全 文 ：第 2期
收稿日期：2008-09-10；修回 2009－10－15
基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07101, 2009ZX07101);国家高技术研究发展计划项目(2005AA60101005);国家重点基础研究
发展计划项目(2008CB418200)
作者简介：包裕尉(1984-)，男，硕士，主要从事污水处理方向，(手机)15158418101(电子信箱)baoyuwei@tom.com；*通讯作者，研究员,主要从事水环
境生态修复，(电话)010-84915185(电子信箱)jinxiangcan2004@163.com。
Abstract：Myriophyllum spicatum which was killed and cut into small section in length of 0.5~1cm was soaked in water
beaker adding chloroforms in artificial climate room at temperature of 5℃, aiming to investigate the influence of illumina－
tion and dissolved oxygen (DO) on pollutant release resulted from the dissolved plant tissues. Average release of TN con－
centration under aeration conditions was 3.33mg/L, 6.39% higher than the non-aeration group. Average release of TP
concentration was 15.07mg/L, 50% lower than the non-aeration group. Average COD concentration releasing amount was
66.83mg/L, which was more than 2 times of non-aeration group. Aeration suppressed the release of nitrate. Under mixing
functions, the abundant collision and keeping in touch of plant residue and aqueous solution accelerated nitrogen and car－
bon of plant residue transfer into water, resulted in rising of TN, ammonia nitrogen, organic nitrogen and COD. Aeration
suppressed the release of nitrate, TP, dissolving total phosphorus and dissolving inorganic phosphorus. Average TN con－
centration of illumination group was 3.13mg/L, which was 1.24 times of group without illumination. TP concentration of
30.53mg/L in illumination group was 3.28times of the group without illumination. COD concentration of 32.51mg/L was
2.46 times of the group without illumination. The illumination had promoted the release of TN, NH3-N, NO3-N, TP, DTP,
DIP and C of Myriophyllum spicatum, but had suppressed the release of Org-N.
Key words：Myriophyllum spicatum; dissolved oxygen (DO); light; nutrient; release
溶解氧和光照对狐尾藻衰亡释放氮磷碳的影响
包裕尉 1,2, 卢少勇 2, 司静 2,3, 梁丽丽 2,3, 金相灿 2, 陈雷 1
（1.吉林建筑工程学院环境工程系,吉林 长春 130012；
2.中国环境科学研究院湖泊环境研究中心国家环境保护湖泊污染控制重点实验室,北京 100012；
3.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083）
摘 要：将杀青后的狐尾藻(Myriophyllum spicatum)切成 0.5~1cm段浸泡于添加氯仿(抑制微生物活性)的装水烧杯中，置于人工气候
箱(温度为 5℃)，考察光照和溶解氧对因植物组织溶解而导致的氮磷碳释放的影响。研究结果表明曝气组总氮释放量平均 3.33mg/L，比不
曝气组高 6.39%。总磷释放量平均 15.07mg/L，比不曝气组低 50%以上。COD平均释放量 66.83mg/L，为不曝气组 2倍以上。（1）曝气抑制
了硝氮释放。在搅拌作用下，植物残体和水溶液充分碰撞与接触，加速植物残体中氮和碳向水中转化，导致曝气组总氮、氨氮、有机氮和
COD升高。曝气组植物残体破碎导致表面积增加对磷吸收的促进程度强于对附着作用的降低以及植物残体磷释放作用的增加，综合作用
下导致水中磷浓度降低。曝气抑制了硝氮、总磷、溶解性总磷和溶解性无机磷释放。（2）有光照组总氮、总磷和 COD平均浓度分别为 3.13,
30.53和 32.51mg/L，分别为无光照组的 1.24, 3.28和 2.46倍。光照促进狐尾藻总氮、氨氮、硝氮、总磷、溶解性总磷、溶解性无机磷及碳的释
放，但抑制有机氮释放。
关键词：狐尾藻；溶解氧；光照；营养物；释放
中图分类号：X171 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2010.02.002 文章编号：1003-6504(2010)02-0005-05
Effect of Dissolved Oxygen and Illumination on Nitrogen, Phosphorus
and Carbon Release of Myriophyllum spicatum
BAO Yu-wei1, 2, LU Shao-yong2, SI Jing2, 3, LIANG Li-li2, 3, JIN Xiang-can2, CHEN Lei1
(1.Department of Environment Engineering, Jilin Architectural and Civil Engineering Institute, Changchun 130012, China;
2.State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control, Research Centre of Lake Environment, Chinese
Academy of Environment Sciences, Beiijng 100012, China; 3.School of Civil and Environmental Engineering, University of
Science and Technology Beijing, Beijing100083, China)
Environmental Science & Technology
第 33卷 第 2期
2010年 2月
Vol.33 No.2
Feb. 2010
第 33卷
TN(mg/g) TP(mg/g) 含水率(%)
0.60±0.12 0.25±0.04 91.00
表 2 狐尾藻的理化性质
Table 2 Physical and chemical properties of Myriophyllum
verticillatum
定期取样，每次采样后均用蒸馏水补水到原液
面。采用标准方法[4]分析总氮(TN)、硝氮(NO3--N)、氨
氮(NH3-N)、总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)和溶解性无
机磷(DIP)取样时间为第 0、8、36、96和 240 小时，其
中第 36，96小时只测定 TN和 TP。实验过程中 pH值
保持在 6.2~8.0。测定方法参考文献[14-15]。由于亚硝氮
含量很低，有机氮(Org-N)等于 TN 扣除 NO3--N 和
NH3-N。
2 结果与讨论
狐尾藻的理化性质如表 2。
图 1(a)~图 1(d)为系统中水的 TN,NH3-N,NO3--N,
Org-N的浓度－时间变化曲线，图 2(a)~图 2(c)为系统
中水的 TP,DTP,DIP的浓度-时间变化曲线，图 3为
系统中水的 COD的浓度－时间变化曲线。
2.1 溶解氧对狐尾藻氮、磷和碳释放的影响
2.1.1 对氮释放的影响
曝气对 TN,NH3-N,NO3--N,Org-N 在狐尾藻衰
亡过程中累积释放的影响见图 1(a)(b)(c)(d)。
（1）曝气组 TN释放量除在第 96小时低于不曝
气组外，在 8，36，240小时均高于不曝气组，在第 240
小时出现最大值，为 3.46mg/L，平均为 3.33mg/L，比
不曝气组高 0.20mg/L(图 1(a))。（2）曝气促进 NH3-N
释放，曝气组平均 NH3-N 释放量为 1.63mg/L，比不
曝气组高 0.16mg/L(图 1(b))。（3）曝气组平均 Org-N
释放量为 1.76mg/L，比不曝气组高 0.61mg/L(图 1d))。
我国湖泊众多，主要淡水湖泊除了处于人烟稀
少地区和原始状态的部分湖泊外，其营养盐水平基
本具备富营养化发生条件或基础，许多大型湖泊，如
长江流域的太湖、滇池、巢湖、鄱阳湖和洞庭湖等，都
已处于富营养或重富营养状态[1-2]，水体富营养化已
成为我国突出环境问题之一。水生生物是水体食物
链的重要基础，对水体理化环境有重要作用，在维持
水生态系统结构和功能及生物多样性方面起关键作
用[3-4]。但在气候寒冷、生物活动较弱的冬季，由于大
量动植物残体仍存在水体中，不可避免会造成营养
物释放，产生二次污染[5-10]。周俊丽等[5]研究认为藨草
茎的分解速率大于藨草根的，高潮滩的藨草的分解
释放速率大于堤内藨草的；卢少勇等[4]通过对昆明某
人工湿地中的茭草芦苇和水葫芦的浸泡实验研究发
现在停留时间为 5d, 水力负荷为 8.7cm/d，TN、TP和
COD负荷为 1.52，0.11，13.7g /(m2·d)条件下，植物组
织释放 N，P，COD的量分别占去除负荷的 29%，20%
和 38%。对于进水负荷较低的人工湿地，收割植物可
以改善湿地低效率时期的处理效率。Pérz-Martínez
等研究了水蚤的氮和磷释放率，潘宏凯等(2006)研
究了太湖春季浮游动物的磷释放，梅粱湾和五里湖
浮游动物的PO43--P 释放率的范围分别为 0.20~0.43
mg/(g(DW)·h)和 0.19~0.54mg/(g(DW)·h)。Kalburtji
等研究了莲藕营养物释放与土壤 pH值及土壤氮水
平的关系，发现氮的施加导致了中性土壤中的磷、钠
和钙的释放，而降低了酸性土壤中的钙的释放[11-13]。
实际环境中植物残体腐烂导致碳、氮和磷的释放
过程必然经历光照有明显差异的白天和夜间时段。光
照是地球上所有生物得以生存和繁衍的最基本的能
量源泉，光照是否对植物残体的溶出释放有影响值得
探讨。
目前国内关于温度对沉水植物生长方面的研究
较多[9]，但对于光照和温度等环境因素对植物衰亡过
程中氮和磷释放的影响却鲜有研究，本试验旨在通过
浸泡模拟试验来考察光照和溶解氧对植物衰亡过程
中的碳、氮和磷释放的影响。
1 材料与方法
从北京市房山区十渡采集狐尾藻(Myriophyllum
spicatum)，在室内培养一段时间后，取狐尾藻的茎叶，
切成 0.5~1cm段。均匀称取 5份，每份 10.0g，在 105℃
烘箱中杀青 30min。然后将其置于 1L烧杯中，同时设
置空白组 2组，分别为加抑制剂和不加抑制剂。添加
的抑制剂为氯仿 2滴(旨在抑制试验过程中的微生物
的活性)。加蒸馏水 0.8L，置于生化培养箱中，具体实
验条件见表 1，采用花鸟市场常用的小型气泵进行曝
气，曝气强度可在第 8h使溶液中的溶解氧达饱和状
态。设定温度为 5℃，光强为 25μmol/(m2·s)。
编号 1# 2# 3#
植物 狐尾藻 狐尾藻 狐尾藻
抑制剂 加抑制剂 加抑制剂 加抑制剂
环境条件 光照，不曝气 光照，曝气 无光照，不曝气
表 1 实验条件
Table 1 Experimental conditions
6
第 2期
（4）曝气抑制 NO3--N释放，曝气组平均 NO3--N释放
量为 0.28mg/L，比不曝气组高 0.13mg/L(图 1(c))。
曝气促进了 TN,NH3-N 和 Org-N 释放，抑制
NO3--N释放，因为曝气具有充氧和搅拌作用。充氧利
于氨氮向硝氮转化，但低温和添加抑制剂抑制了硝化
和反硝化作用。
在搅拌作用下，植物残体和水溶液的充分碰撞与
接触，加速植物残体中氮向水中转化，导致曝气组
Org-N,NH3-N和 TN浓度升高。
2.1.2 对磷释放的影响
由图 2(a)(b)(c)分别可见曝气对 TP,DTP 和 DIP
在狐尾藻衰亡过程中释放的影响。（1）曝气组 TP平
均释放量为 15.07mg/L，比不曝气组低 15.46mg/L(图
2(a))。（2）曝气抑制了 DTP释放，曝气组平均 DTP释
放量为 7.86mg/L，比不曝气组低 2.48mg/L(图 2(b))。
（3）曝气抑制了 DIP的释放，曝气组平均 DIP释放量
为 5.80mg/L，比不曝气组低 2.73mg/L(图 2(c))。
曝气抑制了 TP,DTP和 DIP释放。因为曝气搅拌
不利于磷在杯周边的附着，低温和添加抑制剂不利于
水中磷转化，搅拌促进了植物组织破碎，一方面利于
磷向水中释放，另一方面增加了植物残体与水中磷的
接触面积，利于水柱中磷的降低[5]；曝气组植物残体
破碎导致表面积增加对磷吸收的促进程度强于对附
着作用的降低以及植物残体磷释放作用的增加，综合
作用下导致水中的磷浓度的降低。
2.1.3 对碳释放的影响
由图 3可见曝气对含碳物质在狐尾藻衰亡过程
中释放的影响。在不同条件下各水样的 COD的变化
均先降后升，在第 240小时出现最高值。整体上曝气
包裕尉，等 溶解氧和光照对狐尾藻衰亡释放氮磷碳的影响 7
第 33卷
组水中 COD释放量远大于不曝气组。曝气组平均
COD释放量 66.83mg/L，比不曝气组高 34.32mg/L。
整体上，曝气促进了狐尾藻释放 COD，这是因为
曝气充氧利于水中的 COD被氧化，而低温和添加抑制
剂导致碳氧化作用受抑制。在搅拌作用下，植物残体和
水溶液充分碰撞与接触，加速植物残体中的碳向水柱
中转化；综合作用下导致了曝气组 COD浓度升高。
2.2 光照对狐尾藻氮、磷和碳释放的影响
2.2.1 对氮释放的影响
由图 1 (a)(b)(c)(d) 分别可见光照对 TN,NH3-N,
NO3--N,Org-N 在狐尾藻衰亡过程中累积释放的影
响。
无光照组总氮释放量呈缓慢下降趋势，第 240小
时最低，为 1.68mg/L，而光照组 TN在第 96小时突
升，达整个过程最大值 (3.52mg/L)。无光照组水中
NH3-N释放量明显低于有光照组且下降较快，最低
0.32mg/L。NO3--N释放量在前 8个小时较大，最高
0.29mg/L，但随后速降。Org-N释放量则是无光照组
强于有光照组，最高 0.75mg/L。
有光照组 TN平均浓度 3.13mg/L，比无光照组高
0.60mg/L (图 1 (a))。有光照组 NO3--N 平均浓度
0.41mg/L，比无光照组高 0.20mg/L(图 1(b))。约为无光
照组的 2倍。有光照组 NH3-N平均浓度 1.47mg/L，比
无光照组高 0.49mg/L(图 1(c))。有光照组 Org-N平均
浓度 1.15mg/L，比无光照组低 0.29mg/L(图 1(d))。整
体上光照促进了 TN，NH3-N，NO3--N 释放，抑制
Org-N释放，因为在光照条件下，植物体中有机态氮
更难释放。
2.2.2 对磷释放的影响
由图 2(a)(b)(c)分别可见光照对 TP，DTP和 DIP
在狐尾藻衰亡中释放的影响。光照组水样中 TP释放
呈上升趋势，最高 3.30mg/L，而无光照组 TP呈下降
趋势，在第 8 和 240 小时间隔里基本不变，最低
0.32mg/L(图 2(a))。无光照组第 8小时 DTP释放量明
显高于不曝气组，分别为 0.81和 0.63mg/L(图 2(b))。
而在第 240小时则又远低于光照组的释放量，分别为
0.35和 0.068mg/L。DIP变化趋势和 DTP一致 (图 2
(c))。有光照组 TP平均值 30.53mg/L，比无光照组高
21.33mg/L。有光照组 TP浓度为无光照组的 3.28倍
(图 2(a))。有光照组 DTP平均值 10.34mg/L，比无光照
组高 1.11mg/L(图 2(b))。有光照组 DIP平均值 8.53
mg/L，比无光照组高 0.87mg/L(图 2(c))。光照促进 TP,
DTP和DIP释放，因为光照促进了植物体中磷的释放。
2.2.3 对碳释放的影响
由图 3可见光照对狐尾藻衰亡过程中释放碳的
影响。不同条件下水中 COD均先降后升，在第 240
小时出现最高值。无光照组 COD 释放量小于光照
组，最终浓度高于初始浓度，最高 26.57mg/L。因无光
照时水中含碳物质不易被转化。有光组 COD释放量
远大于无光组。有光组平均 DTP释放量 32.51mg/L，
比无光组高 19.29mg/L。有光组 COD浓度为无光组
的 2.46倍。光照促进 COD释放，因为光照促进植物
体中碳的释放。
3 结论
采用常见沉水植物狐尾藻进行为期 240h的浸泡
试验，加入抑制微生物的氯仿，在实验中各元素释放
变化的原因主要是物理化学因素。规律如下：
（1）曝气促进了 TN,NH3-N,Org-N和 COD释放。
在搅拌作用下植物残体和水溶液充分碰撞与接触，加
速植物残体中氮和碳向水体中转移。
（2）曝气抑制了 NO3--N,TP,DTP和 DIP释放。曝
气组植物残体破碎导致表面积增加，这对磷吸收的促
进程度强于附着作用的降低及植物残体磷释放作用
的增加，综合作用下导致水中磷浓度的降低。
（3）光照促进了狐尾藻的 TN,NH3-N, NO3--N,TP,
DTP,DIP及碳的释放，但抑制了 Org-N释放。
[参考文献]
[1] 刘健康.高级水生生物学[M]. 北京:科学出版社,1999.
Liu Jian -kang. Advanced Course of Hydrobiology [M].
Beijing: Science Press,1999. (in Chinese)
[2] 宋碧玉,曹明,谢平. 沉水植被的重建与消失对原生动物群
落结构和生物多样性的影响[J].生态学报,2000,20(2):270-
276.
Song Bi-yu, Cao Ming, Xie Ping. The effects of restoration
and disappearance of submerged macrophytes upon the
structure and biodiversity of protozoan community[J]. Acta
Ecologica Sinica, 2000, 20(2): 270-276. (in Chinese)
[3] 高健,罗青,李刚.溶氧、温度、氮和磷对菹草(Potamogetoncris－
pus L.)冬芽萌发及生长的影响[J]. 武汉大学学报(理学版),
2005, 51(4): 512-515
Gao Jian, Luo Qing, Li Gang, et al. Effect of dissolved oxy－
8
第 2期
gen, temperature, nitrogen and phosphorus on germination of
turion and seedling growth of Potamogeton crispus L [J].
Journal of Wuhan University (Science Edition), 2005, 51(4):
512-515. (in Chinese)
[4] 卢少勇, 张彭义, 余刚, 等. 茭草、芦苇和水葫芦的污染物
释放规律研究[J]. 中国环境科学, 2005, 25(5):554-557.
Lu Shao-yong, Zhang Peng-yi, Yu Gang, et al. The con－
taminants release rule of Zizania caduciflora, Phragmites
austrails and Eichhornia crassipes [J]. Chinese Environ－
mental Science, 2005, 25(5):554-557. (in Chinese)
[5] 周俊丽, 吴莹, 张经, 等. 长江口潮滩先锋植物藨草腐烂分
解过程研究[J]. 海洋学, 2006, 24(1):44- 49.
Zhou Jun-li, Wu Ying, Zhang Jing, et al. Study on putre－
faction and decomposition process of Scirpus triqueter on
the Changjiang Estuary Tidal Flat[J]. Oceanography, 2006,
24(1):44-49. (in Chinese)
[6] Kr觟ger R, Holland M M, Moore M T, et al. Plant senescence:
A mechanism for nutrient release intemperate agricultural
wetlands[J]. Environmental Pollution, 2007, (146): 114-119.
[7] Baligar V C, Fageria N K, He Z L. Nutrient use efficiency
in plants[J]. Communications in Soil Science and Plant
Analysis, 2001(32):921-950.
[8] 胡雪峰, 陈振楼, 高效江, 等. 入冬水生高等植物的衰亡对
河流水质的影响[J]. 上海环境科学, 2001, 20(4):184-187.
Hu Xue-feng, Chen Zhen-lou, Gao Xiao-jiang, et al.Win－
ter decline of aquatic higher plants, the impact on river
water quality[J]. Shanghai Environmental Science, 2001, 20
(4):184-187. (in Chinese)
[9] 邢奕, 卢少勇, 胡小贞, 等. 三种沉水植物衰亡过程中的氮
磷释放规律[C].中国水环境污染控制与生态修复技术高
级研讨会论文集, 南京, 2007：62.
Xing Yi, Lu Shao-yong,Hu Xiao-zhen,et al. Nitrogen and
Phosphorus Release Rule of Three Submerged Plants in
Contabescence [C]. Essays of Symposium for Pollution
Control and Ecological Restoration Techniques of Water
Environments in China . Nanjing, 2007：62. (in Chinese)
[10] 成小英, 王国祥, 濮培民, 等. 冬季富营养化湖泊中水生植
物的恢复及净化作用[J]. 湖泊科学, 2002, 14(2):139-143.
Chen Xiao -ying, Wang Guo -xiang, Pu Pei -min, et al.
Restoration and purification of macrophytes in an eutrophic
lake during autumn and winter[J]. Journal of Lake Sci－
ence, 2002, 14(2):139-143. (in Chinese)
[11] Kalburtji KL, mamolos AP, Kostopoulou S. Nutrient release
from decomposing lotus corniculatus residues in relation to
soil pH and nitrogen levels[J]. Agriculture, Ecosystems and
Environment, 1997, (65):107-112.
[12] 潘宏凯, 杨桂军, 刘正文. 太湖春季浮游动物磷释放的初
步研究[J]. 湖泊科学, 2006,18(1):69-72.
Pan Hong-kai, Yang Gui-jun, Liu Zheng-wen. Phosphorus
release by zooplankton in Lake Taihu in spring[J]. Journal
of Lake Sciences, 2006,18(1):69-72. (in Chinese)
[13] Pérz-Martínez C, Gu lati R D. Species-specific N and P
release rates in Daphnia[J]. Hydrobiologia, 1999, 391:147-
155.
[14] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京:中国农业科学
技术出版社, 2000:1-338.
Lu Ru -kun. Analytic Method of Soil and Agricultural
Chemistry[M].Beijing: Agricultural Scientific and Technical
Press of China, 2000:1-338. (in Chinese)
[15] 国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会. 水和
废水监测分析方法[M]. 第 4版.北京:中国环境科学出版
社, 2002.
State Environmental Protection Administration of Water
and Wastewater Monitoring Analysis Method Editorial
Board. Monitoring and Analytical Method of Water and
Wastewater [M]. 4th edition. Beijing: Environmental and
Scientific Press of China, 2002.
包裕尉，等 溶解氧和光照对狐尾藻衰亡释放氮磷碳的影响 9