全 文 ：生态环境学报 2010, 19(1): 40-44 http://www.jeesci.com
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：国家水专项洱海资助项目（2008ZX07105-005）；国家自然科学基金项目（40703017）
作者简介：赵海超（1974 年生），男（蒙古族），讲师，硕士研究生，主要研究方向为水体生态修复。Email: haichaozhao19@163.com
*通讯作者：王圣瑞。E-mail: wangsr@craes.org.cn
收稿日期：2009-11-28
两种底质对狐尾藻生长和生理指标的影响
赵海超 1,2，王圣瑞 1*，杨苏文 1，金相灿 1，楚建周 1
1. 中国环境科学研究院湖泊生态环境创新基地//国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京 100012；
2. 河北北方学院农林科技学院，河北 张家口 075131

摘要：在温室条件下，分别以土壤和沉积物作为底质，模拟研究狐尾藻（Myriophyllum spicatum）生长和生理指标的变化。
结果表明：与营养水平相当的沉积物相比，以土壤作为底质的处理，其狐尾藻茎叶生物量降低了 87.15%，根系生物量增
加了 226.54%，根系活力降低了 46.46%，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性分别增加了 134.20%和 119.91%，
上覆水和间隙水中活性磷浓度分别增加了 146.67%和 1382.61%。以土壤为底质，增加该处理水体中磷浓度，抑制狐尾藻
生长。
关键词：沉积物；土壤；生长；生理指标；狐尾藻
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2010）01-0040-05
沉水植物是浅水湖泊的主要生物类群，占据了
湖泊水体和底质间的界面，对湖泊生态系统的物
质、能量循环和传递起着重要的调控作用[1]。近年
来，沉水植物在控制湖泊富营养化和抑制藻类生长
方面的作用备受关注，沉水植物的生长状况影响其
对水体的净化功能和对湖泊富营养化的控制作用。
随着农田水土流失的加剧，土壤进入湖库成为水生
植物的重要基质，但目前，关于土壤进入水体后对
沉水植物的生长及生理指标影响的研究相对较少。
狐尾藻（Myriophyllum spicatum）广泛分布于我国
的浅水湖泊及河流，是长江中下游浅水湖泊中重要
的沉水植物之一，因具有适应性较强、生物量积累
较快等特点，它在富营养化湖泊的生态修复中的应
用较广。针对农业面源污染对水生植物的影响及生
态修复的问题，本研究在温室内模拟条件下利用沉
积物和土壤培养狐尾藻，对狐尾藻的生长和生理生
化指标进行了测定，研究两种底质条件下狐尾藻的
生长和生理反应，为利用沉水植物修复水体提供理
论基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本文所用狐尾藻取自北京房山区拒马河，选取
健康植株整株取回，在温室内预培养 14 d，选取生
长良好、长势一致的植株（320 株）顶枝 20 cm 做
试验材料。沉积物取自中国环境科学研究院湖泊，
沉积物为城市人工内湖沉积型底泥，土壤取自北京
朝阳区清河营村农田表层土壤并进行浸水处理（用
水浸泡 1 个月，经过与沉积物类似的浸水过程）后
晾干，土壤类型为潮土，将沉积物与土壤分别混匀、
过筛、去除杂质，备用。2 种底质取自相同区域，
基质构成基本相同（表 1）。设 4 个试验组，分别以
沉积物（HK）和土壤（TR）作底质培养狐尾藻，
同时设不栽培植物的为对照组。每组在玻璃缸（1
m×1 m×0.8 m）内各设 16 个 PVC 小桶（高 20 cm，
直径 20 cm），每桶装 3 kg 底质，栽 10 株狐尾藻（干
质量 0.4 g），用自来水培养，玻璃缸内定期补充自
来水。试验在人工玻璃温室内进行，光照为温室内
自然光照，温度控制在 20 ℃~30 ℃。
1.2 研究方法
分别于 6 月 14 日、7 月 5 日、8 月 3 日定期取
样 3 次，每次 9：00 取样，每个试验组各取 3 个小
桶，分别测定狐尾藻茎叶和根的干质量、过氧化物
酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性、根系
活力以及上覆水和间隙水中活性磷浓度和氧化还
表 1 2 种底质的理化参数
Table 1 Physical and chemical parameters of the studied sediments
底质 w(有机质)/% w(总氮)/(g·kg-1) w(总磷)/(mg·kg-1) w(无机磷)/(mg·kg-1) w(有机磷)/(mg·kg-1) pH
HK 2.21±0.23 1.24±0.06 585.62±7.25 478.88±3.49 106.74±6.31 9.98±0.21
TR 2.17±0.08 1.16±0.03 601.93±6.46 482.53±5.33 119.40±2.83 9.40±0.33
HK：沉积物；TR：土壤.
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2010.01.012
赵海超等：两种底质对狐尾藻生长和生理指标的影响 41
原环境。其中，根系活力（mg·g-1·h-1）用四氮唑显
色（TTC）法[2]测定；过氧化物酶（U·g-1·FW）采
用愈创木酚法[2]测定；超氧化物歧化酶（U·g-1·min-1）
采用氮蓝四唑光化还原法[3]测定。沉积物间隙水的
提取：取新鲜沉积物 200 mL 置于 250 ml 离心桶中，
在 10 000 r·min-1、25 ℃条件下离心 10 min 完成固
液分离，上清液为间隙水，水样活性磷浓度采用过
0.45 µm 滤膜磷钼蓝比色法测定。水体和底质中氧
化还原电位（Eh）值采用 250A 型氧化还原电位测
量仪测定。底质中总磷、有机磷和无机磷含量采用
欧盟推荐的一种沉积物磷形态测试方法（SMT）法
测定。总氮采用凯氏定氮法测定。有机质采用重铬
酸钾消解法测定。pH 用 2.5∶1 水土比-电位法测定。
每个样品的每个指标均重复测定 3 次。
1.3 数据处理
试验数据使用 Excel 软件进行数据统计分析，
平行样之间进行偏差分析。
2 结果与分析
2.1 2 种底质对狐尾藻生长的影响
随着培养时间的延长，沉积物和土壤底质的狐
尾藻茎叶干质量均呈“抛物线”形变化，整个生育期
沉积物底质的狐尾藻茎叶干质量均大于土壤底质
（图 1），表明土壤底质不利于狐尾藻茎叶干物质的
积累。楚建周等[4]在不同底质培养黑藻（Hydrilla
verticillata）的试验中也得到相同结果。
根系是沉水植物吸收营养物质的途径之一，同
时对底质氧化还原环境及底质中营养物质的转化
具有重要影响。由图 1 可以看出，沉积物底质培养
的狐尾藻根系干质量呈先升后降的变化趋势，而土
壤底质则呈上升趋势，表明与沉积物相比，土壤底
质更有利于狐尾藻根系的生长，原因可能与土壤结
构松散、透气性好有关。
2.2 2 种底质对狐尾藻生理指标的影响
根系活力泛指根系的吸收、合成、氧化和还原
能力等，是一种客观地反映根系生命活动的生理指
标[4]。由图 2 可以看出，随着培养时间的延长，2
种底质的狐尾藻根系活力均呈先降后升的变化趋
势，6 月 14 日、7 月 5 日和 8 月 3 日，沉积物底质
的根系活力比土壤底质分别增加了 39.87%、40.79%
和 46.46%，可见随着培养时间的延长，2 种底质狐
尾藻根系活力的差距呈上升趋势。狐尾藻生长前期
植株生长旺盛，合成的营养物质较多，可促进根系
生长，导致根系活力较高；生长中期，狐尾藻茎叶
生物量增加，营养吸收主要通过茎叶完成，从而抑
制了根系活力，另一方面，随着狐尾藻生长底泥生
物耗氧的增加，底质中形成厌氧状态，在根系周围
产生大量有毒物质，并且大量有机质的分解加剧了
高氮、磷养分对狐尾藻的胁迫，造成狐尾藻根系腐
烂、根系活力下降[5]；生长后期，狐尾藻茎叶逐渐
衰退，营养向根系转移，促进根系活力。研究期间，
土壤底质的狐尾藻根系活力均小于沉积物底质（图
2），一方面是由于土壤中含有大量的弱吸附态磷[6]，
根系活力
0
10
20
30
40
50
05-20 06-14 07-05 08-03
取样时间(月-日)
根
系
活
力
/(
mg
•g
-1
•h
-1
） HK
TR

图 2 2 种底质对狐尾藻根系活力的影响
Fig.2 Effect of the sediment types on root vigour
of Myriophyllum spicatum (mean±SD, n=3)

(a)茎叶
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
05-20 06-14 07-05 08-03
取样日期(月-日)
m (
dr
y)
/g
HK
TR

（b）根系
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
05-20 06-14 07-05 08-03
取样日期(月-日)
m (
dr
y)
/g
HK
TR

图 1 2 种底质对狐尾藻生物量的影响
Fig.1 Effect of the two sediments on biomass of Myriophyllum spicatum (mean±SD, n=3)
HK：沉积物栽培植物组；TR：土壤栽培植物组
42 生态环境学报 第 19 卷第 1 期（2010 年 1 月）
易于被狐尾藻根系吸收，从而减弱了根系活力；另
一方面，土壤由裸露到淹水，理化性状的变化影响
了底质中微生物种群的变化，从而间接影响了根系
活力。
作为清除活性氧类的主要酶类，超氧化物歧化
酶 （ superoxide dismutase, SOD ） 具 有 催 化
2O2-+2H+→H2O2+O2反应的功能[2,7]。随着培养时间
的延长，2种底质的狐尾藻SOD活性均呈上升趋势，
但土壤底质均大于沉积物底质（图3）。原因是随
着培养时间的延长，狐尾藻部分叶茎逐渐衰退，促
进了SOD活性增高。土壤作底质上覆水中活性磷
（SRP）浓度高于沉积物作底质（图4），以及土壤
进入水体改变了理化性状，形成狐尾藻生长的逆
境，从而导致土壤底质下狐尾藻体内SOD活性的升
高，这是狐尾藻为适应胁迫，更快地清除体内活性
氧的需要。随着培养时间的延长，沉积物底质的狐
尾藻POD活性呈上升趋势，而土壤底质则呈先升后
降趋势，研究期间，土壤底质的狐尾藻POD活性均
高于沉积物底质（图3）。在POD生理功能中，多数
与某种或多种胁迫作用导致细胞膜的损伤和破坏、
细胞的空间结构被打破以及损伤信号的转导等一
系列生理生化变化有关[8]。随着培养时间的延长，
沉积物底质的狐尾藻部分叶茎逐渐衰退，从而使体
内POD活性呈上升趋势。狐尾藻生长前期，土壤底
质条件的上覆水中活性磷（SRP）浓度高于沉积物
底质，以及土壤进入水体改变了理化性状，形成狐
尾藻生长的逆境，导致狐尾藻体内POD活性升高；
狐尾藻生长后期，土壤经过长时间的淹水，其理化
性状逐渐转化以及狐尾藻体内的调节机制使POD
活性下降。
2.3 2种底质对狐尾藻生长环境的影响
狐尾藻在生长过程中可吸收和同化水体中的
磷，所以上覆水中磷浓度是影响其生长的重要因
素。由图 4 可以看出，各试验组上覆水活性磷浓度
变化如图 4（a）所示。有植物组 SRP 浓度随培养
时间延长各试验组均呈“抛物线”型变化，在 7 月 5
日达到最大值，TR 组比 HK 组增加 146.67%；无植
物组 SRP 浓度随培养时间延长各试验组均呈下降
趋势，TR 组比 HK 组增加 20.80%。间隙水中 SRP
浓度变化如图 4（b）所示，有植物组 SRP 浓度随
培养时间延长各试验组均呈“抛物线”型变化，在 7
月 5 日达到最大值，TR 组比 HK 组增加 1 382.61%；
(a)SOD
0
200
400
600
800
1000
05-25 06-14 07-05 08-03
取样时间(月-日)
酶
活
性
/
（
U.
g-1
） HK
TR

(b)POD
0
20
40
60
80
100
05-20 06-14 07-05 08-03
取样时间(月-日)
酶
活
性
/（
U•
g-1
•m
in
-1
）
HK
TR

图 3 2 种底质对狐尾藻 SOD 和 POD 活性的影响
Fig.3 Effect of the sediment types on the activities of SOD and POD of Myriophyllum spicatum (mean±SD, n=3)

(a)上覆水 (SRP)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
05-20 06-14 07-05 08-03
取样时间(月-日)
ρ
(S
RP
)/(
mg
•L
-1
) HKCK HKTRCK TR

(b)间隙水 (SRP)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
05-20 06-14 07-05 08-03
取样时间(月-日)
ρ
(S
RP
)/(
mg
•L
-1
) HKCK HK
TRCK TR

图4 2种底质对狐尾藻水体中SRP浓度的影响
Fig.4 Effect of the sediment types on inorganic phosphorus concentrations in the overlying water (mean±SD, n=3)
HKCK：沉积物底质无植物组；TRCK：土壤底质无植物组

赵海超等：两种底质对狐尾藻生长和生理指标的影响 43
HKCK 组呈下降趋势，TRCK 组呈上升趋势，TRCK
组均大于 HKCK 组。表明沉水植物可以促进底质中
磷向水体中释放[9]，上覆水和间隙水中活性磷浓度
TR 组均高于 HK 组，表明淹水土壤比营养水平相
当的沉积物中的磷易于释放。一方面因为土壤最初
的暴露，好氧导致了微生物的快速生长，使磷富集
于生物体，当再淹水时，将从微生物细胞中释放出
磷[10]。另一方面，土壤中含有较高的弱吸附态磷，
易于向上覆水和间隙水中释放[2]。
水体的氧化还原环境影响物质循环，是影响沉
水植物生长的重要环境因子。2种底质条件下的上
覆水中Eh值均随着培养时间的延长呈先升后降的
变化趋势（表2），且土壤底质均大于同期沉积物
底质，最大增幅为3.18%。在狐尾藻生长前期，狐
尾藻的快速生长导致水体氧化性加强，生长后期，
狐尾藻生长衰退以及残体分解耗氧使水体Eh值下
降。2种底质的Eh值随着培养时间的延长均呈波动
式下降趋势，且土壤底质大于沉积物底质，最大增
幅达188.27%。在狐尾藻生长前期，快速生长的狐
尾藻向底质通氧量的加快使底质Eh值上升，生长后
期，由于残体分解耗氧以及植物生长衰退导致通氧
量减少，从而使底质Eh值下降。由于土壤底质的狐
尾藻生物量小于沉积物底质，其光合耗氧量以及残
体分解耗氧较少，所以土壤底质条件下的上覆水中
Eh值高于沉积物底质。由于土壤具有结构松散、通
透性好、根系生物量较大和通氧量大的特点，导致
土壤底质的Eh值高于营养水平相当的沉积物底质。
3 讨论
随着面源污染的加剧和湖库的改建，农田土壤
进入水体成为水生植物的重要基质和水体的内源
污染[11-12]。由于所处环境的差异，土壤与沉积物在
物理结构和化学组成上有所不同。土壤颗粒较大，
进入水体后其分子迁移的形态位阻较小，为氮、磷
从底质内部向上覆水释放提供了方便的物理条件
[13]。土壤结构松散、通透性强，可促进底质含氧量
的增加，有利于狐尾藻根系生长，谢贻发等[14]研究
表明土壤培养的苦草（Vallisneria natans）根冠比大
于湖泥。本试验中土壤和沉积物的母质相同，物质
含量差异不大，但土壤中的物质进行好氧分解，而
沉积物中的物质则进行厌氧分解，导致两种底质的
化学组分差异较大，土壤中溶解性磷、氮和有机质
含量高于沉积物，因此，土壤淹水后和水体之间的
物质交换量较大，土壤底质的上覆水、间隙水中活
性磷浓度较高。由于溶解性有机质的交换加剧了水
体有机污染以及重金属污染[15]，因此，土壤进入水
体对狐尾藻生长产生逆境，抑制了狐尾藻的生长。
土壤淹水后对水体的物理化学环境产生影响，
从而影响狐尾藻的生长和生理反应。土壤进入水体
后，其所含的大量溶解态磷容易释放致使上覆水中
活性磷浓度升高，抑制了狐尾藻的生长，使狐尾藻
体内 SOD、POD 上升。一般认为，当水体中磷浓
度在 0.02 mg·L-1 以上时，将明显促进水体的富营养
化[16-17]。土壤底质的间隙水中活性磷浓度较高，使
狐尾藻根系活力下降，从而抑制狐尾藻的生长。沉
水植物作为控制湖泊生态平衡的重要生物类群，其
生长状态对氮、磷的去除能力和藻类的抑制作用具
有重要影响，同时在水体生态系统恢复中也具有重
要的意义，而土壤进入水体后不利于狐尾藻的恢
复，降低了狐尾藻净化水体的能力。因此，在湖泊
生态修复时应控制流域的土壤流失。

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表2 2种底质对狐尾藻水体Eh值的影响
Table 2 Effect of the sediment types on Eh values of the overlying water
HK TR
Eh
上覆水 底质 上覆水 底质
5－20 387.6±5.6 368.1±5.8 390.3±3.7 381.5±7.2
6－14 485.2±6.8 270.3±2.8 488.7±9.6 297.4±6.5
7－05 314.3±10.2 265.5±6.7 324.3±7.1 317.8±5.4
取样时间
（月-日）
8－03 294.3±3.2 92.9±2.9 295.6±6.8 267.8±6.4

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GuangXi University of Technology, 2000, 11(3): 89-92.

Effect of two sediments on growth and physiological indexes
of Myriophyllum Spicatum.

ZHAO Haichao1, 2, WANG Shengrui1*, YANG Suwen1, JIN Xiangcan1, CHU Jianzhou1
1. State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control//Research Center of Lake Eco-environment,
Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China;
2. College of Agricultural Science, Hebei North University, Zhangjiakou, Hebei 075131, China

Abstract: That the changes in the growth and physiological indexes of the submerged plant Myriophyllum Spicatum, which were
cultured using the sediment and soil from the same area have been studied. The results indicated the stem and leaf mass of the
Myriophyllum Spicatum cultured using soil decreased 87.15%, their root mass increased 226.54%, their root vigour decreased
46.46%, their vigours of SOD and POD increased 134.20% and 119.91%, and their dissolved phosphorus concentrations of the
overlying water and pore water increased 146.67% and 1 382.61% comparing with those submerged plant cultured using sediment
( the sediment is same nutrient level with the soil). The growth of submerged plant Myriophyllum Spicatum cultured using soil was
restrained, and their phosphorus concentration of the overlying water increased by changing the physical-chemical parameters of
their sediments.
Key words: sediments; soil; growth; physiological indexes; Myriophyllum Spicatum