全 文 ：书第 43 卷 第 10 期
2011 年 10 月
哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报
JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Vol. 43 No. 10
Oct． 2011
旱伞草与粉绿狐尾藻立体复合的抑藻效能
秦松岩1，2，吴 波3，闫颖怡1，周金喜1，周启星2
(1． 天津理工大学 环境科学与安全工程学院，300384 天津，qinsongyan@ yahoo． com． cn;
2． 南开大学 环境科学与工程学院，300191 天津;3．西门子(天津)水技术工程有限公司，300191 天津)
摘 要:为考察植物间组合的化感抑藻效能，将旱伞草、粉绿狐尾藻、旱伞草 +粉绿狐尾藻在自然水体水样
中对比种植，对藻密度、叶绿素 a、群落变化及有机物组成进行监测．结果表明:旱伞草 +粉绿狐尾藻水样中，
藻类建群过程的延迟期最短，在第 13 天达到峰值 2. 4 × 107 /L，而对照、旱伞草、粉绿狐尾藻水样为 4. 48、
1. 15、2. 03 × 108 /L;旱伞草 +粉绿狐尾藻水样中群落的演替速度最快，有机物种类最少为 75 种，而对照、旱
伞草、粉绿狐尾藻水样有机物种类数量为 131、90 及 121 种．旱伞草 +羽毛组合水样中新生成丙酮氰醇、磷酸
三乙酯、莰烯及 4 －甲基苯酚这 4 种物质，可能为潜在的化感物质．
关键词:旱伞草;粉绿狐尾藻;化感物质;抑藻效能
中图分类号:Q948. 12 文献标志码:A 文章编号:0367 － 6234(2011)10 － 0134 － 05
Allelopathic effects of Cyperus alternifolius and Myriophyllum
aquaticum on phytoplankton
QIN Song-yan1，2，WU Bo3，YAN Ying-yi1，ZHOU Jin-xi1，ZHOU Qi-xing2
(1． School of Environmental Science and safty Engineering，Tianjin University of Technology，300384 Tianjin，China，
qinsongyan@ yahoo． com． cn;2． School of Environmental Science and Engineering，Nankai University，300191
Tianjin，China;3． Siemens Water Technologies and Engineering(Tianjin)Co．，Ltd，300191 Tianjin，China)
Abstract:Allelopathic effects of C． alternifolius (Cyperus alternifolius) ，M． aquaticum (Myriophyllum
aquaticum) ，C． alternifolius and M． aquaticum were investigated in coexistance experiments，and the algae
biomass，chlorophyll a，community change and organic matters of the coexistance samples were monitored and
analyzed． Cell numbers and Chl － a were significantly inhibited by C． alternifolius and M． aquaticum． The
peak biomass of algae is 2. 4 × 107 /L，while that of the control，C． alternifolius，M． aquaticum is 4. 48，1. 15，
2. 03 × 108 /L respectively． The organic matters analysis show that only 75 kinds of organic matter exist in the
C． alternifolius and M． aquaticum coexistance samples while 131 kinds of organic matter exist in the control
sample． Acetone cyanohydrin，Triethyl phosphate，Camphene and 4 － methyl － 4 － Phenol were new produced
matters by C． alternifolius and M． aquaticum which maybe the potential allelopathic matters．
Key words:Cyperus alternifolius;Myriophyllum aquaticum;allelopathic matters;algae inhibitation
收稿日期:2010 － 08 － 15．
作者简介:秦松岩(1978—) ，女，副教授;
周启星(1963—) ，男，教授，博士生导师．
利用水生植物简单、高效、低代价的特点对富
营养化水体进行修复已被国内外广为共识［1］． 水
生植物净化水体时主要形成漂浮、挺水及沉水 3
大植物系统［2］．挺水植物可高效吸收水体中氮磷
类营养物质;飘浮植物可遮蔽水体中的光透过率，
通过影响藻类的光合作用来抑制藻类生长;沉水
植物则可向水体中分泌抑藻化感物质［3 － 6］．目前，
对 3 大植物系统单独应用于富营养化水体的修复
已有广泛研究，如孙瑞莲等［7］比较了 8 种挺水植
物对污染水体的脱氮除磷效果;田琦等［8］研究了
5 种沉水植物对富营养化水体的净化力;李修岭
等［9］利用漂浮水生植物对超富营养化湖水的总
氮总磷去除能力及抑藻效果进行研究． 对 3 大植
物系统应用于富营养化水体的修复研究多着重于
从某一植物系统中选择最适合特定水体的模式植
物，而将漂浮、挺水及沉水植物进行交叉形成空间
立体层次的植物组合并应用于富营养化水体的修
复却鲜有研究．
旱伞草(Cyperus alternifolius)是较为常见的
水生观赏植物，近年来在园林水景工程中应用广
泛，适应性强，性喜温暖，在南方无霜期地区可栽
植［10］．粉绿狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)是
多年生沉水草本植物，适应生境能力强，其生长发
育过程可去除多种污染物且观赏效果较好，是水
体富营养化植物修复或水华生物控制工程中的有
效物种，近年来被广泛应用于污染水体的生态修
复［11］．这两种植物已被单独应用于富营养化水体
的修复，尤其是粉绿狐尾藻被证实具有强烈的化
感抑藻(铜绿微囊藻)效果，但关于这两种植物共
同栽植对富营养化水体的作用效应还未见报导．
旱伞草 －粉绿狐尾藻的立体组合充分利用了水体
空间，且旱伞草的伞状茎叶保障了粉绿狐尾藻对
水中光的需求．本文研究了旱伞草 －粉绿狐尾藻
的立体组合生态效应，即该立体组合是否对富营
养化水体中的藻类数量、种类及群落结构产生影
响;同时通过研究水中有机物组成变化，确定该组
合是否能促进水体中有机物的降解和吸收，及能
否产生潜在的化感抑藻物质． 以期为南方富营养
化淡水生态系统的恢复提供新的植物联合应用
途径．
1 实 验
1. 1 实验材料
旱伞草及粉绿狐尾藻取自合肥环城公园，实
验开始前 24 h将受试植物浸于清水中，清除植物
上残存的藻类，并摘掉植物上枯萎的茎叶．水样取
自合肥环城水系，将受试植物与含藻水共培于
2 000 mL大烧杯中．取一杯无植物作为对照组，模
拟植物遮光量，按其他植物加入量投入塑料植物．
粉绿狐尾藻按平均 5 g /L，旱伞草按平均 12. 5 ～
15 g /L，共同种植入水样中并置于光照培养箱内，
恒温培养，温度为(25 士 1)℃，12 h光照(光强度
为 2 500 1x)．实验共 4 组，为对照、旱伞草、粉绿
狐尾藻、粉绿狐尾藻 +旱伞草藻植共生组．为防止
水分蒸发造成的水位降低，定期用再生水(合肥
环城水系补水)补足烧杯内因蒸发而失去的水
分，使试验用水体积保持在 2 L．
1. 2 藻类鉴定与计数
取水样之前，先将受试植物取出，然后用玻璃
棒将水样搅拌，使藻类在水中分布均匀，迅速取出
100 mL 水样用于藻类鉴定、计数及叶绿素的
测定．
藻种鉴定参考文献［12］，分类法鉴定到种或
属;并按种类计数，计算出藻类的相对丰度、藻细
胞密度与多样性指数．
1. 3 有机物组成分析
将对照、旱伞草、粉绿狐尾藻及粉绿狐尾藻 +
旱伞草的种植水样 1 L 用 H2SO4 调节 pH = 2，分
别用 50 mL二氯甲烷萃取两次，用旋转蒸发仪将
100 mL二氯甲烷浓缩到大约 5 mL，然后用氮吹浓
缩到 0. 1 mL．
GC － MS 分析仪采用安捷伦 6890GC －
5973MSD，色谱柱采用 HP － 5MS 毛细柱(30 m*
0. 25 mm* 0. 25 μm) ，进样温度 280 ℃，接口温度
280 ℃，采取程序升温的方法，45 ℃(3 min)由
10 ℃ /min升至 200 ℃(10 min) ，再由 25 ℃ /min
升至 310 ℃ (10 min) ，载气为 He，恒定流速
1 mL /min，采用电子轰击源(EI) ，离子源温度
230 ℃，四极杆温度 150 ℃，离子化能量 70 eV，质
量扫描范围:全扫描，扫描 m/z范围 15 ～ 750．
2 结果与讨论
2. 1 浮游藻类生物量变化
各种植水样中浮游藻类的叶绿素 a和藻类密
度的变化见图 1．
图 1(a)为对照组的叶绿素 a 和藻类生物量
变化图;在培养初期，因无外来因素干扰，生物量
稳定增长，所用的时间为 9 d．接着进入指数生长
阶段，生物量在一段时间内快速增加，在建群的第
13 天左右，生物量达到第一个峰值，B P(peak bio-
mass)= 2. 14 × 108 /L，其中生物量达到峰值所需
的时间(time to peak biomass，t PB)是 13 d．群落在
经过短暂的成熟稳定期(第 13 ～ 17 天)后，群落
未迅速衰退，而后进入了二次生长期，最终藻密度
达到 4. 48 × 108 /L．
图 1(b)显示了旱伞草种植水样中叶绿素 a
和藻类生物量的变化．与对照组相比，建群延迟期
较短，为 5 d 左右;之后进入指数生长期，并在第
13 天出现峰值，B P = 1. 15 × 10
8 /L．峰值之后，藻
类迅速衰退，生物量呈下降趋势．在 17 d 后，藻类
群落进入二次生长期，但最终藻密度降至 6. 12 ×
107 /L．
从图 1(c)可见，粉绿狐尾藻种植水样中，经
历短暂的藻类群落建群延迟期后，生物量迅速增
加，但生物量达到峰值时间较长，为 17 d，B P =
2. 03 × 108 /L，指数生长期后直接进入衰亡期，群
·531·第 10 期 秦松岩，等:旱伞草与粉绿狐尾藻立体复合的抑藻效能
落逐渐衰退，生物量减少，藻类密度也随之下降．
而粉绿狐尾藻 +旱伞草种植水样中藻类建群
延迟期很短，几乎直接进入指数生长期，生物量增
长较快，但数值均小于其他水样中的藻类密度值，
可见这两种植物复合对藻类有良好的抑制作用．
其中BP = 2. 4 × 10
7 /L，t PB = 13 d．峰值之后，在 13
～ 17 d时，水样中的藻类群落进入衰亡期，生物
量呈下降的趋势．在 17 d 后，藻类群落略有增长，
但最终藻密度值仅为 2. 65 × 107 /L(见图 1(d) )．
藻类生物量与叶绿素之间具有较好的相关
性，藻类生物量变化的趋势与叶绿素 a 质量浓度
变化基本一致．对照水样及粉绿狐尾藻种植水样
中，叶绿素质量浓度最终达 1 200 mg /L 左右，而
粉绿狐尾藻 +旱伞草种植水样中叶绿素质量浓度
仅为 230 mg /L．
叶绿素 a
藻细胞密度
1 400
1 200
1 000
800
600
400
200
0
0 5 10 15 20 25
50
40
30
20
10
0
建群时间/d
藻
细
胞
密
度
/(1
07
L-
1 )
叶
绿
素
a/
(滋
g·
L-
1 )
800
700
600
500
400
300
200
100
叶绿素 a
藻细胞密度
12
10
8
6
4
2
0
叶
绿
素
a/
(滋
g·
L-
1 )
0 5 10 15 20 25
建群时间/d
(a)空白
(b)旱伞草
1 200
1 000
800
600
400
200
0
20
15
10
5
0
叶
绿
素
a/
(滋
g·
L-
1 )
0 5 10 15 20 25
(c)粉绿狐尾藻
建群时间/d
叶绿素 a
藻细胞密度
藻
细
胞
密
度
/(1
07
L-
1 )
藻
细
胞
密
度
/(1
07
L-
1 )
叶绿素 a
藻细胞密度
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
0 5 10 15 20 25
(d)旱伞草+粉绿狐尾藻
建群时间/d
2.8
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
叶
绿
素
a/
(滋
g·
L-
1 )
藻
细
胞
密
度
/(1
07
L-
1 )
图 1 各种植水样中浮游藻类的叶绿素 a和藻类密度的变化
2. 2 浮游藻类群落的组成变化
本实验开始前，对合肥环城水系水体中浮游藻
类的鉴定及定量分析发现了多种浮游藻类，如绿藻
门 的 Scenedesmus denticulatus、S． quadricauda
(Scenedesmus quadricauda)、Pediastrum boryanum、
G． paucispina (Golenkinia paucispina)、Chlorella 和
丝状的 Ulothrix implexa Ktltz;硅藻门的 Navicula，
均为建群早期的先锋种类．
经植物种植作用后，浮游藻类群落发生变化，G．
paucispina一直保持优势地位，S． quadricauda逐渐成
为各水样中的优势种，但相对丰度差别较大(见图2)．
在无植物作用的对照水样中，建群初期共
20 种浮游藻类，随着群落的发展，G． paucispina
作为先锋藻类的相对丰富度逐渐降低，S．
quadricauda逐渐演化成为优势种并在第 13 天达
到峰值，相对丰富度高达 46. 5%，且在 4 个水样
中，这两种藻类生物量最高(见图 2(a) )．相比之
下，旱伞草作用的水样中，S． quadricauda 和 G．
paucispina从17 种藻类中缓慢演化成优势种并在
第 13 天生物量达到峰值，相对丰富度分别为
17. 32%及 61. 17%(见图 2(b) )． 而在粉绿狐尾
藻 种 植 水 样， G． paucispina、Navicula 和 S．
quadricauda这 3 种藻密度呈上升的趋势，逐渐成
为该实验组中的优势种，S． quadricauda 与
Navicula的藻密度持续缓慢增长(见图 2 (c) )．
在旱伞草 +粉绿狐尾藻作用水样的建群初期，浮
游藻类即减少到 12 种，由于旱伞草 +粉绿狐尾藻
复合分泌出的化感物质的积累，G． paucispina 的
生物量在建群早期短时间的升高之后迅速衰退，
S． quadricauda的藻密度虽持续增加，但却比其他
3 个水样少一个数量级;而 4 个实验组中，只有该
实验组藻密度增长与藻类相对丰度的变化趋势相
一致，说明该组藻类生物量增长较少，且其他藻类
所占比例较小(见图 2(d) )．
·631· 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第 43 卷
60
40
20
0 5 10 15 20 25
300
200
100
0
藻
细
胞
密
度
/(1
06
L-
1 )
建群时间/d
相
对
丰
度
/%
0 5 10 15 20 25
60
40
20
建群时间/d
60
40
20
0
120
80
40
0
60
40
20
0
0 5 10 15 20 25
建群时间/d
16
12
8
4
80
60
40
20
0 5 10 15 20 25
建群时间/d
(a)空白
(b)旱伞草
(c)粉绿狐尾藻
(d)旱伞草+粉绿狐尾藻
Golenkinia paucispina
Scenedesmus quadricauda
Navicula
0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20 25藻
细
胞
密
度
/(1
06
L-
1 )
相
对
丰
度
/%
藻
细
胞
密
度
/(1
06
L-
1 )
相
对
丰
度
/%
藻
细
胞
密
度
/(1
06
L-
1 )
相
对
丰
度
/%
0 5 10 15 20 25
0 5 10 15 20 25
图 2 各种植水样中优势藻种及相对丰度的变化
2. 3 植藻共培水样中有机物组成分析
经过 23 d 的培养，对 4 个实验组的藻植共培
水样中所含有机物进行了分析，总离子流图见图
3．无植物的水样中化合物种类最多为 131 种，且各
物质丰度值较高(见图 3(a) ) ;在粉绿狐尾藻的单
独种植水体中，有机物种类减少至 121 种，且各物
质丰度值均比无植物水样中丰度略有减小
(见图 3(b) ) ;在旱伞草的单独种植水体中，有机物
质种类减少至 90种，与粉绿狐尾藻水样相比，各物
质丰度更低(见图 3(c) ) ;在旱伞草 +粉绿狐尾藻
组合种植水样中，化学物质的种类减少至 75 种，且
各物质丰度值为4种水样中最小(见图3(d) ) ，空
4.0
3.0
2.0
1.0
5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00
丰
度
/M
(a)空白
(b)粉绿狐尾藻
(c)旱伞草
5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00
丰
度
/M
5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00
5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00
丰
度
/M
(d)旱伞草+粉绿狐尾藻
t
4.0
3.0
2.0
1.0
t
4.0
3.0
2.0
1.0
丰
度
/M
t
4.0
3.0
2.0
1.0
t
图 3 各种植水样中有机物组成的变化
·731·第 10 期 秦松岩，等:旱伞草与粉绿狐尾藻立体复合的抑藻效能
白水样中烷类 19 种、苯类 24 种、胺类 11 种、酮类
11 种、嘧啶类 3 种、酯类 8 种、醇类 14 种、烯类 6
种、酚类 6 种、醛类 1 种、萘类 7 种及其他种类化
合物 21 种．与空白水样比较，在旱伞草 +粉绿狐
尾藻水样中嘧啶及醛类未检出，烷类消失了 11
种，苯类消失了 14 种，烯及酚消失了 4 种，说明旱
伞草 +粉绿狐尾藻对上述物质进行了有效的吸
收．与空白水样比较，在旱伞草 +粉绿狐尾藻水样
中出现的化合物为:1 －(2 －羟苯基)乙烷、十五
烷、二十烷、4 －甲基 －癸烷、1 －乙烷基 － 2，4 －二
甲基苯、9 －乙烷基 － 9 氢咔唑 － 3 －胺、丙酮合氰
化氢、磷酸三乙酯、己二酸，双(2 －乙基己基)酯、
莰烯、4 －甲基苯酚、1，5 －二甲基萘、二氢化茚、甲
基丙烯酸酐等共 15 种．通过与粉绿狐尾藻及旱伞
草单独水样中化合物的比较，只存在于旱伞草 +
粉绿狐尾藻水样中的化合物有 4 种，分别为丙酮
合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及 4 －甲基苯酚．
丙酮氰醇有毒性且为制杀虫剂的中间体;磷
酸三乙酯可用于制备农药，也可用于植物生长调
节剂［13］;莰烯属双环单萜烯类化合物且效应为具
有吸引性味觉或气味，也可用于合成农药及毒杀
芬等物质;4 －甲基苯酚有腐蚀性和毒性． 目前初
步认为:丙酮氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及对甲基苯
酚很可能为潜在的抑藻化感物质，但有待于进一
步研究．
3 结 论
1)通过旱伞草、粉绿狐尾藻、旱伞草 + 粉绿
狐尾藻在自然水体水样中的种植对比发现，旱伞
草 +粉绿狐尾藻的组合种植水样中，藻类建群过
程的延迟期最短，发展为成熟期的时间也最短，生
物量的峰值最低，群落的演替速度较快．
2)旱伞草 +粉绿狐尾藻的组合种植可控制
水体中叶绿素质量浓度，并大幅降低藻类生物量．
3)旱伞草 +粉绿狐尾藻的组合种植可有效
降低水体中有机物的种类及质量浓度． 在其组合
水样中新生成的丙酮合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及
4 －甲基苯酚这 4 种物质，为后续的化感物质分离
及化感抑藻作用提供了重要参考．
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·831· 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 第 43 卷