4種水生植物對海河藍藻的抑制作用研究

邢春玉，黃衛(wèi)琳，高林生,黃 濤

(天津天獅學院，天津 301700)

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4種水生植物對海河藍藻的抑制作用研究

邢春玉，黃衛(wèi)琳，高林生,黃 濤

(天津天獅學院，天津 301700)

[目的]研究4種水生植物對海河藍藻的抑制作用。[方法]選擇了荇菜(Nymphoidespeltatum)、苦草(Vallisnerianatans)、黑藻(Hydrillaverticillata(L. f.) Royle)、穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)4種在天津地區(qū)常見的水生植物，在富營養(yǎng)化水環(huán)境中構建水生植物與浮游藻類共培養(yǎng)系統，通過監(jiān)測水體中藍藻密度、葉綠素a、pH、溶解氧等指標的變化，研究不同水生植物對藍藻的抑制作用及對水環(huán)境的影響。[結果]4種水生植物對富營養(yǎng)化水體中藍藻均具有抑制作用，穗狀狐尾藻、荇菜、黑藻、苦草對藍藻的抑制率分別為70.09%、67.52%、59.83%、58.12%，所在水體中葉綠素a與對照組相比分別下降了78.70%、81.49%、79.32%、65.77%，其中穗狀狐尾藻和荇菜具有較好的抑藻效果。水生植物對水體中的pH、溶解氧、溫度的變化具有調節(jié)作用。[結論]該研究可為海河水生態(tài)修復、藍藻水華控制提供理論依據。

水生植物；荇菜；苦草；黑藻；穗狀狐尾藻；抑藻作用

水體富營養(yǎng)化已成為全球關注的熱點問題，污染物的過度排放致使河流富營養(yǎng)化程度逐漸上升，導致藍藻“水華”的頻繁暴發(fā)[1-2]。地處天津境內的海河，近年來由于工業(yè)廢水和生活污水的排入，水生植物種類單一，菹草(Potamogetoncrispus)的季節(jié)性衰亡造成夏秋季節(jié)藍藻暴發(fā)[3]，水生態(tài)系統受到嚴重影響，給人類健康和經濟發(fā)展帶來不良影響。因此，如何有效控制富營養(yǎng)化水體中的藻類，防止藍藻水華的發(fā)生已成為生態(tài)環(huán)境領域研究的熱點。近年來，人們通過采用化學、物理、微生物等方法來控制藻類的生長[4-6]，雖然可以短期奏效，但存在著費用高、二次污染等缺點。水生植物可以通過對空間、光照、氮、磷等資源的競爭[7]與化感物質的釋放來抑制藻類生長繁殖，使污染水體中藍綠藻受到抑制，從而使水體的水質得到改善[8-11]。因此，要解決水體污染問題，建立可行的藍綠藻類控制方法，在控制污染源的同時，重視水生植物的生態(tài)修復顯得尤為重要。

該研究選擇天津地區(qū)主要河流分布的水生植物，采集海河藍藻暴發(fā)期間的富營養(yǎng)水體，模擬自然條件下水生植物與浮游藻類共培養(yǎng)，研究4種水生植物對藻類的抑制作用，從中篩選出對藍藻抑制作用效果最佳的水生植物，為海河水生態(tài)修復、藍藻水華控制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 水生植物。試驗選用4種在天津地區(qū)具有自然分布的水生植物，包括荇菜(Nymphoidespeltatum)、苦草(Vallisnerianatans)、黑藻(HydrillaverticillataR.)和穗狀狐尾藻(Myriophyllumspicatum)。野外采集水生植物，將采集的水生植物用自來水反復清洗干凈，清除附著在上邊的動物卵體，在16 L培養(yǎng)桶中進行預培養(yǎng)。

1.1.2 含藻類富營養(yǎng)化水體。試驗用到的含藻類水樣取自天津海河藍藻暴發(fā)期間富營養(yǎng)化水體，用浮游動物網反復過濾水樣以消除浮游動物對試驗帶來的影響。水體中各項指標的初始值分別為:TN=4.32 mg/L、TP=0.37 mg/L、pH=9.4、DO=8.18 mg/L、藍藻藻細胞數為10.8×106cells/ml，葉綠素a為0.44 mg/L，水體中藻類主要以微囊藻屬為主。

1.2 試驗設計

在培養(yǎng)室內模擬富營養(yǎng)化水體水生植物與浮游藻類共培養(yǎng)。待水生植物生長穩(wěn)定后，選取長勢良好的4種水生植物各50 g，分別栽種于4個16 L培養(yǎng)桶內，并加入10 L含藻類的富營養(yǎng)化水體，同時設置空白對照，每個處理設置2個重復。培養(yǎng)室內平均溫度為26 ℃，平均光照強度為20 000 lx，光周期12L∶12D。每隔3～4 d對水體中藍藻密度、葉綠素a、溶解氧、溫度、pH等指標進行監(jiān)測，并對水生植物的生物量、蓋度進行測量和觀察。在試驗過程中定期加入氮、磷等營養(yǎng)鹽使水體保持富營養(yǎng)化水平。

1.3 監(jiān)測指標及分析方法

1.3.1 藻類指標的監(jiān)測。藻類指標的監(jiān)測包括藻細胞密度、藻種類鑒定[12]和葉綠素a含量。每隔3～4 d對藻細胞數進行監(jiān)測。藻類的抑制百分率公式為：IR=(1-N/N0)×100%，其中，IR為抑制百分率；N為處理組中藻密度(cells/ml)；N0為對照組藻密度(cells/ml)。葉綠素a含量測定：取10 ml水樣，用0.45 μm濾膜進行過濾，過濾后將帶有藻細胞的濾膜剪碎，置于研缽中，分3次加入少量95%乙醇進行研磨，使添加的95%乙醇總量為10 ml，4 000 r/min離心10 min，取上清液，以95%乙醇為空白，分別在波長665、649 nm波長下測吸光度值，Ca(mg/L)=13.95A665-6.88A649。

1.3.2 環(huán)境因子的監(jiān)測。環(huán)境因子(DO、水體溫度、pH)每3～4 d監(jiān)測1次，水體指標按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》(國家環(huán)保總局，2002)標準方法進行測定[13]。

1.4 數據分析

采用spss20.0軟件進行顯著性檢驗，顯著水平設為α=0.05。采用sigmaplot軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同水生植物對藍藻細胞密度的影響

水生植物與富營養(yǎng)化水體中藻類培養(yǎng)28 d時，4種植物均表現出不同程度的抑藻作用，如圖1所示。水生植物所在水體中的藍藻細胞數顯著低于對照組(P<0.05)，但4種植物間差異不顯著。在整個共培養(yǎng)過程中，4種水生植物所在水體中藍藻細胞數下降明顯，穗狀狐尾藻、荇菜、黑藻、苦草對藍藻的抑制率分別為70.09%、67.52%、59.83%、58.12%，其中穗狀狐尾藻和荇菜具有較好的抑藻效果。

2.2 水生植物對藻類葉綠素a含量的影響

葉綠素a是藻細胞進行光合作用的主要色素，葉綠素a的變化能夠間接反映水體中浮游植物的變化情況。如圖2所示，4種水生植物所在水體葉綠素a含量顯著低于對照組(P<0.05)。在對照組中，試驗到10 d時，葉綠素a含量比初始值增加了118.7%，隨著培養(yǎng)時間的延長，藻類葉綠素a含量雖略有下降，但始終保持較高水平。試驗進行到28 d時，4種水生植物所在水體中的葉綠素a與對照組相比分別下降了78.70%、81.49%、79.32%、65.77%。表明水生植物對藻類的生長繁殖具有顯著抑制作用，其中荇菜屬根生浮葉植物，葉片覆蓋于水面，在與藻類競爭營養(yǎng)的同時還具有一定的遮光作用。

2.3 水生植物對水體環(huán)境因子的影響

2.3.1 水中溫度的變化。水溫是水生植物和藻類生長的一項重要的環(huán)境因素，圖3顯示的結果表明，水體溫度變化不太明顯。相比對照組，4種水生植物所在水體的溫度略有降低，沉水植物通過占據水體的中、下層來遮擋光線，浮葉植物可以通過覆蓋表層水體來遮光，從而具有一定的溫度調節(jié)作用。水溫的變化會導致對溫度變化較為敏感的藻類死亡。

2.3.2 水體中pH變化趨勢。pH不僅是衡量水體水質的一個重要指標，同時也是影響水生植物和藻類生長的一個重要環(huán)境因素。從圖4可知，4種植物所在水體pH具有明顯變化，表明水生植物對于調節(jié)水體pH發(fā)揮重要作用，其中黑藻所在水體pH變化幅度較大。

2.2.3 水中溶解氧變化。從圖5可知苦草、黑藻、荇菜和穗狀狐尾藻4種水生植物及水體中藻類對水體溶解氧的影響。從圖5可知，對照組由于含有高密度的藻細胞，在試驗初期，藻細胞強烈的光合作用使水體的溶解氧上升，而過多的藻細胞會使水體透光性變差，藻類將水面全部覆蓋也會導致外界氧氣無法溶在水中，導致光合作用受到阻礙，呼吸耗氧量增加，所以對照組中溶解氧呈現先增加后下降的趨勢。4種植物所在水體的溶解氧呈現上升趨勢，水生維管植物具有發(fā)達的通氣組織，因而具有較強的輸送氧氣的能力，水生植物在提高溶氧方面發(fā)揮重要作用。

3 結論與討論

該研究通過將4種水生植物與富營養(yǎng)化水體中藻類進行共培養(yǎng)，研究水生植物對藍藻的抑制作用。研究發(fā)現，4種水生植物對富營養(yǎng)化水體中藍藻均具有抑制作用，對藍藻的抑制率分別為70.09%、67.52%、59.83%、58.12%，所在水體中葉綠素a與對照組相比分別下降了78.70%、81.49%、79.32%、65.77%，其中穗狀狐尾藻和荇菜具有較好的抑藻效果。水生植物除了與藻類競爭營養(yǎng)和光照外，還會釋放化感物質來抑制藻類的生長[14-15]。水生植物還可以通過調節(jié)富營養(yǎng)化水體中的pH、溶解氧、溫度等環(huán)境因子來控制藻類的生長。通過對藻類的觀察和鑒定，發(fā)現到試驗后期隨著藍藻類群數量下降，藻類的多樣性增加，水質變好的同時會使水體環(huán)境趨于穩(wěn)定。該研究主要在培養(yǎng)室內進行，光照、溫度等條件比較恒定，但在自然條件下，藻類的生長還受到水流等因素的影響，因此還需進行一些室外的模擬試驗，以提高實際的研究價值。

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Studies on Inhibitory Effects of Four Aquatic Plants on Blue-green Algae from Haihe River

XING Chun-yu, HUANG Wei-lin, GAO Lin-sheng et al

(Tianshi College, Tianjin 301700)

[Objective] The research aimed to study inhibitory effects of four aquatic plants on blue-green algae from Haihe River. [Method] In this study, we selected four common aquatic plants in Tianjin rivers,Nymphoidespeltatum,Vallisnerianatans,HydrillaverticillataandMyriophyllumspicatum. Four kinds of aquatic plants were cultivated respectively in a simulated eutrophic aquatic environment with the algae introduced from the Haihe River. Through monitoring the blue-green algae density, chlorophyll a, pH value and dissolved oxygen, the inhibitory effects of different aquatic plants on blue-green algae and the influence on water environmental factor were studied. [Result] Inhibitory rates of four kinds of aquatic plants (M.spicatum,N.peltatum,H.verticillataandV.natans) on blue algae were 70.09%, 67.52%, 59.83% and 58.12%, and chlorophyll a in four kinds of aquatic plant systems were decreased by 78.70%, 81.49%, 79.32% and 65.77%. Among them, theM.spicatumandN.peltatumhad a good inhibitory effect on blue-green algae. Four kinds of aquatic plants had regulatory effects on the changes of pH, dissolved oxygen and temperature in water. [Conclusion] The research could provide theoretical basis for water ecological restoration and blue-green algae bloom control in Haihe River.

Aquatic plants;N.peltatum；V.natans;H.verticillata;M.spicatum; Inhibitory effects

天津天獅學院項目(K13001)。

邢春玉(1982-)，女，天津人，講師，碩士，從事環(huán)境與資源植物學研究。

2015-11-16

S 181.3

A

0517-6611(2015)35-081-03