摘要：為揭示含植物的土地處理與修復(fù)系統(tǒng)中植物衰亡對系統(tǒng)中氮和磷轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律。為此類系統(tǒng)運行管理中植物收割與否提供依據(jù)。選取在室內(nèi)水缸中培養(yǎng)的常見沉水植物——蜈蚣草(Eremochloa ophiuroides)、菹草(Potamogeton crispus L)和金魚藻(Ceratophyllum demersum)進(jìn)行浸泡試驗，考察植物類型對因植物組織溶解而導(dǎo)致的污染物釋放的影響。另外，選取狐尾藻(Myrio–phyllum spicatnm)進(jìn)行浸泡試驗，設(shè)定5℃、15℃、25℃和35℃四個溫度，考察溫度對因植物組織溶解而導(dǎo)致的污染物釋放的影響。研究結(jié)果表明，最快的釋放發(fā)生在最初的8h內(nèi)，總氮(TN)的釋放量小于總磷(TP)的釋放量；TN單位濕重釋放量從大到小排序依次為：蜈蚣草(0．164 mg／g)>金魚藻(0．081 mg／g)>菹草(0．064 mg／g)；TP依次為：金魚藻(3．043 mg／g)>菹草(2．404 mg／g)>蜈蚣草(1．906 mg／g)。對于蜈蚣草、菹草和金魚藻而言，單位質(zhì)量植物的磷釋放量較高，需要及時進(jìn)行收割以避免植物溶解釋放引起含植物的土地處理與修復(fù)系統(tǒng)中水相磷濃度的升高。狐尾藻研究結(jié)果表明，在其他環(huán)境條件一樣，只改變溫度時，最快的釋放發(fā)生在第8h內(nèi)，狐尾藻的氮、磷和碳的釋放量及釋放率均在25℃時最大。

關(guān)鍵詞：沉水植物；浸泡；氮；磷；釋放

中國湖泊眾多，據(jù)調(diào)查，中國主要淡水湖泊除了處于人煙稀少地區(qū)和原始狀態(tài)的部分湖泊外，其營養(yǎng)鹽水平基本上具備了富營養(yǎng)化發(fā)生的條件或基礎(chǔ)，許多大型湖泊，如長江流域的太湖、滇池、巢湖、鄱陽湖和洞庭湖等，都已經(jīng)處于富營養(yǎng)或重富營養(yǎng)狀態(tài)㈣，水體的富營養(yǎng)化己成為中國突出的環(huán)境問題之一。沉水植物作為初級生產(chǎn)者，是水體食物鏈的重要基礎(chǔ)，沉水植物對水體理化環(huán)境也有重要的作用，在維持水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及生物多樣性方面起到關(guān)鍵作用叫。但在氣候寒冷、生物活動較弱的冬季，由于大量沉水植物殘體仍存在水體中，不可避免會造成營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成二次污。

以植物為主體的生態(tài)修復(fù)或污水處理系統(tǒng)(如人工濕地系統(tǒng)、生物塘系統(tǒng)、前置庫系統(tǒng))對水體的內(nèi)源和外源氮磷負(fù)荷的降低有重要貢獻(xiàn)，在水環(huán)境修復(fù)與污染控制中非常重要。植物是其中的重要貢獻(xiàn)者，不僅體現(xiàn)在植物直接的吸收作用上，而且植物可為微生物提供適宜的生境、植物對水流的均勻分布作用、植物對系統(tǒng)的充氧作用等都可間接地為系統(tǒng)中污染物的去除作出積極貢獻(xiàn)。而植物的生命周期決定了植物在衰亡期對系統(tǒng)中氮磷的影響可能由生長旺盛期時系統(tǒng)中氮磷的“匯”而轉(zhuǎn)變成氮磷的“源”。對于植物溶出釋放能力的探索將有助于為植物收割與否提供支持。盧少勇等的研究表明，不同植物在其衰亡期間均具有不同的氮和磷釋放潛能。植物本身的氮和磷的含量、植物的生長周期、植物的氮和磷的含量中易于溶出釋放部分的含量都會因物種的不同而異。筆者研究了植物類型對系統(tǒng)中氮磷分布的影響。為以沉水植物為主體的生態(tài)修復(fù)或污水處理系統(tǒng)中的植物選擇提供支持。目前國內(nèi)關(guān)于溫度對沉水植物生長方面的研究較多，但是對于對植物衰亡過程溫度等環(huán)境因素的影響卻鮮有研究，該試驗旨在通過浸泡模擬試驗來考察溫度對植物衰亡過程中碳、氮和磷釋放的影響。

1材料與方法

試驗于2008年6月在中國環(huán)境科學(xué)研究院進(jìn)行。試驗均勻選取野外采集后在溫室培養(yǎng)馴化植物樣品，切成0．5～1 cm段，稱取菹草莖葉30g、蜈蚣草莖葉10g、金魚藻莖葉10g，在105℃烘箱中殺青30 min，置于l L燒杯中，加蒸餾水O．8 L，置于2～4℃冰箱中。各燒杯中均投加抑制劑，旨在抑制微生物的活性。所有水均用蒸餾水。每次采樣后補水到原液面，每次補水均用蒸餾水。定期取樣，取樣后加蒸餾水補充至原液面，采用標(biāo)準(zhǔn)方法分析pH值、總氮(TN3)硝氮(N03–N)、氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)和溶解性無機磷(DIP)。取樣時間為第0h，第8h，第36 h，第96 h，第240 h，其中第36h，第96h只測定TN和TP。
為便于比較，有機氮(ON)用TN扣除N03-N、NH，N和NO2-N表示。而NO2-N濃度很低，可以忽略。

最大釋放量為實際測定得到的單位重量樣品(濕重)的釋放量的最大值。累積釋放量的計算如下：
Ra=Vi⊕Ci＋∑(Vsj⊕Cj)
式中：Ra為累積釋放量，g；Vi為第i次采樣前溶液總體積，L；G為第i次采樣前溶液總濃度，mg／L；Vsj為第j次采樣體積，L；Cj為第j次采樣前溶液總濃度，mg／L；i=1,2，3，4?；j＝1，2，3?(j一1)。累積釋放量與樣品濕重的比值即為單位重量樣品的累積釋放量，簡稱單位釋放量。

另均勻選取植物樣品，切成O．5～1 cm段，均勻稱取狐尾藻莖葉六份，每份10．0 g。在105℃烘箱中殺青30min，實驗條件見表1，將植物置于1 L燒杯中，同時設(shè)置空白組2組，分別為加抑制劑和不加抑制劑。添加的抑制劑為氯仿2滴。加蒸餾水O．8 L，置于生化培養(yǎng)箱中。每次采樣后補水到原液面，每次補水均用蒸餾水。定期取樣，取樣后加蒸餾水補充至原液面，采用標(biāo)準(zhǔn)方法分析總氮(TN)、硝氮(N03-N)，氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、溶解性總磷和溶解性無機磷。取樣時間為第0 h、第8 h、第36 h、第96 h、第240 h，其中第36 h、第96 h只測定總氮(TN)和總磷(TP)。實驗過程中pH值保持在6．2-8．0之間。測定方法參考文獻(xiàn)。

2結(jié)果與討論

2．1系統(tǒng)中氮和磷的去向分析測定結(jié)果表明，試驗過程中各組水中的pH值介于6．2～8．0，可不計氨揮發(fā)。因植株死亡，不計生物吸收和異化作用。溫度為2～4℃，硝化反硝化反應(yīng)很弱。試驗在冰箱中進(jìn)行，忽略大氣沉降。系統(tǒng)中N濃度降低主要是因為吸附表面積(植物殘體和容器壁)增大，植物殘體與水之間因濃度梯度而引起的擴散。N濃度升高主要是因為組織的溶解釋放作用。

P有一種氣體形式(膦化氫)，但通常是微量，因此忽略。植株已死亡，可忽略生物吸收作用。系統(tǒng)主要發(fā)生礦化作用(即溶解釋放作用)，吸附沉淀絡(luò)合作用不可忽略。

2．2污染物釋放規(guī)律

試驗系統(tǒng)中的TN，N03-N，NH4+-N，ON，TP，DTP和DD的釋放規(guī)律見圖1。結(jié)果表明，在浸泡過程中，蜈蚣草中TN的釋放量在第96 h達(dá)到最大，在最初8 h內(nèi)釋放的氮接近最大值，而在第36h略有降低，說明蜈蚣草中TN的釋放和吸附(吸附在器壁上和植物殘體上)存在動態(tài)平衡。96 h后，除了金魚藻之外，菹草和蜈蚣草的氮吸附量均大于釋放量。金魚藻中TN釋放量逐漸上升，可能是因為在試驗期間，尚未達(dá)到吸附與釋放的動態(tài)平衡。三種植物中蜈蚣草的TN釋放量最大，最大TN濃度為8．15 mg／L，其次為金魚藻，最大TN濃度為3．82 mg／L。而菹草的最低，其最大TN濃度為2．42 mg／L。

除金魚藻在浸泡過程中N03．N的釋放量下降外，菹草和蜈蚣草的N03"．N均呈上升趨勢，特別是蜈蚣草的NO3-N濃度最高達(dá)1．03 mg／L。三種植物浸泡過程中NH4+．N的釋放規(guī)律較一致，均呈緩慢上升趨勢。金魚藻的肼N釋放量最大，其次為蜈蚣草，菹草最低。蜈蚣草的ON濃度在第8h到第240h的時間段里，雖然逐漸下降，但始終比金魚藻和菹草的濃度高，最高ON濃度為6．76 mg／L。金魚藻和菹草在240 h的ON濃度相差不多，分別為1．26 mg／L和1．31 mg／L。該研究中氮濃度的變化可忽略微生物作用、植物吸收大氣沉降、滲漏損失和氨氮揮發(fā)，因為植物已死亡且在腐爛分解，植物變化造成的營養(yǎng)鹽釋放是一個重要原因；此外，水相中的氮與植物殘體之間存在的遷移轉(zhuǎn)化也是一個重要原因。三種植物的浸泡過程中，TP濃度在第8 h最高，隨后緩慢下降。金魚藻的TP釋放量最大，最大TP濃度為O．24 mg／L，且受抑制的現(xiàn)象不明顯；其次為蜈蚣草的TP釋放量，而菹草的總磷釋放量最小。三種植物的DTP的釋放規(guī)律也比較一致，在第8 h到第240 h均明顯下降，其中金魚藻組水中的DTP濃度下降的最快。在第240 h蜈蚣草的DTP釋放濃度最低，為O．046 mg／L。三種植物的DIP的釋放規(guī)律一致，在第8 h到第240 h均明顯下降。DIP的釋放量從大到小排序依次為金魚藻>菹草>蜈蚣草。

2．3單位重量植物的最大釋放量及累積釋放量

結(jié)合文獻(xiàn)的研究結(jié)果，可見就植物收割部分而言，單位重量植物的TN最大釋放量從高到低依次為茭草>蘆葦>水葫蘆>金魚藻>蜈蚣草>菹草。單位重量植物的TP最大釋放量從高到低依次為蘆葦>茭草>水葫蘆>菹草>蜈蚣草>金魚藻。三種植物中，TN單位釋放量從大到小排序依次為：蜈蚣草(0．164 mg／g)>金魚藻(0．081 mg／g)>菹草(0．064 mg／g)。TP單位釋放量從大到小排序依次為：菹草(0．139 mg／g)>蜈蚣草(0．0812 mg／g)>金魚藻(0．080 mg／g)。TN的最大釋放量均高于TP，和文獻(xiàn)的結(jié)論相同，主要是因為植物體內(nèi)氮的含量高于磷的含量。

2．4植物收割的意義

假設(shè)收割上述植物各1t(濕重)，那么10天期間，通過收割而減少的溶出釋放量見圖2。因為植物收割而在10天內(nèi)菹草、蜈蚣草和金魚藻可減少TN的釋放量分別為64kg，164 kg和81 kg，減少TP的釋放量分圖3為系統(tǒng)中水的總氮、總磷、氨氮、硝氮、有機氮、溶解性總磷、溶解性無機磷和CODCr的濃度一時間變化曲線。

狐尾藻TN釋放在最初的8個小時釋放量達(dá)到最大，而后呈逐漸下降的趨勢。在溫度為5℃～25℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，TN的釋放量增加。但是溫度從25℃升高到35℃時，TN釋放量反而下降，TN釋放量的總體趨勢從大到小依次為25℃>35℃>15℃>5℃。其中第8 h(25℃1取樣時釋放量最大，達(dá)到4．79 mg／L。TP在不同溫度下的釋放規(guī)律與TN略有不同，在5℃、15℃、25℃時，從開始到240h過程中均在第8h釋放量最大，雖然最大值1．45 mg／L在25℃時出現(xiàn)，但總體看在35℃則呈現(xiàn)隨著時間的推移而上升的趨勢，最終達(dá)到1．37 mg／L。氨氮的釋放規(guī)律與TN較為相似，開始的8個小時內(nèi)釋放量達(dá)到最大，而后呈逐漸下降的趨勢。但氨氮釋放量的總體趨勢從大到小依次為25℃>35℃>5℃>15℃，與TN略微不同。不過氨氮在溫度25℃的釋放量也達(dá)最大，其中第8h取樣時釋放量最大達(dá)到3．73 mg／L。硝氮的釋放規(guī)律與TN也較為相似，呈逐漸下降的趨勢，在最初的8個小時釋放量達(dá)到最大。但硝氮釋放量的總體趨勢與TN略微不同，35℃時下降的最為緩慢。不過硝氮也在溫度25℃的第8 h取樣時釋放量為最大。達(dá)到2．28 mg／L。有機氮的釋放規(guī)律與TN和氨氮都相似，但規(guī)律性更好，四個溫度下均在整個試驗過程中呈逐漸下降趨勢，在最初的8個小時釋放量為最大。有機氮釋放量的總體趨勢從大到小依次為25℃>35℃>15℃>5℃，與TN略微不同。有機氮在溫度25℃的釋放量也為最大，其中第8 h取樣時釋放量最大為0．22 mg／L。溶解性無機磷在25℃和35℃時呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，而在5℃和15℃則緩慢下降。從整體上看，25℃時DIP的釋放量在整個試驗過程中一直為最高，最大值為在第240 h取樣時的0，84 mg／L。溶解性總磷的釋放規(guī)律與溶解性總磷的相似，總體規(guī)律為25℃>35℃>15℃>5℃，但只有在35℃時呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢。從整體上看，釋放量最大仍在25℃，在第8 h達(dá)到最大為1．1 1 mg／L。CODCr的變化規(guī)律不明顯，第8 h、第36h為15℃>25℃>35℃>5℃。但從整體來看，依然是在25℃的CODCr最高為97．69 mg／L。這說明當(dāng)植物處在25℃下時，水體中含碳物質(zhì)的釋放量最高。

3結(jié)論

在浸泡過程中，三種植物釋放最快的時段為最初的8 h，隨后釋放量逐漸降低。金魚藻的氮釋放與吸附平衡所需時間最長，而菹草和蜈蚣草的釋放與吸附平衡所需時間為96h。蜈蚣草、菹草、金魚藻的TN的單位釋放量小于TP的釋放量。三種植物的單位釋放量從大到小排序依次為，TN：蜈蚣草>金魚藻>菹草。TP：金魚藻>菹草>蜈蚣草。植物浸泡浸出的TN／TP比值，從高到低依次為蜈蚣草>菹草>金魚藻。假設(shè)植物的收割量均為lt(濕重)，通過對菹草、蜈蚣草和金魚藻的，在10天內(nèi)，能降低氮磷釋放量：分別為總氮64 kg，164 kg和8l埏，總磷114 kg，91 kg和145 kg。在其他環(huán)境條件都一樣時，只改變溫度，狐尾藻的氮、磷和碳的釋放有其最適溫度，此時釋放量最大。在該試驗設(shè)定的四個溫度中，25℃為最適溫度。從浸泡試驗來看，狐尾藻在水體中衰亡后會釋放大量的氮、磷和碳，因此應(yīng)設(shè)法防止富營養(yǎng)化湖泊中植物衰亡所帶來的二次污染。

參考文獻(xiàn)
[1]劉健康．高級水生生物學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，1999烏梁素海沉水植物腐爛分解試驗研究’顧久君，金朝暉，劉振英

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