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不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响



全 文 :第 29卷第 1期
2009年 1月
环 境 科 学 学 报
 ActaScientiaeCircumstantiae
Vol.29, No.1
Jan., 2009
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目 (No.2002CB412307)
SupportedbytheNationalBasicResearchandDevelopmentProgramofChina(No.2002CB412307)
作者简介:郭俊秀(1981—),女 , E-mail:guojunxiu@163.com;*通讯作者(责任作者), E-mail:Jinxiang@pubilc.bta.net.cn
Biography:GUOJunxiu(1981—), female, E-mail:guojunxiu@ 163.com;*Correspondingauthor, E-mail:Jinxiang@pubilc.bta.net.cn
郭俊秀 ,许秋瑾 ,金相灿 ,等.2009.不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响 [ J] .环境科学学报 , 29(1):118-123
GuoJX, XuQJ, JinXC, etal.2009.EfectofphosphorusconcentrationongrowthofMyriophylumspicatumandHydrilaVerticillata[ J] .Acta
ScientiaeCircumstantiae, 29(1):118-123
不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响
郭俊秀 1, 2 ,许秋瑾 1 ,金相灿 1, * ,扈学文1 ,李涵 1, 3
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.内蒙古农业大学农学院 ,呼和浩特 010018
3.中国矿业大学 ,北京 100083
收稿日期:2008-03-23   录用日期:2008-11-26
摘要:实验研究了不同质量浓度(0.02、0.1、0.2、 0.4、 0.8mg·L-1)磷对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长状况的影响.结果显示 , 当磷质量浓度为
0.2mg·L-1时 ,是轮叶黑藻适宜生长的磷质量浓度 ,表现为分枝数 、株高和根长均显著增加且达到最大 ,而穗花狐尾藻的适宜生长磷质量浓度
为 0.4mg·L-1.两种沉水植物株高和根长增加量在磷质量浓度小于 0.2mg·L-1时 ,表现为轮叶黑藻大于穗花狐尾藻;当磷质量浓度大于 0.4
mg·L-1时 ,表现为穗花狐尾藻大于轮叶黑藻.实验结果表明 ,穗花狐尾藻比轮叶黑藻更能耐受高质量浓度的磷 ,并且两种沉水植物适宜生长的
磷质量浓度都高于目前富营养化湖泊水体中的磷质量浓度 ,也远高于湖泊富营养化的磷质量浓度标准(0.02mg·L-1).因此 ,单纯的磷质量浓
度并不是富营养化水体中沉水植物退化消亡的直接原因.
关键词:磷质量浓度;穗花狐尾藻;轮叶黑藻
文章编号:0253-2468(2009)01-118-06   中图分类号:X172   文献标识码:A
EffectofphosphorusconcentrationongrowthofMyriophylum spicatumand
HydrilaVerticilata
GUOJunxiu1, 2 , XUQiujin1 , JINXiangcan1, * , HUXuewen1 , LIHan1, 3
1.StateEnvironmentalProtectionKeyLaboratoryforLakePollutionControl/ ResearchCenterofLakeEco-environment, ChineseResearchAcademyof
EnvironmentalSciences, Beijing100012
2.ColegeofAgronomy, InnerMongoliaAgricultureUniversity, Huhhot010018
3.ChinaUniversityofMining&Technology(Beijing), Beijing100083
Received23March2008;   accepted26November2008
Abstract:Theefectofdiferentphosphorusnutritionconditions(0.02、 0.1、 0.2、 0.4、 0.8 mg·L-1)onthegrowthofthemacrophytesMyriophylum
spicatumandHydrilaVerticilatawasinvestigated.ThegrowthofHydrilaVerticilatawaspromotedwhentheconcentrationofphosphoruswas0.2
mg·L-1.Branch, height, androot-lengthalnotablyincreasedandweremaximizedundertheseconditions.ButforMyriophylumspicatum, theoptimal
concentrationofphosphoruswas0.4mg·L-1.At0.2mg·L-1 phosphorus, theheightandroot-lengthofHydrilaVerticilatawasgreaterthanthatof
Myriophyllumspicatum, whileat0.4mg·L-1 phosphorusthereversewastrue.TheresultsdemonstratethatMyriophylumspicatumcouldtoleratehigher
phosphorusconcentrationsthanHydrilaVerticilata.However, theoptimalphosphorusconcentrationsforthegrowthofbothMyriophylumspicatumand
HydrillaVerticilataexceedthephosphorusconcentrationsineutrophicwaterbodies.Sothe phosphorusconcentrationalonecannotdirectlycausethe
degradationofsubmersedmacrophytesineutrophicwaterbodies.
Keywords:phosphorusconcentration;Myriophylumspicatum;HydrillaVerticilata
1 引言(Introduction)
水体的富营养化问题已成为全球重大的水环
境问题之一.水生植物是湖泊生态系统中的初级生
产者 ,能够通过营养竞争 、抑制风浪和藻类 、促进营
养物质的沉积 、稳定沉积物 、降低湖水的营养盐含
量以及为水生动物提供觅食和庇护场所等(刘春光
等 , 2004;李文朝 , 1996),因此 ,水生植物是湖泊生
DOI :10.13671/j.hjkxxb.2009.01.011
1期 郭俊秀等:不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响
态系统结构和功能的重要组成部分.其中 ,沉水植
物因其根 、茎 、叶对水体中营养盐等污染物都能发
挥较好的吸收作用 ,是净化水体较为理想的水生植
物(王海珍等 , 2001;王超等 , 2004).沉水植物的生
长受多种因子的影响 ,如光照 、透明度 、pH、温度等
(Santamaría, 1998;Rooney, 2000;Irfanulah, 2004;刘
晓艳等 , 2004;Havens, 2004);水体中营养盐对沉水
植物的生长也起到重要作用.有报道提出 ,富营养
条件下沉水植物主要吸收水体中的营养物质 ,水体
中磷质量浓度与沉水植物的生长密切相关 (Short,
1987;Duare, 1990;Bulthuis, 1993).以往关于磷与沉
水植物的研究往往侧重于植物对底泥中磷的吸收
(金相灿等 , 2005),而关于水体中磷水平对常见沉
水植物生长影响方面的研究还没有系统的报道.
本实验选取轮叶黑藻(HydrilaVerticilata(L.f)
Royle)和穗花狐尾藻(MyriophylumspicatumL.)为
实验材料 ,研究了不同磷质量浓度对沉水植物轮叶
黑藻和穗花狐尾藻株高 、根长 、分枝数及植株干样
中磷含量的影响 ,试图比较两种沉水植物对不同磷
质量浓度的响应规律 ,以期为富营养化湖泊的沉水
植物修复与选择先锋物种提供理论依据.
2 材料与方法(Materialsandmethods)
2.1 供试材料
穗花狐尾藻和轮叶黑藻采自北京房山区拒马
河 ,取回后在温室预培养 1个月 ,选取生长良好 、长
势一致的 15cm顶枝做试验材料.
2.2 实验设计
营养液采用改良的 1/10倍的 Hoagland s溶
液 ,磷质量浓度按不同的实验组配成 0.02、 0.1、
0.2、0.4、0.8 mg·L-1 ,氨氮质量浓度为 0.2mg·L-1.
选取生长良好 、形状 、质量较为一致的长 15cm
的穗花狐尾藻和轮叶黑藻顶枝 ,移栽到装满石英砂
的培养杯中 ,每个培养杯中扦插 4株长势一致的植
物顶枝作为平行样.培养杯置于 10L无色玻璃缸
(20cm×20cm×30cm)中 ,每缸放培养杯 5个 ,培养
液 8.5L.玻璃缸中培养液的磷质量浓度分别设置
为:0.02、0.1、 0.2、0.4、0.8 mg·L-1.培养缸置于
1.5m×0.6m×0.4m的温控培养箱中 ,白天温度为
25℃,晚上温度为 20℃,光照强度为 3500lx,光暗比
为 14h∶10h,湿度为 70%.实验进行 28d,每隔 3d换
1次培养液.
2.3 取样与测试指标
实验开始每隔 7d从各处理的培养缸中取出 3
株植物 ,记录植物的株高 、根长 、根数 、分枝数.根长
和株高用直尺测量.
植株干样中磷含量测定:称磨细烘干的植物样
品(过 0.25 ~ 0.50mm筛)0.1 ~ 0.2g于消化管中 ,
加 5mL浓 H2SO4摇匀 ,放置过夜后消煮.消煮时逐
渐升温 ,至溶液全部呈棕黑色时 ,取下消煮管逐滴
加入 300g·L-1 H2O2 10滴 ,加热至微沸 10 ~ 20min,
再加入 H2O2 5 ~ 10滴 ,如此反复 2 ~ 3次 ,直至消煮
液呈清亮色 ,冷却 ,定容至 100mL,过滤.吸取消煮后
的过滤液 2 ~ 5mL于 50mL比色管中 ,采用钼銻抗比
色法(鲍士旦 , 2005)测定 ,单位 mg·g-1.
磷的相对增加率(R)=(实验 28d时植株磷含
量 -初始植株磷含量)/初始植株磷含量.
3 结果(Results)
图 1 不同磷质量浓度对沉水植物分枝能力的影响
Fig. 1   Efectofphosphorusconcentrationontilernumberof
macrophytes
3.1 不同磷质量浓度对沉水植物分枝数的影响
由图 1可见 ,不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和
轮叶黑藻分枝能力影响的动态变化趋势相同 ,均表
现为随着培养时间的延长分枝数逐渐升高 ,且实验
28d时分枝数都达到最大.实验 28d时穗花狐尾藻
各处理组分枝数大小为 0.4 mg·L-1 >0.2 mg·L-1
>0.1 mg·L-1 >0.8 mg·L-1 >0.02 mg·L-1 , 0.4
119
环  境  科  学  学  报 29卷
mg·L-1处理组与 0.02 mg·L-1处理组有明显差异
(p<0.05);轮叶黑藻各处理组分枝数大小为 0.2
mg·L-1 >0.4 mg·L-1 >0.8 mg·L-1 >0.1 mg·L-1
>0.02mg·L-1(p<0.05), 0.02mg·L-1处理组分枝
数明显低于其它处理组 ,说明低磷浓度对沉水植物
的分枝产生了一定的影响 ,但 0.2 mg·L-1和 0.4
mg·L-1处理组分别与 0.02mg·L-1处理组差异达显
著水平(p<0.05).由图 2显示 ,穗花狐尾藻随着磷
质量浓度的增加新增分枝数增加 ,在 0.4mg·L-1处
理组时表现出分枝上的显著优势 ,分枝数达到最
大 ,比 0.02mg·L-1处理组的平均分枝数高 2倍多 ,
0.8mg·L-1处理组较 0.4mg·L-1处理组有所降低;
轮叶黑藻在 0.2mg·L-1处理组时分枝数达到最大 ,
随着质量浓度的进一步增加 ,轮叶黑藻的分枝能力
呈下降趋势.实验结束时 ,除 0.02 mg·L-1外的各处
理组的新增分枝数均表现为穗花狐尾藻 >轮叶
黑藻.
图 2 不同磷质量浓度对 2种沉水植物新增分枝数影响的比较
Fig.2 Efectofphosphorusconcentrationonincreasedtilernumber
ofthetwomacrophytes
3.2 不同磷质量浓度对沉水植物株高的影响
不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻株
高影响的动态变化如图 3、表 2所示.穗花狐尾藻随
着培养时间的延长株高显著增加 ,实验第 21d时
0.4mg·L-1处理组与 0.8 mg·L-1处理组株高差异
达显著水平 ,实验第 28d时各处理组株高达到最大 ,
株高大小顺序为 0.4 mg·L-1 >0.2 mg·L-1 >0.1
mg·L-1 >0.8mg·L-1 >0.02mg·L-1.轮叶黑藻在实
验第 0 ~ 14d各处理组的株高随着培养时间的延长略
有增加 ,但各处理组增加幅度不显著 ,之后各处理组
株高均逐渐增加 ,实验 21d时 , 0.2 mg·L-1与 0.02mg
·L-1处理组差异达显著水平 ,实验 28d时各处理组株
高均达最大 ,各组株高大小顺序为 0.2mg·L-1 >0.1
mg·L-1 >0.4mg·L-1 >0.02mg·L-1 >0.8 mg·L-1.
图 3 不同磷质量浓度对沉水植物株高的影响
Fig.3 Efectofphosphorusconcentrationontheshootlengthof
themacrophytes
  实验结束时不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和
图 4 不同磷质量浓度对 2种沉水植物株高增加量影响的比较
Fig.4 Effectofphosphorusconcentrationonincreasedshootlengthof
thetwomacrophytes
轮叶黑藻株高增加量的影响见图 4.由图 4可知 ,在
小于 0.2mg·L-1磷质量浓度处理条件下 ,穗花狐尾
藻和轮叶黑藻株高增加量均随浓度的升高逐渐增
加 ,两种植物的株高增加量大小表现为轮叶黑藻 >
穗花狐尾藻(p<0.05),且轮叶黑藻株高增加量在
0.2 mg·L-1处理组时达到最大;0.4 mg·L-1处理组
时 ,两种植物株高增加量差异达显著水平 ,表现为
穗花狐尾藻 >轮叶黑藻 ,此浓度穗花狐尾藻株高增
120
1期 郭俊秀等:不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响
加量达到最大 ,而轮叶黑藻呈现了下降趋势;随着
质量浓度的进一步增加 ,穗花狐尾藻和轮叶黑藻的
株高增加量均呈下降趋势 ,但两者差异不显著.
3.3 不同磷质量浓度对沉水植物根长的影响
穗花狐尾藻和轮叶黑藻根长的动态变化见图
5.穗花狐尾藻随着培养时间的延长各处理组根长显
著增加 ,在实验第 28d时 ,各处理组根长顺序为 0.4
mg·L-1 >0.2 mg·L-1 >0.1 mg·L-1 >0.8 mg·L-1
>0.02 mg·L-1 , 且 0.4 mg·L-1处理组与 0.02
mg·L-1差异达到显著水平(p<0.05).轮叶黑藻各
处理组在实验第 0 ~ 14d根长逐渐增加 ,随后各处理
组略有增加 ,但增加幅度很小 ,整个实验期间各处
理组根长均无显著性差异.
图 5 不同磷质量浓度对沉水植物根长的影响
Fig. 5   Efectofphosphorusconcentration on rootlength
ofmacrophytes
  不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻根
长增加量的影响见图 6.由图 6可见 ,随着处理浓度
的增加穗花狐尾藻和轮叶黑藻根长增加量均表现
出先增加后降低的变化趋势 ,但是 ,两种植物对于
根系适宜生长的磷质量浓度又有所不同.穗花狐尾
藻在小于 0.4 mg·L-1处理时根长增加量随浓度的
增加显著升高 ,并在 0.4 mg·L-1处理组时达到最
大 ,与 0.02 mg·L-1处理差异达到显著水平 ,而在
0.8 mg·L-1浓度处理时根长增加量又呈现下降趋
势.轮叶黑藻根长增加量随着处理浓度的增加缓慢
上升 ,在 0.2 mg·L-1处理时达到最大 ,随着处理浓
度的进一步增加根长增加量下降.两种沉水植物在
不同磷质量浓度处理下 , 根长增加量小于 0.2
mg·L-1处理时表现为轮叶黑藻 >穗花狐尾藻 ,大于
0.4 mg·L-1处理时表现为穗花狐尾藻 >轮叶黑藻.
在 0.4 mg·L-1和 0.8 mg·L-1处理时穗花狐尾藻根
长增加量明显高于轮叶黑藻.
图 6 不同磷质量浓度对 2种沉水植物根长增加量影响的比较
Fig.6 Effectofphosphorusconcentrationonincreasedrootlengthof
thetwomacrophytes
3.4 不同磷质量浓度对沉水植物植株干样中磷含
量的影响
在不同磷质量浓度处理下分别培养轮叶黑藻
和穗花狐尾藻 28d,植物干样中磷含量变化如表 1
表 1 不同磷质量浓度对沉水植物干样中磷含量的影响
Table1 EfectofphosphorusconcentrationonPcontentsofthemacrophytes
处理组 穗花狐尾藻磷含量 /(mg·L-1) 相对增加率
轮叶黑藻
磷含量 /(mg·L-1) 相对增加率
0.02mg·L-1 0.7±0.2a 0.4 2.6±0.3a 0.3
0.1mg·L-1 0.7±0.1a 0.5 2.9±4.3a 0.4
0.2mg·L-1 1.3±0.1a 1.5 3.3±2.9a 0.6
0.4mg·L-1 3.0±0.1b 5.0 5.5±0.7b 1.6
0.8mg·L-1 4.2±1.2c 7.3 7.3±1.1c 2.5
  注:数据表示方式为平均值 ±标准差;同天数的不同字母表示 0.05水平上的差异显著
121
环  境  科  学  学  报 29卷
所示.随着磷营养水平的升高植株体内的磷含量均
显著升高 ,且 0.4 mg·L-1和 0.8 mg·L-1处理组之间
差异以及与其它处理组之间差异都分别达到显著
水平 ,在 0.8 mg·L-1处理时穗花狐尾藻和轮叶黑藻
植株干样中磷含量均达到最大 ,分别为植株体初始
磷含量的 8.3倍和 3.5倍.植株体中磷含量的相对
增加率穗花狐尾藻 >轮叶黑藻(p<0.05).
4 讨论(Discussion)
磷是 导 致 湖 泊 富 营 养 化 的 关 键 因 素
(Volenweider, 1976).在富营养化湖泊的治理过程
中 ,当外源磷输入得到有效控制后 ,湖内的生态恢
复是治理中的关键步骤 ,而重建水生植被是湖泊生
态恢复的重要举措之一.因此 ,了解沉水植物在不
同磷水平条件下的生长状况是实现水生植被恢复
的先决条件.本实验研究了穗花狐尾藻和轮叶黑藻
两种沉水植物各项生长指标对不同磷营养浓度的
响应规律.结果可以看出 ,穗花狐尾藻和轮叶黑藻
随着培养时间的延长各处理组分枝数增加.穗花狐
尾藻在实验结束时 ,新增分枝数在 0.4 mg·L-1处理
组时表现出分枝上的显著优势 ,新增分枝数明显高
于其它处理组 ,并与 0.02 mg·L-1处理组差异达显
著水平(p<0.05),表明 0.4mg·L-1处理组促进了
穗花狐尾藻的分枝 ,低于或高于此质量浓度都不利
于穗花狐尾藻的分枝;而轮叶黑藻在实验结束时 ,
0.2mg·L-1处理组分枝能力表现出最强 ,各处理组
新增分枝数的大小顺序为:0.2 mg·L-1 >0.4
mg·L-1 >0.8mg·L-1 >0.1 mg·L-1 >0.02 mg·L-1
(p<0.05).并且在实验结束时 ,除 0.02 mg·L-1外
的各处理组的新增分枝数均表现为穗花狐尾藻 >
轮叶黑藻.由此可以说明 ,穗花狐尾藻和轮叶黑藻
相比更能耐受高质量浓度的磷 ,同时也从另一个角
度证明了穗花狐尾藻比轮叶黑藻耐污 ,而轮叶黑藻
作为演替早期的水生植物 ,其生长的水质条件相对
较好 ,耐污能力不如穗花狐尾藻(严国安等 , 1997;
吴振斌 , 2003).
植物根系是活跃的吸收器官和合成器官 ,根的
生长状况和活力水平直接影响地上的生长状况.本
实验中两种沉水植物的株高和根长的生长状况变
化趋势基本类似 ,在实验结束时穗花狐尾藻和轮叶
黑藻的株高和根长增加量均呈先增加后降低的变
化趋势.在低于 0.2 mg·L-1处理组时 ,穗花狐尾藻
和轮叶黑藻株高和根长增加量随浓度的升高逐渐
增加 ,轮叶黑藻在 0.2 mg·L-1处理组时达到最大 ,
并且株高和根长增加量大小表现为轮叶黑藻 >穗
花狐尾藻;在 0.4 mg·L-1处理组时 ,穗花狐尾藻株
高和根长增加量达到最大 ,而轮叶黑藻则呈现下降
趋势;随着浓度的进一步增加 , 穗花狐尾藻和轮叶
黑藻的株高和根长增加量均逐渐降低 ,两种植物在
大于 0.4 mg·L-1处理组时株高和根长增加量表现
为穗花狐尾藻 >轮叶黑藻.说明 0.2 mg·L-1和 0.4
mg·L-1处理浓度分别是轮叶黑藻和穗花狐尾藻的
适宜生长浓度 ,进一步证明了穗花狐尾藻对水体中
磷的耐受性要好于轮叶黑藻.
从植株干样磷含量的变化看 ,穗花狐尾藻和轮
叶黑藻在实验所设的浓度范围内对磷的吸收量随
磷质量浓度的增加而增加 ,在 0.8 mg·L-1浓度处理
时磷含量均达到最大 ,分别为植株体初始磷含量的
8.3倍和 3.5倍.说明穗花狐尾藻和轮叶黑藻在本
实验所设磷质量浓度范围内对磷吸收量随水体磷
含量的增加而增加 ,并未表现出高磷质量浓度抑制
吸收的现象 ,表明单纯的磷质量浓度并未对穗花狐
尾藻和轮叶黑藻的吸收能力产生影响.
5 结论(Conclusions)
1)磷质量浓度为 0.2 mg·L-1是轮叶黑藻适宜
生长的磷质量浓度 , 表现为分枝数 、株高和根长均
显著增加且达到最大 ,而穗花狐尾藻的适宜生长磷
质量浓度为 0.4 mg·L-1.两种沉水植物株高和根长
增加量在磷质量浓度小于 0.2 mg·L-1时 ,表现为轮
叶黑藻 >穗花狐尾藻;当磷质量浓度大于 0.4
mg·L-1时 ,表现为穗花狐尾藻 >轮叶黑藻.表明穗
花狐尾藻比轮叶黑藻更能耐受高质量浓度的磷 ,在
水生植被恢复时 ,穗花狐尾藻可作为水体修复的先
锋植物.
2)目前富营养化水体的磷质量浓度一般是
0.02 ~ 0.15 mg·L-1之间(季耿善 , 2007),而本实验
条件下 ,穗花狐尾藻适宜生长的磷质量浓度为 0.4
mg·L-1 ,轮叶黑藻为 0.2 mg·L-1 ,且两种植物对磷
的吸收量随磷质量浓度的增加而增加 ,说明在富营
养化水体中 ,单纯磷质量浓度的增加并不是导致沉
水植物退化消亡的直接原因 ,水生植被的退化可能
还是由于富营养化导致水华爆发 ,引起透明度下
降 、溶解氧变化 、pH升高等多种理化指标变化导
致的.
122
1期 郭俊秀等:不同磷质量浓度对穗花狐尾藻和轮叶黑藻生长的影响
责任作者简介:金相灿(1945—), 男 ,研究员 , 中国环境科学
研究院湖泊生态环境创新基地首席科学家 ,国家环境保护湖
泊污染控制重点实验室主任 ,中国环境科学学会副理事长 ,
水环境分会会长.长期从事湖泊富营养化发生机制和控制技
术研究 , 发表文章上百篇 ,著作十余部.
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