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沉水植物苦草对水环境中磷的影响

吴强亮  
【摘要】:水体富营养化是目前地球面临的巨大挑战,而氮、磷元素的增加是导致其主要原因;大量研究表明磷是水体的营养限制元素,含量较少,而内源性磷是如今富营养污染治理的难点,因此沉积物中的“内源性磷”成为近年来的研究热点。 沉水植物群落广泛存在于自然浅水湖泊中,是重要的生物类群,植株完全沉没于水面以下,根系扎入沉积物,茎和叶片悬浮于上覆水中,并且以其自身的形态结构、群落功能特征及代谢活动影响对湖泊生态的平衡起着重要作用,近年来被广泛用于富营养化水体的修复着其生态系统的恢复。苦草繁殖速度快,生长迅速,根系发达,因此常被用作水体修复的研究植物,为此提出了苦草对水体磷的影响研究。 本课题通过中型生态环境的模拟,旨在苦草对上覆水、间隙水、沉积物中磷的赋存和比例分配研究,为苦草在水质修复中的应用提供参考。主要研究结果如下: 1、苦草对上覆水和间隙水中磷形态影响试验表明:苦草显著降低上覆水和间隙水各形态磷浓度(P0.05),种植苦草后,上覆水总磷(TP)、总溶解磷(DTP)、溶解无机磷(DIP)和溶解有机磷(DOP)浓度范围分别为:0.033~0.053mg/L、0.02~0.027mg/L、0.005~0.006mg/L和0.014~0.022mg/L;颗粒磷(PP)、颗粒无机磷(PIP)和颗粒有机磷(POP)浓度范围依次为:0.011~0.026mg/L、0.003~0.004mg/L和0.007~0.021mg/L。苦草组间隙水TP、TIP(总无机磷)和TOP(总有机磷)均呈下降趋势,到实验结束时,浓度分别为0.13mg/L、0.09mg/L和0.04mg/L,较对照组分别下降了70.10%、72.61%和62.92%。因此,苦草能短时间内净化水质,提高水体透明度,维持磷低水平浓度。 2、苦草生长期显著降低沉积物含水率和烧失率(LOI),另外TP降低量为78.79mg/kg,其中有机磷(Org-P)含量降低49.99mg/kg,对TP降低的贡献度为62.67%,而Ca-P相比对照组减少2.20%,因此,苦草可能主要通过促进Org-P的矿化向水柱和间隙水中释放磷的方式降低沉积物TP含量,其次苦草可促进钙结合态磷(Ca-P)的分解;此外,苦草满足植株生长所吸收的沉积物铁结合态磷(Fe-P)和铝结合态磷(A1-P)分别为2.99mg/kg和4.10mg/kg,但苦草对闭蓄态磷(Oc-P)含量没有显著影响(p0.05)。在缓慢生长阶段,苦草促进有机物的沉降以及Fe-P和Oc-P的形成,Fe-P和Oc-P含量分别增加14.82mg/kg和101.53mg/kg,少量促进A1-P的形成,其含量升高7.39%。因此,苦草在不同生长阶段对沉积物中磷形态的转化以及各形态磷的迁移方向具不同的影响,在快速生长期苦草转化吸收高活性磷固定到植株体内,缓慢生长阶段则增强沉积物对磷的吸附能力,对水体中的磷向沉积物沉降表现出积极促进作用。 3、不同生长阶段苦草对不同磷浓度的吸附试验表明,在磷浓度空白培养时,幼苗期苦草向水体释放磷,而在0.02mg/L和0.05mg/L浓度培养时,0.5h内有剧烈的吸附,速度分别为12.0μg/L·h-1和18.7μg/L·h-1,0.1mg/L培养时,0.5h内吸收速度较前两组慢,但是0.5-1.5h内剧烈吸收,速度为10.6μg/L·h-1。磷浓度0.013mg/L可能为吸收阈值;根据吸附速率和溶氧(DO)、pH和Eh结果推测:0.05-1mg/L之间存在一浓度,此浓度为高亲和力和低亲和力吸收的转换点。 生长期苦草吸附速度与磷浓度成正相关,吸附速率显著提高,对磷元素的需求和固磷能力都较幼苗期有很大提高,吸收阈值降至0.01mg/L。衰败期苦草植株停止磷的吸附,反而向水体释放磷元素,释放速率和总量与培养液中磷浓度成反比。


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