陳夢(mèng)琪　鄭建偉　蔣躍平　關(guān)保華

摘要：設(shè)置不同的試驗(yàn)條件，研究沉水植物的降解和營(yíng)養(yǎng)鹽釋放過程及其影響因素。選取苦草和黑藻作為試驗(yàn)材料，在池塘、溫室內(nèi)和溫室外3個(gè)地點(diǎn)設(shè)置不同試驗(yàn)處理組。結(jié)果表明：苦草和黑藻的降解過程具有明顯的階段性，初期速率較快，之后基本保持穩(wěn)定。無論是苦草還是黑藻，磷的釋放都很快，在1周內(nèi)大量釋放；但是苦草營(yíng)養(yǎng)鹽釋放速率低于黑藻?？嗖莺秃谠宓慕到庖约盃I(yíng)養(yǎng)鹽的釋放速率在有沉積物存在、溫度較高的情況下較高。

關(guān)鍵詞：苦草；黑藻；降解規(guī)律；氮磷釋放速率；沉積物；溫度

中圖分類號(hào)：X524 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2015）10-0411-03

沉水植物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量的循環(huán)起重要作用[1]。近40年來，對(duì)我國(guó)各大淺水湖泊的污染控制研究結(jié)果表明，沉水植物可以吸收水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、促進(jìn)水體營(yíng)養(yǎng)鹽沉降、遏制底泥營(yíng)養(yǎng)鹽向水中再釋放等[2-4]。通過降低沉積物-水之間的營(yíng)養(yǎng)鹽通量，沉水植物能夠有效地凈化水質(zhì)，保持水體處于較低的營(yíng)養(yǎng)鹽水平，抑制藻類生長(zhǎng)，提高水體的自凈能力[5]。然而，沉水植物進(jìn)入衰亡期后，會(huì)分解釋放一部分營(yíng)養(yǎng)鹽[6]，對(duì)水體造成二次污染。沉水植物死亡后，一部分直接在水中衰亡消解，釋放部分營(yíng)養(yǎng)鹽；其余部分腐爛沉入水底，浮于沉積物表層，和微生物共同作用消耗溶解氧、釋放營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[7]。此外，不同種類的沉水植物，由于碳氮磷物質(zhì)形態(tài)及組成比例的差異，導(dǎo)致在衰亡過程中，腐爛分解和營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放速率也不相同[8]。本試驗(yàn)?zāi)M沉積物有無和不同的溫度條件，將苦草（Vallisneria natans）和黑藻（Hydrilla verticillata）死亡植株放置在塑料大棚溫室內(nèi)、溫室外和原位池塘中，研究溫度和沉積物缺失對(duì)不同沉水植物降解過程和營(yíng)養(yǎng)鹽釋放的規(guī)律，以期發(fā)現(xiàn)沉水植物在死亡后對(duì)水體的影響，為深入研究沉水植物在水體營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)中的作用提供理論補(bǔ)充。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2012年11月底于江蘇省無錫五里湖采集苦草和黑藻植株，帶回實(shí)驗(yàn)室，40 ℃烘干至恒質(zhì)量，試驗(yàn)在南京信息工程大學(xué)溫室大棚中進(jìn)行。用水為自來水，沉積物為校園內(nèi)池塘中黑色沉積物。將苦草和黑藻洗凈去除雜質(zhì)，并剪碎至5～10 mm 長(zhǎng)的小段，待其風(fēng)干后分別稱量（150±1） mg苦草和（100±1） mg黑藻，放入編好號(hào)的分解網(wǎng)袋（200目尼龍網(wǎng)，10 cm×10 cm）中?？嗖莺秃谠宸謩e留樣測(cè)初始生物量和氮（N）、磷（P）含量。其他分為5個(gè)處理組（表1），每個(gè)處理組3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)6份樣品。處理A、處理B、處理C、處理D的樣品每批重復(fù)放置在1個(gè)燒杯中，燒杯均放置在有一定水量的塑料大桶里，以保證恒溫。每隔1周從各個(gè)燒杯中隨機(jī)抽取1份植物樣品測(cè)生物量和N、P含量。處理E樣品直接放入池塘中，同樣每隔1周從池塘中抽取1份測(cè)生物量和N、P含量。試驗(yàn)地點(diǎn)為塑料大棚溫室內(nèi)外和池塘中，分別模擬溫度的高低、沉積物的缺失和水體原位環(huán)境。

1.2 樣品采集與分析

試驗(yàn)共進(jìn)行5周，試驗(yàn)開始后，每周采集1次樣品，洗凈泥沙和附著物后，在烘箱中烘干后稱質(zhì)量。將干燥樣品粉碎研磨，用元素分析儀（意大利，Euro Vector，EA3000）測(cè)定氮含量，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)，Leeman，Prodigy）測(cè)定磷含量[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將所有的樣品測(cè)量其生物量和N、P含量，按序錄入 Excel 表格中，并計(jì)算出各個(gè)處理的平均值，繪制降解曲線。

植物分解速率以K表示，生物量、TN、TP對(duì)應(yīng)的分解速率分別為KS、KN、KP。以生物量分解速率計(jì)算方程為例：KS=（Sd-S0）/（d×Sd），式中Sd為第d天生物量含量，S0為初始生物量含量，d為時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦草降解過程中殘存生物量和氮、磷含量的變化

由圖1可知，所有處理組生物量均在試驗(yàn)第1周明顯下降，之后變化較平穩(wěn)。池塘組第1周分解最快；處理B的生物量下降緩慢；處理D的生物量基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，第1、第3、第4、第6周均高于其他處理；處理E的生物量在試驗(yàn)開始后快速降低。總氮含量的變化趨勢(shì)同生物量變化趨勢(shì)相似，在試驗(yàn)第1周明顯下降，然后上下波動(dòng)?？傮w而言，處理A總氮含量最高，處理E最低。處理A和處理D的TN在前5周都明顯高于其他處理。所有處理的TP含量在第1周迅速下降，之后都保持在一個(gè)較平穩(wěn)的狀態(tài)。其中，處理E的TP含量最低，處理A和處理C的TP含量在第1、第5、第6周均明顯高于其他處理?？傮w而言，處理A、處理B的總磷含量高于處理C、處理E。

2.2 黑藻降解過程中殘存生物量和氮、磷含量的變化

由圖2可知，黑藻所有處理組的生物量在第1周迅速下降，此后都在該值上下浮動(dòng)。處理C在第2、第3、第4周基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，第5、第6周有所回升。且處理C和處理D的生物量在第2、第3、第5、第6周高于處理A和處理B，即溫室外分解較慢。和苦草一樣，黑藻的TN含量變化較大。其中，處理E的TN含量最低，即黑藻在池塘中的含氮量較低；除了第1、第3周外，處理A的TN含量都高于處理B，且處理A、處理B高于處理C、處理D，即溫室內(nèi)高于溫室外?？嗖菟刑幚斫M的TP含量在第1周迅速下降，之后基本保持在穩(wěn)定狀態(tài)。黑藻的TP含量的變化趨勢(shì)同苦草基本一致?？傮w而

言，處理A的總磷含量最高，處理E總磷含量最低。

2.3 苦草和黑藻的第1周分解速率比較

由圖3可知，第1周黑藻處理B、處理C、處理D的氮分解速率均略高于苦草，苦草的處理A和處理E略高于黑藻，總體來說，苦草和黑藻差別不大。第1周黑藻各處理的磷分解速率均略高于苦草，其中兩者處理A的差距最大，處理E最接近。黑藻的第1周生物量分解速率明顯高于苦草，黑藻幾乎是苦草的2～4倍。endprint

3 結(jié)論與討論

沉水植物的降解是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，受眾多因素的影響[10]，包括生物及非生物因素，即溫度、沉積物、營(yíng)養(yǎng)鹽及微生物分布等都會(huì)對(duì)沉水植物的降解產(chǎn)生很大的影響[11]。

3.1 沉水植物的降解過程

沉水植物分解一般都分為2個(gè)階段，第1個(gè)階段是植物殘?bào)w的快速溶解階段，第2個(gè)階段是難溶性物質(zhì)與微生物以及胞外酶作用緩慢分解階段[12]。本研究結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，苦草和黑藻在第1周迅速分解，之后分解速率明顯下降，甚至在降解后期還出現(xiàn)了TN、TP含量上升的情況。這和氮磷在植物體內(nèi)的存在形式有關(guān)，磷相較于氮會(huì)快速分解到水體中[13-14]。

3.2 沉水植物降解過程的影響因素

溫度是影響沉水植物降解速率的重要因素之一，溫度高使得微生物的活動(dòng)變得活躍[15]，從而加快了植物的降解速率。潘慧云等在實(shí)驗(yàn)室模擬條件下研究發(fā)現(xiàn)，金魚藻和苦草在秋冬低溫條件下釋放的氮、磷較少，在來年回暖后分解有所

加快[6]。葉春等在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，黑藻分解過程有明顯的階段性，其分解速率與周圍環(huán)境溫度顯著相關(guān)[11]。本研究也發(fā)現(xiàn)，在溫度較高的棚內(nèi)，苦草和黑藻的分解速率均高于棚外。陳見等在研究中發(fā)現(xiàn)，沉積物加快了苦草TN和TP的損失速率[16]，這可能與沉積物中大量微生物促進(jìn)促進(jìn)含氮磷的有機(jī)物快速分解有關(guān)[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，在有沉積物的環(huán)境中，苦草和黑藻分解速率均高于沒有沉積物的環(huán)境。而同樣是有沉積物的環(huán)境，溫室外的降解速率明顯低于原位池塘中的分解速率，這可能與池塘中微生物種類更多、系統(tǒng)更加復(fù)雜有關(guān)[13]。

3.3 不同種沉水植物降解的比較

苦草和黑藻在降解過程中也表現(xiàn)出不一樣的規(guī)律。李燕對(duì)5種沉水植物進(jìn)行分解試驗(yàn)，得出苦草的降解速度要比黑藻慢的結(jié)論[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，苦草在沒有沉積物的處理下，分解速率最大，而池塘中分解相對(duì)最慢。表明沉積物雖然有微生物，但也在一定程度上抑制了苦草的分解；而池塘是自然生態(tài)環(huán)境，微生物種類較全面，對(duì)苦草的綜合作用表現(xiàn)為較慢的降解速度。相反，黑藻在池塘中的分解速率最大，棚外無沉積物的環(huán)境下分解最慢。明顯看出，在溫度低、微生物較少的水體中，黑藻較難分解。同時(shí)，黑藻在降解過程中，氮一直是上下波動(dòng)的，由此推測(cè)出黑藻不僅僅會(huì)釋放氮，還會(huì)從周圍環(huán)境中吸收氮。此外，在相同條件下，苦草的降解速率明顯低于黑藻，這可能與苦草黑藻自身的氮磷含量有關(guān)[19]。在溫室外無土的環(huán)境中，黑藻量甚至是苦草的4倍，這可能是因?yàn)楹谠宓奶嫉妆壤m合微生物分解的緣故。因此在秋冬死亡季節(jié)，黑藻應(yīng)優(yōu)先于苦草從湖中打撈出來，以防二次污染。

無論是苦草還是黑藻，都在1周內(nèi)快速分解，此后分解變得非常緩慢；苦草在1周內(nèi)分解釋放掉60%以上的P和50%以上的N；黑藻分解速率高于苦草，在1周內(nèi)分解釋放掉80%以上的P和50%以上的N。無論是苦草還是黑藻，P的釋放速率均高于N。在池塘原位條件下，無論是苦草還是黑藻，其分解速率都高于其他試驗(yàn)條件。

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