水葫蘆在海水中的馴化及其對(duì)氨氮的去除能力研究

許澤昊 胡海燕

摘要?[目的]研究水葫蘆在海水馴化條件下對(duì)氨氮的去除能力。[方法]設(shè)置不同鹽度試驗(yàn)組對(duì)水葫蘆進(jìn)行馴化，采用納氏試劑法測(cè)定水體中氨氮濃度。[結(jié)果]1∶2和1∶5試驗(yàn)組比1∶0和1∶1試驗(yàn)組更快到達(dá)平穩(wěn)期，且去除氨氮效果更好。1∶0、1∶1、1∶2和1∶5試驗(yàn)組氨氮去除率分別為49.79%、66.45%、70.65%和77.43%。[結(jié)論]水葫蘆可以在較低鹽度生長(zhǎng)且氨氮去除率高，通過(guò)海水馴化可以使得水葫蘆更加適應(yīng)海水環(huán)境，并為治理近海海域水體富營(yíng)養(yǎng)化提供可靠的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞?水葫蘆;馴化;富營(yíng)養(yǎng)化;氨氮;去除能力

中圖分類(lèi)號(hào)?X52文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2019）22-0065-02

Abstract?[Objective]The research aimed to study the ability of Eichhornia crassipes to remove ammonia nitrogen under seawater domestication conditions.[Method]The experimental group with different salinity was used to acclimate Eichhornia crassipes，and the ammonia nitrogen concentration in water was determined by Nessler's reagent method.[Result]The 1∶2 and 1∶5 experimental groups reached the stationary phase faster than the 1∶0 and 1∶1 experimental groups，and the effect of removing ammonia nitrogen was better.The ammonia nitrogen removal rates of the 1∶0，1∶1，1∶2，and 1：5 experimental groups were 49.79%，66.45%，70.65% and 77.43%，respectively.[Conclusion]Eichhornia crassipes can grow at lower salinity and high ammonia nitrogen removal rate.Water domestication can make Eichhornia crassipes more adapt to seawater environment and provide a reliable theoretical basis for the treatment of eutrophication in offshore waters.

Key words?Eichhornia crassipes;Acclimation;Eutrophication;Ammoina nitrogen;Removal ability

近幾十年來(lái)，內(nèi)陸居民農(nóng)藥化肥的濫用，工業(yè)革命以來(lái)的化石燃料的燃燒等人類(lèi)活動(dòng)使得海洋環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)鹽陸地輸入的總量不斷增加，近海海域中水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日益嚴(yán)重[1]。海洋赤潮的不斷暴發(fā)正是近海海域水體富營(yíng)養(yǎng)化最為突出的表現(xiàn)，并且暴發(fā)頻率持續(xù)增加、暴發(fā)區(qū)域不斷擴(kuò)大[2]。

水葫蘆，又稱(chēng)為鳳眼蓮[3]，屬于被子植物門(mén)、單子葉植物綱、粉狀胚乳目、雨久花亞目、雨久花科、鳳眼藍(lán)屬、鳳眼藍(lán)種[4]。由于水葫蘆利用水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的能力強(qiáng)，在1901年引進(jìn)我國(guó)時(shí)常作為水體凈水植物來(lái)擴(kuò)大培育。水葫蘆能夠很好地吸收水體中的氨氮，從而達(dá)到凈化水體的目的。水葫蘆有2種繁殖方式：有性繁殖和通過(guò)葡旬莖增殖的無(wú)性繁殖[5]。無(wú)性繁殖使得水葫蘆更快地?cái)U(kuò)大種群優(yōu)勢(shì)，占領(lǐng)生態(tài)位，壓迫其他生物的生存環(huán)境[6]。水葫蘆具有廣泛的溫度適應(yīng)性，且在25～35 ℃繁殖速度最快[7-8]。若能將水葫蘆進(jìn)行鹽度馴化，可以使得利用水葫蘆治理近海海域水體富營(yíng)養(yǎng)化成為可能。筆者通過(guò)設(shè)置不同鹽度試驗(yàn)組和對(duì)照組，對(duì)水葫蘆進(jìn)行馴化，測(cè)定水體中的氨氮濃度隨時(shí)間的變化，考察水葫蘆在海水介質(zhì)中馴化的可能性及其對(duì)氨氮的吸收能力。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

水葫蘆取自浙江舟山臨城街道附近水道，選取長(zhǎng)勢(shì)良好的植株，將附著于其上的浮萍等其他水生植物及其他雜質(zhì)洗凈后進(jìn)行培養(yǎng)。

海水取自浙江海洋大學(xué)附近海域，并以0.45 μm孔徑濾膜過(guò)濾抽濾后備用。將抽濾好的海水與淡水分別按照1∶5、1∶2、1∶1、1∶0的比例混合至10 L，分別放入4個(gè)水桶中，并貼好標(biāo)簽。然后分別稱(chēng)取葡萄糖10.00 g、磷酸氫二鉀7.50 g、磷酸二氫鈉2.50 g、碳酸氫鈉10.00 g、硫酸鎂0.20 g、氯化銨0.38 g，溶解于4組不同比例的10 L水樣中。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?水葫蘆的馴化。從處理好的水葫蘆樣本中挑選出生長(zhǎng)狀態(tài)良好的植株，用吸水紙吸干表面水分。然后將等株數(shù)的水葫蘆分別放入4個(gè)水桶中，加入量以能夠均勻鋪滿桶表面為準(zhǔn)，放入前先稱(chēng)量每株的重量。定期測(cè)定和觀察水葫蘆的生長(zhǎng)狀況，包括側(cè)根分支情況、凈重及其植株的高度。

1.2.2?氨氮的測(cè)定。

采用納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮濃度。每隔24 h從4個(gè)桶中分別移取1 mL置于50?mL具塞比色管，加蒸餾水至標(biāo)線，加入 1.0?mL 酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，再加入納氏試劑1.0 mL，搖勻。放置10 min 后，在波長(zhǎng)420 nm下測(cè)定水樣的吸光度，依工作曲線計(jì)算氨氮含量。

1.3?數(shù)據(jù)處理?試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用IBM SPSS Statistics 24和Origin 8.5分析和處理。

2?結(jié)果與分析

2.1?水葫蘆生長(zhǎng)狀況

從前期培養(yǎng)的水葫蘆中分別挑選出3株生長(zhǎng)狀況良好的水葫蘆，分別標(biāo)為1、2、3，用吸水紙吸干，測(cè)量每一株的重量和高度，并觀察其分支情況，做好記錄，然后將其分別放入已配好培養(yǎng)液的水桶中進(jìn)行馴化試驗(yàn)。水葫蘆的初始生長(zhǎng)狀況如表1所示。之后每隔3 d將水葫蘆從水桶中拿出，用吸水紙吸干后測(cè)定其生長(zhǎng)狀況，其重量的變化情況如表2所示。

從表1、2可看出，在最初的階段各組水葫蘆的重量都有小幅度增加，之后開(kāi)始有所減小，且大株的水葫蘆重量變化趨勢(shì)較為明顯，而小株的水葫蘆重量變化不大。1∶0試驗(yàn)組為全海水，其各株水葫蘆減少的質(zhì)量最多，而1∶5試驗(yàn)組海水比例最小，其各株水葫蘆質(zhì)量幾乎沒(méi)有減小，一直呈增加的趨勢(shì)，只是增加的幅度變得很小，其余兩組差距不明顯。總體來(lái)說(shuō)，水葫蘆的質(zhì)量變化不大，各組之間的區(qū)別也不是很明顯。

在培養(yǎng)3～4 d后，水葫蘆邊上葉子的外圍一圈開(kāi)始脫水發(fā)黃，變得干枯，之后開(kāi)始漸漸枯萎，中間的葫蘆開(kāi)始干癟。而1∶0試驗(yàn)組中的水葫蘆在第2天有些葉子就開(kāi)始出現(xiàn)脫水現(xiàn)象，葉子周?chē)?xì)細(xì)的一圈開(kāi)始發(fā)黃。各組水葫蘆的分支均沒(méi)有增加，高度變化也不明顯。

可見(jiàn)在海水與淡水混合配制的培養(yǎng)液中，由于鹽度較高，水葫蘆的生長(zhǎng)狀況并不是很理想，很短的時(shí)間便開(kāi)始出現(xiàn)脫水現(xiàn)象。特別是在1∶0試驗(yàn)組中，水葫蘆的脫水現(xiàn)象最為明顯，海水濃度低的又相對(duì)好一些。

2.2?氨氮的濃度變化

由圖1可知，1∶0試驗(yàn)組的氨氮濃度在開(kāi)始5 d呈下降趨勢(shì)，在第6天突然回升，之后下降慢慢趨于穩(wěn)定;1∶1試驗(yàn)組的氨氮濃度在下降后的第6天有很明顯的一個(gè)回升，之后慢慢穩(wěn)定;1∶2試驗(yàn)組中氨氮濃度變化較之前兩組相對(duì)穩(wěn)定，第7天后呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì);1∶5試驗(yàn)組中海水含量最少，第5天后氨氮濃度變化相對(duì)穩(wěn)定。各組水葫蘆的氨氮濃度總體呈下降趨勢(shì)，且均在第1天到第2天降低最快。1∶5試驗(yàn)組在第5天后氨氮濃度便趨于穩(wěn)定，1∶2試驗(yàn)組的氨氮濃度在第8天后趨于穩(wěn)定，1∶1的氨氮濃度在第9天后趨于穩(wěn)定，1∶0試驗(yàn)組是在第9天后慢慢穩(wěn)定;且趨于穩(wěn)定后1∶5試驗(yàn)組的氨氮濃度最低，之后依次是1∶2、1∶1、1∶0試驗(yàn)組以及1∶0和1∶1試驗(yàn)組的氨氮濃度相近，無(wú)顯著性差別;在第13天時(shí)，1∶0、1∶1、1∶2和1∶5試驗(yàn)組氨氮去除率分別為49.79%、66.45%、70.65%和77.43%。由此可知，水葫蘆對(duì)水體中的氨氮具有較強(qiáng)的吸收能力。鹽度越低時(shí)，水葫蘆對(duì)氨氮的吸收效果更好，且更快到達(dá)平穩(wěn)期。當(dāng)鹽度升高時(shí)，鹽度對(duì)水葫蘆具有鹽脅迫作用，抑制水葫蘆生長(zhǎng)，因此水葫蘆對(duì)氨氮的吸收效果不穩(wěn)定。

3?結(jié)論與討論

該研究通過(guò)設(shè)置鹽度對(duì)照試驗(yàn)組探究了不同鹽度下水葫蘆的氨氮去除率。鹽度對(duì)水葫蘆具有脅迫作用，抑制水葫蘆生長(zhǎng)，但是低鹽度對(duì)水葫蘆抑制作用不明顯，水葫蘆生長(zhǎng)狀況與吸收氨氮濃度的能力相關(guān)，因此在低鹽度下水葫蘆吸收氨氮能力強(qiáng)于高鹽度。

有研究表明，水葫蘆對(duì)水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽具有較強(qiáng)的富集作用[9]，水葫蘆通過(guò)根系吸收水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽加快自身繁殖和生長(zhǎng)[10]。水葫蘆的根部為許多活性微生物提供了良好的生存環(huán)境，微生物和水葫蘆形成了良好的共生關(guān)系[11]。因此對(duì)水葫蘆的馴化可以使得水葫蘆更好地適應(yīng)高鹽環(huán)境、更好地生長(zhǎng)，從而得到更高的氨氮去除率。

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