全 文 ：文章编号:1674 － 5566(2012)01 － 0073 － 05
冬季苦草与伊乐藻对贡湖水源地水质净化效果研究
收稿日期:2011-03-18 修回日期:2011-06-13
基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大项目(2008ZX07101 － 012) ;上海市科学技术委员会重点科技攻关项目
(09391912000) ;上海市科学技术委员会应用基础研究项目(09DZ1200903) ;上海市水生生物学重点学科建设项目
(S30701) ;上海海洋大学博士启动基金(B － 8201 － 08 － 0285)
作者简介:王阳阳(1985—) ，女，硕士研究生，研究方向为水域环境生态修复研究。E-mail:wangyang0121@ hotmail． com
通讯作者:何培民，E-mail:pmhe@ shou． edu． cn
王阳阳
1，2，吴海龙
1，2，霍元子
1，2，曲宪成
1，2，陈群芳
1，2，何培民
1，2
(1．上海海洋大学 水产与生命学院，上海 201306;2． 上海海洋大学 水域环境生态上海高校工程研究中心，上海
201306)
摘 要:2009 年 11 月 5 日至 25 日在苏州太湖贡湖水源
地入湖河道东泾河内设置了 10 个大型路基围隔，栽植较
耐寒沉水植物苦草(Vallisneria spiralis)和伊乐藻(Elodea
canadensis) ，研究了其在冬季低温条件下的净水效果。
结果表明:(1)栽种沉水植物的围隔内氨氮、硝酸盐氮和
总氮浓度均显著低于实验前(P ＜ 0． 01) ，其中苦草实验
组氨氮、硝酸盐氮和总氮浓度分别为实验前的 78． 76%、
70． 20% 和 83． 42%，伊乐藻实验组分别为实验前的
81． 85%、72． 30%、75． 55%，苦草 +伊乐藻实验组分别为
实验前的 88． 80%、78． 80%、86． 21%，而空白对照组与围
隔外水质氮素浓度变化幅度较小，总氮浓度分别降低
37． 12%和 15． 87%;(2)苦草 +伊乐藻实验组对总磷和
CODMn的去除效率显著高于其他围隔(P ＜ 0． 01) ，分别为
86． 97%和 76． 16%;(3)经驯化后的苦草和伊乐藻在冬
季有较好的净化水质效果且净化效果为苦草 +伊乐藻 ＞
苦草 ＞伊乐藻，为冬季湖泊生态修复中沉水植被的恢复，
种类的选取及合理配置提供了理论依据。
研究亮点:沉水植被的恢复已成为现代水体
生态系统构建及生态修复工程中的关键技
术。在沉水植被的恢复中，由于大多数沉水
植物存在季节性的限制，在冬季低温条件下
表现出较低的生态特性。本研究表明经试验
基地耐寒性驯化的苦草和伊乐藻在冬季低温
条件下具有一定的氮磷吸收能力，其中两种
沉水植物搭配种植对富营养化河道水质具有
很好净化效果，一个月围隔内 NH4-N、NO3-
N、TN、TP、CODMn浓度均显著低于对照区和
实验前。采用野外原位围隔实验手段，较实
验室可控条件下的水生植物氮磷吸收特性研
究能更接近自然水体中的植物对水质的影
响。
关键词:苦草;伊乐藻;路基围隔;净化效果
中图分类号:P 342
文献标志码:A
近年来，富营养化已成为我国水域环境中最
为突出、最为普遍的问题之一［1］。国内外的研究
表明，营养元素特别是氮和磷的增多是引起蓝藻
水华的主要原因［2 － 3］。通过改变食物网结构达到
控制富营养化水体藻类数量成为新的研究热
点［4］。
贡湖水源地位于苏州市高新区西部临湖地
带，为苏州市白洋湾水厂和相城水厂提供原水。
受太湖富营养化和水污染的影响，近年来贡湖水
体氮磷浓度与藻类含量呈快速上升趋势，湖区水
生植被明显退化，水体自净能力下降。水生植被
恢复已经作为浅水富营养湖泊生态调控和内源
污染负荷控制的重要手段［5］，其中沉水植物更是
起到了不可替代的作用。段国华等［6］对大淀湖
及周边水系实施综合整治工程，合理选择大型水
生植物和水生动物并配合景观要素，取得了较好
的水质净化效果。然而由于受到水生植物种植
季节以及水生动物放养水温的限制，水质的长效
稳定还需建立更加完善的生态系统和进行长期
的维护。已有的对沉水植物净化效果的研究多
上 海 海 洋 大 学 学 报 21 卷
选择植物生长的室温条件，冬季寒冷季节沉水植
被的恢复效果相对较差，故对其净化效果的研究
较少。本实验选择沉水植物苦草和伊乐藻，经实
验基地驯化培养后对其在冬季低温条件下的净
水效果进行研究，为今后寒冷季节沉水植物恢复
工程中沉水植物的选择和合理配置提供理论依
据。
1 材料与方法
1． 1 研究区域与实验材料
实验设在苏州贡湖水源地入湖河道东泾河
内(图 1)。该河道水体污染较为严重，冬季水质
各项指标均较高，水质总体为Ⅳ类水，局部为Ⅴ
类。实验材料苦草、伊乐藻为 2009 年 9 月采自上
海临港实验基地的经驯化培养的耐寒种，实验围
隔以竹桩固定，以不透水的聚乙烯塑料薄膜封
闭，底部压至河道底泥中，围隔内为河道内河水。
图 1 实验区位置示意图
Fig． 1 Location of the experimental area
1． 2 实验设计
本实验共设 10 个 2 m × 3 m 的围隔，围隔设
置如图 2 所示，其中 A:苦草，B:伊乐藻，C:苦草 +
伊乐藻 ，D:空白对照，E :围隔外。实验在 2009
年 11 月 5 日开始，11 月 25 日结束，每隔 5 d采样
一次，监测水中营养盐浓度变化。实验水温低于
10 ℃。
图 2 围隔位置示意图
Fig． 2 Locations of the ten mesocosms
1． 3 监测项目与方法
在每个围隔采集表层水样(深度小于 0． 5
m) ，采集后立即用 0． 45 μm的滤膜进行现场减压
过滤，低温运回实验室进行硝酸盐氮(NO3-N)、氨
氮(NH4-N)的测定。其他指标 TP、TN、CODMn的
测定无需过滤水样，所有指标均按照国家地表水
质量标准 GB3838 － 2002 进行测定。
1． 4 数据分析与水质评价
根据监测数据，计算平均值、标准差，采用
SPSS 13． 0 软件中单因子方差(ANOVA)及
Duncan 多重比较对各实验结果进行差异显著性
检验和分析。
参照《国家地表水环境质量标准 GB 3838—
2002》对监测数据进行水质评价。
2 结果
2． 1 各围隔内与围隔外水体中氮浓度的变化情
况
图 3 －图 5 表明，栽种沉水植物的围隔内氨
氮、硝酸盐氮和总氮浓度均显著低于实验前(P ＜
0． 01) ，其中苦草围隔内分别降低为实验前的
78． 76%、70． 20%、83． 42%;伊乐藻围隔内分别
降低为实验前的 81． 85%、72． 30%、75． 55%、;苦
草 + 伊乐藻围隔内分别降低为实验前的
88． 80%、78． 80%、86． 21%。对氨氮和硝酸盐氮
的去除在实验的 5 ～ 10 d 效果较明显，而对总氮
的去除则在 20 d 后有较明显效果。空白对照组
与围隔外水质氮素浓度变化幅度较小，TN 浓度
分别降低 37． 12%和 15． 87%。实验第 5 天，苦草
与空白对照组，空白对照组与苦草 +伊乐藻混合
组之间氨氮浓度差异不显著(P ＞ 0． 05) ，三组有
沉水植物种植的实验组之间 TN浓度差异也不显
著(P ＞ 0． 05) ，而围隔外氨氮及 TN 浓度显著高
于其他实验组(P ＜ 0． 05) ;20 d 后，空白组与围
隔外氨氮及 TN 浓度显著高于其他实验组(P ＜
0． 05)。围隔外和空白对照组硝酸盐氮也呈现下
降趋势，但仍显著高于其他实验组(P ＜ 0． 05)。
2． 2 各围隔内与围隔外水体中 TP 浓度的变化
情况
图 6 表明，空白组与围隔外实验前后总磷浓
度变化不大，仅降低 29． 16%和 25． 25%。苦草围
隔内 TP较实验前降低 63． 60%，伊乐藻围隔内总
磷浓度较实验前降低 70． 63%，而两种植物混合
种植的围隔内总磷浓度降低 86． 97%，净化效率
显著高于其他围隔(P ＜ 0． 01) ，其中苦草 +伊乐
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1 期 王阳阳，等:冬季苦草与伊乐藻对贡湖水源地水质净化效果研究
藻实验组的 TP浓度在实验的各个阶段都显著低
于其他实验组(P ＜ 0． 05) ，苦草组与伊乐藻组差
异不显著(P ＞ 0． 05)。
图 3 各围隔及围隔外氨态氮浓度
Fig． 3 NH4-N concentrations of the inner
mesocosms and outer mesocosms
a、b、c、d代表同一时期不同处理间的显著性差异;标注字母
不同者之间表示存在显著差异(P ＜ 0． 05)。
图 4 各围隔及围隔外硝态氮浓度
Fig． 4 NO3-N concentrations of the inner
mesocosms and outer mesocosms
图 5 各围隔及围隔外总氮浓度
Fig． 5 TN concentrations of the inner
mesocosms and outer mesocosms
图 6 各围隔及围隔外总磷浓度
Fig． 6 TP concentrations of the inner
mesocosms and outer mesocosms
2． 3 各围隔内与围隔外水体中 CODMn浓度的变
化情况
图 7 显示，实验进行 5 d 时，各实验组之间
CODMn浓度差异不显著(P ＞ 0． 05) ，10 d 后，苦草
组显著低于其他实验组(P ＜ 0． 05)。苦草 +伊乐
藻混合种植的围隔与种植伊乐藻围隔内 CODMn
浓度降低速率相当，分别降低了 76． 16% 和
77． 08%，显著高于其他围隔(P ＜ 0． 01) ;苦草围
隔 CODMn浓度降低 68． 09%，空白组与围隔外相
比，CODMn浓度差异不大，且围隔外 CODMn浓度较
实验前未明显变化。
图 7 各围隔及围隔外 CODMn浓度
Fig． 7 CODMn concentrations of the inner
mesocosms and outer mesocosms
a、b、c、d代表同一时期不同处理间的显著性差异;标注字母
不同者之间表示存在显著差异(P ＜ 0． 05)。
3 讨论
本实验研究了低温条件下经耐寒性驯化培
养的苦草和伊乐藻对围隔内氮、磷等营养盐及
CODMn浓度变化的影响。结果表明低温季节，实
验苦草和伊乐藻对富营养化水体中的氨氮、硝
氮、总氮及总磷都有一定的去除能力，且去除率
高于对照组 80%左右，苦草对氮、磷的吸收能力
高于伊乐藻。有沉水植物栽培的围隔内 CODMn
浓度下降显著，可见在秋冬季节，此两种沉水植
物仍具有较高的改善水环境能力。
实验期间，水体的自净能力常常受到水流、
紫外线及浮游植物数量的影响。由于围隔外存
在一定的水体流动，对污染仍有一定的稀释作
用，这可能是围隔外水体营养盐浓度有小幅降低
的原因之一。恢复以沉水植物为主的水生植被，
可以有效地降低氮、磷营养盐的循环速度，控制
浮游植物过度增长。对苦草和伊乐藻野外生态
围隔沉水植物恢复试验发现，在植被恢复后围隔
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上 海 海 洋 大 学 学 报 21 卷
水体自净能力可大大加强［7］。吴振斌等［8］也通
过建立大型实验围隔系统对武汉东湖的富营养
化水体进行治理。结果表明，水生植物围隔
CODCr和 BOD一般分别为 20 mg /L和 51 mg /L左
右，对照围隔和太湖水体则分别约为 40 mg /L 和
10 mg /L。
本实验中沉水植物对总氮的去除效果较氨
氮和硝酸盐氮好，监测开始阶段(5 ～ 10 d) ，沉水
植物围隔内氨氮下降，这主要是因为水体中大部
分氨氮通过硝化作用和反硝化作用的连续反应
而去除［9］，这种反应过程会增加水体中的硝氮，
从而使总氮下降幅度变小。试验后期，植物对总
氮的吸收率逐渐高于氨氮，主要是由于随着氨氮
的下降并趋于稳定后，氨氮转变为硝氮的量减
少，植物开始以吸收硝酸盐氮为主，从而不断降
低水体中的总氮浓度。苦草和伊乐藻对硝氮的
去除效果也较明显。周婕和曾诚［10］研究表明，因
为水生植物优先吸收硝态氮，同时由于硝态氮是
氮循环中微生物等作用的直接底物，是最活跃的
氮形式，可以通过反硝化的过程被去除。对不同
形态氮的去除，不同研究得出了不同的结论，故
有待于进一步探讨。
在天然富营养化条件下，磷元素多因其易于
沉积而成为浮游植物生长的限制因子，也成为难
以去除的营养物质［11］。磷极易被底部基质吸附，
这可能是试验开始几天总磷浓度大幅度降低的
原因，但下降到一定值后也有少量磷会逐渐从地
质中被释放出来［12］。这与围隔内观测到的总磷
变化情况一致。富营养化水体的底泥或沉积物
中存在着一系列具有交换吸附能力的成分，这些
成分在金属、有毒有机物以及营养性污染物等的
迁移变化中，起着极为重要的作用［13 － 16］。通过
图表的比较可以看出苦草和伊乐藻对氮的去除
能力强于对磷的去除能力。已有的研究表明，植
物摄取对总磷的去除率只有 1% ～ 3%，微生物同
化作用为 50% ～ 65%，其余为物理作用、化学吸
附和沉淀作用。尽管植物对磷去除的直接贡献
不大，但研究表明，植物表面附着的微生物对磷
的同化作用其实间接来自植物的贡献，沉水植物
富集 TP的能力要好于挺水植物［17］。
苦草和伊乐藻混合栽植的围隔内相比其单
独栽植的围隔，水体营养盐浓度降低较快，说明
它们适合在水质净化工程中搭配种植。这可能
是因为不同的植物的净化优势不同，实验表明苦
草对 TN去除效率高于伊乐藻，而伊乐藻对 TP有
较高的去除效率。
水域生物修复的关键是寻找理想的修复物
种和合理的栽种条件，并及时收获，避免二次污
染。秦伯强等［18］在太湖北部梅梁湾牵龙口水厂
水源地实施了净化水质的生态工程试验，并取得
了较好的效果。霍元子等［19］对滴水湖的生态修
复工程研究表明，冬季沉水植物群落中以耐寒品
系的苦草和伊乐藻为优势种类，以苦草和伊乐藻
为主的沉水植物群落对高营养负荷的流水水体
净化效果极其显著。种云霄等［20］研究指出，植物
的生理代谢活动直接关系到污染物的降解。即
便同一种沉水植物在不同的研究背景和试验条
件下，表现出的净化能力也不同。
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Study of the depuration effect of Vallisneria spiralis and Elodea Canadensis in
water sources area of Gong Hu in winter
WANG Yang-yang1，2，WU Hai-long1，2，HUO Yuan-zi1，2，QU Xian-cheng1，2，CHEN Qun-fang1，2，HE Pei-
min1，2
(1． College of Fisheries and Life Science，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China;2． Water Environment ＆
Ecology Engineering Research Center，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China)
Abstract:This paper studied the depuration effect of two kinds of submerged macrophytes Vallisneria spiralis
and Elodea Canadensis in winter，after cold acclimation in laboratory． From 5 to 25 November 2009，ten large
embankment enclosures were set up in Dong Jing River of the water source area in Gong Hu，Suzhou
Vallisneria spiralis and Elodea Canadensis were planted in the enclosures． Experiments were made in 4
groups:Vallisneria spiralis，Elodea Canadensis，Vallisneria spiralis + Elodea Canadensis and control group．
Each treatment had three replicates． Sampled once every five days，to test the water quality inside of the
enclosure and the outside enclosure． The results showed that: (1) In the enclosures grown submerged
macrophytes:concentrations of NH4-N，NO3-N，TN，were significantly lower than those before the experiment
(P ＜ 0． 01) ，and the concentrations in Vallisneria spiralis control，Elodea Canadensis control，Vallisneria
spiralis + Elodea Canadensis control are reduced to 78． 76%，70． 20%，83． 42%，81． 85%，72． 30%，
75． 55%，88，80%，78． 80%，86． 21%，respectively ，while the control group and the water outside the
enclosures have a lesser extent nitrogen concentrations，in which TN concentrations decreased 37． 12% and
15． 87%; (2)The control of Vallisneria spiralis + Elodea Canadensis have high reduction rate in decreasing
the TP and CODMn，which were 86． 97% and 76． 16%，significantly higher than other controls(P ＜ 0． 05)．
(3)The effect of purifying water of Vallisneria spiralis and Elodea Canadensis is better in winter，and the
purifying effect:Vallisneria spiralis + Elodea Canadensis ＞ Vallisneria spiralis ＞ Elodea Canadensis． This
paper provides a theoretical basis for the recovery of submerged plants of lake ecological restoration，species
selection and reasonable allocation．
Key words:Vallisneria spiralis;Elodea canadensis;subgrade mesocosms;depuration effect
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