全 文 ：文章编号:1001 － 4829(2012)05 － 1878 － 06
收稿日期:2012 － 04 － 24
基金项目:四川省科技厅项目(07JY029-152) ;四川省教育厅项
目(09ZA172)
作者简介:刘 俊(1986 －) ，男，湖北人，硕士研究生，主要从事
水生 态 修 复 技 术 研 究，联 系 方 式:liujuntc @ 163． com，
15882870887。
北水苦荬对富营养化水体的环境效应分析
刘 俊，张清东，牛文亮
(西南科技大学环境与资源学院，四川 绵阳 621010)
摘 要:本试验以北水苦荬(Veronica anagallis-aquatica)为研究对象，以实验室静态模拟培养试验，系统分析了北水苦荬对 2 种不
同浓度富营养化水体的环境效应，各指标污染物的去除效果分析表明:在实验前期，北水苦荬对水样的 COD、TN、TP的去除较空白
组好，同时北水苦荬对重富营养化(HT)水体中营养源的吸收较富营养化(ET)水体好。各主要指标间的 Pearson相关性分析表明，
北水苦荬对 2 种不同浓度的系统内的 TN-TP吸收具有高度同一性，其线性系数分别为 0． 795 和 0． 777，表现出线性关系极显著，为
北水苦荬选择性吸收水体中植物营养源提供一定依据。系统内的植物—水样的物料平衡分析发现，北水苦荬及其共生体对富营
养化(ET)水体的 TN、TP去除率分别为 17 %和 40 %，对重富营养化(HT)水体 TN、TP的去除率分别为 46 %和 88 %。
关键词:北水苦荬;富营养化;营养源;环境效应
中图分类号:X524 文献标识码:A
Analysis of Environmental Effect by
Veronica anagallis- aquatica in Eutrophic Water
LIU Jun，ZHANG Qing-dong，NIU Wen-liang
(Department of Environment and Resource of Southwest University of Science and Technology，Sichuan Mianyang 621010，China)
Abstract:Taken Veronica anagallis-aquatica as the experiment material，the environmental effect of Veronica anagallis-aquatica on two dif-
ferent levels of eutrophication water was analyzed． In static simulation training laboratory tests，by analyzing removal effectiveness of each in-
dicatory pollutant，in the early of the experiment，COD，TN，TP removal effect of Veronica anagallis-aquatica in water sample was better than
that in the blank group，Meanwhile，purification effect of Veronica anagallis-aquatica on the heavy eutrophication(HT)was more better than
that on the eutrophication (ET)． Pearson correlation analysis of main indicators showed the absorption of Veronica anagallis-aquatica for two
different concentrations of TN-TP in the same system had a high degree of identity，and the related coefficients were 0． 795 and 0． 777，re-
spectively，indicating a significantly linear relationship，which provided a basis for Veronica anagallis-aquatica selective absorption to plant
nutrition of water sources． Material balance analysis of water samples-plants within the system showed the TN，TP absorption rates of Veronica
anagallis-aquatica and their symbiont in the eutrophication water(ET)were 17 % and 40 %，respectively，and the TN，TP absorption rates
of Veronica anagallis-aquatica in the heavy eutrophication water(HT)were 46 % and 88 %，respectively．
Key words:Veronica anagallis-aquatica;Eutrophication;Nutrient source;Environmental effect
由于人类生产活动产生的大量的氮磷等植物性
营养源流入缓流湖泊中，导致水体中藻类的恶性繁
殖，破坏了水体系统的生态平衡，由此所形成的富营
养化现象已成为世界湖泊生态环境演化过程中的一
个突出问题，其直接影响人类生存和环境质量［1 ～ 3］。
利用生态修复技术来治理富营养化湖泊，是生态学的
重要理念。研究表明，以水生植物为代表的生态修复
技术在富营养化湖泊的治理中取得显著效果［4 ～8］。
通过构建营养竞争型水生植物，选择性高效吸
收氮磷等植物营养盐，有效抑制藻类恶性增殖，对水
域环境的净化和功能的恢复有着重要的意义，从而
达到治理湖泊富营养化的目的［9 ～ 12］。北水苦荬
(Veronica anagallis-aquatica) ，玄参科，婆婆纳属，多
年生草本挺水水生植物，茎粗枝斜，生长期 2 ～ 6 月，
常见于水边及沼地，广泛分布于长江以北及西南各
省区，在西南可达海拔 4000 m的地方生长。其微
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西 南 农 业 学 报
Southwest China Journal of Agricultural Sciences
2012 年 25 卷 5 期
Vol. 25 No. 5
表 1 水样水质指标
Table 1 Water quality indexes of water samples
类型
指标
pH COD /mg·L －1 TN(mg·L －1) TP(mg·L －1) DO(mg·L －1)
富营养化(ET) 7． 33 ± 0． 18 19． 67 ± 0． 61 1． 22 ± 0． 00 0． 073 ± 0． 00 7． 54 ± 0． 28
重富营养化(HT) 7． 47 ± 0． 23 18． 86 ± 1． 42 2． 35 ± 0． 05 0． 17 ± 0． 00 7． 60 ± 0． 32
苦、辛寒。具有清热解毒，止血化瘀药用价值［13 ～ 15］。
目前尚无关于北水苦荬在环境领域的研究。本文试
以北水苦荬为研究对象，通过实验室静态培养试验，
研究其对不同程度富营养化水体的环境净化效应，
主要包括各指标污染物的去除效果分析、各主要指
标间的 Pearson 相关性分析、系统内的植物-水样的
物料平衡分析。
1 材料与方法
1． 1 试验材料
实验时间:2011 年 2 － 5 月;原水样:取自西南
科技大学九洲湖(N 31°3214． 32″，E 104°4152．
77″，海拔 750 m) ;北水苦荬:取自涪江西南科技大
学段。2 种试验原水样水质指标如表 1 所示。
根据湖泊营养类型标准，其分别属于富营养化
(ET)和重富营养化(HT)［1］。
1． 2 试验方法
北水苦荬驯化:北水苦荬经过清洗后放入培养
箱中，在实验室条件下，通过模拟自然水体环境和自
然光照，将其驯化 10 d，驯化期结束后，选择株高 18
～ 20 cm、生长良好的北水苦荬作为实验材料。
试验方法:向富营养化(ET)和重富营养化
(HT)2 个培养箱(规格为 0． 3 m × 0． 2 m × 0． 3 m)
中注入 13 L不同浓度的原水样，分别称取 300． 27、
301． 10 g生长优良的北水苦荬放入 2 个培养箱中，
同时各设置 1 组原水样空白对照，4 个培养箱各设
置 2 组平行样。培养条件与驯化期条件一致。每 3
d测定 1 次培养箱中水质指标，实验室静态培育 45
d。实验过程中观察并记录北水苦荬的生长状况及
水质指标监测结果。水的蒸发作用所损失的水量，
通过补充蒸馏水以保持水的体积不变。试验编号如
表 2 所示。
表 2 试验编号
Table 2 The number of water samples
类型
对照
北水苦荬 空白
富营养化(ET) A1-1 A1-2
重富营养化(HT) A2-1 A2-2
1． 3 测定指标
测定水质的变化情况，每 3 d 测定 1 次水样的
pH、DO、COD、TN、TP，同时记录北水苦荬的生长状
况。检测方法为［16］:pH采用雷磁 PHB-4 便携式 pH
计，DO 采用 HANNA HI9143 微型便携式 DO 仪、
COD采用重铬酸钾法(GB11914-89)、TN 采用过硫
酸钾氧化-紫外分光光度法(GB11894-1989)、TP 采
用钼酸铵分光光度法(GB11893-89)。
2 结果与分析
2． 1 水质指标与时间关系
2． 1． 1 pH 与时间关系 如图 1、2 所示，随实验时
间的推移，北水苦荬组与空白组有着明显的区别，装
载有北水苦荬的 A1-1 和 A2-1 培养箱的水体 pH 呈
现先下降后上升的趋势，并维持在 7． 0 左右，而 2 组
空白对照 A1-2 和 A2-2 呈现先上升后下降的趋势，
并维持在 8． 5 左右。实验过程中，有北水苦荬的培
养箱中水体比较清澈，空白组的水体出现大量的绿
97815 期 刘 俊等:北水苦荬对富营养化水体的环境效应分析
色丝状藻类物，且富营养化(ET)培养箱中数量更
多。可能是因为北水苦荬利用自身的生长调节了水
体 pH偏酸性，有效抑制了藻类的恶性增殖;而藻类
利用水中氢还原 CO2 合成有机物质，使得水样 CO2
逐渐减少，其 pH 缓慢升高，且 pH 随着藻种群密度
的增加而升高。
2． 1． 2 溶解氧(DO)与时间关系 如图 3、4 所示，
在装载有北水苦荬以及空白的培养箱中，水样 DO
均呈现下降的趋势。且装载有北水苦荬的培养箱比
空白组耗氧速度更快。可能是因为在富营养化水体
(ET)和重富营养化水体(HT)中，植物鲜重由实验
初期的 300． 27 和 301． 10 g 增长到了 340． 18 和
365． 04 g，同比增长 13． 29 %和 21． 25 %。由于北
水苦荬是挺水型野生水生植物，部分茎叶在水面以
下，因此对水体 DO 的消耗比自身光合作用产生的
DO更大，在实验后期，由于植物生长速度放缓，水
体的 DO开始呈现上升的势头。空白组由于滋生了
大量的绿色丝状藻类物消耗水中溶解氧，在试验前
期由于藻类数量比较少，其下降趋势较为缓慢，试验
约 30 d后，滋生的藻类数量达到了一定的规模，其
消耗 DO的速率显著提高，在总体上呈下降趋势。
2． 1． 3 COD 与时间关系 如图 5、6 所示，在 2 种浓
度的富营养化水体中，其 COD 浓度大致相同，北水
苦荬以及空白组的水样 COD均呈现波动下降的趋
势，曲线基本保持一致。在 2 种浓度的培养箱中，北
水苦荬由于自身生长需要，去除水体中的 COD，虽
然空白组 COD也是下降的趋势，但伴随着的是藻类
大量生长，在后期藻类的死亡中，势必引起水质的恶
化;两者的不同是，在高浓度的培养箱中，由于营养
更有利于北水苦荬和藻类的生长，使得对水体中的
COD有着更好的去除，在富营养化水体(ET) ，北水
苦荬和空白组最终的 COD 分别维持在 13 和 16 mg
·L －1左右，而在重富营养化水体(HT)分别维持在
8 和 14 mg·L －1左右。
2． 1． 4 总氮(TN)与时间关系 如图 7 所示，在富
营养化水体(ET)培养箱中，在实验第 15 天，出现两
曲线交点，在此交点之前，北水苦荬对总氮的去除较
空白组更好，而此后北水苦荬培养箱中水样的 TN
含量呈现先上升后下降的趋势，北水苦荬可能因为
在低浓度情况下，营养源向植物中心移动，出现了植
物的“顶端优势”，使得北水苦荬自身的部分腐烂而
致 TN升高。空白组则下降并最终总氮浓度维持在
0． 6 mg·L －1左右。如图 8 所示，在重富营养化
(HT)培养箱中，实验第 25 天之前，北水苦荬对总氮
的吸收较空白快，降至 1． 0 mg·L －1左右并稳定。
后期由于藻类的生长加快，对总氮的吸收比北水苦
荬更快，最终由于藻类过量增长并出现死亡现象，总
氮浓度出现上升态势。
0881 西 南 农 业 学 报 25 卷
2． 1． 5 总磷(TP)与时间关系 如图 9 所示，在富
营养化水体(ET)培养箱中，北水苦荬对 TP 的曲线
呈现“S”型，空白组呈现“W”型，实验前 15 d，植物
以自身生长使得对 TP的吸收并降至 0． 02 mg·L －1
左右，空白组的快速下降或因为许藻类的吸附作用。
由于植物自身部分的腐败，导致中期呈现上升并到
达 0． 08 mg·L －1左右，而空白组由于藻类的释放磷
酸盐而导致 TP升高。实验至第 35 天，植物生长恢
复正常且曲线呈现下降的态势，空白组的藻类对 TP
的去除到达最大值并伴随着藻类的爆发使得水体
TP开始升高。如图 10 所示，实验过程中，北水苦荬
和空白组都呈现下降趋势，在实验第 15 和 35 天出
现两个交叉点，在第一交叉点之前，北水苦荬较空白
组去除更好，介于中间区域，空白组由于藻类数量的
图 9 水样 TP与处理时间的关系
Fig． 9 The relationship between TP and time
图 10 水样 TP与处理时间的关系
Fig． 10 The relationship between TP and time
快速增殖，较北水苦荬去除效果好，最后一区间，空
白组因藻类爆发呈现上升趋势，而北水苦荬组继续
下降态势。
2． 2 SPSS软件相关性分析
2． 2． 1 A1-1 、A2-1 系统内各主指标间的皮尔森相
关性 如表 3、4 所示，通过统计分析软件 SPSS 对
A1-1 和 A2-1 培养箱中水样的 TN、COD、TP 进行系
统内的皮尔森相关性分析，结果表明，2 种不同浓度
的系统内，TP-TN两主指标间线性相关系数分别为
0． 795 和 0． 777，均呈现极显著相关;TP-COD、TN-
COD间的线性相关系数较低，表现出线性不相关。
分析有，北水苦荬对 TN、TP 的吸收具有高度同一
性，且在低浓度其相关系数更高，为北水苦荬选择性
吸收水体中植物营养源提供一定的依据。
2． 2． 2 A1-1 与 A2-1 同指标间的皮尔森相关性
由表 5 ～ 7 可知，分别对 A1-1 与 A2-1 两个系统的同
一指标进行了皮尔森相关性分析。北水苦荬在富营
养化(ET)和重富营养化(HT)两种水体中，对 TN和
TP吸收相关系数分别为 0． 017、0． 293，线性不相关;
COD因浓度大致相同，相关系数为 0． 741，呈现线性
极显著相关。对于 TN、TP，实验过程中北水苦荬可
能存在着植物的“顶端优势”，使富营养化(ET)
表 3 A1-1 主指标间的皮尔森相关性
Table 3 Pearson correlation coefficients of the main indexes of A1-1
TN COD TP
TN 皮尔森相关系数
P值
项目个数
COD 皮尔森相关系数 － 0． 321
P值 0． 225
项目个数 16
TP 皮尔森相关系数 0． 795＊＊ － 0． 190
P值 0． 000 0． 481
项目个数 16 16
注:＊＊ 表示差异极显著(P ＜ 0． 01) ，* 表示差异显著(P ＜
0． 05)。
18815 期 刘 俊等:北水苦荬对富营养化水体的环境效应分析
表 4 A2-1 主指标间的皮尔森相关性
Table 4 Pearson correlation coefficients of the main indexes of A2-1
主指标项目 TN COD TP
TN 皮尔森相关系数
P值
项目个数
COD 皮尔森相关系数 － 0． 032
P值 0． 906
项目个数 16
TP 皮尔森相关系数 0． 777＊＊ 0． 144
P值 0． 000 0． 595
项目个数 16 16
注:＊＊ 表示差异极显著(P ＜ 0． 01) ，* 表示差异显著(P ＜
0． 05)。
培养箱中的北水苦荬自身腐烂分解，从而影响了 2
种不同浓度系统间的 TN、TP同指标线性相关性。
表 5 A1-1 与 A2-1 的 TN皮尔森相关性
Table 5 Pearson correlation coefficients of TN between A1-1 and A2-1
水样类型 A1-1 A2-1
A1-1 皮尔森相关系数
P值
项目个数
A2-1 皮尔森相关系数 0． 017
P值 0． 950
项目个数 16
表 6 A1-1 与 A2-1 的 TP皮尔森相关性
Table 6 Pearson correlation coefficients of TP between A1-1 and A2-1
水样类型 A1-1 A2-1
A1-1 皮尔森相关系数
P值
项目个数
A2-1 皮尔森相关系数 0． 293
P值 0． 271
项目个数 16
表 7 A1-1 与 A2-1 的 COD皮尔森相关性
Table 7 Pearson correlation coefficients of COD between A1-1 and A2-1
水样类型 A1-1 A2-1
A1-1 皮尔森相关系数
P值
项目个数
A2-1 皮尔森相关系数 0． 741＊＊
P值 0． 001
项目个数 16
注:＊＊ 表示差异极显著(P ＜ 0． 01) ，* 表示差异显著(P ＜
0． 05)。
2． 3 系统内的植物 －水样的物料平衡分析
2． 3． 1 A1-1 和 A2-1 系统内的 TN的物料平衡分析
分别对所有培养箱的水样和北水苦荬的植物样品
进行 TN测定，并作出物料平衡分析图。如图 11、12
所示，A1-1 系统内的 TN 被植物及其共生体的吸收
率占 17 %，较 A2-1 系统的 46 %低，包括自身吸收、
转换为气态物和微生物分解。可能由于重富营养化
(HT)的水体，高浓度的胁迫作用，使得北水苦荬及
其共生体对 TN的吸收阈值提高，从而在 A2-1 系统
内，北水苦荬对 TN的吸收更好。
2． 3． 2 A1-1 和 A2-1 系统内的 TP的物料平衡分析
同时对所有培养箱的水样和北水苦荬的植物样品
进行 TP测定，并作出物料平衡分析图。如图 13、14
所示，A1-1 和 A2-1 系统内的 TP被植物极其共生体
的去除率分别为 40 %、88 %，明显高于对氮源的吸
收，显示出北水苦荬对 P 具有更好的吸收特性。对
两种不同浓度的富营养化水体进行比较分析显示，
北水苦荬对重富营养化(HT)水体的 TP营养源吸收
2881 西 南 农 业 学 报 25 卷
图 14 A2-1 系统内 TP的物料平衡分析
Fig． 14 TP analysis of material balance of the A2-1 system
率比富营养化(ET)水体更高，可能源于水体环境的
胁迫作用，使得北水苦荬的吸收率得以提高。
3 结论与讨论
(1)北水苦荬对水样的 COD、TN、TP 的去除较
空白组好，且北水苦荬对重富营养化(HT)水体中营
养源的吸收较富营养化(ET)水体好。北水苦荬对
TN、TP的吸收具有高度同一性，且在低浓度其相关
系数更高，为北水苦荬选择性吸收水体中植物营养
源提供一定的依据。同时对两种不同浓度的富营养
化水体进行比较分析有，北水苦荬对重富营养化
(HT)水体的 TP、TN 营养源的吸收率比富营养化
(ET)水体更高，可能源于水体环境的胁迫作用，使
得北水苦荬的吸收率得以提高。
(2)北水苦荬使得富营养化(ET)水体和重富营
养化(HT)水体向中营养型(MT)水体转变。同时，
北水苦荬和空白组均能对主要营养源进行去除，但
是空白组是由于藻类的作用，最终由于系统内营养
源的耗光，藻类死亡形成蓝藻爆发的现象。而植物
的生长，则有效抑制了藻类的恶性增殖，并将营养源
转移到系统外部，有利于营养源的移除。
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(责任编辑 陈 虹)
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