（Morin，Kimball，1983；Pip，Robinson，1984；Sand-Jensen et al，1985；Rimes，Goulder，1986；Blindow，1987；Iwan Jones et al，2000b；Asaeda et al，2004；紀(jì)海婷等，2013），而對(duì)其他有機(jī)物和無機(jī)物質(zhì)的研究較少。對(duì)沉水植物附著物的基本結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)組成的研究也非常少。水生植物附植生物的組成、結(jié)構(gòu)和數(shù)量主要受植物種類（Pip，Robinson，1984；Baker，Orr，1986；Rimes，Goulder，1986；蘇勝齊等，2002；由文輝，1999；He et al，2012）、生長(zhǎng)階段（Br-¨onmark，1989；Morin et al，1999；蘇勝齊等，2002；Asaeda et al，2004）、水體營(yíng)養(yǎng)水平（Pizarro et al，2002；袁信芳等，2006；Lin et al，2006；Chen et al，2007；Raeder et al，2010；董彬等，2013；魏宏農(nóng)等，2013；張亞娟等，2014）和生物等因素的影響。

水生植物微界面附著物具有明顯的時(shí)空變化（Rimes，Goulder，1986；Cai et al，2013；董彬等，2013）。由于水生植物本身就有一個(gè)生長(zhǎng)、衰老和分解的過程，所以附植生物的季節(jié)變化較為復(fù)雜。水生植物豆瓣菜（Nasturtium officinale）、Apium nodzjlorum、Glyceria Juitans的附著菌類密度在1月末至3月降低，4～6月增加（Rimes，Goulder，1986）。蓖齒眼子菜（Potamogeton pectinatus L.）附植生物在5～6月增加，7月降低或保持同等數(shù)量，隨后增加到一個(gè)比較高的水平（van Dijk，1993）。太湖各點(diǎn)附著藻類以春季種類和數(shù)量最多，而冬季最少（袁信芳等，2006）。水溫較低的季節(jié)附著藻類種類數(shù)最低，變化大且每個(gè)種類的細(xì)胞數(shù)在全年中也最少；初夏和秋季附著藻類的種類和數(shù)量均較多；夏季藻類的種類數(shù)和細(xì)胞數(shù)均達(dá)到最大（楊紅軍等，2002）。但由文輝發(fā)現(xiàn)淀山湖附著藻類冬季數(shù)量最多而夏季最少。蘇勝齊也發(fā)現(xiàn)菹草不同時(shí)期附著藻類的密度和生物量不同，表現(xiàn)為快速生長(zhǎng)季節(jié)（生長(zhǎng)期）和生物量較大的季節(jié)（成熟期）時(shí)附著藻類的密度和生物量較小，而菹草生物量較少季節(jié)（幼苗期）和衰亡期時(shí)藻類附著密度和生物量要高得多（蘇勝齊等，2002）。桑溝灣楮島海域大葉藻（Zosterae Marinae）附植生物，春季褐藻類為主要附著生物，附著高峰出現(xiàn)在4月份，夏季附著的大型海藻種類明顯減少；硅藻附著高峰出現(xiàn)在秋季，冬季僅有微藻類的硅藻附著（高亞平等，2010）。沉水植物旺盛生長(zhǎng)期有礙附著藻類的增殖，生長(zhǎng)減緩或衰亡時(shí)，附著藻類呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。沉水植物附著物還存在空間分布差異。Rimes和Goulder發(fā)現(xiàn)水生植物豆瓣菜、Apium nodzjlorum、Glyceria Juitans葉片的附著菌類密度小于莖部和葉柄處（Rimes，Goulder，1986）。同一葉片的不同部位菌群密度存在顯著差異，葉片越老菌群密度越大（Baker，Orr，1986）。Morin和Kimball發(fā)現(xiàn)狐尾藻屬（Myriophyllum heterophyllum）莖的不同部位附著藻類的分布也不同（Morin，Kimball，1983）。

綜上所述，目前人類對(duì)水生植物微界面基本結(jié)構(gòu)、生物化學(xué)組成的研究還比較欠缺。

2.微界面環(huán)境特征及其影響因素

由于原位測(cè)定沉水植物莖葉微界面環(huán)境因子如O₂濃度、pH值和ORP的難度較大，到目前為止，對(duì)這方面的研究相對(duì)較少。初步的研究發(fā)現(xiàn)沉水植物葉微界面O₂濃度存在明顯的陡梯度變化和時(shí)空分布特征（Sand-Jensen et al，1985；Sand-Jensen，Revsbech，1987；董彬等，2015）。Sand-Jensen等運(yùn)用微電極技術(shù)測(cè)定水生植物菹草（Potamogeton crispus）、Littorella uniflora、大葉藻（Zostera marina）、宣藻（Scytosiphon lomentaria）葉微界面O₂濃度的變化，發(fā)現(xiàn)越接近植物葉表面O₂濃度越高，且其隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)而升高，葉微界面O₂的空間分布梯度明顯，白天植物表面產(chǎn)生富氧環(huán)境，而夜間葉微界面附著層內(nèi)出現(xiàn)厭氧微環(huán)境。研究還發(fā)現(xiàn)，菹草葉表O₂濃度對(duì)光照的響應(yīng)速率8月份快于6月份，不同植物葉微界面內(nèi)O₂濃度對(duì)光照的響應(yīng)存在差異，菹草快于Littorella uniflora（Sand-Jensen et al，1985）。Sorrell和Dromgoole發(fā)現(xiàn)水蘊(yùn)草（Egeria densa）莖的泌氧能力亦存在晝夜差異，白天泌氧能力明顯高于夜間（Sorrell，Dromgoole，1988）。Sand-Jensen等亦發(fā)現(xiàn)沉水植物葉微界面的pH值要高于周圍水體的pH值，且差值隨附著層厚度增大而增加（Sand-Jensen et al，1985）。董彬等亦證實(shí)菹草莖葉微界面O₂濃度具有明顯的晝夜變化、生長(zhǎng)階段變化和空間變化（董彬等，2015）。Jones等將人造葉片與伊樂藻（Elodea nuttallii）在室內(nèi)共同培養(yǎng)，利用微電極技術(shù)研究了人造葉片附著層pH值的空間分布，發(fā)現(xiàn)自微界面外側(cè)垂直至葉表pH值逐漸升高，葉表處達(dá)到最高，且附著層越厚，pH值的增加幅度越大，但并未實(shí)際測(cè)定沉水植物伊樂藻葉微界面pH值的變化。他認(rèn)為附著生物光合作用及附著層對(duì)游離態(tài)CO₂的阻抑是導(dǎo)致pH值垂直分布差異的主要原因（Iwan Jones et al，2000a）。Spilling等發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度顯著影響海洋植物褐藻Fucus vesiculosus葉組織內(nèi)外O₂濃度和pH值的微環(huán)境分布（Spilling et al，2010）。

微界面內(nèi)O₂濃度、pH值和ORP的空間變化勢(shì)必將引起其他可溶性物質(zhì)的變化，可能對(duì)植物的生長(zhǎng)和水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響。沉水植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，在富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)中起著舉足輕重的作用。上述僅有的研究?jī)H初步顯示了沉水植物葉微界面內(nèi)O₂濃度的陡梯度變化，但對(duì)莖葉微界面pH值的研究涉及甚少，對(duì)莖葉微界面ORP的研究還未見文獻(xiàn)報(bào)道。到目前為止，結(jié)合附著物的影響對(duì)沉水植物莖葉微界面O₂濃度、pH值和ORP的綜合研究還比較缺乏。Fang等利用微電極發(fā)現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化太湖藍(lán)藻顆粒內(nèi)外O₂濃度、pH值和ORP存在明顯的分布，藍(lán)藻顆粒內(nèi)外這種生理微環(huán)境特征的發(fā)現(xiàn)為治理藍(lán)藻水華提供了新方法（Fang et al，2013）。Dong等對(duì)太湖貢湖灣的馬來眼子菜（Potamogeton malaianus）不同部位莖葉微界面的O₂濃度、pH值和ORP分布特征進(jìn)行了比較研究，發(fā)現(xiàn)附著物厚度和葉齡對(duì)微界面結(jié)構(gòu)和功能有重要影響（Dong et al，2014）。

沉水植物葉微界面結(jié)構(gòu)及環(huán)境因子可能受多種因素的影響，目前僅有的幾例研究主要集中在光照和附著物上，而水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、底質(zhì)類型、流速、生境、植物種類、部位和生長(zhǎng)階段也可能對(duì)微界面結(jié)構(gòu)和功能有重要的影響，因此這方面的研究還有待深入和加強(qiáng)。

3.水生植物微界面生態(tài)效應(yīng)

沉水植物莖葉微界面附著物通過遮陰和阻抑物質(zhì)遷移減緩植物光合作用和生長(zhǎng)。光通過附著層到達(dá)植物葉表面時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，附著層厚度越大光衰減越多，且光衰減在一定條件下會(huì)降低沉水植物的光合作用速率，最終對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響（Madsen，Sand-Jensen，1991；宋玉芝等，2010；Chen et al，2007）。附著物的存在增大了水與植物表面間物質(zhì)的傳輸距離和阻力，阻礙了游離態(tài)O₂、CO₂和可溶性有機(jī)碳（DOC）等可溶性物質(zhì)在水相和植物表面間的遷移（Sand-Jensen et al，1985；Sand-Jensen，1989；Ramcharan et al，2009）。Jones等發(fā)現(xiàn)由于附植生物對(duì)水中CO₂的利用，使沉水植物葉微界面內(nèi)的CO₂濃度降低至2μmol/L，無機(jī)碳濃度成為沉水植物光合作用的關(guān)鍵限制因子，對(duì)沉水植物光合作用產(chǎn)生了不利影響（Jones et al，2000）。微界面附著物可使沉水植物葉綠素含量發(fā)生改變、葉片枯死量增加和光合作用產(chǎn)量下降（Asaeda et al，2004）。Chen等研究發(fā)現(xiàn)水體營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷的提高可促進(jìn)沉水植物菹草葉片表面附著藻類的增殖，導(dǎo)致葉片光合機(jī)能下降（Chen et al，2007）。Laugaste等認(rèn)為，在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊藻類暴發(fā)過程中，首先發(fā)生附植生物的大量增殖，而后才發(fā)生浮游藻類暴發(fā)，并指出附植生物的大量繁殖可能是藻類暴發(fā)和沉水植物消亡的重要誘因（Laugaste，Lessok，2004）。附植生物的大量增殖可能是富營(yíng)養(yǎng)化水體中沉水植物消亡的一個(gè)重要原因，但在附植生物大量增殖是否是沉水植物消亡的最直接原因這一問題上，目前的觀點(diǎn)并不一致（Harwell，Havens，2003；Roberts et al，2003）。一部分學(xué)者認(rèn)為，由浮游藻類大量繁殖所導(dǎo)致的水體透明度降低以及遮光作用所引起的水下光照缺乏是沉水植物消亡的直接原因；但還有人認(rèn)為，附植生物與水生植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽和光等生態(tài)資源的競(jìng)爭(zhēng)以及其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對(duì)沉水植物光合作用的抑制可能是造成沉水植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體中退化的關(guān)鍵（Liboriussen，Jeppesen，2003）。研究已初步證實(shí)，附植生物對(duì)沉水植物的抑制比營(yíng)養(yǎng)鹽更加直接。

微界面附植生物在水生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著獨(dú)特的生態(tài)位，發(fā)揮著重要作用。沉水植物微界面附著物能通過水體理化條件、流速、自身吸收和硝化反硝化等途徑對(duì)水體養(yǎng)分循環(huán)產(chǎn)生影響（Dodds，2003；紀(jì)海婷等，2013），在草-藻型湖泊轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮著重要作用（Poulickova et al，2008）。宋玉芝等通過附植生物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體氮、磷去除效果的研究發(fā)現(xiàn)，有附植生物的水體中總氮（TN）濃度從5mg/L左右下降到2mg/L左右，半個(gè)月內(nèi)對(duì)水體TN的累積去除率可達(dá)60%（宋玉芝等，2009）。而在一個(gè)氮不足的清水性草型湖泊中，附植生物仍可達(dá)到很高的生物量，這可能歸因于其較高的氮循環(huán)效率（Sánchez et al，2010）。

基于群落水平的研究表明，水生植物對(duì)水體的氮循環(huán)有顯著影響。在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富的水體中，沉水植物群落內(nèi)的硝化作用強(qiáng)度比無沉水植物的區(qū)域高10倍（Eriksson，Weisner，1997）。幾個(gè)有沉水植物和無沉水植物的沉積物斑塊的反硝化作用速率的直接比較表明沉水植物對(duì)反硝化作用有積極的影響（Caffrey，Kemp，1992；Christensen，Sorensen，1986；Iizumi et al，1980；Wang et al，2013）。在富營(yíng)養(yǎng)化水體中，水生高等植物生長(zhǎng)區(qū)水的氨化作用產(chǎn)氣量為敞水區(qū)（無水生植物區(qū)）的2倍，鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）、水花生（Alternanthera Philoxeroides）覆蓋下水的反硝化產(chǎn)氣量分別為敞水區(qū)的6.2倍和4.8倍，表明水生高等植物可促進(jìn)氮素脫離水體，釋放進(jìn)入大氣（王國(guó)祥等，1999）。通過模擬實(shí)驗(yàn)，借助具創(chuàng)新性的收集鳳眼蓮種植水體釋放N₂O的裝置和方法，發(fā)現(xiàn)鳳眼蓮可以促進(jìn)富營(yíng)養(yǎng)化水體的硝化、反硝化和耦合的硝化-反硝化反應(yīng)過程（高巖等，2012）。微宇宙實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有浮水植物浮萍（Lemna sp.）和蕨壯滿江紅（Azolla filiculoides）的處理的反硝化作用速率明顯高于無浮水植物的，促進(jìn)了污水的氮去除（Jacobs，Harrison，2014）。在氨氮豐富的淡水生態(tài)系統(tǒng)（如污水處理廠）中，沉水植物群落內(nèi)水化學(xué)性質(zhì)的晝夜變化促進(jìn)硝化作用和反硝化作用的耦合（如硝化細(xì)菌將氧化為，隨后的反硝化作用將還原為N₂），刺激向N₂的轉(zhuǎn)化，而沉水植物可為附著的硝化細(xì)菌提供表面可能是另一個(gè)重要因素（Eriksson，Weisner，1997）。

目前，與對(duì)海洋、湖泊沉積物-水界面反硝化作用的深入研究相比（Nielsen et al，1990；Trimmer et al，2013；Yin et al，2014），對(duì)淡水植物-水界面的附植生物硝化反硝化作用的研究較少（Eriksson，Weisner，1996；Eriksson，2001；Toet et al，2003），其具體過程和機(jī)制還不了解。雖然早在1983年Kurata就觀察到在蘆葦（Phragmites australis）和其他挺水植物莖上附植生物的反硝化作用，但并沒有定量的數(shù)據(jù)。Eriksson等經(jīng)多年對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中篦齒眼子菜（Potamogeton pectinatus）附植生物反硝化作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)附植生物反硝化作用相當(dāng)可觀，與沉積物的相當(dāng)。Toet等發(fā)現(xiàn)污水處理廠出水的濕地中蘆葦和伊樂藻附植生物的反硝化作用速率顯著高于沉積物（Toet et al，2003）。這些初步的零星報(bào)道表明，富營(yíng)養(yǎng)化水體中沉水植物附植生物的反硝化作用相當(dāng)可觀，可能是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的氮去除途徑之一。上述研究在一定程度上顯示了沉水植物附著物對(duì)氮去除有明顯貢獻(xiàn)。但是，目前研究沉水植物附植生物反硝化作用的文獻(xiàn)僅有少數(shù)幾例。在中國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化淺水湖泊中，附植生物反硝化作用特征及其對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)反硝化脫氮的貢獻(xiàn)如何還有待深入探討。因此，系統(tǒng)研究養(yǎng)分豐富的淺水淡水生態(tài)系統(tǒng)中沉水植物附植生物群落的反硝化作用對(duì)理解微界面的生態(tài)效應(yīng)非常必要。

同時(shí)，附著藻還能夠敏感地響應(yīng)水環(huán)境的變化，可作為水生態(tài)系統(tǒng)的理想指示物種（Roman，Ekelund，2000），在湖泊生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮著重要作用（Rodusky et al，2001；Schneider，Lindstr?m，2011；紀(jì)海婷等，2013）。

二、微界面附植生物研究方法和技術(shù)

對(duì)微界面附著物結(jié)構(gòu)或附著物附著過程的研究早期主要采用普通掃描電子顯微鏡（Allanson，1973；Rogers，Breen，1981），但是普通掃描電鏡觀測(cè)前必須對(duì)植物樣品進(jìn)行冷凍干燥，易造成附著物的脫落和自然結(jié)構(gòu)的破壞（Rogers，Breen，1981；Allanson，1973），觀測(cè)結(jié)果可能與微界面附著物的真實(shí)形貌存在較大誤差。近年來發(fā)展的基于共聚焦激光掃描顯微術(shù)（CLSM）的光譜指紋技術(shù)可用于研究微界面附著物的深度剖面和生物監(jiān)測(cè)。利用環(huán)境掃描電鏡沉水植物樣品可直接上機(jī)測(cè)定，可以更直觀地呈現(xiàn)附著物的自然形貌特征，但目前使用還較少。

與浮游生物相比，學(xué)者們對(duì)附植生物的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，其中一個(gè)重要的原因是附植生物取樣比較困難。自然條件下，水生植物與附植生物的分布不均衡，而且附植生物難以從水生植物莖葉表面完全分離，因此目前在如何采集附植生物方面還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)微界面附著藻類的研究采用常規(guī)的定性定量分析方法（袁信芳等，2006；Morin，Kimball，1983）；對(duì)附著微生物的研究多采用PCR法、RFLP法、DGGE法、FISH法和克隆基因文庫(kù)分析法（李華芝等，2006；何聃等，2014）；而對(duì)附著物養(yǎng)分含量的分析還沒有標(biāo)準(zhǔn)方法，也較少有人涉及。

對(duì)微界面環(huán)境因子如O₂濃度、pH值和ORP等的研究多采用微電極技術(shù)（Fang et al，2013；Dong et al，2014）。由于氧是生物系統(tǒng)中一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，復(fù)雜環(huán)境中的氧梯度對(duì)理解和量化諸多代謝過程極其重要，所以文獻(xiàn)中對(duì)光纖針式氧電極和Clark型電化學(xué)氧電極的描述和應(yīng)用相對(duì)較多（Klimant et al，1995；K¨uhl，2005；Armstrong et al，2000；Xu et al，2009；Spilling et al，2010）。目前，微電極多用于研究沉積物（de Beer et al，1997；Nakamura et al，2004；Xu et al，2009；王永平等，2013）、藻墊（Babauta et al，2014；Jones et al，2000；Fang et al，2014）、生物膜（Revsbech et al，1983；Sweerts et al，1989；Wang et al，2013）、植物根系（Armstrong et al，2000）等的微環(huán)境變化。但利用微電極對(duì)沉水植物莖、葉微界面的研究還相對(duì)較少，這與沉水植物微界面的重要作用極不相符。對(duì)微界面附植生物反硝化的研究早期多采用乙炔抑制法（Eriksson，Weisner，1996；Toet et al，2003），現(xiàn)開始發(fā)展到穩(wěn)定同位素法（Eriksson，2001）。對(duì)微界面附植生物群落結(jié)構(gòu)和功能的研究主要采用微生物的方法，在上一章已進(jìn)行了詳細(xì)論述。總之，對(duì)微界面的研究方法和技術(shù)雖然取得了階段性成果，但還有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

三、微界面附植生物研究存在的問題

近年來，淡水生態(tài)系統(tǒng)附植生物生態(tài)學(xué)的研究得到了快速發(fā)展，測(cè)定技術(shù)也得到同步發(fā)展，對(duì)附植生物生態(tài)學(xué)的發(fā)展起了巨大的推動(dòng)作用。但是，由于附植生物生態(tài)學(xué)是一個(gè)集合，其研究不僅涉及生態(tài)學(xué)的諸多領(lǐng)域如生理的、群落的、種群的和生態(tài)系統(tǒng)的，而且還涉及環(huán)境化學(xué)、生物化學(xué)、生物地球化學(xué)、分子生物學(xué)、植物生理生態(tài)學(xué)、微生物學(xué)等多種學(xué)科，同時(shí)還有賴于現(xiàn)代先進(jìn)的分析測(cè)試和微觀觀測(cè)手段的有機(jī)融合，雖然相關(guān)研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但關(guān)于附植生物在水生態(tài)系統(tǒng)中的形成機(jī)制、生態(tài)功能等仍沒有清晰而明確的答案，仍有很多問題尚未解決。相對(duì)于其他學(xué)科，附植生物生態(tài)學(xué)仍是一門年輕的科學(xué)，諸多領(lǐng)域仍處于未開發(fā)或未充分開發(fā)的狀態(tài)。

目前，研究存在的主要不足如下。

①目前，淡水生態(tài)系統(tǒng)附植生物的研究主要是基于自然環(huán)境，但由于許多生態(tài)過程同時(shí)發(fā)生，基于野外觀測(cè)的數(shù)據(jù)通常很難解釋根本的機(jī)制，得出可靠的結(jié)論更不容易。而且，現(xiàn)有的圍隔實(shí)驗(yàn)或少量小型室內(nèi)的模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際的野外環(huán)境存在很大差異，因此，如何最大限度地模擬野外環(huán)境是今后必須解決的一個(gè)重點(diǎn)問題。

②對(duì)附植生物各種指標(biāo)的測(cè)定還沒有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的方法，尤其是還沒有高效的標(biāo)準(zhǔn)取樣方法，如不同基質(zhì)上附植生物的取樣方法；對(duì)附植生物分類的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠；附植生物養(yǎng)分動(dòng)態(tài)、生物量和生產(chǎn)力的研究沒有現(xiàn)成的準(zhǔn)則。

③附植生物群落作為一個(gè)功能微系統(tǒng)，對(duì)同時(shí)出現(xiàn)在界面層內(nèi)的自養(yǎng)和異養(yǎng)過程的研究還不夠深入，附植生物的代謝及其與養(yǎng)分的耦合過程和機(jī)制的研究還涉及較少。

④對(duì)不同于自然狀態(tài)（如貧營(yíng)養(yǎng)、富營(yíng)養(yǎng)、酸化、水體荒漠化等）和控制條件下水體養(yǎng)分循環(huán)的研究還有待深入，對(duì)附植生物在養(yǎng)分循環(huán)中的功能了解較少，對(duì)附植生物和基質(zhì)間的物質(zhì)能量交換了解甚少，對(duì)不同污染狀態(tài)下水體養(yǎng)分循環(huán)的調(diào)控機(jī)制的研究還比較缺乏。

⑤附植生物群落結(jié)構(gòu)和種群動(dòng)態(tài)分析對(duì)評(píng)價(jià)水質(zhì)非常有價(jià)值，但目前來說應(yīng)用指示生物評(píng)價(jià)水質(zhì)仍然相當(dāng)主觀和缺少普遍性，其因果關(guān)系尚不明確。

⑥對(duì)附植生物生態(tài)功能的應(yīng)用領(lǐng)域尚有待進(jìn)一步拓展，如對(duì)重金屬污染、有機(jī)污染、藍(lán)藻水華預(yù)警、古環(huán)境分析等方面的應(yīng)用研究還比較少。

⑦對(duì)附植生物相關(guān)理論的研究還比較少。