不同濃度CO2條件下苦草生長和水體中磷酸鹽動態(tài)的耦合關(guān)系分析

趙兵

摘 要：水體中適量的磷鹽可以促進(jìn)水生植物的生長，但磷含量過高會使藻類過度繁殖進(jìn)而引起水質(zhì)條件的惡化，影響水生植物特別是沉水植物的生長。大氣濃度CO2升高使得水體中苦草生長和磷酸鹽的關(guān)系更加復(fù)雜，文章發(fā)現(xiàn)底質(zhì)營養(yǎng)鹽負(fù)荷過高，使得水體中的TP含量較高，水體中沉水植物苦草的生長受到抑制，在這種高鹽的水體環(huán)境中，增加碳源會使得水質(zhì)條件更加不利于苦草的生長。在低鹽底質(zhì)條件下，增加碳源會促使苦草的加速生長。

關(guān)鍵詞：磷；苦草生長；碳源；耦合關(guān)系

中圖分類號：X173 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）26-0163-02

苦草（Vallisneria natans），為苦草屬水鱉科多年生沉水草本植物，是我國淡水湖泊河流中的廣布沉水植物，在長江流域的湖泊中為優(yōu)勢沉水植物?？嗖萦休^快的生長速度和再生能力，而且是魚類的重要食料，作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它對維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定有重要意義。

水體中適量的磷鹽可以促進(jìn)水生植物的生長，但磷含量過高會使藻類過度繁殖進(jìn)而引起水質(zhì)條件的惡化，影響水生植物特別是沉水植物的生長。磷是影響水體中藻類生長的重要生長因子，按其來源可分為外源性磷和內(nèi)源性磷。在富營養(yǎng)湖泊修復(fù)過程中，當(dāng)控制好外源性磷之后，內(nèi)源性磷的治理就成為治理的重點。而內(nèi)源性磷主要集中在富營養(yǎng)的底泥中，研究底泥磷釋放對湖泊修復(fù)尤為重要。

1 材料和方法

1.1 實驗材料選擇

本文選用實驗材料為長江流域水體是優(yōu)勢常見物種苦草，苦草鱗莖采自湖北省鄂州市東溝。選取大小和生長狀況一致的東芽種植到武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院溫室的水池中。水池體積是1 m×1 m×1 m，每個池中等間距種植6個鱗莖。

1.2 土壤基質(zhì)的預(yù)處理和營養(yǎng)水平的設(shè)定

1.2.1 基本底質(zhì)

首先對武漢大學(xué)溫室中18個1 m×1 m×1 m水池中的基質(zhì)底泥進(jìn)行預(yù)處理，主要工作包括：混勻底泥、清理植物殘體。

1.2.2 營養(yǎng)水平的設(shè)定和營養(yǎng)鹽的添加

實驗設(shè)置的富營養(yǎng)底泥N和P濃度分別為：

N濃度為6 mg/g，P濃度為1.5 mg/g，添加營養(yǎng)鹽為NH4NO3和（NH4）3PO4。

1.2.3 上覆水均使用自來水

在苦草種植后，沿著水池內(nèi)壁將自來水注入水池中，盡量避免水池底質(zhì)的擾動。

1.2.4 測定周期的選擇

每個池中的水樣指標(biāo)的測定均設(shè)3個平行，測定頻率為每半個月測定一次，測定時間為2009年5月～2009年7月。苦草種植時間是2009年4月22日，收獲時間是7月28日，添加覆水時間是2009年4月25日，測定時間為2009年5月～2009年7月。

1.2.5 測定指標(biāo)

總P：過硫酸鉀消解法——鉬銻抗分光光度法（檢出限：0.01～0.6 mg/L）收獲后苦草根、莖、葉的鮮重。

2 結(jié)果和分析

2.1 苦草生物量

①高鹽底質(zhì)苦草生物量狀況：高鹽底質(zhì)的各個水池中的苦草根莖葉的總生物量均值<10 g。不同的CO2處理條件下，高鹽底質(zhì)水體中苦草的生物量差異不大。

②低鹽底質(zhì)苦草生物量狀況：在低鹽底質(zhì)水體中苦草的生物量平均是高鹽底質(zhì)水體苦草生物量的20～40倍。不同的CO2處理條件下，低鹽底質(zhì)水體中苦草的生物量差異很大。低鹽充氣組苦草的總生物量積累約是低鹽對照組苦草生物量的2倍。其中低鹽充氣組根重的總量達(dá)到低鹽對照組的近2.5倍，莖重是對照組的近兩倍，葉片重和總生物量均是對照組的2倍多。但低鹽對照組內(nèi)不同水體的苦草產(chǎn)量鮮重的標(biāo)準(zhǔn)差較小，而充氣組則較大。

2.2 水體中TP的時間動態(tài)變化

①高鹽底質(zhì)對照組水體：5月中旬測定高鹽底質(zhì)對照組水體中的TP含量發(fā)現(xiàn)，高鹽底質(zhì)對照組各個池中上覆水的TP含量均高于五類水質(zhì)指標(biāo)下限，即各個水體均屬于劣五類水體。該組水體中總磷的含量隨時間先迅速降低后趨于穩(wěn)定。自5月中旬到6月中旬，該組水體的TP含量自0.65 mg/L迅速降低至0.2 mg/L（劣五類水TP含量的下限水平）。而后穩(wěn)定在接近劣五類水質(zhì)相應(yīng)的TP下限水平，即水質(zhì)條件在四類與五類水之間。

②高鹽底質(zhì)充氣組水體：5月中旬時，高鹽底質(zhì)充氣組水體中的TP含量平均水平約為高鹽底質(zhì)對照組水體平均水平的1/2，但含量水平接近0.4 mg/L。但該組水體中總磷隨時間先升高后降低最后也趨于穩(wěn)定，在6月初時達(dá)到峰值。在5月15日～6月15日期間，該組水體中的TP含量平均水平均高于劣五類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)TP含量的下限0.2 mg/L，即在此期間該組水體均為劣五類水體。初期該組內(nèi)各個池中水體TP含量的標(biāo)準(zhǔn)差較同期高鹽底質(zhì)對照組較小，隨時間變化也穩(wěn)定減小，即水間的差異隨時間是不斷減小的。

③高鹽底質(zhì)組間對比：高鹽對照組水體和高鹽充氣組水體中TP平均含量水平的差異隨時間是穩(wěn)定減小的，即不同的充氣條件下高營養(yǎng)底質(zhì)水體中的TP水平趨于一致。

④低鹽底質(zhì)水體：實驗初始階段低鹽對照組中水體的TP的含量就極低，即水體本身的磷含量很低具有很好的水質(zhì)條件。而在低鹽充氣組相對有較高的TP含量，但在6月份之后其總磷含量也降低至檢測的下限。

隨著時間的進(jìn)行，所有低鹽水體的TP含量均處于穩(wěn)定的低水平狀態(tài)。水體條件良好。

由結(jié)果分析，不同處理組內(nèi)部和不同處理組間水體的溫度、pH值是無太大差異的，同時實驗初始底泥處理中底質(zhì)營養(yǎng)鹽的水平是相同的，所以營養(yǎng)鹽的釋放與最初上覆水添加過程對底質(zhì)的擾動密切相關(guān)。推測原因可能是由于在添加上覆水對底質(zhì)擾動條件存在差異造成。

苦草生長可以利用水體中個的磷鹽，進(jìn)而使水體中的磷含量降低。同時沉水植物葉片也可以加速水體懸浮顆粒物的沉積，這都有利于水質(zhì)的改善。但本實驗底質(zhì)營養(yǎng)鹽負(fù)荷過高，使得水體中的TP含量較高，水體中沉水植物苦草的生長受到抑制，在這種高鹽的水體環(huán)境中，增加碳源并沒能促進(jìn)苦草對營養(yǎng)鹽的吸收和生物量的積累。反而使得水體藻類繁殖加速，水體照度降低，使水質(zhì)條件更加不利于苦草的生長。

在低鹽底質(zhì)條件下，水體中適中保持較低的TP含量水平，這和苦草的生長是密不可分的，苦草的生長吸收水體中的磷，并有助于水體透明度的保持。CO2濃度升高條件下，苦草的生長速度加速，生物量的積累增加明顯，這更有利于水體保持較低的TP含量水平，抑制水體藻類的生長，維持良好的水質(zhì)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳開寧，蘭策介，史龍新，等.苦草繁殖生態(tài)學(xué)[J].植物生態(tài)學(xué)報，2006，（3）.

[2] 陳磊，葉其剛，潘麗珠，等.長江中下游湖泊兩種混生苦草屬植物生活史特征與共存分布格局[J].植物生態(tài)學(xué)報，2008，（1）.

[3] 郭洪濤，曹特，倪樂意.中等實驗規(guī)模下不同營養(yǎng)環(huán)境對苦草（Vallisne-

ria natans）生長的影響[J].湖泊科學(xué)，2008，（2）.

[4] 許振柱，周廣勝.全球變化下植物的碳氮關(guān)系及其環(huán)境條件研究進(jìn)展——從分子到生態(tài)系統(tǒng)[J].植物生態(tài)學(xué)報，2007，（4）.