不同濃度氨氮對黑藻生長的影響

陳國玲，蘇 懷，蘭 丹，王澤麗，朱正峰

（云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明650500）

不同濃度氨氮對黑藻生長的影響

陳國玲，蘇 懷＊，蘭 丹，王澤麗，朱正峰

（云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明650500）

為找到水體富營養(yǎng)化氨氮濃度指標的指示性生物，研究不同濃度（0.2mg／L、0.5mg／L、1mg／L、2mg／L、4mg／L、8mg／L、16mg／L）氨氮（NH4＋－N）對黑藻（Hydrilla verticillata）生長（株高、分支、鮮重和死亡率）的影響。結(jié)果表明：低濃度（0.2mg／L、0.5mg／L、1mg／L）氨氮促進黑藻生長，高濃度（2mg／L、4mg／L、8mg／L、16mg／L）氨氮抑制黑藻生長，且濃度越高抑制作用越明顯，濃度為4～16mg／L的氨氮導(dǎo)致黑藻死亡，且濃度越高死亡率越大，當濃度為16mg／L時，試驗至第4周黑藻全部死亡。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黑藻為優(yōu)勢物種的河段，其水質(zhì)氨氮濃度不超過1mg／L，黑藻為消失性物種的河段，其水質(zhì)氨氮濃度不低于4mg／L。室內(nèi)培養(yǎng)結(jié)果與野外調(diào)查結(jié)果一致，因此，黑藻可以作為水質(zhì)氨氮濃度的指示性生物。

氨氮；黑藻；影響；指示作用

湖泊富營養(yǎng)化已成為世界范圍內(nèi)較為突出的環(huán)境問題。隨著城市化的發(fā)展，我國湖泊富營養(yǎng)化呈加速惡化的趨勢［1－5］。隨著水體富營養(yǎng)化的發(fā)展，水生植物尤其是沉水植物在富營養(yǎng)化嚴重的湖泊中衰退和消失的現(xiàn)象普遍存在［6］。如滇池水質(zhì)由中營養(yǎng)惡化轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟雀粻I養(yǎng)氧化，沉水植物種類由42種減少到8種，沉水植物覆被面積大幅度縮減，沉水植物群落結(jié)構(gòu)簡單化，優(yōu)勢物種單一化，其中滇池原有的優(yōu)勢物種海菜花和輪藻已消失，黑藻的覆被面積也不斷地減少［7－13］。由于黑藻長期沉水生長，極端依賴于水環(huán)境，因而對水質(zhì)變化的反應(yīng)較為敏感。王海軍等［14－15］對滇池沉水植物群落特征的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在重度富營養(yǎng)化的滇池，黑藻幾乎消失，但在貧營養(yǎng)化的撫仙湖，黑藻則為優(yōu)勢物種。特定沉水植物群落的出現(xiàn)與否可作為水質(zhì)評價的標準［16－17］。由此可推測沉水植物黑藻有可能作為水體富營養(yǎng)化的指示性生物，能及時、有效地監(jiān)測水生態(tài)環(huán)境，為水環(huán)境的生態(tài)恢復(fù)及水污染的防治提供理論依據(jù)。為進一步明確沉水植物黑藻能否作為水體富營養(yǎng)化氨氮濃度指標的指示性生物，筆者研究不同濃度氨氮對黑藻生長（鮮重、株高、分支和死亡率）的影響，從而找到導(dǎo)致黑藻死亡的直接因子，并結(jié)合野外調(diào)查滇池入湖河流（大青河、海河和寶象河）不同河段黑藻的優(yōu)勢度及相應(yīng)河段水質(zhì)氨氮濃度的測定結(jié)果，以期為水體污染的控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

黑藻于2015年6月15日采自昆明市大青河，取回后在光照實驗內(nèi)預(yù)培養(yǎng)7d，選取生長良好、長勢一致的頂枝作為試驗材料。

1.2 試驗設(shè)計

營養(yǎng)液采用稀釋10倍的Hoagland’s溶液［1820］，培養(yǎng)液的配方和化學(xué)成分見表1。以（NH4）2SO4為氮源，設(shè)置7個不同濃度梯度（0.2mg／L、0.5mg／L、1mg／L、2mg／L、4mg／L、8mg／L和16mg／L），磷濃度為0.02mg／L。選取生長良好、形狀、質(zhì)量一致，長15cm的黑藻頂枝作為試驗材料，分別移栽到體積為5L的塑料培養(yǎng)器中，培養(yǎng)器中放有4L的營養(yǎng)液，每個培養(yǎng)器中定植15株長勢一致的植株頂枝，測定每個培養(yǎng)器中黑藻的鮮重及分支，保持植株鮮重、分支基本相等。試驗在光照實驗室內(nèi)進行，平均水溫為22℃，pH為8，試驗時間4周，每隔3d換1次培養(yǎng)液（更換培養(yǎng)液后測定其氨氮濃度），每隔7d對黑藻各生長指標（株高、分支、鮮重和死亡率）進行測定，并計算其增長量。

表1 培養(yǎng)液的配方和化學(xué)成分Table 1 Chemical composition and formula of culture solution

1.3 生長指標測定

1.3.1 植株平均株高增長量

1.3.2 植株平均分支增長量

1.3.3 植株平均鮮重增長量

1.3.4 植株死亡率

1.4 黑藻優(yōu)勢度的野外調(diào)查

于2015年9月4－6日對滇池入湖河流（大青河、海河和寶象河）的黑藻優(yōu)勢度進行調(diào)查，同時采集水樣進行水質(zhì)氨氮濃度的測定。在每個采樣點5m2的范圍內(nèi)，隨機設(shè)置3個0.5m×0.5m的樣方，用開口采集面積為0.5m×0.38m的帶網(wǎng)沉水植物采樣器采集沉水植物，3次重復(fù)，將采上來的全部沉水植物及時沖洗干凈，按種類分開，稱量鮮重（作為物種的生物量），并記錄黑藻出現(xiàn)的次數(shù)。沉水植物在進行野外調(diào)查時，計數(shù)較為困難，密度特征無法獲得，因此物種優(yōu)勢度根據(jù)頻度和生物量來確定［14，21－22］。

優(yōu)勢度（DV）＝［（相對頻度＋相對生物量）／2］×100%

相對頻度（RF）＝（該物種出現(xiàn)的頻度／所有物種出現(xiàn)的頻度之和）×100%

相對生物量（RB）＝（該物種的生物量／所有物種生物量之和）×100%

頻度（F）＝（某物種出現(xiàn)的樣本數(shù)／樣本總數(shù)）×100%

1.5 河流水質(zhì)氨氮濃度的測定

水質(zhì)氨氮濃度的測定：采用水楊酸－分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度氨氮對黑藻生長指標的影響

由圖示可知，在不同氮氨濃度下黑藻株高、分支、鮮重及死亡率的平均增長量變化情況。

2.1.1 鮮重 試驗期間，各試驗組間黑藻鮮重增長量存在巨大差異，其中濃度為0.2～1mg／L時，植株鮮重增長量隨時間延長波動增加，且培養(yǎng)時間越長濃度越高，鮮重增長量越大。但濃度為2～16mg／L時，植株鮮重增長量隨時間延長而下降，且時間越長下降幅度越大，試驗至第4周，濃度為4～16mg／L時的鮮重增長量為負值，且濃度越高，數(shù)值越大。試驗結(jié)束后，濃度為0.2～1mg／L時，植株鮮重增長量隨濃度的升高而增加，表明低濃度氨氮促進黑藻鮮重的增長，且濃度越高促進作用越明顯。但當濃度為2mg／L，黑藻鮮重平均增長量較1mg／L時的少1.33g，表明氨氮濃度為2mg／L時，黑藻鮮重的增長受到抑制，當濃度為4～16mg／L時，黑藻鮮重平均增長量都為負值，且濃度越大數(shù)值越高，表明高濃度氨氮抑制黑藻鮮重的增長，且濃度越高抑制作用越明顯。綜上可以初步判斷，抑制黑藻鮮重增長的氨氮濃度為2～16mg／L。

2.1.2 株高 株高是黑藻植株莖的長度，莖是黑藻重要的營養(yǎng)器官，莖的長度反應(yīng)植株生長狀況的好壞，試驗前2周，不同濃度氨氮黑藻平均株高的增長量都為正值，表明試驗前2周各試驗組的植株株高都在波動增長。但試驗后2周，各試驗組間株高增長量存在極大差異，其中濃度為0.5～1mg／L試驗組的株高增長量整體呈上升趨勢，而其余各濃度試驗組株高增長量整體呈下降趨勢，且濃度越高下降趨勢越明顯，濃度為4～16mg／L時，在試驗至第4周，株高增長量都為負值，表明在該濃度條件下，黑藻植株莖已出現(xiàn)腐爛，植株株高不再增長。試驗結(jié)束后，濃度為0.2～1mg／L試驗組的植株株高增長量隨濃度的增加而增加，表明低濃度（0.2mg／L、0.5mg／L和1mg／L，下同）氨氮促進黑藻植株莖的生長；濃度為2～16mg／L試驗組的植株株高增長量隨濃度的增加而減少，且濃度越高下降趨勢越明顯，表明高濃度（2mg／L、4mg／L、8mg／L和16mg／L，下同）氨氮抑制黑藻植株莖的生長，且濃度越高抑制作用越明顯，當氨氮濃度為16mg／L時，植株平均株高增長量為－15cm，表明在該濃度條件下，所有供試植株莖不再生長。綜上可以初步判斷，適合黑藻植株莖生長的氨氮濃度為0.2～2mg／L。

圖示 不同濃度氮氨的黒藻鮮重、株高、分支及死亡增長量Fig. The increment of fresh weight，height，branch and mortality of H.verticillatain different concentrations of ammonia nitrogen

2.1.3 分支 黑藻分支是黑藻重要的營養(yǎng)器官，分支的多少反應(yīng)植株生長狀況的好壞，是植株體繁殖的重要指標。試驗前2周，各試驗組分支的增長量都為正值，表明試驗前2周各試驗組的植株分支都在波動增長，且植株分支增長量一直維持著相對較高的水平。但試驗后2周尤其是試驗至第4周，各試驗組間分支增長量存在極大差異，其中濃度為0.2～1mg／L試驗組的分支增長量整體呈波動上升趨勢，而濃度為2～16mg／L試驗組的分支增長量呈整體下降趨勢，且濃度越高，下降趨勢越明顯，其中濃度為2mg／L試驗組的分支增長量幾乎為0，表明在該濃度下，黑藻分支不再增長；當濃度為4～16mg／L，其分支增長量都為負值，表明在該濃度下，有黑藻死亡且植株不再出現(xiàn)新的分支。試驗結(jié)束后，濃度為0.2～1mg／L試驗組的植株分支增長量隨濃度的增加而增加，表明低濃度的氨氮促進黑藻植株的分支生長；濃度為2～16mg／L試驗組的植株分支增長量隨濃度的增加而減少，且濃度越高下降趨勢越明顯，表明高濃度氨氮抑制黑藻分支的生長，且濃度越高抑制作用越明顯。綜上可以初步判斷，抑制黑藻分支增長的氨氮濃度為2～16mg／L。

2.1.4 死亡率 黑藻死亡是氨氮對黑藻產(chǎn)生的最大損害，死亡率的大小是判斷氨氮對黑藻損害程度最直接的手段，也是探究氨氮是否是導(dǎo)致自然水體中黑藻衰退和消失的直接因子。在試驗開始的前2周，各濃度試驗組均無黑藻死亡，試驗至第3周，濃度為8～16mg／L試驗組均出現(xiàn)黑藻死亡，且死亡率增長量隨時間的延長及濃度的升高而加速上升，其中濃度為8mg／L時，黑藻死亡率增長量由13.33%上升至33.33%；濃度為16mg／L時，黑藻死亡率增長量由20%上升至80%，說明黑藻對濃度為8～16mg／L的氨氮具有一定耐受性，耐受時間為2周，2周后高濃度的氨氮導(dǎo)致黑藻死亡，且培養(yǎng)時間越長濃度越高致死強度越強。試驗結(jié)束后，各試驗組間黑藻死亡率存在極大差異，其中濃度為0.2～2mg／L的試驗組在試驗期間均無黑藻死亡，而濃度為4mg／L的試驗組，在試驗至第4周出現(xiàn)黑藻死亡，濃度為16mg／L時，黑藻死亡率為100%。因此，高濃度氨氮是導(dǎo)致黑藻死亡的直接因子。

2.2 野外調(diào)查黑藻優(yōu)勢度與水質(zhì)氨氮濃度的關(guān)系

由表2可知，大青河環(huán)湖東路口和福保文化城河段的黑藻優(yōu)勢度都大于50%，其相對生物量都大于40%，黑藻成為該河段的優(yōu)勢物種，室內(nèi)測定環(huán)湖東路口和福保文化城河段的水質(zhì)氨氮濃度分別為0.559mg／L和0.396mg／L。而在大青河昆明火車站河段，黑藻優(yōu)勢度和相對生物量都為0，黑藻成為該河段的消失性物種，室內(nèi)測定昆明火車站采樣點的水質(zhì)氨氮濃度為11.184mg／L。在整條海河的各采樣點黑藻的優(yōu)勢度和相對生物量都為0，黑藻成為海河的消失性物種，且各采樣點的氨氮濃度都大于10mg／L。在寶象河鼎晟大廈河段，黑藻優(yōu)勢度和相對生物量都低于30%，其中相對生物僅有11.33%，所以黑藻在該河段成為伴生性物種。即當黑藻為河段的優(yōu)勢物種時，河段水質(zhì)氨氮濃度不超過1mg／L；當黑藻為河段消失性物種時，河段水質(zhì)氨氮濃度不低于4mg／L。

表2 黑藻優(yōu)勢度與水質(zhì)氨氮濃度的相關(guān)性Table 2 Relationship between H.verticillatadominance characteristics and characteristics of NH4＋－N concentration in water

3 結(jié)論與討論

試驗結(jié)果表明，低濃度（0.2mg／L、0.5mg／L 和1mg／L）氨氮促進黑藻生長，高濃度（2mg／L、4mg／L、8mg／L和16mg／L）氨氮抑制黑藻生長，且濃度越高抑制作用越明顯，濃度為4～16mg／L的氨氮導(dǎo)致黑藻死亡，且濃度越高死亡率越大，當濃度為16mg／L時，試驗至第4周黑藻全部死亡的試驗結(jié)果與金相燦、顏昌宙等關(guān)于不同濃度的氨氮對輪葉黑藻生理影響的研究結(jié)果相一致［19－20］，其研究結(jié)果表明，氨氮濃度為4mg／L時，葉綠素和可溶性糖含量明顯降低，且在濃度為16mg／L時，培養(yǎng)時間在20d內(nèi)，黑藻體內(nèi)的葉綠素和可溶性糖含量、蛋白質(zhì)含量、抗氧化酶活性和谷氨酰胺合成酶（GS）等生理指標都表明黑藻全部死亡。

室內(nèi)培養(yǎng)條件下，低濃度氨氮促進黑藻生長的結(jié)果與黑藻為優(yōu)勢物種的河段水質(zhì)氨氮濃度不超過1mg／L的野外調(diào)查結(jié)果一致，高濃度氨氮導(dǎo)致黑藻死亡的結(jié)果與黑藻為消失性物種的河段水質(zhì)氨氮濃度不低于4mg／L的野外調(diào)查結(jié)果一致。因此，可以初步判斷，黑藻可以用于水質(zhì)氨氮濃度指標的評價，且當黑藻為河段的優(yōu)勢物種時，指示河段水質(zhì)氨氮濃度不超過1mg／L；當黑藻為河段消失性物種時，指示河段水質(zhì)氨氮濃度不低于4mg／L。

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（責任編輯：孫小嵐）

Effects of Different Concentrations of Ammonia Nitrogen on Hydrilla verticillata Growth

CHEN Guoling，SU Huai＊，LAN Dan，WANG Zeli，ZHU Zhengfeng
（College of Tourism and Geography Science，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China）

To find the bioindicator of the NH4＋－N concentration in water，the effects of different concentrations（0.2mg／L，0.5mg／L，1mg／L，2mg／L，4mg／L，8mg／Land 16mg／L）of NH4＋－N on the growth（plant height，branch，fresh weight and mortality）of H.verticillata were studied in this paper.Results：Low concentrations（0.2mg／L，0.5mg／L and 1mg／L）of NH4＋－N promoted the growth of H.verticillata，but in high concentration（2mg／L，4mg／L，8mg／L and 16mg／L）it inhibited the growth of H.verticillata，and the higher the concentration was，the more obvious the inhibitory effect was.When the concentration of NH4＋－N was 4～16mg／L，it caused the death of H.verticillata，and the higher the concentration was，the higher the more mortality rate was.To the end of fourth week of the experiment，H.verticillataall died when the concentration of NH4＋－N was 16mg／L.The results of the field investigation showed that the concentration of NH4＋－N in water did not exceed 1mg／L in the river where H.verticillata was the dominant species，and the concentration of NH4＋－N in water was not less than 4mg／L in the river where H.verticillata was the vanishing species.The result of the indoor culture experiment and the result of the field investigation echoed each other，therefore H.verticillatacan be used as the bioindicator of NH4＋－N concentration in water.

NH4＋－N；Hydrilla verticillata；influences；indication

X835

A

1001－3601（2016）07－0314－0121－04

2016－03－04；2016－6－29修回

云南師范大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練項目（ky2014－175）

陳國玲（1989－），女，在讀碩士，研究方向：水環(huán)境監(jiān)測。E－mail：930347631＠qq.com

＊通訊作者：蘇 懷（1977－），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事環(huán)境變化與區(qū)域管理研究。E－mail：suhuai07＠163.com