6种沉水植物对富营养化水体化感抑藻效果研究

第39卷第2期2017年6月湘潭大学自然科学学报NaturalScienceJournalofXiangtanUniversityVol.39No.2Jun.20176种沉水植物对富营养化水体化感抑藻效果研究张之浩'李威，吴晓芙(中南林业科技大学院系生命科学与技术，湖南长沙410000)[摘要]将6种沉水植物：狐尾藻（M_yrio灿)、苦草（VaZ/kneritt皿〖狀5)、轮叶黑藻(Hydrillaverticillata)、念隹薄（Ceratophyllumdemersum)-^^K^-iPotamogetoncrispus)Si^种植于以绿藻和桂藻为优势种群的富营养化水体中，对比研究其化感抑藻效应.结果表明：在自然状态下，苦草、轮叶黑藻和狐尾藻针对富营养化水体中的浮游藻类具有明显且稳定的抑制效果，化感抑藻效应更具广谱性，可优先考虑应用于实际工程中.关键词：沉水植物；富营养化水体；化感效应；抑藻作用中图分类号：X173文献标识码：A文章编号=1000-5900(2017)02-0055-06AllelopathicEffectofSixSubmergedMacrophytesonAlgaeGrowthinEutrophiedWaterZHANGZhi-hao*,LIWet,WUXiao-fu(1.CollegeofLifeScienceandTechnolge,CentralSouthUniversityofFurestryandTechnology.Changsha410000China)【Abstract】Inordertocompareandevaluatetheallelopathiceffectofsubmergedmacrophytesonalgaegrowthundernaturalconditions,sixspeciesofsubmergedrmcrophytt(MyriophyllumverticillatumtVal-lisnerianatans,Hydrillaverticillata,Ceratophyllumdemersum,Potamogetoncrispus,andElodeaCanadensis)wtitplantedineutrophiedwater.ThewatersamplesusedintheexperimentwerecollectedfromapollutedpondrichinChlorophytaandBacillariophytaasdominantalgaespecies.TheresultsobtainedfromtheanalysesindicatedthatVallisnerianatans,HydrillaverticillataandMyriophyllumverticillatumhadthemostsignificantandstableinhibitingeffectonthegrowthofphytoplankton.Theallelopathiceffectsofthesethreespeciesalsoextendedforlongerperiodincomparisonwithothertestedsubmergedmacro­phytes.TheexperimentalresultssuggestthatVallisnerianatans,HydrillaverticillataandMyriophyllumverticillatumcanbeusedasphytoremediationspeciesforcontrolofalgaegrowthineutrophiedwater.Keywords：submergedmacrophytes;eutrophiedwater;allelopathiceffect;algaegrowthcontrol富营养化水体的治理按技术原理可分为：物理方法、化学方法和生态方法等[1].用生态技术对富营养化水体进行修复的研究逐渐成为研究热点.目前，较为通用的技术是采用水生植物对富营养化水体实施原位修复[2].它是一种能耗低，效果好，且具有一定景观价值的新技术.其中，沉水植物在水体生态修复中具有重要作用：沉水植物可以直接吸收水体中氮、磷等营养物质[3];可以通过光合作用增加水中的溶解氧;可以增加水体空间生态位从而抑制生物性或非生物性悬浮物[4].更重要的是它可通过向水体中释放化感物质来抑制浮游藻类的生长[5]，从而达到净化水体的效果.化感作用又称异株克生，是植物对环境的一种适应和防御机制[6]，是一种植物通过向环境释放化学物质而对另一种植物（包括微生物)所产生的有害或有益的作用[7].化感物质是水生植物生长过程中产生的次生代谢物质，一般能在自然条件下降解，不会在生态系统中长期积累[8]，生态安*收稿日期：2017-02-20基金项目：“十二五”国家科技惠民计划项目（2012GS430203);2015年湖南省环境保护厅环保科研课题（湘财建指[2015]109号)通信作者：张之浩（1983—），男，湖南湘西人，博士研究生.E-mail:[e-mail];吴晓芙（1953—），男，湖南湘西人，教授，博士生导师.E_mail:[e-mail]56湘潭大学自然科学学报2017年全性好.将化感抑藻应用于富营养化水体的治理无疑具有良好的应用前景.现阶段关于沉水植物的化感抑藻研究大多是在实验室完成，目前的研究体系中影响因素的设计单一，考察范围有限，还缺乏低浓度暴露实验下化感抑藻效率的研究[9_18].而本研究把实验设计在真实生存环境中，以各类影响因素共同作用的富营养水体为对象，在自然状态下对比研究了中南地区较为常见的6种沉水植物的化感抑藻效果，为日后的实际工程应用提供理论依据.1材料与方法1.1测试植物6种沉水植物分别是狐尾藻（M；yrio灿;yZZwTOwerficiZZafMTO)、苦草（VaZZisweriawafaw5)、轮叶黑藻XHydrillaverticillata)、金鱼藻XCeratophyllumdemersum)、^^('Potamogetoncrispus)和伊乐藻).植物材料为中南地区常见的水生景观植物，分别购置于长沙红星花卉市场或采于洋湖人工湿地，后于中南林业科技大学生科楼苗圃内的玻璃缸中进行扩大培养.1.2实验用水为突显低浓度暴露实验的特点，本研究采用的原水来自于中南林业科技大学环资楼后的景观塘.原水主要污染物浓度如表1所示，其中叶绿素a值为23.12mg/L.将原水主要污染物浓度值与Thomas的水体富营养化程度划分数据对比后，原水可界定为富营养化水体.表1原水主要污染物浓度Tab.1Pollutantconcentrationofexperimentalwastewatermg/LpH(无量纲）DOTNTPCODSS叶绿素a6.808.141.1870.13419.344.0023.12分析通过定性与定量采集的原水水样，鉴定出浮游藻类5门19属，各藻门所拥有种的数量情况及所占比例见表2.其中栅藻、小球藻、十字藻、纤维藻、直链藻等为主要优势种属.原水浮游植物组成主要以绿藻和硅藻种类为主体，占总属数的89%以上.经对比相关文献，该原水特征与洞庭湖周边水域、湘江长沙段等水体藻类种群特征类似，具有一定的代表性[19-2°].表2原水水体浮游藻类所占比例Tab.2Thestructureofphytoplanktoninexperimentalwastewater门类绿藻硅藻隐藻黄藻蓝细菌合计属数12311219数量/个151395413212数暈比例/%71182271001.3实验方法实验共设21组玻璃水箱，单个规格为60cmX50cmX40cm.玻璃水箱使用前用原水浸泡数天，后分别种植生物浓度为10g/L的狐尾藻、苦草、轮叶黑藻、金鱼藻、菹草和伊乐藻6种沉水植物.每种植物设3个重复，另外设1组空白对照，共21个处理.并于当天测定各水箱中叶绿素a的背景值.实验在苗圃内开放空间进行，实验时间是10月22日〜11月19日，日平均气温14〜20°C.实验过程中，每隔7d(7d、14d、21d、28d)测定一次叶绿素a值，共采样检测5次，同时记录气温、pH、DO等数据.期间为保证各组水箱水位一致，采样后以纯水补充，从而消除水分蒸发对试验效果的影响.1.4叶绿素a的测定将100mL水样倒人装有乙酸纤维滤膜的抽滤器上进行抽滤，得到带有浮游植物的滤膜.在冰箱内低温干燥6〜8h后放人研钵中，加人少量碳酸镁粉末及2〜3mL90%的丙酮，充分研磨，提取叶绿素a，用离心机（3000〜4000r/min)离心分离10min取出，将上清液转人10mL容量瓶中，重第2期张之浩，等6种沉水植物对富营养化水体化感抑藻效果研究57复1〜2次，用90%丙酮定容至10mL并摇勻.将上清液在分光光度计上，用1cm光程的比色皿，分别读取750nm、663nm、645nm、630nm波长的吸光度，并以90%丙酮作空白吸光度的测定，对样品吸光度进行校正.叶绿素a的含量按以下公式计算：叶绿素a(mg.L-。=[11.64X(D663-D750)-2.16X(D645-D750)+0.10X(D630-D750)]XVjVXc，式中：V表示水样体积;D为吸光度表示提取液定容后的体积;c为比色皿量程.1.5试验数据分析抑制率是表征抑藻效果的一个重要指标，采用不同的数据统计处理方法，得出的抑制率也存在一定差异.结合本实验特点，为更全面反映各湿地植物抑藻效果，将采用以下数据处理方法：抑制率％=N°NNsX100%,式中：NS为处理组第S次测定时叶绿素a浓度；N。为处理组初次测定时叶绿素a浓度.由于藻类细胞的生长繁殖呈指数增长，因此在〇ECD(OrganizationforEconomicCooperationandDevelopment)的化学品试验准则中提出用相对生长速率（RelativeGrowthRate，RGR)来表示抑制能力的稳定性.相对生长速率(RGR)=lnNz~lnNl，式中iN:为初始时刻的叶绿素a浓度；JV2为第二次采样时刻的叶绿素a浓度；为时间间隔（d).实验结果表示为算术平均值标准误差.数据的计算采用了MicrosoftExcel2007软件，并利用Spssl9.0统计软件进行单因素方差分析来确定各处理间差异的显著性，利用SigmaPlotl2.5软件绘制图表.2实验结果与分析2.1沉水植物对浮游藻类叶绿素a浓度的影响藻类的生长依靠光合作用，叶绿素a是所有藻类的主要光合色素，可作为衡量光合作用潜力的一种指标.作为活体藻细胞的色素，叶绿素a浓度的变化也可反映水体中藻类生物量的变化[21].实验测得的各沉水植物种植水中的叶绿素a浓度可从藻细胞的生理角度检验其受6种沉水植物化感影响的程度.随着种植时间的延长，大部分沉水植物种植水中浮游藻类的叶绿素a浓度呈显著下降趋势（sig.0.05)，少数沉水植物种植水中浮游藻类的叶绿素a浓度差异不显著（sig.0.05)，而对照组中叶绿素a浓度呈显著上升趋势（sig.0.05).图1显示，除对照组的叶绿素a浓度逐步升高外，狐尾藻、苦草、黑藻和金鱼藻在处理期间，其种植水体中叶绿素a浓度相对于起始浓度均有明显的降低.狐尾藻、苦草、黑藻在种植28d期间，其种植水体中叶绿素a浓度均呈现先升高后稳定降低的趋势.其中，狐尾藻和黑藻种植水叶绿素a浓度的升高出现在第2次采样（7d)时，苦草出现在第3次采样（14d)时.金鱼藻第2次采样（7d)时种植水叶绿素a浓度下降尤为明显，但第5次采样（28d)时，其种植水叶绿素a浓度较之前次数据有所回升.菹草种植水中叶绿素a浓度在种植28d期间虽有变动，但首尾浓度值变化不大.伊乐藻种植水中叶绿素a浓度在前4次采样时呈升高趋势，虽第5次采样（28d)时叶绿素a浓度较之前次有明显降低，但其数据仍高于起始浓度.2