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不同类型水生植物对富营养化水体氮转化及环境因素的影响

来源：华佗健康网

江苏农业学报http://www.(jsJiangsunyxb.com

J.ofAgr.Sci.),2015,31(5):1045~10521045

张摇芳,易摇能,张振华,等.不同类型水生植物对富营养化水体氮转化及环境因素的影响[J].江苏农业学报,2015,31

(5)doi:10.:1045鄄1052.

3969/j.issn.1000鄄4440.2015.05.016

不同类型水生植物对富营养化水体氮转化及环境因素的影响

张摇芳1,2(1.南京理工大学化工学院,摇易摇能2,,江苏摇张振华2南京210094;,摇刘新红22.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所,摇严少华2,摇高摇岩2,摇唐婉莹1

,江苏南京210014)

摇在植物生长旺盛期摇摘要:摇选取4(8种不同生活型水生植物月)和缓慢期(10-11月(漂浮植物凤眼莲),通过静态模拟试验、浮叶植物睡莲和菱角,综合考察4种水生植物对富营养化水体中铵

、沉水植物黑藻)为供试植物,

态氮(NH+N4鄄N)、硝态氮(NO-3鄄N)和总氮(TN)去除能力和水体通过微生物代谢活动释放气体(包括脱氮气体N2O、

2氮素的去除能力最强)及水体理化环境因素的影响。种植不同类型水生植物的水体中。结果表明8月份各处理NOTN-浓度下降速率显著高于10-11月份,且凤眼莲对水体处理下降最慢,睡莲处理略高于黑藻处理。不同类型水生植物释放气体量的顺序为黑藻处理3鄄N、TN下降速率为凤眼莲和菱角处理下降最快>对照抑睡莲处理,黑藻>菱角处理>凤眼莲处理。4种植物对调节水体理化环境因素的能力有所差异,这会间接导致其调节水体氮生物转化过

程的程度差异。

关键词:摇水生植物;富营养化水体;氮;植物修复;反硝化

中图分类号:摇X592摇摇摇文献标识码:摇A摇摇摇文章编号:摇1000鄄4440(2015)05鄄1045鄄08

Effectsandenvironmentalofdifferentfactorsspeciesinofeutrophicaquaticplantswater

onnitrogentransformationZHANGTANGFang1,2,摇YINeng2,摇ZHANGZhen鄄hua2,摇LIUXin鄄hong2,摇YANShao鄄hua2,摇GAOYan2,摇vironment.CollegeWan鄄ying1

(1,JiangsuofChemicalAcademyEngineeringofAgricultural,NanjingSciencesUniversity,NanjingofScience210014,&TechnologyChina)

,Nanjing210094,China;2.InstituteofAgriculturalResourcesandEn鄄摇growth摇Abstractperiod:摇(OctoberInthistostudy,November)],throughtwofourseriestypesofofsimulationaquaticplantsexperiments(Eichhornia[vigorouscrassipesgrowth,Trapaperiod,Nymphaea(August)tetragonaandslowHydrillaverticillata)werecomparedintermsoftheirabilitytoremoveNH,

fluence4鄄N,NO-3鄄Nandtotalnitrogen(TN),theirin鄄

收稿日期:2015鄄05鄄05

基金项目:国家自然科学基金项目(41471415);江苏省科技支撑计

g.Nongasproductionthroughmicrobialactivities(e.划项目(BE2013436);江苏省留学人员科技资助项目(苏wellas2OtheirandinfluenceN2vianitrificationonphysicochemicaland/ordenitrification),factorsinwater.

as人社:2014鄄323);江苏省农业科技自主创新基金项目[CX

Accordingwatertotheresults,作者简介:张(14)2093]

摇芳(19鄄),女,江苏徐州人,硕士研究生,研究方向为

than水体环境研究。(E鄄mail)fangznjust@163.com。易能为共同第一作者。

showedthatbyalltheinhighestthetreatmentsperiodnitrogenofwastheOctober-November.significantlyremovalefficiencyhigherE.inofcrassipesAugustTNin通讯作者:高摇岩,(E鄄mail)jaas.gaoyan@yahoo.com;唐婉莹,(E鄄

ratesofTNandNO-3鄄Ninwaterremovalwererates.thehighestThereductionmail)wytang@njust.edu.cnmentsN.tetragonawithE.intreat鄄

andcrassipesH.verticillata.,whichwereThefollowedgasproductionbyTrapafol鄄

toregulatetheenvironmentalfactorsofeutrophicwatervaried,whichindirectlyledtothevariousabilitiestoregulatemicro鄄bialnitrogentransformationprocesses.

Keywords:摇aquaticplant;eutrophicwater;nitrogen;phytoremediation;denitrification

lowedtheorderofH.verticillata>N.tetragona抑no鄄plant(CK)>Trapa>E.crassipes.Theabilityofthefouraquaticplants

摇重大问题摇水体富营养化已经成为中国水环境亟待解决的[1鄄3]学除藻、加入微生物菌种和底泥疏浚等治理措施。在现有的污染水体治理技术中,有化

,可是实际效果并不理想,水质改善进展十分迟缓[4鄄5]水生植物修复技术作为一种污水生态处理技术,和

。传统污水二级生化处理工艺相比较,有着工艺设备简单、投资运行成本低、氮磷去除能力强、对水力及

污染负荷的抗缓冲力强、生态效益明显、对环境干扰小等特点,收获的植物还可作为食品和饲料回收再利用[6鄄8]污水的第二级处理。因此,水生植物修复技术适合于城市生活、风景区景观水体的处理和湖泊河流的修复,特别是对1伊108以下的水体更是经济有效m3以上水量和总氮含量在20mg/L。

不同类型水生植物净化水体氮、磷的效率和能

力有差异,净化机制也有所不同[9鄄10]究多侧重于水生植物吸收、提取氮元素的效果和机

。然而,以往研

理,忽略了不同类型水生植物介导下其他净化途径的比较[11]化等,其中硝化,如微生物驱动的氮转化过程、反硝化等生物脱氮过程可将水体氮、硝化反硝

转化为气态产物(N水体生态系统中过量氮负荷带来的负面效应具有重2O、N2)进入到空气中,这对减缓大意义。

本研究通过静态水培试验,考察不同生活型水生植物对富营养化水体中氨态氮、硝态氮、总氮的去除能力,以及对水体释放N的影响,期望为揭示种植不同类型水生植物条件下2O、N2等及理化环境因素富营养化水体氮转化规律和机理,以及为筛选净化

各类污水的适宜植物提供理论依据。

1摇1.1摇材料与方法

试验用水生植物

选取适合本地区亚热带季风气候类型4种不同生活型的代表性水生植物作为试验物种,即:大型漂浮水生植物凤眼莲(Eichhorniacrassipes),又名水葫芦,采自江苏省农业科学院2号富营养化蓄水塘;浮叶植物菱角(Trapa),采自江苏省农业科学院宜兴基地;沉水植物黑藻(Hydrillaverticillata),采自江苏省

农业科学院六合基地养鱼塘(Nymphaea),采自江苏省农业科学院南侧

;多年生浮叶植物睡莲水塘。

tetragona1.2摇试验用富营养化水体

采用人工配置的污水,在自来水中加入一定量

的KNO含量为310、NaHmg2/L,PO总磷4、葡萄糖(TP),含量为使水体硝态氮2mg/L,(NO-总有机

3鄄N)碳含量为20mg/L。1.3摇试验设计

试验分2个阶段开展,分别于8月份和10-11月份进行,分别代表植物生长旺盛期和植物生理活动减弱期。设置分别种植4种水生植物的4个处理和未种植水生植物的对照,各处理重复4次,采用随机区组分布排列。试验在20个水泥池中进行,水泥池长152cm,宽137cm,深120cm。四周和底部铺有黑色防水布,底部铺有30cm厚底泥。池中底泥本底值为:总氮(TN)含量为4郾5mg/g,TP含量7郾为1郾3mg/g,有机质含量为41郾3mg/g,pH值为

始时各处理植物覆盖度为05。提前移栽4种水生植物培养100%。,8月初试验开1.4摇数据采集和分析

试验开始前配置试验用污水,配水过程中不断轻轻搅动,将加入的养分混合均匀,配水后稳定一段时间,取水样、植物样测定各种指标的初始值。由于试验初期各项指标的变化迅速,因此采集水样较为频繁,配水后12h、24h、48h各取1次水样,之后每隔1d取1次水样,取样量为100ml。取样方式为100多点取样,于5L的聚乙烯桶中混匀,用塑料瓶取

NO-度法鄄N、TNml带回,NH+含量试验。NO室立即测定铵态氮(NH+4鄄N3-)、

3鄄N含量测定采用酚二磺酸光

量测定采用过硫酸钾氧化4鄄N含量测定采用纳氏试剂光度法鄄紫外分光光度法。

,TN含在试验期间于固定时间(下午4颐00)用多功能水质测定仪(数水面以下[温度(T5(YSI)、cm)ProPlus)酸碱度和水体底层现场测定各处理水体表层(pH)、溶解氧(底泥上(DO)5cm)浓度环境参]。

在天气晴朗的条件下,每隔2d采集1次气体,

如遇阴雨天,适当延长间隔时间。气体采集装置为

验过程中,睡莲处理的NH+本研究室设计的气体收集装置[12鄄14],装置有4个小变幅为(2.94依0.48)mg/L4至鄄N(1.浓度基本保持最高32依0郾22)mg/L,,

罩子,用2个三通阀连接1个采气瓶。用气相色谱其次仪测定水体释放气体的总量及N量2、N2O和O2等分

(0.是菱角处理,变幅为(2.11依0.06)mg/L1.5摇,具体分析方法参照参考文献数据处理

[12]、[13]、[14]。

至(0郾38依0郾16依0郾06)mg01)/mgL,黑藻处理为/L,对照为(1郾(2.8206依0郾依0郾43)44)mg至mg//LL

至(0郾22依0郾01)mg/L,凤眼莲处理NH+用Excel和Spass18.0进行数据整理和方差分析,幅为(1郾00依0郾12)mg/L至(0郾15依0郾01)4鄄Nmg浓度变/L,最用Sigmaplot作图。统计检验显著性概率为P<0郾05。

终浓度最低。10-11月在植物凋亡期,试验过程中,2摇睡莲处理的NH+4鄄N浓度依旧最高,变幅为(4郾72依

2.1摇结果与分析

不同类型水生植物对水体氮去除能力的影响0郾藻处理27)mg/L至(1郾24依0郾27)mg/L,其次是对照和黑

如图1所示月份),各处理NH+均有明显的下降4鄄N。浓度呈波动变化8月份植物生长旺盛时期,但试验结束

0郾03),mg变幅分别为/L和(1郾58(1郾依0郾9118)依0郾mg73)/L至mg(0郾/L至24依0郾(0郾22,在2个试验阶段(8月份、10-11

04)依时,,试

度最低mg/L,菱角和凤眼莲处理差异不大。

,两者NH+4鄄N浓

图a:81摇月份种植不同水生植物水体中;b:10-11月份。

NH+4鄄N含量变化

Fig.1摇ChangesofNH+4鄄Nconcentrationsinthewaterwithorwithoutcultivationofdifferenttypesofaquaticplants

摇NO摇从图2中可以看出,在2个试验阶段,各处理的--15(4郾33鄄N浓度较试验开始时有明显的下降,特别是前

NO鄄N浓度分别降低到(5郾23依0郾84)mg/L和于2d内mg,NO-/L,之后趋于平稳3鄄N浓度由最初的。210个试验阶段相比mg/L左右降低到小1郾80)43依mg0郾/L至)(0郾mg58/L,依0郾最20)终变mg幅/L分和别(9郾为37(13郾依0郾6577)依mg6d内各处理NO-,8,8月份月份各处理NO-3鄄N浓度较10-11月份下降得快眼莲/L至(0郾依0郾月份在3鄄N浓度降低到小于2mg/L,10-110郾19)处mg理/的L,其次是睡莲处理NO-26)mg/L。下降10-11月份,2d内,凤3鄄N浓度,降低到最快,(1郾降到03依0郾(0郾8721)依NO15d时降到2mg/L以下;同时8月份各处理-3鄄N对照降mg/L,黑藻处理低速度较2慢d,2内降低到d内降(2郾低99到依0郾(4郾92)86依在浓度变化的幅度也比2个试验阶段,各处理间10-11NO月份大-速率及程度表现出明显的差异(图2)。浓度的降低。

3鄄N8月份,2d速率最小,2d内降低到(5郾66依0郾01)mg/L。鄄N0郾mg降低

82/L,mg/L,由于菱角大量凋亡,菱角处理的NO)-3分别(0郾内,67依0郾凤眼莲25)处mg理/的L,之后趋于平稳NO-3鄄N浓度下,变幅为降最快(9郾,降26至依

在8月份和10-11月份试验结束时,各处理NO-理0郾,88)黑藻处理和对照的mg/L至(0郾45依0郾NO14)-3鄄Nmg浓度降低速率最小/L;其次是菱角处

最终,NO鄄N浓最终浓度均最低度也表现出一,定分别为的差(0郾异,45凤依0郾眼莲14)处mg理3鄄N的-和(0郾355依0郾15)mg/L。

图a:82摇月份种植不同水生植物水体中;b:10-11月份。

NO-3鄄N含量变化

Fig.2摇ChangesofNO-3鄄Nconcentrationsinthewaterwithorwithoutcultivationofdifferenttypesofaquaticplants

mg/L,其次是黑藻处理,降低都在试验开始后迅速降低摇摇由图3可知,在2个试验阶段,之后趋于平稳,各处理。TN8月份浓度

降低到(1.35依0郾14)到(3.18依0郾24)mg/L,对照降低速率最小。分别各处理TN浓度下降的速率高于10-11月份。在2在8月份和10-11月份试验结束时,各处理TN最个试验阶段,各处理间TN浓度的降低速率及程度

终浓度也表现出一定的差异,凤眼莲处理的TN最表现出明显的差异。8月份,试验开始后2d,凤眼终浓莲处理的mg(1.16依0郾度均11)最低mg,/分L,别其他处理间差异不大为(0.98依0郾21),mg最终浓

/L和mg//L,L,黑藻其次TN和是浓度下降最快菱角处TN理,浓降,降低到度低降到

低(2.(2.的速34依12依0郾率0郾最2116)

小)

度分别为(1.14依0郾16)mg/L至(1.91依0郾88)mg/L10-11月份,凤眼莲处理的对照的TN浓度降低速率最大,;

和(1.46依0.10)mg/L至(3.14依2郾01)mg/L。图3摇种植不同水生植物水体中总氮(TN)的含量变化

Fig.3摇Changesoftotalnitrogenconcentrationsinthewaterwithorwithoutcultivationofdifferenttypesofaquaticplants

2.2摇不同类型水生植物对水体释放气体规律的影响

水体释放气体测定结果(表1)显示,在2个试ml,处理其余依次为。在2个试验阶段:对照、睡莲处理,各处理释放气体的浓度也

、菱角处理、水葫芦8验阶段各处理气体释放总量月份植物生长旺盛期试验期间水体释放气体的总、浓度及通量差异较大。

N表现出明显的差异。除O2外,各处理释放的N2、量显著高于10-11月份植物缓慢生长期(P<0郾05),

高于2O浓度基本上表现为10-11月份植物生长缓慢期8月份植物生长旺盛期显著

(P<0郾05),在2个在2个试验阶段黑藻处理释放气体总量最大,分别试验阶段,各处理释放的N为(3272.68依950郾21)ml和(1487.91依628郾56)小。

从各处理释放气体的通量来看,8月份植物生处理>对照>菱角处理>凤眼莲处理;10-11月份各

长旺盛期显著高于0郾05)。同一试验阶段不同处理间释放各类气体的

10-11月份植物生长缓慢期(P<处理释放N照>菱角处理2、O>睡莲处理2通量大小顺序皆为:黑藻处理>对>凤眼莲处理;8月份各处理通量存在很大差异,其中黑藻处理在2个试验阶段释放O释放各类气体的通量均为最大,凤眼莲最小。8月睡莲处理2、N>2菱角处理O通量大小顺序皆为:黑藻处理>对照>睡莲

理释放N2O通量无差别>凤眼莲处理。

;10-11月份各处

份各处理释放N2通量大小顺序为:黑藻处理>表1摇不同类型水生植物处理水体释放的气体总量、浓度及通量

Table1摇Theamount,concentrationsandfluxofgasreleasedbyfourtypesofaquaticplantsintwogrowthperiods

植物释放气体释放气体浓度

释放气体通量类型

总量(ml)(%O2菱角500.8月

4410鄄11)

(%N2)

(滋lN2/OL)

[mg/(mO2

2·h)][mg/(mN2

2263.07月.月

8010鄄1118.65月60.8月4810鄄1153.49月2.817月10鄄111.45月1.8月

10鄄11月8月

10鄄11·h)]1.25

17.96月[滋g8月

/(mN2O

210鄄11·h)]3.10

0.040.01月睡莲1120.10175.99

9.4316.4068.7057.521.061.405.420.7137.242.300.090.01

凤眼莲60.7134.8711.7917.1476.4657.701.301.230.350.161.290.5700黑藻3272.681487.91

19.0824.99.8157.601.480.9428.6515.9857.6626.930.220.08对照

1221.29

315.8719.66

16.63

57.60

55.36

1.49

1.10

7.351.38

30.253.99

0.130.01

2.3摇不同类型水生植物对水体理化指标的影响

解氧(DO)8月份水体表层和底层温度都高于10-11月份(表、2)。酸碱度显差异mg0郾05),/L,显,8水体表层著月份对照水体表层高于DO黑藻浓度大小顺序为处理的DO表浓度平均为层DO10郾41

2个试验阶

(pH)、溶

:对照浓>度黑藻处

(P<

段同一处理水体表层和底层温度无明显差别,不同理>菱角处理抑睡莲处理>凤眼莲处理;底层DO浓处理之间水温表现出一定的差异。在8月份,黑藻度大小顺序为:对照>黑藻处理>凤眼莲处理>菱角处理水体表层水温与对照表层温度相近,平均温度分别为31郾03益和31郾23益,并且均显著高于其他处理(P<0郾05);凤眼莲处理的水体表层温度最低,DO处理>睡莲处理。10-11月份,各个处理表层和底层

凤眼莲处理浓度大小顺序均为对照平0郾均温度为29郾42益,显著低于其他处理(P8月份水体表层和底层>睡莲处理。

>菱角处理>黑藻处理>益05);)显著低于对照的水体底层温度种植水生植物的水体底层温度(31郾(27郾233益~)30郾<(P6<

同一处理水体表层pH基本上稍高于底层pH均高于10-11,8月份黑月份。

0郾0郾05)。

05)。10-11月份,各处理间水温差异不显著(P>

藻处理表层pH平均值为9郾72,底层为8郾17。8月份,黑藻处理表层和底层水体pH值与对照差异不大,黑藻处理和对照均显著高于凤眼莲处理、菱角处

在2个试验阶段,同一处理水体表层DO浓度

理和睡莲处理,而凤眼莲处理、菱角处理和睡莲处理整体高于底层。不同处理间水体DO浓度表现出明

的表层间和底层间pH值差异均不显著。

表2摇不同类型水生植物处理的水体温度、溶解氧浓度、pH值的变化

Table2摇Changesoftemperature,dissolvedoxygen(DO)andpHvalueofwaterwithfourtypesofaquaticplants

温度(益)

溶解氧浓度(mg/L)植物类型

8月

10-11月8月

pH值

10-11月

表层

底层表层底层表层底层表层底层表层底层表层底层菱角30.1129.3016.4216.330.930.196.185.347.247.107.607.62睡莲30.1129.3016.1316.070.0.031.130.737.176.997.727.53凤眼莲29.4229.0816.1416.170.580.303.212.877.016.917.787.53黑藻31.0329.3315.8215.666.991.144.161.579.728.178.748.53对照

31.23

30.43

16.28

16.17

10.41

6.15

8.60

7.42

9.20

8.74

8.60

8.76

3摇讨在静态模拟试验中发现论

,随着试验时间的延长,

漂浮植物凤眼莲、浮叶植物菱角和睡莲、沉水植物黑藻4种水生植物对富营养化水体中TN、NO-NH+3鄄N、

生植物的对照中各形态氮含量也呈下降趋势4鄄N都有不同程度的净化作用。虽然未种植水,但其下降幅度明显低于种植水生植物的处理。根据前期研究结果,未种植水生植物的水体主要通过硝化素的去除能力与植物本身的生物学特性和生态类型。水生植物对氮

、反硝化等生物脱氮过程损失氮素[15]有关,如凤眼莲生长过程中分蘖迅速,生物量增加快,其发达的根系与水体的接触面积很大[16]对水体中氮素的吸收能力增强[17]水体中氮素的表观去除率较高,且能吸收低浓度的

。因此,凤眼莲对,使得

氮素[18]污染。菱角茎上长有大量须根。而且凤眼莲易于收获处置,与水体的接触面积,不会造成二次较大,对水体养分的吸收能力也较强,但其净化能力

次于凤眼莲。目前,已有利用菱角修复富营养化水体的生态修复工程[19]氮磷养分,降低底泥内源养分释放的风险。菱角可同时从底泥中吸收,但菱角不

易收获,大面积种植条件下无法实现机械化快速打捞,根茎腐烂后具有引起二次污染的风险。黑藻根系扎于底泥,植物体沉于水中,与水体的接触面积也较大,但黑藻吸收水体营养元素的同时,也吸收底泥中的养分,黑藻处理对水体养分的吸收能力次于菱角。黑藻茎叶脆弱,容易损伤,根系扎根于底泥,须根发达且细弱,是实现人工或机械收获难度最大的植物。浮叶植物睡莲与菱角类似,但没有菱角的须根,也不像黑藻植株沉在水中,仅依靠根系从底泥中吸收养分,所以其净化水体的能力最弱节作用不同是导致其对富营养水体氮素净化能力差4种水生植物对水体微生物硝化、。

反硝化的调

异的另一原因

[20]

体中各种生物反应释放的气体。本研究通过利用新方法收集水

,发现种植不同水生

O、O植物的水体释放气体的总量和各气体组分(N22)的释放通量具有很大差别,总体上水体中气

、N2

体产生量的大小顺序为:黑藻处理>睡莲处理抑对照>菱角处理>凤眼莲处理。黑藻植株沉于水下,能通过光合作用向水体释放气体[21]光合作用释放气体的量,从而增加了水体释放气体

,增强水体中通过的总量及各气体组分(N2、N2O、O2)的释放通量;而

睡莲、菱角及凤眼莲的叶片覆盖于水面,抑制水体中的光合生产力,同时抑制大气向水体复氧,导致水体中气体产量较黑藻减少,特别是凤眼莲,遮光作用使水体中藻类浓度急剧降低,抑制藻类生长[22]藻类光合作用释放的气体也较少,故种植凤眼莲的

,因而水体气体产生量最少。

种植水生植物的处理中硝化、反硝化生物脱氮释放的气态产物均以N2为主,N低,这与稻田等生态系统排放大量温室气体2O中间产物浓度很N情况不同[23]2O的高于其他处理。,黑藻处理中黑藻的根扎于底泥中,水体释放N2通量显著

过促进底泥中反硝化脱氮过程加强了水体系统的反,黑藻可能主要通,底泥中氮含量

通常是水体中氮含量的上千倍[24]硝化作用[25]环境促进反硝化作用,如促进底泥颗粒物的分解[26鄄27],造成缺氧

作用的碳、氮源,改变沉积物及沉积物,根系脱落物增加反硝化鄄水界面间的硝化鄄反硝化过程,促进铵的硝化过程,甚至也促进硝化与反硝化的耦合作用[28]等;另外,黑藻处理光照充足,茎叶为各类微生物的生长和繁殖提供了良好的附着表面[29]的反硝化作用。凤眼莲处理水体释放的,也能够在一定程度上促进水体中N硝化、反硝化速率较其他处理慢,这与凤眼莲促2通量最小,进反硝化作用[15]的结论相反,这可能是因为凤眼莲繁殖速度快,植株密度很大,阻碍水气界面的气体交换,水体中产生的气体无法直接从水面排出,但凤眼莲具有发达的通气组织,茎叶基部膨大的气囊具有发达的海绵组织,水体中硝化、反硝化过程产生的气体可能会通过通气组织向空气中扩散。有大量研究结果表明,很多湿地植物如水稻、芦苇等能够通过发达的通气组织传输水体及底泥产生的NCH2O和实验4[30鄄34],期间水体无外源氮补充。另一方面可能是由于本试验是静态模拟

,凤眼莲吸收养分的速率极快,在3~5d内就使水体中的总氮含量降低到小于1mg/L,在大生物量凤眼莲存在的条件下氮素含量显著降低使硝化、反硝化反应过程缺少底物,从而使得硝化、反硝化脱除的氮对TN去除的贡献最小。菱角和睡莲虽然对水面也具有明显的覆盖遮阴作用,但繁殖速率及覆盖密度略低于凤眼莲,且根系扎于底泥,能够促进底泥中的硝化、反硝化作用,因此这2种植物对水体释放生物脱氮气体的通量略高于凤眼莲。

本试验发现不同类型水生植物对环境因素的影

响有所差异,凤眼莲能明显降低水体的DO浓度、pH值和温度。大量试验结果也已经证实[35鄄37]体DO的因素主要是水体中藻类光合作用放氧,影响水、大气复氧及水体有机物分解耗氧。凤眼莲的遮光作用,减少了藻类光合作用的放气量[38]气向水体复氧,此外凤眼莲根系的呼吸作用也消耗,也阻断了大水体的DO,所以凤眼莲处理的DO浓度在8月份最低,而10-11月份凤眼莲处理的DO浓度变大,可能是因为凤眼莲在10-11月份生长缓慢,覆盖度下降,光的透过率增加,使得大气向水体复氧,故DO浓度变大。凤眼莲的生长特性使得其处理的水体温度低于对照温度,同时繁茂的植株可以为水体保温。凤眼莲处理中pH值的降低是因为藻类对水体CO的吸收利用减少,一些有机物在凤眼莲根际的分解2产生大量有机酸,凤眼莲根系及水生动物呼吸作用产生CO2等。对照水体中含有大量的浮游藻类,浮游藻类进行光合作用放氧,使水体溶氧量升高,同时由于对照中光被遮挡较少,底层溶氧也较高。黑藻由于沉水特性,自身的光合作用释放氧气,吸收二氧

化碳,故水体DO浓度较高,由于叶片的遮挡效应,

底层叶片的光合作用较弱,因此表层水体的溶氧变

化幅度大于底层水体。黑藻处理与对照间水体DO

浓度无显著差异,但显著高于其他3个处理。沉水植物能显著提高水体的pH值,与文献[27]报道一致CO,主要原因是沉水植物的光合作用消耗水中的黑藻处理2[39鄄40]。,小于凤眼莲处理菱角和睡莲处理对光的遮挡大于对照和,大气复氧能力强于凤眼莲处理,弱于黑藻处理和对照,故DO浓度高于凤眼莲处理,低于黑藻处理和对照;10-11月份试验阶段由于温度降低,菱角大量凋亡,菱角处理的水体溶氧量逐渐接近对照。菱角和睡莲处理中藻类生长能力也介于凤眼莲、黑藻处理与对照之间,故pH也呈现相同的规律。这一规律可以用于指导富营养化水体的管理,特别是需要保持较高溶氧量的生态系统中,如果环境条件(水深、底泥、养分等等)适宜,采用黑藻较为合适。在温暖的气候下,这4种植物都适于治理水体。但在低温条件下水生植物对营养物的去除能力均有所下降,这是生物修复的主要弊端,这时可以考虑采用其他的修复技术,例如生物电化学和物理电化学技术。参考文献:

[1]摇赵永宏,邓祥征,战金艳,等.我国湖泊富营养化防治与控制策

略研究进展[J].环境科学与技术,2010,33(3):92鄄98.[2]摇高爱环措施[J].,李红缨肇庆学院学报,郭海福.,水体富营养化的成因2005,26(5):41鄄44.,危害及防治

[3]摇[J].高柳青资源科学,晏维金,.2002,富营养化对三湖水环境影响24(3):19鄄25.及防治探讨[4]摇[5]摇icFREEDMAN王国祥Press,2002.

B.Environmentalecology[M].Sandiego:Academ鄄的影响,[[J].濮培民环境科学.若干人工措施对富营养化湖泊藻类种群

,1999,20(7):71鄄74.

[6]摇张展摇[J].艺,三峡大学学报许文年,方艳芬:,自然科学版等.三峡库湾香溪河生态环境研究进

,2007,29(1):20鄄24.[7]摇净化作用研究刘摇盼,宋摇超[J].,朱摇水生态学杂志华,等.3种水生植物对富营养化水体的,2011,32(2):69鄄73.[8]摇李安峰述[J].,安徽农业科学潘摇涛,杨摇冲,,2012,等.水体富营养化治理与控制技术综

40(16):9041鄄9044,9062.[9]摇除效果的模拟万晓红,李旭东[J].,王雨春湖泊科学,等.不同水生植物对湿地无机氮素去,2008,20(3):327鄄333.[10]魏东慧去除效果的研究,张江汀,魏学智[J].中国野生植物资源.4种水生植物对富营养化水体氮磷

,2012,31(5):12鄄

[11]17.

黄研究进展摇亚,傅以钢[J].,农业环境科学学报赵建夫.富营养化水体水生植物修复机理的

,2005,24(增刊):379鄄

[12]383.

GAOtionfromY,LIUeutrophicXH,YIwaterN,etusingal.EstimationanimprovedofN2andN2Oebulli鄄

[J].刘新红EcologicalEngineering,2013,57:403鄄412.

bubbletrapdevice

[13]置:中国,严少华,2012209038.,张志勇,0[P].等.一种水体底泥释放气体的收集装

2013鄄04鄄24.

[14]高描述及收集气体成分研究摇岩,刘新红,马摇涛,等[C].水体释放气体的研究//中国农业生态环境保护协会:收集装置

.第五届全国农业环境科学学术研讨会论文集.天津:中国农业生态环境保护协会,2013:578鄄586.

[15]高硝化脱氮释放摇岩,易摇能N,严少华,等.凤眼莲对富营养化水体硝化、反

349鄄359.

2O的影响[J].环境科学学报,2012,32(2):

[16]郑研究进展摇翀,王洪艳[J]..广东化工不同类型水生植物在人工湿地中的净化效果

,2009,36(7):121鄄123.

[17]张迎颖活力研究,吴富勤[J].,南京农业大学学报张志勇,等.凤眼莲有性繁殖与种子结构及其

,2012,35(1):135鄄138.[18]动力学研究常会庆,李摇[J].娜,徐晓峰生态环境.三种水生植物对不同形态氮素吸收,2008,17(2):511鄄514.[19]研究叶摇[J].月,徐文娟长江蔬菜,威摇:学术版鹏,等.,菱角对富营养化水体净化效果的2012(16):63鄄65.

[20]田如男除效果的模拟研究,朱摇敏,孙欣欣[J].,等北京林业大学学报.不同水生植物组合对水体氮磷去

,2011,33(6):[21]191鄄195.

邹国林体的净化作用,王全金[J].,朱摇武汉工程大学学报平,等.低温下沉水植物塘对农村污染水

,2012,34(3):39鄄41,[22]69.

KIMY,KIMW.Rolesofwaterhyacinthsandtheirrootsforre鄄

ducingponds[J].algalWaterconcentrationsRes,2000,34:3285鄄3294.

intheeffluentfromwastestabilization

[23]马义虎温室气体排放的影响,顾道健,刘立军[J].,等中国水稻科学.玉米秸秆源有机肥对水稻产量与

,2013,27(5):520鄄[24]528.

童昌华的效果与机理,杨肖娥[,J].濮培民农业环境科学学报.水生植物控制湖泊底泥营养盐释放

,2003,22(6):673鄄

[25]676.

KARJALAINENDosubmersedplantsH,STEFANSDOTTIRenhancemicrobialG,activityTUOMINENinsediment[L,etJ].

al.

[26]AquaticHAMERSLEYBotany,septagetreatingM2001,artificialR,HOWES69:1鄄13.

wetland:BL.theControldualofdenitrificationina

[27]ganic王东启carbon[J].WaterRes,2002,36:4415鄄4427.

roleofparticulateor鄄其时空变化特征,陈振楼,许世远[J].中国科学,等.长江口潮滩沉积物反硝化作用及

B辑:化学,2007,37(6):[28]604鄄611.

CAFFREYestuarineTM,na[J].MarpopulationsKEMPEcolProgofSer,PotamogetonWM.Nitrogen1999,66:perfoliatuscyclinginsedimentswith

147鄄160.

andZoeteramari鄄[29]李聪聪修复中的作用,吴振东[J].,周摇上海环境科学青,等.植物,鄄微生物共代谢系统在湖泊

2012(31):240鄄244.[30]成水平[J].水生生物学报,吴振斌,夏摇,2003,27(4):宜.水生植物的气体交换与输导代谢[31]胡摇泓,王东启,李杨杰,等413鄄417.通量及其影响因素[J].环境科学研究.崇明东滩芦苇湿地温室气体排放

,2014(2):43鄄50.

[32]傅志强体排放相关性研究,朱华武,陈摇[J].灿,等农业环境科学学报.水稻根系生物特性与稻田温室气

,2012,30(12):[33]2416鄄2421.

王东启N,陈振楼,王摇军,等.夏季长江口潮间带CH4、CO2和[34]王洪君2O通量特征[J].地球化学,2007,36(1):77鄄88.

排放研究,王为东[J].,生态环境卢金伟,等,2006,.湖滨带温室气体氧化亚氮15(2):270鄄275.

(N2O)

[35]GIRALDOprovethequalityE,GARZONofBogotaA.TheRiverpotentialwaterinforthewaterMu觡ahyacinthReservoir:

toim鄄

comparison[36]WaterROMMENSSciencewithhyacinth(EichhorniaW,andtheMAESTechnology,performanceJ,crassipesDEKEZA2002,ofwaste)inN,42:stabilization103鄄110.ponds[J].aeteutrophical.Theimpactsubtropicalofwater鄄

poundmentim鄄

[37]Archiv蔡雷鸣of[J].湖泊科学.福建闽江水口库区飘浮植物覆盖对水体环境的影响Hydrobiologie,(LakeChivero,2003,Zimbabwe).158:373鄄388.

I.Waterquality[J].[38],2006(18):250鄄2.

roleMEERHOFFoffree鄄floatingM,MAZZEOversussubmergedN,MOSSplantsB,etinal.asubtropicalThestructuring

shal鄄[39]low王传海lake[J].AquaticEcology,2003,37:377鄄391.化特征,[J].李宽意农业环境科学学报,文明章,等.苦草对水中环境因子影响的日变

,2007,26(2):798鄄800.[40]王化水体水质的影响摇智,张志勇,张君倩[J].,等中国环境科学.两种水生植物对滇池草海富营养

,2013,33(2):328鄄335.

(责任编辑:张震林)

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