全 文 ：第 41卷　第 6期 河 南 农 业 大 学 学 报 Vol.41　No.6
2007年　　 12月 JournalofHenanAgriculturalUniversity Dec.　 2007
收稿日期:2007-07-04
基金项目:中澳合作项目([ 2002] 168)
作者简介:常会庆(1974-),男 ,山西太谷人 ,博士 ,主要从事富营养化水体的生态修复机理研究.
文章编号:1000-2340(2007)06-0655-04
不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中氮素的影响
常会庆 1, 2 ,丁学锋2
(1.河南科技大学农学院 , 河南 洛阳 471003;2.浙江大学环境与资源学院 , 浙江 杭州 310029)
摘要:选用沉水植物软叶丁香蓼(LudwigiahyssopifoliaExel)为材料 , 结合不同的底泥处理 ,在人工模拟条件下研
究了水体中几种氮形态变化的影响.结果表明 , 开始阶段因裸露底泥处理会向水体中释放出不同形态的氮素 , 使
水体总氮含量有所增加.但试验的后期因软叶丁香蓼对铵态氮 , 尤其是对硝态氮的吸收作用 , 以及底泥中大量硝
化和反硝化菌参与的硝化反硝化作用 ,会使软叶丁香蓼配合裸土的处理加快水体中氮的去除.在处理 50 d后 ,
软叶丁香蓼 +裸露底泥(植物裸土)的处理和软叶丁香蓼 +包裹底泥(植物包土)的处理对氮素的去除已经没有
显著差异 , 说明在一定条件下底泥对水质的影响并非总是负作用 , 尤其在与一些高等水生植物组成的生态系统
中能起到营养物质 “库”的作用.
关键词:软叶丁香蓼;裸露底泥;包裹底泥;水体氮素
中图分类号:Q143;X52　　　　文献标识码:A
EfectsofSubmergedMacrophyteonWaterNitrogeninLudwigia
hyssopifoliaExelCombinedwithSediments
CHANGHui-qing1, 2 , DINGXue-feng2
(1.ColegeofAgriculture, HenanUniversityofScienceandTechnology, Luoyang471003, China;
2.ColegeofEnvironmentandResourceScience, ZhejiangUniversity, Hangzhou310029, China)
Abstract:Inourexperiment, wechosethesubmergedmacrophyteLudwigiahysopifoliaExelcom-
binedsedimentasdiferenttreatments.Underartificialcondition, westudiedthechangeofdiferent
formsofnitrogen.Theresultsindicatedthat:atthebeginningofexperimentwiththeexposedsediment
treatment, severalformsofnitrogenreleasedfromthesediment, perhapsdisturbedbyplantingsub-
mergedmacrophyte, butwiththetimepassing, submergedmacrophyteabsorbedmoreNO-3 -N, and
throughthenitrificationanddenitrificationsupportedbysediment, morenitrogenwilberemoved.At
50 days, betweenfirsttreatmentandsecondtreatmenttherewasnosignificantdiferenceforthenitro-
genremoval.Soweconcludedthatunderacertaincondition, sedimentmayhavepositiveefectonthe
nitrogenremoval, especialyontheeco-systemconsistingofmacrophyte.
Keywords:LudwigiahysopifoliaExel;exposedsediment;wrapsediment;waternitrogen
　　随着现代工农业和社会经济的迅猛发展 、人口
的快速增长 ,水污染问题已经成为全球性的环境问
题.在中国 7大河流流域中 ,都存在有水质恶化的
问题.许多湖泊江河地表水由于氮磷等营养盐的污
染 ,导致水体出现中等或严重富营养化状况.富营
养化对水体的污染 ,导致水质的下降 ,长期以来一
直是困扰人们的问题.要控制和解决水体富营养化
问题 ,一个重要的手段就是应用水生植物消除水体
中内源氮素的污染.水生植物的除氮机理主要是通
过植物吸收产生生物量;或通过根系氧的释放来促
DOI :10.16445/j.cnki.1000-2340.2007.06.002
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进硝化过程[ 1] ;同时植物又是反硝化作用有机碳
源的提供者 ,并且可以创造出厌氧的微环境促进反
硝化作用[ 2] ;碎屑物质可以作为颗粒氮的沉降而
减少水体中氮素.在以沉水植物为主体的水生态系
统中 , 它们在养分平衡中发挥着十分重要的作
用 [ 3, 4] ,沉水植物的丰富度的大量减少将影响到水
质和底泥的特征 [ 5, 6] ,从而降底水体的透明度;并
导致养分过量沉积 [ 7, 8] .软叶丁香蓼.是栖息于淡
水水体中的一种沉水水生植物 ,生物量大而且是一
种景观植物.但是该种水生植物被用于净化水体的
研究却少有报道.因此本试验在人工模拟的条件下
研究了低温条件下软叶丁香蓼和底泥共同作用对
水体中氮素变化的影响 ,目的在于筛选出冬季修复
富营养化水体的植物品种 ,探索出解决富营养化的
一条新途径.
1　材料与方法
1.1　材料
软叶丁香蓼属柳叶菜科一年生草本 ,高 20 ～
50 cm;茎近直立或下部斜升 ,长 2 ～ 5cm,宽 0.6 ～
1.5cm;花 1 ～ 2个 ,生于叶腋 ,无柄 ,基部有 2小苞
片 ,花期 7 ～ 8月.2005-2006年进行试验 , 软叶丁
香蓼采自杭州郊区 ,底泥取至华家池池塘.
1.2　方法
试验设在人工玻璃顶棚的网室进行.采用人工
模拟自然条件的方法 ,用柱状采泥器取约厚度 10
cm,重量为 7.5 kg的底泥 (底泥总含氮量为
0.63g· kg-1).并且在取泥过程中尽量不扰动底
泥的结构 ,这样可以更利于在接近自然状况条件下
分析底泥对养分的吸收和释放情况 ,取来的底泥装
于 65L的白色半透明水桶中 ,桶高度为 55 cm.底
泥分为全部裸露和部分裸露(用黑色的塑料布包
裹 ,仅在移栽植物样品处开一小孔移入植物 ,此处
理类似把底泥覆盖或疏浚处理).
1.2.1　试验设计　软叶丁香蓼用自来水洗净泥土
后 ,再用蒸馏水冲洗数遍 ,吸干.称取 100 g均匀移
植于两种处理的底泥中(其中在部分裸露的底泥
处理中均匀开 3个等距离的小孔后移入植物),试
验期间对于处理液的损失可每隔 1 d加入去离子
水 ,使水面保持原来的水平 ,水样的采集在加水后
的第 2 d,以减少由于去离子水的加入而带来的影
响.试验设 3个处理分别为:T1:软叶丁香蓼 +裸露
底泥(植物裸土);T2:软叶丁香蓼 +包裹底泥 (植
物包土);T3:包土 +软叶丁香蓼 +蒸馏水处理(包
土植物无氮无磷)作为对照.由于在试验结束时气
温已经降到 0 ℃,而水体温度也只有 6 ℃.因此水
生植物已经生长很慢 ,为了研究软叶丁香蓼以后的
生长特性 ,没有对其生物量和养分含量进行测定.
1.2.2营养液的配制　采用人工配制的营养液 ,参
考 Hogland和 Snyder的配方 ,微量元素采用 Arnom
配方.总氮为 4 mg·L-1 ,氮以 NH4NO3加入 ,磷素
不加以抑制藻类的生长 , 20 mg· L-1 COD(asglu-
cose),营养液的 pH值调到 7.0左右.
1.2.3　观测项目与方法　每次取样时间为上午
8:00左右 ,除平衡后 10 d进行取样外 ,其余每隔
20d采水面下 35 cm的水样进行分析 ,总氮(TN)
采用过硫化钾氧化 、紫外分光光度法;氨态氮
(NH+4 )采用纳氏试剂比色法;亚硝态氮(NO-2 )采
用 N-(1-奈氨)-乙二胺光度法;硝态氮(NO-3 )
采用紫外分光光度法 ,以上指标参考水和废水的标
准检测方法 [ 9] .
2　结果与分析
2.1　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中总氮
的影响
图 1中可以看出 ,在取样第 30d前 ,植物裸土
处理的水体中含氮量要高于植物包土的处理 ,并在
开始的前 10 d,处理 T1的总氮含量呈增加的趋势 ,
在第 10 d时总氮含量为 4.22 mg· L-1 ,说明裸土
的处理在开始阶段会向水体中释放各种形式的氮
素 ,从而增加了水体中总氮的含量.但是在 30 ～ 50
d期间 , 这两种处理的含氮量基本上是相同的 , 说
明底泥的存在既是氮的源又是氮库 , 它同样对氮
图 1　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中总氮的影响
Fig.1　Efectofdifferentsedimentsonchangeof
totalnitrogencontentwithLudwigiahyssopifolia
Exeltreatment
素在水体中的循环起重要的作用.处理 T1的含氮
第 6期 常会庆等:不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中氮素的影响 657　
量下降很快 ,而且在第 50d已经和处理 T2有约相
同的含氮量 1.09 mg· L-1 ,在此期间水体中的氮
含量并不受到底泥的不同处理而有较大的变化 ,这
就表明试图用覆盖底泥或用疏浚底泥的方法并不
一定能有效降低水体中氮含量.对照处理并没有太
大的总氮变化 ,只是略有增加.主要是由于部分植
物碎屑的分解会释放出部分养分 ,从而增加了水体
中的氮素.
2.2　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中铵态
氮的影响
图 2表明 ,在开始取样的 10 d前 ,处理 T1由
于是裸露的底泥处理 ,底泥中铵态氮会通过土水层
的间隙水向水体中释放铵态氮 ,从而增加水体中铵
态氮的含量.但此后 ,由于软叶丁香蓼的生长可以
直接吸收铵态氮 ,另外裸土的处理有利于底泥中微
生物通过硝化作用来减少水体中铵态氮 ,因为许多
的研究表明硝化菌在底泥中含量要大于附着在软
叶丁香蓼表面和水体中的数量 [ 10] .试验处理的第
50 d可以看出该处理的铵态氮含量达到最低值 ,
为 0.37mg·L-1.虽然处理 T2的铵态氮在试验期
间也呈现出下降的趋势 ,但是显然没有处理 T1下
降明显.说明裸土的底泥会通过微生物硝化作用来
增加水体中的铵态氮.对照处理铵态氮含量呈现增
加的趋势 ,到第 50 d, 3个处理基本上达到相同的
铵态氮含量.由于对照没有在水体中加任何养分 ,
到后期由于气温的降低 ,软叶丁香蓼生长较慢 ,腐
烂枝叶的养分有可能分泌出来 ,从而增加水体中铵
态氮的含量.
图 2　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中氨态氮的影响
Fig.2　Effectofdifferentsedimentsonchangeofammonium
contentwithLudwigiahyssopifoliaExelltreatment
2.3　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中亚硝
态氮的影响
　　从图 3可以看出 ,对照水体中的亚硝态氮含量
较低 ,这部分亚硝态氮主要是通过底泥的释放而产
生的.处理 T1和 T2在前 30d水体中亚硝态氮呈显
著的增加趋势 ,而且处理 T1也显著的高于底泥包
被的处理 ,除亚硝态氮通过底泥释放外 ,主要是通
过水体和底泥中的微生物硝化作用产生 ,这些微生
物主要是一些好氧的铵氧化细菌 ,它们会以铵态氮
为惟一的氮源进行代谢 ,产生亚硝态氮.水体中亚
硝酸盐的含量除受到环境中其它因素的干扰外 ,另
一个影响因子就是水体中铵态氮的含量和水体中
铵氧化菌的数量 ,由于处理 T1裸土和软叶丁香蓼
的存在都有利于增加水体中该种菌群的微生物数
量 ,因此在开始阶段水中亚硝态氮的含量增加最
多.但在后期处理 T1出现比处理 T2亚硝态氮含量
更快的下降速度 ,主要由于随着亚硝酸盐的增加 ,
水体中亚硝酸盐氧化细菌会把亚硝态氮进一步氧
化为硝态氮 ,从而通过反硝化和植物吸收而去除.
图 3　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中亚硝态氮的影响
Fig.3　Efectofdifferentsedimentsonchangeof
nitrogencontentwithLudwigiahyssopifolia
Exeltreatment
2.4　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中硝态
氮的影响
软叶丁香蓼可以同时吸收水体中铵态氮和硝
态氮 ,不同的水生植物对两者选择吸收的速率是不
同的.从图 4可以看出 ,水体中硝态氮降低的速度
要明显高于铵态氮.表明软叶丁香蓼对水体中硝态
氮的吸收要高于对铵态氮的吸收 ,而且到 50 d时 ,
已经基本和对照硝态氮的含量相同.处理 T1的硝
态氮含量在开始时由于底泥的作用 ,会释放出比包
土处理高的硝态氮 ,但由于软叶丁香蓼对硝态氮快
速的吸收作用 ,硝态氮仍然呈下降的趋势 ,在 10 ～
50d期间 ,随着软叶丁香蓼吸收量的增加和反硝
化菌的作用 ,处理 T1会比处理 T2硝态氮下降的速
率快.
658　 河　南　农　业　大　学　学　报 第 41卷
图 4　不同底泥处理对软叶丁香蓼去除水体中硝态氮的影响
Fig.4　Effectofdiferentsedimentsonchangeofnitrogen
contentwithLudwigiahyssopifoliaExelltreatment
3　结论与讨论
应用漂浮植物来处理富营养化水体虽然已有
不少的研究[ 11, 12] ,但它们的生长季节仅限于春天
到秋天.因此 ,当漂浮的植物收获以后 ,需要有不同
种的水生植物 ,尤其是在冬季可以生长的沉水植物
对水质的维持就显得尤为重要.本研究表明 ,软叶
丁香蓼可以在冬季较低的温度生长 ,它的存在对水
生态系统的自净功能和水体的生态平衡起着重要
的作用.软叶丁香蓼对水体中各种氮素有明显的去
除作用 ,尤其对硝态氮的吸收明显高于氨态氮 ,因
此软叶丁香蓼更适合处理硝态氮含量高的污染水
体.对于亚硝态氮的去除主要是由于底泥和软叶丁
香蓼的存在有利于系统中微生物硝化作用的进行 ,
加速了亚硝态氮向硝态氮的转化 ,然后可以被软叶
丁香蓼吸收利用或经反硝化作用去除.底泥在一定
条件下对水质的影响并非总是负作用 ,尤其在与一
些高等水生植物组成的生态系统中 ,或许能起到对
营养物质 “库 ”的作用 [ 13] .因此对用底泥疏浚来治
理富营养化水体的方法提出了疑问.同时提出了以
恢复软叶丁香蓼作为污水生态修复基本方法思路.
由于本试验是在模拟条件下研究不同底泥处
理和软叶丁香蓼配合对水体中氮素的影响.因此对
水体中其它养分的影响以及该软叶丁香蓼对养分
的吸收特性尤其是对氮 、磷的吸收动力学还需做进
一步的研究 ,另外研究接种底泥的硝化和反硝化作
用可以定量表明底泥对氮素的影响.从总氮的变化
情况可以看出 ,该种软叶丁香蓼由于其每节都生有
根系 ,可以直接通过在水体中的根系来吸收养分.
因此 ,如果选用该种软叶丁香蓼用于富营养化水体
的生态修复时 ,要注意其在低温季节分解腐烂会对
水体造成负面的影响.应注意在气温降低其停止生
长前 ,要及时收获该软叶丁香蓼.
参考文献:
[ 1] 　REDDYKR, PATRICKJRWH, LINDAUCW.Nitri-
ficationdenitrificationattheplantrootsedimentinter-
faceinwetlands[ J] .LimnolOceanogr, 1989, 34:
1004-1013.
[ 2] 　HAMERSLEYMR, HOWESBL.Controlofdenitrifi-
cationinaseptage-treatingartificialwetland:Thedual
roleofparticulateorganiccarbon[ J] .WaterRes, 2002,
36:4415-4427.
[ 3] 　KUFELL, OZIMEKT.CanCharacontrolphosphorus
cyclinginLakeLuknajno(Poland)[ J] .Hydrobiolo-
gia., 1994(1):275-283.
[ 4] 　DONKVANE, BUNDVANDEWJ.Impactofsub-
mergedmacrophytesincludingcharophytesonphyto-and
zooplankton communities: allelopathy versus other
mechanisms[ J] .AquatBot, 2002, 72:261-274.
[ 5] 　ZIMMERMANMS, LIVINGSTON R J. Efectsof
Kraft-Milefluentsonbenthicmacrophyteassemblages
inashallowbaysystem[ J] .MarBiol, 1976, 34:297-
312.
[ 6] 　CARPENTERSR.ThedeclineofMyriophylumspica-
tuminaeutrophicWisconsinlake[ J] .CanBot, 1980,
58:527-535.
[ 7] 　LIVINGSTONRJ, MCGLYNNSE, NIUX.Factors
controlingseagrassgrowthinagulfcoastalsystem:water
qualityandlight[ J] .AquatBot, 1998, 60:135-159.
[ 8] 　LAURIDSENTL, JEPPESENE.Colonizationandsuc-
cessionofsubmergedmacrophytesinshalow Lake
Vaengduringthefirst5yearsfolowingfishmanipulation
[ J] .Hydrobiologia, 1994:275/276:233– 242.
[ 8] 　童昌华 ,杨肖娥 , 濮培民.水生植物控制湖泊底泥营
养盐释放的效果与机理 [ J] .农业环境科学学报 ,
2003, 22(6):673-676.
[ 9] 　魏复盛 ,毕　彤.水和废水监测分析方法 [ M] .北京:
中国环境科学出版社 , 2002:1254-1284.
[ 10] 　MATULEWICHVA, FINSTENMS.Distributionof
autotrophicnitrifiyingbacteriainapollutedriver(the
Passaic)[ J] .AppliedandEnvironmentalMicrobio
lo-gy, 1978, 35:67-71.
[ 11] 　SOOKNAHRD, WILKIEAC.Nutrientremovalby
floatingaquaticmacrophytesculturedinanaerobicaly
digestedflusheddairymanurewastewater[ J] .Ecologi-
calEngineering, 2004, 22:27-42.
[ 12] 　REETADS, ANNCW.Nutrientremovalbyfloating
aquaticmacrophytesculturedinanaerobicalydigested
flusheddairymanurewastewater[ J] .EcologicalEngi-
neering, 2004, 22(1):27-42.
[ 13] 　童昌华 , 杨肖娥 , 濮培民.富营养化水体的水生植
物净化试验研究 [ J] .应用生态学报 , 2004, 15(8):
1447-1450.
(责任编辑:常思敏)