不同浓度CO2条件下苦草生长和水体中磷酸盐动态的耦合关系分析

赵兵

摘 要：水体中适量的磷盐可以促进水生植物的生长，但磷含量过高会使藻类过度繁殖进而引起水质条件的恶化，影响水生植物特别是沉水植物的生长。大气浓度CO2升高使得水体中苦草生长和磷酸盐的关系更加复杂，文章发现底质营养盐负荷过高，使得水体中的TP含量较高，水体中沉水植物苦草的生长受到抑制，在这种高盐的水体环境中，增加碳源会使得水质条件更加不利于苦草的生长。在低盐底质条件下，增加碳源会促使苦草的加速生长。

关键词：磷；苦草生长；碳源；耦合关系

中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）26-0163-02

苦草（Vallisneria natans），为苦草属水鳖科多年生沉水草本植物，是我国淡水湖泊河流中的广布沉水植物，在长江流域的湖泊中为优势沉水植物。苦草有较快的生长速度和再生能力，而且是鱼类的重要食料，作为湖泊生态系统的重要组成部分，它对维持湖泊生态系统的稳定有重要意义。

水体中适量的磷盐可以促进水生植物的生长，但磷含量过高会使藻类过度繁殖进而引起水质条件的恶化，影响水生植物特别是沉水植物的生长。磷是影响水体中藻类生长的重要生长因子，按其来源可分为外源性磷和内源性磷。在富营养湖泊修复过程中，当控制好外源性磷之后，内源性磷的治理就成为治理的重点。而内源性磷主要集中在富营养的底泥中，研究底泥磷释放对湖泊修复尤为重要。

1 材料和方法

1.1 实验材料选择

本文选用实验材料为长江流域水体是优势常见物种苦草，苦草鳞茎采自湖北省鄂州市东沟。选取大小和生长状况一致的东芽种植到武汉大学生命科学学院温室的水池中。水池体积是1 m×1 m×1 m，每个池中等间距种植6个鳞茎。

1.2 土壤基质的预处理和营养水平的设定

1.2.1 基本底质

首先对武汉大学温室中18个1 m×1 m×1 m水池中的基质底泥进行预处理，主要工作包括：混匀底泥、清理植物残体。

1.2.2 营养水平的设定和营养盐的添加

实验设置的富营养底泥N和P浓度分别为：

N浓度为6 mg/g，P浓度为1.5 mg/g，添加营养盐为NH4NO3和（NH4）3PO4。

1.2.3 上覆水均使用自来水

在苦草种植后，沿着水池内壁将自来水注入水池中，尽量避免水池底质的扰动。

1.2.4 测定周期的选择

每个池中的水样指标的测定均设3个平行，测定频率为每半个月测定一次，测定时间为2009年5月～2009年7月。苦草种植时间是2009年4月22日，收获时间是7月28日，添加覆水时间是2009年4月25日，测定时间为2009年5月～2009年7月。

1.2.5 测定指标

总P：过硫酸钾消解法——钼锑抗分光光度法（检出限：0.01～0.6 mg/L）收获后苦草根、茎、叶的鲜重。

2 结果和分析

2.1 苦草生物量

①高盐底质苦草生物量状况：高盐底质的各个水池中的苦草根茎叶的总生物量均值<10 g。不同的CO2处理条件下，高盐底质水体中苦草的生物量差异不大。

②低盐底质苦草生物量状况：在低盐底质水体中苦草的生物量平均是高盐底质水体苦草生物量的20～40倍。不同的CO2处理条件下，低盐底质水体中苦草的生物量差异很大。低盐充气组苦草的总生物量积累约是低盐对照组苦草生物量的2倍。其中低盐充气组根重的总量达到低盐对照组的近2.5倍，茎重是对照组的近两倍，叶片重和总生物量均是对照组的2倍多。但低盐对照组内不同水体的苦草产量鲜重的标准差较小，而充气组则较大。

2.2 水体中TP的时间动态变化

①高盐底质对照组水体：5月中旬测定高盐底质对照组水体中的TP含量发现，高盐底质对照组各个池中上覆水的TP含量均高于五类水质指标下限，即各个水体均属于劣五类水体。该组水体中总磷的含量随时间先迅速降低后趋于稳定。自5月中旬到6月中旬，该组水体的TP含量自0.65 mg/L迅速降低至0.2 mg/L（劣五类水TP含量的下限水平）。而后稳定在接近劣五类水质相应的TP下限水平，即水质条件在四类与五类水之间。

②高盐底质充气组水体：5月中旬时，高盐底质充气组水体中的TP含量平均水平约为高盐底质对照组水体平均水平的1/2，但含量水平接近0.4 mg/L。但该组水体中总磷随时间先升高后降低最后也趋于稳定，在6月初时达到峰值。在5月15日～6月15日期间，该组水体中的TP含量平均水平均高于劣五类水水质标准TP含量的下限0.2 mg/L，即在此期间该组水体均为劣五类水体。初期该组内各个池中水体TP含量的标准差较同期高盐底质对照组较小，随时间变化也稳定减小，即水间的差异随时间是不断减小的。

③高盐底质组间对比：高盐对照组水体和高盐充气组水体中TP平均含量水平的差异随时间是稳定减小的，即不同的充气条件下高营养底质水体中的TP水平趋于一致。

④低盐底质水体：实验初始阶段低盐对照组中水体的TP的含量就极低，即水体本身的磷含量很低具有很好的水质条件。而在低盐充气组相对有较高的TP含量，但在6月份之后其总磷含量也降低至检测的下限。

随着时间的进行，所有低盐水体的TP含量均处于稳定的低水平状态。水体条件良好。

由结果分析，不同处理组内部和不同处理组间水体的温度、pH值是无太大差异的，同时实验初始底泥处理中底质营养盐的水平是相同的，所以营养盐的释放与最初上覆水添加过程对底质的扰动密切相关。推测原因可能是由于在添加上覆水对底质扰动条件存在差异造成。

苦草生长可以利用水体中个的磷盐，进而使水体中的磷含量降低。同时沉水植物叶片也可以加速水体悬浮颗粒物的沉积，这都有利于水质的改善。但本实验底质营养盐负荷过高，使得水体中的TP含量较高，水体中沉水植物苦草的生长受到抑制，在这种高盐的水体环境中，增加碳源并没能促进苦草对营养盐的吸收和生物量的积累。反而使得水体藻类繁殖加速，水体照度降低，使水质条件更加不利于苦草的生长。

在低盐底质条件下，水体中适中保持较低的TP含量水平，这和苦草的生长是密不可分的，苦草的生长吸收水体中的磷，并有助于水体透明度的保持。CO2浓度升高条件下，苦草的生长速度加速，生物量的积累增加明显，这更有利于水体保持较低的TP含量水平，抑制水体藻类的生长，维持良好的水质环境。

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