秦松巖，吳 波，閆穎怡，周金喜，周啟星

(1.天津理工大學環(huán)境科學與安全工程學院，300384 天津，qinsongyan@yahoo.com.cn;2.南開大學環(huán)境科學與工程學院，300191 天津;3.西門子(天津)水技術工程有限公司，300191 天津)

旱傘草與粉綠狐尾藻立體復合的抑藻效能

秦松巖1，2，吳 波3，閆穎怡1，周金喜1，周啟星2

(1.天津理工大學環(huán)境科學與安全工程學院，300384 天津，qinsongyan@yahoo.com.cn;2.南開大學環(huán)境科學與工程學院，300191 天津;3.西門子(天津)水技術工程有限公司，300191 天津)

為考察植物間組合的化感抑藻效能，將旱傘草、粉綠狐尾藻、旱傘草+粉綠狐尾藻在自然水體水樣中對比種植，對藻密度、葉綠素a、群落變化及有機物組成進行監(jiān)測.結(jié)果表明:旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中，藻類建群過程的延遲期最短，在第13天達到峰值2.4×107/L，而對照、旱傘草、粉綠狐尾藻水樣為4.48、1.15、2.03×108/L;旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中群落的演替速度最快，有機物種類最少為75種，而對照、旱傘草、粉綠狐尾藻水樣有機物種類數(shù)量為131、90及121種.旱傘草+羽毛組合水樣中新生成丙酮氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4－甲基苯酚這4種物質(zhì)，可能為潛在的化感物質(zhì).

旱傘草;粉綠狐尾藻;化感物質(zhì);抑藻效能

利用水生植物簡單、高效、低代價的特點對富營養(yǎng)化水體進行修復已被國內(nèi)外廣為共識［1］.水生植物凈化水體時主要形成漂浮、挺水及沉水3大植物系統(tǒng)［2］.挺水植物可高效吸收水體中氮磷類營養(yǎng)物質(zhì);飄浮植物可遮蔽水體中的光透過率，通過影響藻類的光合作用來抑制藻類生長;沉水植物則可向水體中分泌抑藻化感物質(zhì)［3－6］.目前，對3大植物系統(tǒng)單獨應用于富營養(yǎng)化水體的修復已有廣泛研究，如孫瑞蓮等［7］比較了8種挺水植物對污染水體的脫氮除磷效果;田琦等［8］研究了5種沉水植物對富營養(yǎng)化水體的凈化力;李修嶺等［9］利用漂浮水生植物對超富營養(yǎng)化湖水的總氮總磷去除能力及抑藻效果進行研究.對3大植物系統(tǒng)應用于富營養(yǎng)化水體的修復研究多著重于從某一植物系統(tǒng)中選擇最適合特定水體的模式植物，而將漂浮、挺水及沉水植物進行交叉形成空間立體層次的植物組合并應用于富營養(yǎng)化水體的修復卻鮮有研究.

旱傘草(Cyperus alternifolius)是較為常見的水生觀賞植物，近年來在園林水景工程中應用廣泛，適應性強，性喜溫暖，在南方無霜期地區(qū)可栽植［10］.粉綠狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)是多年生沉水草本植物，適應生境能力強，其生長發(fā)育過程可去除多種污染物且觀賞效果較好，是水體富營養(yǎng)化植物修復或水華生物控制工程中的有效物種，近年來被廣泛應用于污染水體的生態(tài)修復［11］.這兩種植物已被單獨應用于富營養(yǎng)化水體的修復，尤其是粉綠狐尾藻被證實具有強烈的化感抑藻(銅綠微囊藻)效果，但關于這兩種植物共同栽植對富營養(yǎng)化水體的作用效應還未見報導.旱傘草－粉綠狐尾藻的立體組合充分利用了水體空間，且旱傘草的傘狀莖葉保障了粉綠狐尾藻對水中光的需求.本文研究了旱傘草－粉綠狐尾藻的立體組合生態(tài)效應，即該立體組合是否對富營養(yǎng)化水體中的藻類數(shù)量、種類及群落結(jié)構產(chǎn)生影響;同時通過研究水中有機物組成變化，確定該組合是否能促進水體中有機物的降解和吸收，及能否產(chǎn)生潛在的化感抑藻物質(zhì).以期為南方富營養(yǎng)化淡水生態(tài)系統(tǒng)的恢復提供新的植物聯(lián)合應用途徑.

1 實驗

1.1 實驗材料

旱傘草及粉綠狐尾藻取自合肥環(huán)城公園，實驗開始前24 h將受試植物浸于清水中，清除植物上殘存的藻類，并摘掉植物上枯萎的莖葉.水樣取自合肥環(huán)城水系，將受試植物與含藻水共培于2 000 mL大燒杯中.取一杯無植物作為對照組，模擬植物遮光量，按其他植物加入量投入塑料植物.粉綠狐尾藻按平均5 g/L，旱傘草按平均12.5～15 g/L，共同種植入水樣中并置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)，恒溫培養(yǎng)，溫度為(25士1)℃，12 h光照(光強度為2 500 1x).實驗共4組，為對照、旱傘草、粉綠狐尾藻、粉綠狐尾藻+旱傘草藻植共生組.為防止水分蒸發(fā)造成的水位降低，定期用再生水(合肥環(huán)城水系補水)補足燒杯內(nèi)因蒸發(fā)而失去的水分，使試驗用水體積保持在2 L.

1.2 藻類鑒定與計數(shù)

取水樣之前，先將受試植物取出，然后用玻璃棒將水樣攪拌，使藻類在水中分布均勻，迅速取出100 mL水樣用于藻類鑒定、計數(shù)及葉綠素的測定.

藻種鑒定參考文獻［12］，分類法鑒定到種或?qū)?并按種類計數(shù)，計算出藻類的相對豐度、藻細胞密度與多樣性指數(shù).

1.3 有機物組成分析

將對照、旱傘草、粉綠狐尾藻及粉綠狐尾藻+旱傘草的種植水樣1 L用H2SO4調(diào)節(jié)pH=2，分別用50 mL二氯甲烷萃取兩次，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將100 mL二氯甲烷濃縮到大約5 mL，然后用氮吹濃縮到0.1 mL.

GC－MS分析儀采用安捷倫6890GC－5973MSD，色譜柱采用HP－5MS毛細柱(30 m*0.25 mm*0.25 μm)，進樣溫度280 ℃，接口溫度280℃，采取程序升溫的方法，45℃(3 min)由10℃/min升至200℃(10 min)，再由25℃/min升至 310℃(10 min)，載氣為 He，恒定流速1 mL/min，采用電子轟擊源(EI)，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，離子化能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍:全掃描，掃描m/z范圍15～750.

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游藻類生物量變化

各種植水樣中浮游藻類的葉綠素a和藻類密度的變化見圖1.

圖1(a)為對照組的葉綠素a和藻類生物量變化圖;在培養(yǎng)初期，因無外來因素干擾，生物量穩(wěn)定增長，所用的時間為9 d.接著進入指數(shù)生長階段，生物量在一段時間內(nèi)快速增加，在建群的第13天左右，生物量達到第一個峰值，BP(peak biomass)=2.14×108/L，其中生物量達到峰值所需的時間(time to peak biomass，tPB)是13 d.群落在經(jīng)過短暫的成熟穩(wěn)定期(第13～17天)后，群落未迅速衰退，而后進入了二次生長期，最終藻密度達到4.48×108/L.

圖1(b)顯示了旱傘草種植水樣中葉綠素a和藻類生物量的變化.與對照組相比，建群延遲期較短，為5 d左右;之后進入指數(shù)生長期，并在第13天出現(xiàn)峰值，BP=1.15×108/L.峰值之后，藻類迅速衰退，生物量呈下降趨勢.在17 d后，藻類群落進入二次生長期，但最終藻密度降至6.12×107/L.

從圖1(c)可見，粉綠狐尾藻種植水樣中，經(jīng)歷短暫的藻類群落建群延遲期后，生物量迅速增加，但生物量達到峰值時間較長，為17 d，BP=2.03×108/L，指數(shù)生長期后直接進入衰亡期，群落逐漸衰退，生物量減少，藻類密度也隨之下降.

而粉綠狐尾藻+旱傘草種植水樣中藻類建群延遲期很短，幾乎直接進入指數(shù)生長期，生物量增長較快，但數(shù)值均小于其他水樣中的藻類密度值，可見這兩種植物復合對藻類有良好的抑制作用.其中BP=2.4 ×107/L，tPB=13 d.峰值之后，在13～17 d時，水樣中的藻類群落進入衰亡期，生物量呈下降的趨勢.在17 d后，藻類群落略有增長，但最終藻密度值僅為2.65×107/L(見圖1(d)).

藻類生物量與葉綠素之間具有較好的相關性，藻類生物量變化的趨勢與葉綠素a質(zhì)量濃度變化基本一致.對照水樣及粉綠狐尾藻種植水樣中，葉綠素質(zhì)量濃度最終達1 200 mg/L左右，而粉綠狐尾藻+旱傘草種植水樣中葉綠素質(zhì)量濃度僅為230 mg/L.

圖1 各種植水樣中浮游藻類的葉綠素a和藻類密度的變化

2.2 浮游藻類群落的組成變化

本實驗開始前，對合肥環(huán)城水系水體中浮游藻類的鑒定及定量分析發(fā)現(xiàn)了多種浮游藻類，如綠藻門 的Scenedesmusdenticulatus、S.quadricauda(Scenedesmus quadricauda)、Pediastrum boryanum、G.paucispina(Golenkinia paucispina)、Chlorella和絲狀的Ulothrix implexa Ktltz;硅藻門的Navicula，均為建群早期的先鋒種類.

經(jīng)植物種植作用后，浮游藻類群落發(fā)生變化，G.paucispina一直保持優(yōu)勢地位，S.quadricauda逐漸成為各水樣中的優(yōu)勢種，但相對豐度差別較大(見圖2).

在無植物作用的對照水樣中，建群初期共20種浮游藻類，隨著群落的發(fā)展，G.paucispina作為先鋒藻類的相對豐富度逐漸降低，S.quadricauda逐漸演化成為優(yōu)勢種并在第13天達到峰值，相對豐富度高達46.5%，且在4個水樣中，這兩種藻類生物量最高(見圖2(a)).相比之下，旱傘草作用的水樣中，S.quadricauda和G.paucispina從17種藻類中緩慢演化成優(yōu)勢種并在第13天生物量達到峰值，相對豐富度分別為17.32%及61.17%(見圖2(b)).而在粉綠狐尾藻 種 植 水 樣，G.paucispina、Navicula和S.quadricauda這3種藻密度呈上升的趨勢，逐漸成為該實驗組中的優(yōu)勢種，S.quadricauda與Navicula的藻密度持續(xù)緩慢增長(見圖2(c)).在旱傘草+粉綠狐尾藻作用水樣的建群初期，浮游藻類即減少到12種，由于旱傘草+粉綠狐尾藻復合分泌出的化感物質(zhì)的積累，G.paucispina的生物量在建群早期短時間的升高之后迅速衰退，S.quadricauda的藻密度雖持續(xù)增加，但卻比其他3個水樣少一個數(shù)量級;而4個實驗組中，只有該實驗組藻密度增長與藻類相對豐度的變化趨勢相一致，說明該組藻類生物量增長較少，且其他藻類所占比例較小(見圖2(d)).

圖2 各種植水樣中優(yōu)勢藻種及相對豐度的變化

2.3 植藻共培水樣中有機物組成分析

經(jīng)過23 d的培養(yǎng)，對4個實驗組的藻植共培水樣中所含有機物進行了分析，總離子流圖見圖3.無植物的水樣中化合物種類最多為131種，且各物質(zhì)豐度值較高(見圖3(a));在粉綠狐尾藻的單獨種植水體中，有機物種類減少至121種，且各物質(zhì)豐度值均比無植物水樣中豐度略有減小(見圖3(b));在旱傘草的單獨種植水體中，有機物質(zhì)種類減少至90種，與粉綠狐尾藻水樣相比，各物質(zhì)豐度更低(見圖3(c));在旱傘草+粉綠狐尾藻組合種植水樣中，化學物質(zhì)的種類減少至75種，且各物質(zhì)豐度值為4種水樣中最小(見圖3(d))，空白水樣中烷類19種、苯類24種、胺類11種、酮類11種、嘧啶類3種、酯類8種、醇類14種、烯類6種、酚類6種、醛類1種、萘類7種及其他種類化合物21種.與空白水樣比較，在旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中嘧啶及醛類未檢出，烷類消失了11種，苯類消失了14種，烯及酚消失了4種，說明旱傘草+粉綠狐尾藻對上述物質(zhì)進行了有效的吸收.與空白水樣比較，在旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中出現(xiàn)的化合物為:1－(2－羥苯基)乙烷、十五烷、二十烷、4－甲基－癸烷、1－乙烷基－2，4－二甲基苯、9－乙烷基－9氫咔唑－3－胺、丙酮合氰化氫、磷酸三乙酯、己二酸，雙(2－乙基己基)酯、莰烯、4－甲基苯酚、1，5－二甲基萘、二氫化茚、甲基丙烯酸酐等共15種.通過與粉綠狐尾藻及旱傘草單獨水樣中化合物的比較，只存在于旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中的化合物有4種，分別為丙酮合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4－甲基苯酚.

丙酮氰醇有毒性且為制殺蟲劑的中間體;磷酸三乙酯可用于制備農(nóng)藥，也可用于植物生長調(diào)節(jié)劑［13］;莰烯屬雙環(huán)單萜烯類化合物且效應為具有吸引性味覺或氣味，也可用于合成農(nóng)藥及毒殺芬等物質(zhì);4－甲基苯酚有腐蝕性和毒性.目前初步認為:丙酮氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及對甲基苯酚很可能為潛在的抑藻化感物質(zhì)，但有待于進一步研究.

3 結(jié)論

1)通過旱傘草、粉綠狐尾藻、旱傘草+粉綠狐尾藻在自然水體水樣中的種植對比發(fā)現(xiàn)，旱傘草+粉綠狐尾藻的組合種植水樣中，藻類建群過程的延遲期最短，發(fā)展為成熟期的時間也最短，生物量的峰值最低，群落的演替速度較快.

2)旱傘草+粉綠狐尾藻的組合種植可控制水體中葉綠素質(zhì)量濃度，并大幅降低藻類生物量.

3)旱傘草+粉綠狐尾藻的組合種植可有效降低水體中有機物的種類及質(zhì)量濃度.在其組合水樣中新生成的丙酮合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4－甲基苯酚這4種物質(zhì)，為后續(xù)的化感物質(zhì)分離及化感抑藻作用提供了重要參考.

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Allelopathic effects ofCyperus alternifoliusandMyriophyllum aquaticumon phytoplankton

QIN Song-yan1，2，WU Bo3，YAN Ying-yi1，ZHOU Jin-xi1，ZHOU Qi-xing2

(1.School of Environmental Science and safty Engineering，Tianjin University of Technology，300384 Tianjin，China，qinsongyan@yahoo.com.cn;2.School of Environmental Science and Engineering，Nankai University，300191 Tianjin，China;3.Siemens Water Technologies and Engineering(Tianjin)Co.，Ltd，300191 Tianjin，China)

Allelopathic effects ofC.alternifolius(Cyperus alternifolius)，M.aquaticum(Myriophyllum aquaticum)，C.alternifoliusandM.aquaticumwere investigated in coexistance experiments，and the algae biomass，chlorophyll a，community change and organic matters of the coexistance samples were monitored and analyzed.Cell numbers and Chl－ a were significantly inhibited byC.alternifoliusandM.aquaticum.The peak biomass of algae is 2.4 ×107/L，while that of the control，C.alternifolius，M.aquaticumis 4.48，1.15，2.03×108/L respectively.The organic matters analysis show that only 75 kinds of organic matter exist in theC.alternifoliusandM.aquaticumcoexistance samples while 131 kinds of organic matter exist in the control sample.Acetone cyanohydrin，Triethyl phosphate，Camphene and 4 － methyl－4 －Phenol were new produced matters byC.alternifoliusandM.aquaticumwhich maybe the potential allelopathic matters.

Cyperus alternifolius;Myriophyllum aquaticum;allelopathic matters;algae inhibitation

Q948.12

A

0367－6234(2011)10－0134－05

2010－08－15.

秦松巖(1978—)，女，副教授;

周啟星(1963—)，男，教授，博士生導師.

(編輯 劉 彤)