全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 042393204
水生植物对水体中氮、磷的吸收与抑藻效应的研究
刘　佳1 ,2 　刘永立1 　叶庆富1 　王宏燕2
(1. 浙江大学农业与生物技术学院 , 浙江 杭州　310029 ; 2. 东北农业大学资源与环境学院 , 黑龙江 哈尔滨　150030)
摘　要 :研究了不同水生植物对富营养化水体氮、磷的净化效果及其抑藻效应。结果表明 :金鱼藻
( Ceratophyllum demersum) 、苦草 ( Vallisneria spiralis) 、空心菜 ( Ipomoea aquatica) 、浮萍 ( Lemna minor) 和菹草
( Potamogetom crispus Linn)对富营养化水体中总氮、总磷、硝态氮、氨氮都有较好的去除作用 ,其中以空心
菜和金鱼藻效果最好。培养 21d 后的空心菜对总氮和硝态氮的吸收率分别为 76193 %和 7119 % ;培养
21d 后的金鱼藻对总磷和氨氮的吸收率分别达到了 93115 %和 9112 %。水葫芦( Eichhornia crassipes) 、金
鱼藻、浮萍都具有较好的抑制藻类生长的作用 ,培养过以上 3 种水生植物的水体也表现出抑藻效应。
关键词 :水生植物 ;富营养化水体 ;抑藻效应
STUDY ON THE REMOVAL OF NITROGEN, PHOSPHORUS AND INHIBITING
EFFECT OF AL GAE GROWTH BY AQUATIC PLANTS
LIU Jia1 ,2 　LIU Yong2li1 　YE Qing2fu1 　WANG Hong2yan2
(1. College of Agriculture and Biotechnology , Zhejiang University , Hangzhou , Zhejiang 　310029 ;
2. Resources and Environmental Sciences College , Northeast Agricultural University , Harbin , Heilongjiang 　150030)
Abstract :Effects of aquatic plants on the removal of nitrogen and phosphorus in eutrophicated water body and its alga2
inhibiting action were studied. Results showed that aquatic plants such as Ceratophyllum demersum , Vallisneria spiralis ,
Ipomoea aquatica , Lemna minor and Potamogetom crispus Linn had the great ability to remove total nitrogen ( TN) , total
phosphorus (TP) , nitrate nitrogen and ammonia nitrogen in eutrophicated water. After incubation of 21days , the removal rates
of TN and nitrate2nitrogen by I . aquatica were 76193 % and 7119 % , respectively. And the removal rates of TP and ammonia
nitrogen by C. demersu were 93115 % and 9112 % , respectively. Results also indicated that E. crassipes , C. demersum ,
L . minor , as well as their cultured water , had remarkable alga2inhibiting action.
Key words :aquatic plants ; eutrophicated water ; inhibiting effect of algae growth
收稿日期 :2007201217
基金项目 :浙江省海洋渔业局重点专项基金 (3170022W00501)
作者简介 :刘佳 (19832) ,女 ,黑龙江庆安人 ,硕士研究生 ,主要研究方向农业生态学。
通讯作者 :叶庆富 (19632) ,男 ,浙江开化人 ,博士 ,研究方向为分子与环境生物学、环境生理物理、核农学。E2mail :qfye @zju. edu. cn　　随着我国人口的增长和工农业的快速发展 ,排入江河、湖泊的废水与生活污水不断增加 ,而水处理设施建设严重滞后 ,引起地表水体的严重污染 ,富营养化水域日益增多。水域的氮磷污染目前在我国已经相当普遍。如何实施对水体富营养化的有效控制与整治 ,己成为世人关注的热点。近年来利用水生、陆生植物修复技术 ,在治理富营养化水域方面已取得一定的效果[1～5 ] 。李文朝[6 ] 的研究表明除了营养吸收之外 ,水 生植物的水质净化功能还表现在对浮游藻类的竞争抑制以及对湖水中污染物的吸附净化和促进沉降等方面。植物治理或修复富营养化的水域 ,具有投资少、风险小、不产生再次污染等优点 ,从而受到了人们的青睐 ,并成为污染防治与环境整治的主要技术之一[7～10 ] 。本研究探讨了不同水草去除氮、磷的作用和抑藻作用 ,为从根本上解决水体富营养化提供依据。
393　核 农 学 报　2007 ,21 (4) :393～396Journal of Nuclear Agricultural Sciences
1 　材料与方法
111 　材料
11111　试验材料 　水生植物包括栅藻 ( Scenedesmus
arcuatus) 、水 葫 芦 ( Eichhornia crassipes ) 、金 鱼 藻 (
Ceratophyllum demersum) 、苦草 ( V allisneria spiralis) 、空
心菜 ( Ipomoea aquatica) 、浮萍 ( Lemna minor) 、菹草
( Potamogetom crispus Linn) ,均取自浙江杭州郊区湿地。
11112 　供试水体 　供试水体是在 Hoagland 营养液的
基础上配制而成 ,相当于重富营养化水体。总氮 ( TN)
为 15mgΠL ; 总磷 ( TP) 为 2mgΠL ; 硝态氮 (NO -3 2N) 为
10mgΠL ;氨氮 (NH+4 2N)为 5mgΠL。
112 　方法
11211 　水质指标测定 　试验开始后每隔 7d 取水样进
行测定 ,每次取样 150ml ,重复 3 次。分别测定 TN、TP、
NO -3 2N 和 NH+4 2N ,试验周期 28d。试验溶液中的 TN
和 NO -3 2N 采用紫外分光光度法测定 , TP 采用铂锑抗
分光光度法测定 ,NH+4 2N 用纳氏试剂光度法测定[11 ] 。
11212 　水生植物去除氮磷试验 　水生植物在供试水
体中适应培养 7d 后 ,分别称取 (用吸水纸吸干水分的)
金鱼藻、苦草、空心菜、浮萍和菹草各 100g ,移入装有
供试用水的容积为 90L 白色半透明水桶中 ,试验水体
体积为 60L。试验在玻璃温室里进行 ,试验期间用蒸
馏水来补充蒸发和蒸腾所耗的水分 ,以保持容器中的
水位。
11213 　水生植物的抑藻试验 　在长方形塑料盒中培
养栅藻 ,随时检测水体的 OD 值 ,至 OD 值达 0105 时 ,
再分别植入水葫芦、金鱼藻和浮萍 ,至覆盖水面的一
半 ,植入前用蒸馏水冲洗干净并用吸水纸吸干。试验
中定时添加蒸馏水来补充蒸发的水分。长方形塑料盒
中部用一层黑纸加一层白纸包裹遮光 ,以防抑藻物质
在强光下分解。另设一无水生植物的对照组 ,模拟遮
光。培养温度为 25 ℃±2 ℃。
11214 　植入水生植物后水体的抑藻试验 　从上述已
培养 7d 的供试水生植物的培养液中取水过滤 ,取滤液
300ml 于 500ml 的锥形瓶中 ,接种栅藻至起始 OD 值为
0105。对照组用蒸馏水配制培养液 ,营养水平和接种
藻量与处理组相同。在温度 25 ℃±2 ℃、3000lx 光强
下 ,照光 12hΠd ,静态培养 10d ,测定栅藻的生长量。
2 　结果和分析
211 　不同水生植物对氮、磷的去除作用
21111 　对 TN 的去除作用 　不同植物对水体中 TN 的
吸收能力有明显的差异 (图 1) ,其中空心菜对水体中
TN 的吸收能力最强 ,21d 内试验水体中的 TN 从 15mgΠ
L 下降到 315mgΠL ,根据种植量可知 ,空心菜可以吸收
TN 01115mgΠg ,吸收率为 76193 %。其次是菹草 ,可吸收
TN 011013mgΠg , 吸收率为 66169 % , 苦草可吸收 TN
010969mgΠg , 吸收率为 6512 % ; 金鱼藻可吸收 TN
010927mgΠg , 吸 收 率 为 62153 % ; 浮 萍 可 吸 收 TN
010924mgΠg ,吸收率为 61115 %。方差分析结果显示 ,
对照与各处理吸收 TN 的差异显著。由此可见 ,水生
植物对 TN 的去除作用非常理想 ,在供试植物中 ,去除
作用大小的顺序为 :空心菜 > 菹草 > 苦草 > 金鱼藻 >
浮萍。
图 1 　水生植物对富营养化水中 TN 的去除效果
Fig. 1 　Effect on TN (total nitrogen) removal from
eutrophicated water by aquatic plants
1 :苦草 ;2 :空心菜 ;3 :浮萍 ;4 :金鱼藻 ;5 :菹草。图 2 ,3 ,4 同。
1 : V1spiralis ;2 : I1 aquatica ;3 :L1 minor ;
4 : C1 demersum ;5 : P. crispus Linn
The same as Fig. 2 ,3 ,4.
21112 　对 TP 的去除作用 　各种植物在试验中对水体
TP的吸收能力有明显的差异 (图2) 。其中金鱼藻对水
图 2 　水生植物对总磷的去除效果
Fig. 2 　Effect on TP (total phosphrus) removal
from eutrophicated water by aquatic plants
493 核　农　学　报 21 卷
体中 TP 的吸收能力最强 ,21d 内试验水体中的 TP 从
2mgΠL 下降到 01137mgΠL ,根据种植量可知 ,金鱼藻吸
收 TP 010186mgΠg ,吸收率为 93115 % ;其次是菹草吸收
TP 010179mgΠg , 吸收率为 89145 % ; 空心菜吸收 TP
010138mgΠg ,吸收率为 68119 % ;浮萍吸收 TP 010115mgΠ
g ,吸收率为 56165 % ;苦草吸收 TP 010105mgΠg ,吸收率
为 5314 %。方差分析结果显示 ,在 0105 水平上对照与
空心菜、金鱼藻和菹草之间差异显著 ,而与浮萍和苦草
之间则差异不显著。在本试验的供试植物中 ,对水体
中 TP 去除效果的顺序依次为 :金鱼藻 > 菹草 > 空心菜
> 浮萍 > 苦草。
21113 　对硝态氮的去除作用 　水生植物对硝态氮的
去除效果最明显 (图 3) ,21d 后空心菜的硝态氮只有对
照的 32172 % ,吸收率达 7119 % ;其次是菹草的吸收率
为66104 % ,金鱼藻为 6216 % ,苦草为 60186 % ,浮萍为
53127 %。5 种植物与对照在 0105 水平上均差异显著 ,
对硝态氮的吸收能力为 :空心菜 > 菹草 > 金鱼藻 > 苦
草 > 浮萍。
图 3 　水生植物对硝态氮的去除效果
Fig. 3 　Effect on NO -3 2N removal from
eutrophicated water by aquatic plants
21114 　对氨态氮的去除作用 　图 4 显示了水生植物
对氨态氮的去除作用 ,21d 后金鱼藻的氨态氮只有对
照的 14104 % ,吸收率达 9112 %。其次是浮萍的吸收
率为 7817 % ,空心菜为 77 % ,苦草为 73188 % ,菹草为
6812 %。结果表明 ,各种处理均显著低于对照 ,其吸收
能力为 :金鱼藻 > 浮萍 > 空心菜 > 苦草 > 菹草。
212 　水生植物的抑藻效应
从图 5 可见 ,在藻类和水生植物共同培养情况下 ,
栽培水葫芦、金鱼草和浮萍的处理组 ,前 3 天藻液的光
密度值略高于对照和初始值 ,这表明在处理的初期金
鱼草和浮萍等对藻类的抑制作用不强。从第3天起 ,各
处理组藻体数量均呈现下降趋势 ,表现出明显的抑制
作用。水葫芦处理组表现出强烈的抑藻效应 ,其次为
图 4 　水生植物对氨氮的去除作用
Fig. 4 　Effect on NH+4 2N removal from
eutrophicated water by aquatic plants
金鱼草。以后虽有小幅度的波动 ,但是藻体数量一直
被抑制在比较低的水平。第7天处理组水体中藻数量
约为同期对照组的1Π3～1Π4左右。
图 5 　水生植物的抑藻作用
Fig. 5 　Inhibitory effect of aquatic plants on algae growth
1 :水葫芦 ;2 :浮萍 ;3 :金鱼藻
1 : E. crassipes ;2 :L . minor ;3 : C. demersum
213 　种植水生植物后水体的抑藻效应
从图 6 可以看出 ,水葫芦和金鱼藻种植水均有不
同程度的抑藻效应。其中水葫芦种植水的抑藻作用最
显著 ,用该种植水静态培养栅藻 9d 后 ,藻液光密度值
较对照降低至 78167 %。金鱼藻、浮萍的种植水的抑
藻效应则相对较弱。试验结果也表明 ,种植水的抑藻
效应与植物种植其中时的抑藻作用有些差异 ,可能是
不同植物分泌的抑藻物质有所不同 ,或进入水环境后
抑藻物质稳定性不同的缘故。水生植物的抑藻效应表
现为水葫芦、金鱼藻为较快速的类型 ,而浮萍则有一个
明显的效应积累的过程。种植水生植物后的水体对藻
体的抑制效应 ,水葫芦、金鱼藻较浮萍也更为明显。
593　4 期 水生植物对水体中氮、磷的吸收与抑藻效应的研究
图 6 　种植水生植物后水体的抑藻效应
Fig. 6 　Inhibitory effect of aquatic plant
cultured water on algae growth
1 :金鱼藻 ;2 :水葫芦 ;3 :浮萍
1 : C1 demersum ;2 : E1crassipes ;3 :L1 minor
3 　讨论
关于植物对富营养化水体的修复作用 ,唐述虞[12 ]
认为是由于水生植物利用发达的根系吸收水中的营养
盐等物质 ,对富营养化水体起到明显的净化作用。本
研究也得到了相似的结果。但是 ,我们认为水生植物
除了利用发达的根系吸收水中的营养物质外 ,茎叶也
可能是吸收氮磷等营养元素的重要器官。在本试验
中 ,选用的金鱼藻是没有根系的材料 ,却表现出对氮、
磷元素良好的吸收效果。不同器官对氮、磷的吸收作
用还有待于进一步研究。在本研究中 ,空心菜对水体
中 TN 的吸收能力最强 ,其后依次为菹草、苦草、金鱼
藻和浮萍。对硝态氮和氨态氮的吸收效果也因植物种
类而异。由于在一定条件下 ,硝态氮和氨态氮可以互
相转化 ,因此 ,从去除 TN 的意义上而言 ,具有相似的
效果。硝态氮极易被藻类和植物利用 ,水体中硝态氮
含量较高时 ,很容易促使藻类大量繁殖 ,从而造成水域
污染。此外 ,硝酸盐在还原条件下被还原成亚硝酸盐
渗入地下水后会造成饮用水的污染 ,进而导致胃癌发
病率上升[13 ] 。因此 ,在作为水源的水域 ,去除硝态氮
对人们的身体健康尤为重要[14 ] 。在水体生态系统中 ,
磷素含量的高低是衡量水体污染的重要指标。水体中
磷素含量高时 ,固氮微生物会大量繁殖 ,从而促进水体
的固氮作用和氮含量的上升 ,进一步加速水体的污
染[15 ] 。因此 ,减少水体中磷素污染极其关键。本研究
中 ,5 种水生植物对磷的吸收效果依次为 :金鱼藻 > 菹
草 > 空心菜 > 浮萍 > 苦草。可以根据不同水域的氮、
磷污染状况选择适当的水生植物。
目前我国水域生态系统已经遭到严重破坏 ,其原
因是工业废水、生活污水的大量排放及农业上氮、磷肥
料大量施用[16 ] 。本研究中所用的水生植物不仅可以
吸收水体中的氮、磷等营养元素 ,而且还可以作为饲料
和饵料来加以利用。如果在河流 (可以选用底生水
草) 、湖泊以及湿地养殖大量水草 ,利用水草来吸收富
营养化水体中氮、磷等元素 ,并将水草用于饲养动物 ,
这样不仅可以产生一定的经济效益 ,还有利于生态系
统中氮、磷循环向良性方向转化 ,形成一个氮磷良性循
环的生态系统 :
从已有的研究结果看 ,水生植物可以显著提高富
营养水体的水质 ,对氮、磷污染也有明显的净化作用。
同时水生植物能抑制浮游植物的生长 ,从而降低藻类
的现存量。因此 ,恢复以水生植物为主的水域生态系
统是净化水质的合理有效措施和保障生态系统良性循
环的重要措施。
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(下转第 332 页)
693 Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2007 ,21 (4) :393～396
界中生物体与其生存的环境之间存在某种互作 ,植物
类病斑突变体也不例外。本研究中发现除 xsl19 外 ,
其他突变体均在 2 叶期时就开始出现类病斑 ,但昼最
高气温高于 32 ℃后 ,类病斑均消褪 ,温度降到 32 ℃以
下后类病斑又逐渐显现 ,到植株 5 叶期后类病斑就不
再受外界温度变化的影响 ,这种高温使类病斑消褪的
现象仅出现在幼苗期。一些研究结果也表明不同生长
温度对水稻的类病斑发生有促进或抑制作用[14 ] ,我们
将在进一步的研究中明确导致类病斑消褪和复现的临
界温度 ,克隆和定位受温度控制的功能基因 ,以揭示植
物类病斑受温度调控的分子机理 ,了解植物类病斑细
胞死亡的诱发机制。
致谢 :浙江大学原子核农业科学研究所吴殿星教
授为本研究提供了水稻类病斑突变体材料 ,并为本文
的修改提出了宝贵意见。
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