沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程

黑藻营养物质的释放量 在 70d 的 试 验 周 期 内 , 黑 藻 的 腐 解 率 为 76.56%,由表 1 可见试验结束时,黑藻碳、氮、磷 释放率非常高,植物体 80%以上营养物质在 70d 的试验周期内被释放出来. 2.2 水体溶 ρ(DO)与 ORP 变化 水体 ORP 的变化趋势与 ρ(DO)近似,与植物 腐解的过程密切相关,由于黑藻的腐烂分解消耗 了水体中大量的 DO,使上覆水体中的 ρ(DO)在试 验初期迅速降低.在试验中、后期,植物腐解过程
10 期
叶
春等：沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程
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逐渐减弱,DO 消耗量降低,水体中 ρ(DO)逐渐上 束时,空白组的 w(TP)与初始值基本持平,稍有增 升.水体 ORP 在试验前期逐渐下降,随后逐渐上 加;由图 1 可知,上覆水总磷在试验中后期逐渐减 升,随后又有一定下降至基本保持稳定,试验结束 少,表明黑藻腐解产生的磷并未始终滞留在水体 时黑藻组与空白组相比 ,ORP 值仍较低 . 经过显 中,而是可以通过上覆水向底泥迁移. 著性差异检验,水体 ρ(DO)与 ORP 之间均呈极显 0.54 著正相关关系(P < 0.01). 初始
中国环境科学
2014,34(10)：2653~2659
China
Environmental
Science
沉水植物黑藻腐解过程中营养盐释放过程
叶 春 1*,王 博 1,2,3,李春华 1,叶 斌 4,江 源 3,孔祥龙 1 (1.中国环境科学研究院湖泊工程技术中心,环境
基准与风险评估国家重点实验室,北京 100012；2.辽宁石油化工大学生态环境研究院,辽宁 抚顺 113001；3.北京师 范大学资源学院,北京 100875；4.环境保护部环境工程评估中心,北京 100012)
水温范围,设定试验温度为 17℃.分别在第 0、7, 14,21,28,35,43,50,57,64,70d 从容器中取水样 , 测 定相关水体指标,测定项目包括 ORP(氧化还原 电位)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NO3 -N)、ρ(NH4+-N)、 ρ(TOC),并在采集水样的当天测定单位时间内产 生的 N2O 及 N2 的通量,N2O 以及 N2 通过不透气 塑料薄膜包裹塑料桶,1h 后使用带有阀门的取气 针抽取顶空气体；底泥以及植物中 w(TN) 、 w (TP)、w(TOC)在试验初始和结束时取样测定. 采用 YSI DO200 型溶氧仪测定 ρ(DO),采用 梅特勒-托利多 SG-2 型 ORP 仪测定 ORP,采用 碱性过硫酸钾消解法测定 ρ(TN),采用纳氏试剂 光度法测定 ρ(NH4+-N),采用紫外分光光度法测 定 ρ(NO3 -N)[4],采用 SHIMADZU TOC-VCPH 型 TOC 仪测定 ρ(TOC);采用重铬酸钾-硫酸消化法 测定底泥及植物中 w(TOC), 采用凯氏法测定底 泥及植物中 w(TN),采用 SMT 法[5]测定 w(TP),采 用氢氟酸-硫酸溶钼锑抗比色法 [5] 测定植物中 w(TP).采用气相色谱(Agilent 6890N)测定 N2O 通 量,载气为高纯度的 N2,流速 8mL/min;分离柱为 HP-Plot Q 柱,工作温度 50℃;检测器为电子捕获 检测器(ECD),工作温度 350℃.N2 由氮气测定仪 HF-800 测定. 1.3 数据处理 采用 SPSS 18.0 和 excel2010 软件进行数据 统计分析和作图.采用单因素方差分析(one-way ZNOVA)和 LSD 法进行方差分析和差异显著性 检验(α=0. 05). 2 2.1 结果与分析
1.1 材料 沉水植物黑藻和底泥 10 月初采集于东太湖 (3101′50″N,12020′18″E). 东太湖是太湖东南部 一个浅水湖湾,平均水深 1.2m, 水生植被覆盖率 96%.冬季平均水温为 6℃,春季水温昼夜相差不 大,为 16.5~18℃.采样现场沉水植物、浮叶植物、 挺水植物生物量均较高 , 底泥肥厚 , 水体清澈 . 黑 藻、苦草、马来眼子菜在区域内生长茂密,有养 蟹区.湖水中 ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(TOC)分别为 1.30, 0.05,1.31mg/L；底泥中 w(TN)、w(TP)、w(TOC) 分别为 1.23,0.51,15.84mg/g. 结合现场采集的沉水植物生物量与东太湖 历年生物量,确定实验室模拟条件下水体的最大 生物量为 25g/4L,即 6.25g/L(湿重). 1.2 方法 以塑料桶作为试验容器(直径 30cm,体积 6L), 桶中加入 200g 底泥和 4L 已配置好的人工湖水. 参照沉水植物采集区域的水质,人工湖水中 ρ(NO3 -N) 为 1.00mg/L,ρ(NH4+-N) 为 0.30mg/L, ρ(TP)为 0.05mg/L.将黑藻于试验开始前放入 6℃ 冰箱中进行一周低温处理,以模拟沉水植物在春 季大规模腐解前的状态,然后使用滤布将其包裹 后加入到试验容器中,每个容器中的生物量均为 25g, 同时设未加入植物的空白对照组,两种条件 下均设 3 个平行. 试验在人工气候室中进行,参照东太湖春季
摘要：为探究沉水植物衰亡过程中营养盐的释放规律,采用黑藻(Hydrilla verticillata Royle)作为研究用沉水植物,在实验室内模拟了黑藻在 初春温度下腐解过程中的主要营养盐碳、氮、磷的释放过程.结果表明:黑藻在试验初期迅速腐解,该过程中向水体释放大量碳(81.31%)、 氮(81.62%)、磷(85.94%).但随着时间的推移,黑藻向水体释放的磷大部分沉积进入底泥,而氮有部分沉积进入底泥,同时有部分以气体形式 移出水体.黑藻腐烂分解产生的厌氧条件以及高 TOC 供给促进水体反硝化作用加快氮素移出水体.但是较大生物残留量会引起水体缺氧, 植物残体分解加剧,导致水质严重恶化,因此需要适时收割水生植物来控制水体残留生物量. 关键词：沉水植物；黑藻；腐解；营养盐；水生态 中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2014)10-2653-07
要的影响[2].从水生植物整个生命周期来看,植物 生长期对水生态系统和水体水质会产生正效应, 但是,植物衰亡后的腐烂分解过程对水体水质和 水生态系统可能会产生负面影响.目前大部分研 究关注冬季沉水植物的腐解,我国南方大部分水域 沉水植物虽然在秋、冬寒冷季节开始衰亡,但由于
收稿日期：2013-12-30 基金项目：国家自然科学基金项目(40971277);国家水体污染与治理 科技重大专项(2012ZX07101-009) * 责任作者, 研究员, yechbj@163.com
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冬季水温较低,此时植物体腐解较为缓慢,大量营 养物质仍保留在植物残体中,直至翌年初春回暖, 植物体才开始迅速腐解,向水体释放大量营养盐, 而针对初春植物腐解对水体环境影响尚缺乏系统 深入的研究[3].不同沉水植物的腐解过程及营养盐 释放规律存在较大差异,有必要针对湖泊水体生态 恢复中常用的土著物种开展研究.本研究选取我国 南方水域常见沉水植物黑藻(Hydrilla verticillata Royle),采用室内模拟方法,研究在初春温度条件下 沉水植物腐解过程中营养盐的释放规律以及营养 盐释放对环境影响效应,以期为湖泊水生态修复和 水生植物管理提供基础理论依据. 1 材料与方法
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表 1 黑藻营养物质含量变化 Table 1 Nutrient contents variation in Hydrilla verticillata Royle
Nutrient release process during decomposition of submerged macrophytes (Hydrilla verticillata Royle). YE Chun1*, WANG Bo1,2,3, LI Chun-hua1, YE Bin4, JIANG Yuan3, KONG Xiang-long1 (1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Centre of Lake Engineering and Technology, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；2.Institute of Eco-environmental Sciences, Liaoning Shihua University, Fushun 113001, China；3.College of Resources Science and Technology, Beijing Normal University, Beijing 100875；4.Appraisal Center for Environment and Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China). China Environmental Science, 2014,34(10)：2653~2659 Abstract：The decaying process of submerged macrophytes (Hydrilla verticillata) was simulated in laboratory. Results showed that the plant decayed rapidly and released a lot of nutrients C (81.31%), N(81.62 %) and P (85.94%) into the water at the beginning of experiment. After a period of time, most of the phosphorus and part of nitrogen was released into sediment, whereas part of nitrogen escaped out of the water as gas. The decomposition of plant released large amounts of organic carbon making the water anaerobic. Both of the anaerobic conditions resulted from decomposition and high TOC supply are benefitial to nitrogen removal by denitrification. However, the larger biomass residues of submerged plants should be controlled to avoid secondary pollution caused by excessive decomposition of submerged plants. Key words：submerged macrophyte；Hydrilla v源自文库rticillata Royle；decomposition；nutrient；aquatic ecology
我国淡水湖泊大多为浅水湖泊,主要分布在 东南沿海或长江中下游平原地区,浅水湖泊水生 植物修复既是有效的治理方法,又是治理目标之 一,成为我国湖泊富营养化治理与湖泊生态修复 的关键所在.水生植物可分为挺水植物、浮叶植 物和沉水植物,其中沉水植物与水体的关系最为 密切,占据着湖泊生态系统的关键界面,不仅影响 着水中的鱼类、 浮游动植物、 底栖生物的组成和 分布 , 而且可以起到稳定底质和净化水质的作 用 [1],对湖泊生产力及生物地球化学循环具有重