全 文 ：生态环境学报 2011, 20(6-7): 1086-1091 http://www.jeesci.com
Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com
基金项目：江苏省科技计划社会发展项目（BE2009603）；国家水专项巢湖项目（2008ZX07103-005-4）
作者简介：柏祥（1984 年生），男，博士研究生，主要从事水土资源利用与环境方面的研究。E-mail: baix04@163.com
收稿日期：2011-05-07
不同水深条件下狐尾藻生长对沉积物氮磷的影响
柏祥 1,2，陈开宁 1*，任奎晓 1，黄蔚 1，陈效民 2，杨华 3

1. 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室，江苏 南京 210008；
2. 南京农业大学资源与环境科学学院，江苏 南京 210095；3. 巢湖市环境监察支队，安徽 巢湖 238000

摘要：采用巢湖原位试验研究了 80、160 和 240 cm 3 个水深条件下生长的沉水植物狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)对沉积
物和间隙水中氮磷的影响。结果表明，狐尾藻的株高和生物量随着水深的增加总体呈下降趋势，并且其差异随着生长期的延
长而加大，水深为 240 cm 的条件下狐尾藻具有最小的株高和生物量，即 240 cm 的大水深条件不利于狐尾藻的个体形态构建；
而相对浅的水深条件(80 和 160 cm)则是其生长的较佳生境。狐尾藻的生长过程中能够通过根系吸收和根际环境的改变使沉
积物和间隙水中的氮磷含量明显下降，一定程度上降低了沉积物氮磷向上覆水体释放的风险，并且其抑制能力随着不同水深
条件下植株的长势不同而有所差异，即在植株生长良好的浅水条件下其对沉积物和间隙水中氮磷的抑制效果更佳。因此，较
浅的水环境有利于沉水植物的生长，同时还能充分发挥植物对沉积物氮磷的控释作用。
关键词：水深条件；狐尾藻；沉积物；氮；磷
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2011）06-07-1086-06
水生高等植物是水生生态系统的重要组成部
分，通过引种水生高等植物、重建水生植被来改善
水质，是湖泊生态修复的重要手段[1]。沉水植物作
为浅水湖泊的主要生物类群，对湖泊生态系统的物
质和能量循环及传递起着重要的调控作用，在湖泊
生态修复中扮演着重要的角色。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，而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[2]，但关于
沉水植物处于不同生长状态下的这些功能和作用
差异的研究较为薄弱，因此研究影响沉水植物生长
的环境因素对于充分发挥其在湖泊生态体系中的
功能具有重要的作用。水深波动是湖泊重要的水文
特征，对湖泊生态系统有着重要的影响，已有研究
表明，水深的变化是影响沉水植物生长和繁殖最重
要的生态因子之一[3]，因而控制湖泊水深以创造适
宜于沉水植物生长和繁殖的水深条件可大大加速
湖 泊 生 态 恢 复 的 进 程 。 狐 尾 藻 (Myriophyllum
spicatum L.)是小二仙草科(Haloragidaceae)多年生
沉水植物，因其具有适应性强、生物量积累较快和
耐污染能力较强等特点而成为水生植被恢复工程
中被优先考虑的先锋物种之一[4]。目前，有关影响
狐尾藻生长的环境要素的研究较多[2,5-7]，同时狐尾
藻生长对水体净化的研究也有所报道[8]，而关于在
不同水深条件下生长的狐尾藻对沉积物氮磷含量
影响的研究还鲜有报道。因此，本研究采用原位试
验的方法，研究了不同水深条件下生长的狐尾藻对
沉积物氮磷水平的影响，以期为认识不同环境条件
下生长水生植物的环境功能的差异提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本研究所用的狐尾藻取自巢湖，选取健康植
株整株带回巢湖水专项研究基地，在温室中培养
15 d，选取株高 15 cm(1.5 g)的植株作为试验材料。
试验所用沉积物取自巢湖，将沉积物取回后混匀，
装入直径 10 cm、高 7.5 cm 的种植槽中，沉积物
厚度为 5 cm，供试验植物栽培用，待用沉积物间
隙 水 中 NH4+-N 和 PO43—P 质 量 浓 度 分 别 为
(6.09±0.98) mg·L-1 和(0.276±0.012) mg·L-1，沉积物
TN 和 TP 质量分数分别为(1.13±0.52) mg·g-1 和
(0.493±0.102) mg·g-1，烧失量为(11.32%±2.07%）。
每槽种植植物 3 株。在湖中采用吊桶的方法分别
设置 80、160 和 240 cm 3 个水深梯度，每个桶内
放入 18 个种植槽。试验装置周围用渔网围拦起来
以防止水生动物等的取食等。每 5 d 对水体水质状
况进行测定分析，其结果列于表 1，试验开始时用
哈希水质分析仪对试验区水体温度(T)、pH、光强
(PAR)、溶解氧(DO)和 Eh 在水体中垂直分布进行
了测定，其结果见表 2。
1.2 试验方法
分别于 8 月 10 日、20 日和 30 日（即狐尾藻栽
种后的 10、20 和 30 d）对狐尾藻植株及其沉积物
DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2011.z1.005
柏祥等：不同水深条件下狐尾藻生长对沉积物氮磷的影响 1087
进行定期取样。每次每个水深条件下取出种植槽 6
个，其中 3 个(共 9 株)进行狐尾藻植株株高和生物
量的测定，另外 3 个则进行沉积物的取样。植株株
高和生物量分别采用直尺直接测量法(精确到 0.01
cm)和烘干称质量法(精确到 0.000 1 g)。沉积物则按
照 0∼1、1∼2、2∼3、3∼4、4∼5 cm 间隔进行分层，
将所取的沉积物经 5 000 r·min-1 离心 15 min 后获取
间隙水，测定其氨氮(NH4+-N)和磷酸盐(PO43--P)质
量浓度；离心后的沉积物进行自然风干，研磨过 100
目筛，测定其总氮(TN)和总磷(TP)。各项目测定采
用《湖泊富营养化调查规范》[9]中规定的方法进行。
1.3 数据分析
采用 Excel 2003 进行数据分析和制图。多重比
较采用 Duncan 法在 α=0.05 显著水平下对不同数据
间的差异进行检验比较。
2 结果与讨论
2.1 不同水深条件对狐尾藻生长的影响
图 1 为不同水深条件下狐尾藻的株高和生物量
的差异。从图 1 中可以看出，狐尾藻在不同的试验
处理下都能生长，30 d 的试验期内 80 和 160 cm 两
种水深条件下植株株高和生物量均有明显的增加，
30 d 时的株高分别比 10 d 时增加 70.59%和 81.40%，
生物量则分别增加 47.96%和 25.93%。240 cm 水深
条件下狐尾藻的株高仅增加 33.33%，生物量则在
20 d 后出现下降。同时 80 cm 水深条件下狐尾藻的
株高均低于 160 cm 水深条件下，但前者生物量则
高于后者；取样时也发现，80 cm 水深条件下狐尾
藻植株较为粗壮，而 160 cm 水深条件下其植株较
瘦弱。多重比较结果显示，狐尾藻在不同水深条件
下生长 10 d 后，其株高和生物量间的差异均不显
著，20 d 时 80 和 160 cm 水深条件下狐尾藻的株高
和生物量与 240 cm 下的差异均达到了显著水平
(p<0.05)，而 30 d 时不同水深间狐尾藻的株高和生
物量均达到了显著水平(p<0.05)。
水深条件是影响水生植物生长和分布的一个
重要限制因子，大水深增加了水中的光衰减强度。
对挺水植物而言，大水深条件影响植物组织结构的
支撑作用和水气关系[10]，而对沉水植物来说，大水
深条件通过对水中的光线和 CO2浓度的限制来影响
其生长[3]。沉水植物为了适应深水条件，会通过诸
如增加株高等的形态变化以及生理上的响应来适
应这种条件，增加株高的主要目的在于将叶片靠近
水面以获取更多的光能。但是在短期内大水深条件
影响水中的光照强度从而限制植物的光合作用，最
终导致植株的生物量下降，这与 Strand 和 Weisner[5]
的研究结果一致。160 cm 水深条件下狐尾藻的株高
虽然有所增加，但生物量却低于 80 cm，主要是水
体透明度不高，限制了 80 cm 以下的光通量，最终
通过限制光合作用的进行而影响了 160 cm 水深条
表 1 试验期间平均水质状况
Table 1 Average water quality during the experimental period
指标 pH ρ(CODMn)/ (mg·L-1) ρ(TN)/ (mg·L-1) ρ(NH4+-N)/ (mg·L-1) ρ(TP)/(mg·L-1) ρ(PO43--P)/(mg·L-1) ρ(N):ρ(P)
结果 9.12±1.24 4.77±1.32 0.984±0.127 0.108±0.035 0.027±0.09 0.01±0.001 36.44

表 2 试验开始时水体 T、pH、PAR、DO 和 Eh 的垂直差异
Table 2 Vertical difference of T, pH, PAR, DO and Eh in the experimental beginning
水深/cm T/℃ pH PAR/(μmol·m-2·s-1) ρ(DO)/( mg·L-1) Eh/mv
0 33.01±0.12 9.12±0.13 168.16±1.21 4.44±0.99 391±5.22
80 33.05±0.09 9.07±0.11 18.43±1.01 4.30±1.01 383±4.85
160 32.89±0.11 9.02±0.09 3.57±0.94 4.28±0.98 371±2.12
240 31.47±0.10 8.61±0.11 0 3.42±0.95 361±4.33























图中字母相同时表示差异不显著，不同时表示差异在 α=0.05 水平
下达到显著。多重比较在同一时间内的 3 个处理间进行
图 1 不同水深条件下狐尾藻的株高（上）和生物量（下）差异
Fig.1 Plant height (above) and biomass (below) differences of M.
spicatum in different water depth

b
a
a
a
a
a
cb
a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
h
(株
高
)/c
m
80cm
160cm
240cm
a
a
a ba
a
cba
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
10 20 30
时间/d
m
(生
物
量
)/g
1088 生态环境学报 第 20 卷第 6-7 期（2011 年 7 月）
件下狐尾藻的生长。
2.2 狐尾藻生长对沉积物间隙水中氮磷的影响
不同水深条件下生长的狐尾藻对沉积物间隙
水中 NH4+-N 和 PO43--P 质量浓度的影响如图 2 和图
3 所示。首先，在垂直方向上，NH4+-N 质量浓度总
体上随着沉积物深度的增加而逐渐升高（升高幅度
位于 36.24%~77.09%之间），主要原因是下层沉积
物的厌氧程度相对于上层要高，有利于厌氧微生物
的生存和生长，反硝化作用强烈；同时，下层沉积
物受到的扰动较小，不利于其向上覆水体扩散，也
是其 NH4+-N 质量浓度较高的原因。而 PO43--P 的质
量浓度在沉积物垂直分布上没有规律可循，这与范
成新等[11]的研究结果一致，即 PO43--P 质量浓度与
深度间没有明显的对应关系。其次，随着狐尾藻的
生长，沉积物间隙水中 NH4+-N 和 PO43--P 的质量浓
度都有所下降，30 d 时两者的平均质量浓度分别为
10 d 时的 37.78%和 53.71%，且下降幅度在不同的
水深间也表现出一定的差异，即其下降幅度随着水
深的增加而增大，10、20 与 30 d 时 80 和 160 cm
水深条件下对应沉积物中 NH4+-N 的平均质量浓度
分别为 240 cm 水深条件下的 82.66%和 86.56%、
69.02%和 81.86%、63.46%和 84.50%，PO43--P 则分
别为 56.96%和 80.37%、68.02%和 77.93%、51.25%
和 71.42%。
NH4+-N 在沉积物中通常以吸附态和游离态形
式存在，吸附态 NH4+-N 是湖泊沉积物全氮的主要
部分之一，可占全氮的 13%[12]。吸附于沉积物上的
NH4+-N 是间隙水中 NH4+-N 的主要来源，NH4+-N
作为生物可利用性氮的主要形态可以被沉水植被
吸收利用，因此通过种植沉水植物可以降低沉积物
间隙水中的 NH4+-N 质量浓度。同时，沉水植物生
长过程中可以通过根系向沉积物中释放氧气，改变
沉积物的氧化还原条件，并通过提高好氧微生物的
活性来增强其硝化能力，最终抑制沉积物中反硝化
作用的发生，加速氮素由 NH4+-N 向其它形态的转
化，本文的研究结果也表明，狐尾藻的生长能够明
显降低沉积物间隙水中的 NH4+-N 质量浓度，除根
系的直接吸收作用外，通过其向沉积物中释放氧气
来加速 NH4+-N 向其它形态的转化也是一个重要原
因；但是不同水深条件下狐尾藻的生长差异引起了














图 2 不同水深下生长的狐尾藻对沉积物间隙水中氨氮水平的影响
Fig.2 Effects of M. spicatum on ammonia level in interstitial water in different water depth















图 3 不同水深下生长的狐尾藻对沉积物间隙水中正磷酸态磷水平的影响
Fig.3 Effects of M. spicatum on phosphate level in interstitial water in different water depth
10d
0
1
2
3
4
5
6
3.0 4.0 5.0 6.0 7.0
ρ (NH4+-N)/(mg·L-1)
d
(深
度
)/c
m
80cm
160cm
240cm
20d
1.0 2.0 3.0 4.0
ρ (NH4+-N)/(mg·L-1)
30d
0.0 1.0 2.0 3.0
ρ (NH4+-N)/(mg·L-1)
10d
0
1
2
3
4
5
6
0.00 0.10 0.20 0.30
ρ (PO43--P)/(mg·L-1)
d
(深
度
)/c
m
80cm
160cm
240cm 20d
0.00 0.10 0.20 0.30
ρ (PO43--P)/(mg·L-1)
30d
0.00 0.10 0.20 0.30
ρ (PO43--P)/(mg·L-1)
柏祥等：不同水深条件下狐尾藻生长对沉积物氮磷的影响 1089
间隙水中的 NH4+-N 质量浓度的差异。另外，本研
究中狐尾藻在生长初期根系不是很发达的情况下，
沉积物下部间隙水中的 NH4+-N 质量浓度也有所减
低，这可能是由于根系的吸收作用导致上、下层间
隙水中的 NH4+-N 产生浓度差而通过分子扩散到上
层所致。这种沉水植物根系生长范围小，但影响范
围却较大的特性，对于污染湖泊沉积物疏浚深度的
确定和生态重建具有重要的意义[13]。狐尾藻的生长
对沉积物间隙水中 PO43--P 的影响不及 NH4+-N 明
显，其影响因素较多。一方面，沉水植物通过光合
作用放氧，提高了沉积物的氧化还原电位，引起 Fe2+
和 Mn2+向 Fe3+和 Mn4+的转化，与间隙水中的
PO43--P 结合形成难溶物而固定下来[14]，同时，沉水
植物生长引起水体 pH 由中性向碱性转变时，产出
的{Fe(OH)3}x 胶体可吸附游离性磷从而降低间隙水
中的 PO43--P 质量浓度。另一方面，沉水植物生长
为沉积物中微生物的生存创造了条件，后者对有机
磷的分解作用等可以导致草型湖区与深水湖区相
比沉积物间隙水中有更高的 PO43--P 质量浓度[15]。
张路等[16]的研究也表明沉水植物的消浪作用可减
弱水面的复氧能力，并减弱沉积物与间隙水的氧化
性，有助于沉积物中的铁磷等向溶解态磷的转化，
从而提高间隙水中溶解性 PO43--P 的质量浓度。本
研究中，沉积物间隙水中 PO43--P 质量浓度随着狐
尾藻的生长和水深的减小而有所降低，除植物本身
的直接吸收作用外，植物生长引起的沉积物理化环
境和微生物区系的变化可能也在其中扮演了重要
的角色。
2.3 狐尾藻生长对沉积物氮磷的影响
不同水深条件下狐尾藻生长过程中沉积物 TN
和 TP 质量分数在垂直分布上与深度间均没有明显
的对应关系(图 4 和图 5)，30 d 时 TN 和 TP 的平均
质量分数分别为 10 d 时的 96.50%和 93.50%，表明
植物的生长在一定程度上引起了沉积物中 TN 和 TP
质量分数的下降，但下降效果远不及间隙水中
NH4+-N 和 PO43--P 的明显。植物的生长状况也影响
到沉积物中 TN 和 TP 的变化趋势，即植物在浅水
条件生长良好的情况下引起沉积物中氮磷营养的
下降趋势更为明显，10、20 和 30 d 时 80 和 160 cm
水深条件下对应沉积物中 TN 的平均质量分数分别














图 4 不同水深下生长的狐尾藻对沉积物总氮水平的影响
Fig.4 Effects of M. spicatum on total nitrogen level in sediment in different water depth















图 5 不同水深下生长的狐尾藻对沉积物总磷水平的影响
Fig.5 Effects of M. spicatum on total phosphorus level in sediment in different water depth
10d
0
1
2
3
4
5
6
0.8 0.9 1.0 1.1
w (TN)/(mg·g-1)
d
(深
度
)/c
m
80cm
160cm
240cm
20d
0.8 0.9 1.0 1.1
w (TN)/(mg·g-1)
30d
0.8 0.9 1.0 1.1
w (TN)/(mg·g-1)
10d
0
1
2
3
4
5
6
0.3 0.4 0.5 0.6
w (TP)/(mg·g-1)
d
(深
度
)/c
m
80cm
160cm
240cm
20d
0.3 0.4 0.5 0.6
w (TP)/(mg·g-1)
30d
0.3 0.4 0.5 0.6
w (TP)/(mg·g-1)
1090 生态环境学报 第 20 卷第 6-7 期（2011 年 7 月）
为 240 cm 水深条件下的 93.45%和 99.10%、90.40%
和 99.52%、92.76%和 97.17%，TP 则分别为 88.37%
和 94.03%、96.90%和 90.52%、95.61%和 92.54%。
研究表明，水生植物的根系具有重要的吸收作用，
植物生长所需的氮磷等营养元素都可以通过根系
从沉积物中吸收获得[17]。根系的吸收是引起沉积物
中 TN 和 TP 质量分数下降的主要原因之一，同时
与间隙水中氮磷质量分数的变化相一致，根系生长
所引起的根际环境的变化也是导致 TN 和 TP 质量
分数下降的一个重要原因，如与根系伴生的微生物
和细菌等，其活动可以引起氮磷的转化，使沉积物
中的有机氮和磷等转化为可溶性的无机氮和磷酸
盐释放到间隙水中，然后通过植物的吸收和分子扩
散作用释放到上覆水体中来参与营养物质的循环
过程。
研究表明，间隙水中营养物的变化直接与沉积
物的内源负荷有直接的关系[11,18-19]，包先明等[20]的
研究表明，通过种植沉水植物，可以抑制沉积物中
的氮向上覆水体的释放，但对磷的影响作用不明
显。沉积物中氮磷的释放受到多种因素的影响和制
约，机制也各不相同，但普遍认为释放的物质向沉
积物表面扩散以及进入湖泊上覆水混合扩散的过
程，主要是由浓度差支配的[21]。通过前面的分析已
知，沉水植物的生长将会影响沉积物中氮磷的矿化
分解以及改变沉积物中的氧化还原电位，从而影响
沉积物中氮磷的释放；另外，沉水植物的生长过程
改变沉积物-水界面两边的浓度差，也影响着沉积物
中营养物质的释放。
3 结论
（1）水深条件对狐尾藻的生长产生了一定的
影响，本研究结果表明，巢湖东部湖区 80 cm 的浅
水条件有利于狐尾藻的生长，而 240 cm 的深水条
件通过影响水中的光通量等因素限制了狐尾藻的
生长。
（2）狐尾藻的生长能够通过根系的吸收和引起
根际环境的改变使沉积物中的氮磷水平降低，这在
一定程度上可以降低沉积物氮磷向上覆水体中释
放的风险，并且在狐尾藻长势良好的浅水条件下，
沉积物中的氮磷含量达到了较低水平。
（3）在以狐尾藻为主的沉水植物恢复过程中，
需要通过一定的水位调控措施来保证一定的浅水
环境以利于植物的生长，这样才能充分发挥其生态
功能，达到对沉积物中氮磷的控释目的。

致谢：在试验前期准备阶段和试验期间得到了柯
凡、徐宪根、范帆、肖友道、施娴等的大力帮助，
在此表示衷心感谢！
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Influence of Myriophyllum spicatum’s growth on nitrogen and phosphorus
in sediment in different water depth

BAI Xiang1,2, CHEN Kaining1*, REN Kuixiao2, HUANG Wei1, CHEN Xiaomin2, YANG Hua3
1. State Key Laboratory of Lake Science and Environment, Nanjing Institute of Geography & Limnology, Chinese Academy of Sciences,
Nanjing 210008, China;
2. College of Recourses and Environmental Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;
3. Environmental Monitoring Detachment of Chaohu City, Chaohu 238000, China

Abstract: In-situ experiments were carried out in Chaohu lake to investigate the influence of water depth on Myriophyllum spicatum
L as well as that on nitrogen and phosphorus characteristics in sediment and interstitial water. The results showed that plant height
and biomass of the studied plant decreased with increasing water depth on the whole, namely, the characteristics of plant height and
biomass are much better in water depth of 80 cm and 160 cm than that of 240 cm. Meanwhile, the nitrogen and phosphorus levels of
sediment and interstitial water decreased obviously during the growth of M. spicatum because of the root absorption and the change
of root zone environment. This function can reduce the risk of nitrogen and phosphorus releasing from sediment to overlying water,
which plays an important role in protecting lakes from eutrophication. And this function is associated with plant growth condition,
plant can inhibit nitrogen and phosphorus releasing more effectively with better growth condition and vice versa. In conclusion,
shallow water is favorable for the growth of M. spicatum, and makes full use of the functions in reducing nitrogen and phosphorus in
sediment and interstitial water.
Key words: water depth; Myriophyllum spicatum L.; sediment; nitrogen; phosphorus