不同濃度CO2條件下苦草生長和水體中磷酸鹽動態的耦合關系分析

趙兵

摘 要：水體中適量的磷鹽可以促進水生植物的生長，但磷含量過高會使藻類過度繁殖進而引起水質條件的惡化，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系更加復雜，文章發現底質營養鹽負荷過高，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境中，增加碳源會使得水質條件更加不利于苦草的生長。在低鹽底質條件下，增加碳源會促使苦草的加速生長。

關鍵詞：磷；苦草生長；碳源；耦合關系

中圖分類號：X173 文獻標識碼：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勢沉水植物。苦草有較快的生長速度和再生能力，而且是魚類的重要食料，作為湖泊生態系統的重要組成部分，它對維持湖泊生態系統的穩定有重要意義。

水體中適量的磷鹽可以促進水生植物的生長，但磷含量過高會使藻類過度繁殖進而引起水質條件的惡化，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源性磷。在富營養湖泊修復過程中，當控制好外源性磷之后，內源性磷的治理就成為治理的重點。而內源性磷主要集中在富營養的底泥中，研究底泥磷釋放對湖泊修復尤為重要。

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生命科學學院溫室的水池中。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 土壤基質的預處理和營養水平的設定

1.2.1 基本底質

首先對武漢大學溫室中18個1 m×1 m×1 m水池中的基質底泥進行預處理，主要工作包括：混勻底泥、清理植物殘體。

1.2.2 營養水平的設定和營養鹽的添加

實驗設置的富營養底泥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，沿著水池內壁將自來水注入水池中，盡量避免水池底質的擾動。

1.2.4 測定周期的選擇

每個池中的水樣指標的測定均設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

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 結果和分析

2.1 苦草生物量

①高鹽底質苦草生物量狀況：高鹽底質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，高鹽底質水體中苦草的生物量差異不大。

②低鹽底質苦草生物量狀況：在低鹽底質水體中苦草的生物量平均是高鹽底質水體苦草生物量的20～40倍。不同的CO2處理條件下，低鹽底質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。但低鹽對照組內不同水體的苦草產量鮮重的標準差較小，而充氣組則較大。

2.2 水體中TP的時間動態變化

①高鹽底質對照組水體：5月中旬測定高鹽底質對照組水體中的TP含量發現，高鹽底質對照組各個池中上覆水的TP含量均高于五類水質指標下限，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）。而后穩定在接近劣五類水質相應的TP下限水平，即水質條件在四類與五類水之間。

②高鹽底質充氣組水體：5月中旬時，高鹽底質充氣組水體中的TP含量平均水平約為高鹽底質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定，在6月初時達到峰值。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標準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。初期該組內各個池中水體TP含量的標準差較同期高鹽底質對照組較小，隨時間變化也穩定減小，即水間的差異隨時間是不斷減小的。

③高鹽底質組間對比：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定減小的，即不同的充氣條件下高營養底質水體中的TP水平趨于一致。

④低鹽底質水體：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。

隨著時間的進行，所有低鹽水體的TP含量均處于穩定的低水平狀態。水體條件良好。

由結果分析，不同處理組內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營養鹽的水平是相同的，所以營養鹽的釋放與最初上覆水添加過程對底質的擾動密切相關。推測原因可能是由于在添加上覆水對底質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，這都有利于水質的改善。但本實驗底質營養鹽負荷過高，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境中，增加碳源并沒能促進苦草對營養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，使水質條件更加不利于苦草的生長。

在低鹽底質條件下，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，維持良好的水質環境。

參考文獻：

[1] 陳開寧，蘭策介，史龍新，等.苦草繁殖生態學[J].植物生態學報，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].植物生態學報，2008，（1）.

[3] 郭洪濤，曹特，倪樂意.中等實驗規模下不同營養環境對苦草（Vallisne-

ria natans）生長的影響[J].湖泊科學，2008，（2）.

[4] 許振柱，周廣勝.全球變化下植物的碳氮關系及其環境條件研究進展——從分子到生態系統[J].植物生態學報，2007，（4）.