全 文 ：富营养条件下水质对伊乐藻与菹草生物质腐烂速率的影响
谢林伸1，莫妙兴2 (1．深圳市环境科学研究院，广东深圳 518000;2．深圳市政府投资项目评审中心，广东深圳 518000)
摘要 ［目的］研究了不同水质对伊乐藻与菹草腐烂分解及释放体内营养盐的影响。［方法］在实验室条件下，模拟 2 种水草的自然腐
烂分解过程。［结果］伊乐藻和菹草在高氮、高磷水中腐烂得最为彻底;伊乐藻和菹草植物样含氮量在不同的水质中没有随着时间呈现
有规律的变化，在试验结束时 2种植物残余物的含氮量接近于原初样;伊乐藻与菹草植物样中磷的释放随时间呈现规律性的变化，且在
短时间内大量释放出组织内的磷，菹草释放磷的速率比伊乐藻快。［结论］时间为影响伊乐藻生物量消减、体内氮释放、磷释放与菹草体
内磷释放的显著性因素( P ＜0． 05)。氮为影响菹草生物量消减与体内氮释放的显著性因素( P ＜0． 05)。磷为影响伊乐藻体内氮释放的
显著性因素( P ＜0． 05)。
关键词 伊乐藻;菹草;腐烂;释放
中图分类号 S946 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611( 2012) 30 －14630 －03
Effects of Water Quality on Decomposition of Elodea nuttallii and Potamogetor crispus under Eutrophic Nutrient Condition
XIE Lin-shen et al ( Shenzhen Institute of Environmental Science，Shenzhen，Guangdong 518000)
Abstract ［Objective］The research aimed to study the effects of different water qualities on the decomposition of Elodea nuttallii and Pota-
mogetor crispus． ［Method］An indoor experiment was conducted． ［Result］Both two kinds of aquatic plants had a roughly decomposition in
water with high nitrogen and high phosphorus． The nitrogen content of both plants didn’t change regularly along with time． At the end of this
experiment，the nitrogen contents of both plants were close to the initial values． The phosphorus content of both plants decreased along with
time，especially in the initial time，and the degree of the phosphorus release of Elodea nuttallii was higher than that of Potamogetor crispus．
［Conclusion］Time had significant effect on the decomposition rate，the release of N and P of Elodea nuttallii，as well as the decomposition
rate of Potamogetor crispus． N-availability in water had significant effect on the decomposition rate and the release of N of Potamogetor crispu．
The effect of P availability in water on the release of N of Elodea nuttallii was significant．
Key words Elodea nuttallii; Potamogetor crispus; Decompositon; Release
作者简介 谢林伸( 1981 － ) ，男，内蒙古巴盟人，工程师，硕士，从事环
境规划与管理、水环境治理等方面的研究，E-mail: 11971424
@ qq． com。
收稿日期 2012-07-11
水中的氮、磷是引起水体富营养化的主要营养盐，也是
植物生长所需的大量元素。沉水植物在正常的生长情况下
可以作为水中氮、磷等营养盐的“源”与“汇”。“汇”的作用
可以用于控制富营养化的表现形式［1 －2］，而“源”的作用主要
表现为植物的腐烂分解和释放体内营养盐对水体造成二次
污染［3 －5］。已有研究表明，沉水植物体内氮、磷营养盐平均
含量居水生植物之首［6］，且沉水植物初期腐烂分解速度较
快［7］。由于现实中打捞沉水植物存在一定的困难，其在高温
季节的腐烂分解会增加水华暴发的可能性。所以，研究沉水
植物腐烂分解和体内营养盐的释放有利于更好地了解富营
养化的形成机理。
水生植物的腐烂分解与多种因素有关，如植物体的种类
和初始营养盐浓度、周围环境的温度、富营养化程度以及微
生物的分布等［8 －11］。水中营养盐浓度通常被认为是影响植
物腐烂的重要因素。不同植物在分解过程中营养盐含量的
变化存在明显差异。有些植物腐烂分解过程中组织内营养
盐释放到水体，而有些则继续固定周围环境中的营养
盐［9，12 －13］。因此，水生植物的腐烂分解机理尚未明确，仍需
进一步探索。笔者以伊乐藻与菹草为材料，在实验室条件下
模拟沉水植物的自然腐烂分解过程，研究不同水质对沉水植
物腐烂和释放氮、磷营养盐的影响，以期探讨富营养化条件
下影响沉水植物生物质腐烂分解和营养盐释放的主要原因。
1 材料与方法
1． 1 植物材料 所选用的试验材料为沉水植物伊乐藻(Elo-
dea nuttallii)与菹草(Potamogetor crispus) ，采自镇江水草培养
基地与南京江心洲。伊乐藻初始含氮量、含磷量分别为
2. 45%、1． 42%;菹草初始含氮量、含磷量分别为 4. 12%、
1. 05%。
1． 2 培养液 采用氮磷比、氮浓度来表征不同富营养化水
体的特征。总氮为 NH4NO3(G1、G2处理浓度为 2． 86 mg /L，
G3、G4处理浓度为 14． 29 mg /L) ，总磷为 KH2PO4(G1、G2 处
理浓度为 0． 44 mg /L，G3、G4 处理浓度为 4． 40 mg /L) ，其他
营养盐浓度按照 1 /40的 Hoagland溶液的配方配制。各处理
的水质情况见表 1。
表 1 各处理组的水质参数 mg /L
处理组 氮浓度 磷浓度
G1 5． 0 1． 0
G2 5． 0 0． 1
G3 1． 0 1． 0
G4 1． 0 0． 1
1． 3 底泥 供试底泥采集自于长江边(南京段)底泥全氮约
0． 07%，全磷 0. 06%，有机质 2． 4%。
1． 4 试验设计与装置 每个塑料桶内加入底泥(厚 2 cm)
后，依次加入不同营养盐浓度的培养液。设 4 个处理:①
HN/HP，5． 0 mg /L总氮，1． 0 mg /L磷;②HN/LP，5． 0 mg /L总
氮，0． 1 mg /L磷;③LN /HP，1． 0 mg /L 总氮，1． 0 mg /L 磷;④
LN /LP，1． 0 mg /L总氮，0． 1 mg /L磷。把植物样采集回来后
洗净、烘干，然后用20 cm ×20 cm的100目尼龙筛绢包裹2． 5
g植株样，依次做好标记，悬挂于绳子上，放入塑料水桶，加
盖。试验设 2个平行样。每 7 d更换一次营养液，以免水质
波动过大。试验期间 pH保持在 7． 0 ～ 7． 5。每隔 15 d取植
物样，测定残余样品中含氮量与含磷量。试验装置见图 1。
责任编辑 刘月娟 责任校对 卢瑶安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2012，40(30):14630 － 14632
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2012.30.097
图 1 试验装置
1． 5 监测指标和方法 测量指标为植物干重、植物体内含
氮量和含磷量。植株含氮(磷)量为植物体内氮(磷)营养盐
占干物质的百分数。植物含氮量采用 H2SO4-H2O2 消煮，过
硫酸钾氧化吸光光度法测定［14］;植物含磷量采用 H2SO4-
H2O2 消煮，1，2，4-氨基萘酚磺酸比色法测定
［15］。
腐烂分解率为:
Wt =Woe
－ kt
式中，Wo 为初始干重;t为时间;Wt 为经过时间 t后的干重;k
为腐烂常数。通过计算 k，得出同种水草在不同水质中的腐
烂分解情况。
2 结果与分析
2． 1 水质对沉水植物生物质消减的影响 由图 2、3 可知，
伊乐藻与菹草植物样生物量随时间消减，植物样的生物量在
试验开始 30 d内大幅度减少，而后削减速度减缓。在大部分
时间里，伊乐藻的腐烂分解速度高于菹草。这与 2种水草的
生物特性有关。伊乐藻在不同水质中的腐烂常数为 0． 021 ～
0． 028，在高氮、高磷的水质中腐烂分解得最彻底(k =
0. 027)。伊乐藻生物量在试验第 30 天已经减少了 71． 3%，
而其他处理生物量减少了 57% ～ 63%。菹草在不同水质中
的腐烂常数为 0． 016 ～ 0． 024，在高氮、高磷的水质中前期腐
烂分解速度较慢，后期腐烂分解得最为彻底(k = 0． 024)。2
种水草的植物样在低氮、低磷的水质中腐烂分解得较缓慢，
尤其是菹草(k = 0． 016) ，在第 45 天菹草残余生物量为
49. 3%，而高氮、高磷处理植物样残余生物量为 24． 5%。4个
处理的伊乐藻和菹草的残余生物量具有 0. 01 水平显著差
异。对试验结果进行三因素(时间、水中氮浓度、水中磷浓
度)方差分析，得出时间为影响伊乐藻生物量消减的 0. 01水
平显著性因素，水中氮浓度为影响菹草生物量消减的 0. 01
水平显著性因素。
2． 2 水质对沉水植物释放氮的影响 由图 4、5 可知，各处
理伊乐藻和菹草体内含氮量随时间呈波浪状起伏，没有随着
时间的延长而逐渐下降，有时表现为氮的固定，有时表现为
氮的净损失，在试验结束时的残余样品中 2种植物残余物的
氮含量接近于原初样。对试验结果进行方差分析，得出时间
和水中磷浓度为影响伊乐藻含氮量的 0. 05 水平显著性因
素，水中氮浓度为菹草含氮量的 0. 05水平显著性因素。
2． 3 水质对沉水植物释放磷的影响 由图 6、7 可知，伊乐
图 2 伊乐藻生物量的消减曲线
图 3 菹草生物量的消减曲线
图 4 伊乐藻含氮量的变化
图 5 菹草含氮量的变化
藻与菹草植物样中磷的释放随时间呈现规律性的变化。菹
草释放磷的速率比伊乐藻快，菹草含磷量在试验开始 75 d就
达到一个很低的水平，而伊乐藻则需要 90 d的时间。4个处
理伊乐藻和菹草的含磷量间差异在 0. 01 水平显著。对试验
结果进行方差分析，得出时间是影响 2种水草含磷量的 0. 05
水平显著性因素。
从图 6还可以看出，各处理伊乐藻体内含磷量在试验初
期(前 15 d)急剧减少，由 1． 4%减少到 0． 5%以下，LN /LP处
1364140 卷 30 期 谢林伸等 富营养条件下水质对伊乐藻与菹草生物质腐烂速率的影响
理植物样在 45 d前相对其他处理释放磷的速率较慢，然后释
放速率加快，而 HN/HP处理植物样含磷量在试验初期下降
得最快，其后下降速率减缓。从图 7 还可以看出，菹草体内
含磷量在试验初期下降到 0． 55%以下。在低氮、低磷水中，
植株含磷量在前 30 d下降较快，试验后期下降速率减缓，而
在高氮、高磷水中，植株含磷量在试验期间下降速率较快，试
验结束时植株内磷素已基本释放到水中。
图 6 伊乐藻含磷量的变化
图 7 菹草含磷量的变化
3 结论与讨论
研究表明，各处理伊乐藻与菹草的残余生物量和含磷量
具有显著性差别。由方差分析结果可知，时间对伊乐藻生物
量的腐烂分解及体内营养盐的释放影响最为显著，其次为水
中磷浓度。但是，对于菹草，结果截然不同。氮为影响菹草
生物量消减与体内氮营养盐释放的主要因素，其次为时间的
影响，水中磷浓度对菹草的影响不显著，表明不同水质对同
种植物的腐烂分解与体内营养盐的释放有不同的影响，而不
同种类植物在同样的水质下也有不同的反应。
在植物的腐烂分解过程中，残体物质主要通过可溶成分
的释放、难溶成分的微生物氧化、物理碎屑及生物碎屑的形
成 3种方式进入水体。在试验开始的第 1 个月内，2 种水草
生物量大幅度减少。这主要是因为植物样中可溶成分在试
验初期快速地释放到水中。试验中，伊乐藻与菹草在高氮、
高磷水中腐烂分解得最为彻底，在低氮、低磷水中 2 种水草
的生物质腐烂速度较慢。以往的研究表明，微生物对植物的
腐烂分解起着十分重要的作用。有研究表明，植物的分解速
率与微生物的生物量呈正相关，而微生物对植物体进行的分
解活动所需营养物质通常超过植物体所能提供的［9，13，16］，所以
在富营养化的条件下植物的腐烂分解会比贫营养化水体快。
伊乐藻和菹草植物样含氮量没有随着时间呈现有规律
的变化或出现明显的下降。这种氮的变化过程显示了不同
的氮动力学过程。植物体内物质组成的差异以及各类物质
分解的难易程度可能是造成在腐烂分解过程中氮释放特征
差异的主要原因。Torretan等在研究不同植物体腐烂分解过
程中也发现了类似的现象，并认为这是由不同植物体本身化
学结构差异所致［17］。伊乐藻与菹草植物样中磷的释放远远
超前于氮。这是因为植物体内的磷主要存在于一些生物活
性物质中。这些物质易于分解，可优先释放出磷。比较难以
分解的结构物质纤维素、多糖等不含磷。所以，在种植沉水
植物的水域中，要注意水草的收割，以免水草的腐烂而造成
水中磷含量的瞬时升高。伊乐藻和菹草植株在腐烂过程中
氮和磷的动力学过程间接解释了在试验中经常发现的现象，
即当植物开始进入衰亡期，水中的磷营养盐浓度会迅速大量
上升，但是氮盐的波动缓慢，上升幅度也较小。
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