摘要：為揭示含植物的土地處理與修復(fù)系統(tǒng)中植物衰亡對(duì)系統(tǒng)中氮和磷轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律。為此類系統(tǒng)運(yùn)行管理中植物收割與否提供依據(jù)。選取在室內(nèi)水缸中培養(yǎng)的常見沉水植物——蜈蚣草(Eremochloa ophiuroides)、菹草(Potamogeton crispus L)和金魚藻(Ceratophyllum demersum)進(jìn)行浸泡試驗(yàn)，考察植物類型對(duì)因植物組織溶解而導(dǎo)致的污染物釋放的影響。另外，選取狐尾藻(Myrio–phyllum spicatnm)進(jìn)行浸泡試驗(yàn)，設(shè)定5℃、15℃、25℃和35℃四個(gè)溫度，考察溫度對(duì)因植物組織溶解而導(dǎo)致的污染物釋放的影響。研究結(jié)果表明，最快的釋放發(fā)生在最初的8h內(nèi)，總氮(TN)的釋放量小于總磷(TP)的釋放量；TN單位濕重釋放量從大到小排序依次為：蜈蚣草(0．164 mg／g)>金魚藻(0．081 mg／g)>菹草(0．064 mg／g)；TP依次為：金魚藻(3．043 mg／g)>菹草(2．404 mg／g)>蜈蚣草(1．906 mg／g)。對(duì)于蜈蚣草、菹草和金魚藻而言，單位質(zhì)量植物的磷釋放量較高，需要及時(shí)進(jìn)行收割以避免植物溶解釋放引起含植物的土地處理與修復(fù)系統(tǒng)中水相磷濃度的升高。狐尾藻研究結(jié)果表明，在其他環(huán)境條件一樣，只改變溫度時(shí)，最快的釋放發(fā)生在第8h內(nèi)，狐尾藻的氮、磷和碳的釋放量及釋放率均在25℃時(shí)最大。

關(guān)鍵詞：沉水植物；浸泡；氮；磷；釋放

中國(guó)湖泊眾多，據(jù)調(diào)查，中國(guó)主要淡水湖泊除了處于人煙稀少地區(qū)和原始狀態(tài)的部分湖泊外，其營(yíng)養(yǎng)鹽水平基本上具備了富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的條件或基礎(chǔ)，許多大型湖泊，如長(zhǎng)江流域的太湖、滇池、巢湖、鄱陽湖和洞庭湖等，都已經(jīng)處于富營(yíng)養(yǎng)或重富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)㈣，水體的富營(yíng)養(yǎng)化己成為中國(guó)突出的環(huán)境問題之一。沉水植物作為初級(jí)生產(chǎn)者，是水體食物鏈的重要基礎(chǔ)，沉水植物對(duì)水體理化環(huán)境也有重要的作用，在維持水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及生物多樣性方面起到關(guān)鍵作用叫。但在氣候寒冷、生物活動(dòng)較弱的冬季，由于大量沉水植物殘?bào)w仍存在水體中，不可避免會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，造成二次污。

以植物為主體的生態(tài)修復(fù)或污水處理系統(tǒng)(如人工濕地系統(tǒng)、生物塘系統(tǒng)、前置庫系統(tǒng))對(duì)水體的內(nèi)源和外源氮磷負(fù)荷的降低有重要貢獻(xiàn)，在水環(huán)境修復(fù)與污染控制中非常重要。植物是其中的重要貢獻(xiàn)者，不僅體現(xiàn)在植物直接的吸收作用上，而且植物可為微生物提供適宜的生境、植物對(duì)水流的均勻分布作用、植物對(duì)系統(tǒng)的充氧作用等都可間接地為系統(tǒng)中污染物的去除作出積極貢獻(xiàn)。而植物的生命周期決定了植物在衰亡期對(duì)系統(tǒng)中氮磷的影響可能由生長(zhǎng)旺盛期時(shí)系統(tǒng)中氮磷的“匯”而轉(zhuǎn)變成氮磷的“源”。對(duì)于植物溶出釋放能力的探索將有助于為植物收割與否提供支持。盧少勇等的研究表明，不同植物在其衰亡期間均具有不同的氮和磷釋放潛能。植物本身的氮和磷的含量、植物的生長(zhǎng)周期、植物的氮和磷的含量中易于溶出釋放部分的含量都會(huì)因物種的不同而異。筆者研究了植物類型對(duì)系統(tǒng)中氮磷分布的影響。為以沉水植物為主體的生態(tài)修復(fù)或污水處理系統(tǒng)中的植物選擇提供支持。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于溫度對(duì)沉水植物生長(zhǎng)方面的研究較多，但是對(duì)于對(duì)植物衰亡過程溫度等環(huán)境因素的影響卻鮮有研究，該試驗(yàn)旨在通過浸泡模擬試驗(yàn)來考察溫度對(duì)植物衰亡過程中碳、氮和磷釋放的影響。

1材料與方法

試驗(yàn)于2008年6月在中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院進(jìn)行。試驗(yàn)均勻選取野外采集后在溫室培養(yǎng)馴化植物樣品，切成0．5～1 cm段，稱取菹草莖葉30g、蜈蚣草莖葉10g、金魚藻莖葉10g，在105℃烘箱中殺青30 min，置于l L燒杯中，加蒸餾水O．8 L，置于2～4℃冰箱中。各燒杯中均投加抑制劑，旨在抑制微生物的活性。所有水均用蒸餾水。每次采樣后補(bǔ)水到原液面，每次補(bǔ)水均用蒸餾水。定期取樣，取樣后加蒸餾水補(bǔ)充至原液面，采用標(biāo)準(zhǔn)方法分析pH值、總氮(TN3)硝氮(N03–N)、氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)和溶解性無機(jī)磷(DIP)。取樣時(shí)間為第0h，第8h，第36 h，第96 h，第240 h，其中第36h，第96h只測(cè)定TN和TP。
為便于比較，有機(jī)氮(ON)用TN扣除N03-N、NH，N和NO2-N表示。而NO2-N濃度很低，可以忽略。

最大釋放量為實(shí)際測(cè)定得到的單位重量樣品(濕重)的釋放量的最大值。累積釋放量的計(jì)算如下：
Ra=Vi⊕Ci＋∑(Vsj⊕Cj)
式中：Ra為累積釋放量，g；Vi為第i次采樣前溶液總體積，L；G為第i次采樣前溶液總濃度，mg／L；Vsj為第j次采樣體積，L；Cj為第j次采樣前溶液總濃度，mg／L；i=1,2，3，4?；j＝1，2，3?(j一1)。累積釋放量與樣品濕重的比值即為單位重量樣品的累積釋放量，簡(jiǎn)稱單位釋放量。

另均勻選取植物樣品，切成O．5～1 cm段，均勻稱取狐尾藻莖葉六份，每份10．0 g。在105℃烘箱中殺青30min，實(shí)驗(yàn)條件見表1，將植物置于1 L燒杯中，同時(shí)設(shè)置空白組2組，分別為加抑制劑和不加抑制劑。添加的抑制劑為氯仿2滴。加蒸餾水O．8 L，置于生化培養(yǎng)箱中。每次采樣后補(bǔ)水到原液面，每次補(bǔ)水均用蒸餾水。定期取樣，取樣后加蒸餾水補(bǔ)充至原液面，采用標(biāo)準(zhǔn)方法分析總氮(TN)、硝氮(N03-N)，氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、溶解性總磷和溶解性無機(jī)磷。取樣時(shí)間為第0 h、第8 h、第36 h、第96 h、第240 h，其中第36 h、第96 h只測(cè)定總氮(TN)和總磷(TP)。實(shí)驗(yàn)過程中pH值保持在6．2-8．0之間。測(cè)定方法參考文獻(xiàn)。

2結(jié)果與討論

2．1系統(tǒng)中氮和磷的去向分析測(cè)定結(jié)果表明，試驗(yàn)過程中各組水中的pH值介于6．2～8．0，可不計(jì)氨揮發(fā)。因植株死亡，不計(jì)生物吸收和異化作用。溫度為2～4℃，硝化反硝化反應(yīng)很弱。試驗(yàn)在冰箱中進(jìn)行，忽略大氣沉降。系統(tǒng)中N濃度降低主要是因?yàn)槲奖砻娣e(植物殘?bào)w和容器壁)增大，植物殘?bào)w與水之間因濃度梯度而引起的擴(kuò)散。N濃度升高主要是因?yàn)榻M織的溶解釋放作用。

P有一種氣體形式(膦化氫)，但通常是微量，因此忽略。植株已死亡，可忽略生物吸收作用。系統(tǒng)主要發(fā)生礦化作用(即溶解釋放作用)，吸附沉淀絡(luò)合作用不可忽略。

2．2污染物釋放規(guī)律

試驗(yàn)系統(tǒng)中的TN，N03-N，NH4+-N，ON，TP，DTP和DD的釋放規(guī)律見圖1。結(jié)果表明，在浸泡過程中，蜈蚣草中TN的釋放量在第96 h達(dá)到最大，在最初8 h內(nèi)釋放的氮接近最大值，而在第36h略有降低，說明蜈蚣草中TN的釋放和吸附(吸附在器壁上和植物殘?bào)w上)存在動(dòng)態(tài)平衡。96 h后，除了金魚藻之外，菹草和蜈蚣草的氮吸附量均大于釋放量。金魚藻中TN釋放量逐漸上升，可能是因?yàn)樵谠囼?yàn)期間，尚未達(dá)到吸附與釋放的動(dòng)態(tài)平衡。三種植物中蜈蚣草的TN釋放量最大，最大TN濃度為8．15 mg／L，其次為金魚藻，最大TN濃度為3．82 mg／L。而菹草的最低，其最大TN濃度為2．42 mg／L。

除金魚藻在浸泡過程中N03．N的釋放量下降外，菹草和蜈蚣草的N03"．N均呈上升趨勢(shì)，特別是蜈蚣草的NO3-N濃度最高達(dá)1．03 mg／L。三種植物浸泡過程中NH4+．N的釋放規(guī)律較一致，均呈緩慢上升趨勢(shì)。金魚藻的肼N釋放量最大，其次為蜈蚣草，菹草最低。蜈蚣草的ON濃度在第8h到第240h的時(shí)間段里，雖然逐漸下降，但始終比金魚藻和菹草的濃度高，最高ON濃度為6．76 mg／L。金魚藻和菹草在240 h的ON濃度相差不多，分別為1．26 mg／L和1．31 mg／L。該研究中氮濃度的變化可忽略微生物作用、植物吸收大氣沉降、滲漏損失和氨氮揮發(fā)，因?yàn)橹参镆阉劳銮以诟癄�分解，植物變化造成的營(yíng)養(yǎng)鹽釋放是一個(gè)重要原因；此外，水相中的氮與植物殘?bào)w之間存在的遷移轉(zhuǎn)化也是一個(gè)重要原因。三種植物的浸泡過程中，TP濃度在第8 h最高，隨后緩慢下降。金魚藻的TP釋放量最大，最大TP濃度為O．24 mg／L，且受抑制的現(xiàn)象不明顯；其次為蜈蚣草的TP釋放量，而菹草的總磷釋放量最小。三種植物的DTP的釋放規(guī)律也比較一致，在第8 h到第240 h均明顯下降，其中金魚藻組水中的DTP濃度下降的最快。在第240 h蜈蚣草的DTP釋放濃度最低，為O．046 mg／L。三種植物的DIP的釋放規(guī)律一致，在第8 h到第240 h均明顯下降。DIP的釋放量從大到小排序依次為金魚藻>菹草>蜈蚣草。

2．3單位重量植物的最大釋放量及累積釋放量

結(jié)合文獻(xiàn)的研究結(jié)果，可見就植物收割部分而言，單位重量植物的TN最大釋放量從高到低依次為茭草>蘆葦>水葫蘆>金魚藻>蜈蚣草>菹草。單位重量植物的TP最大釋放量從高到低依次為蘆葦>茭草>水葫蘆>菹草>蜈蚣草>金魚藻。三種植物中，TN單位釋放量從大到小排序依次為：蜈蚣草(0．164 mg／g)>金魚藻(0．081 mg／g)>菹草(0．064 mg／g)。TP單位釋放量從大到小排序依次為：菹草(0．139 mg／g)>蜈蚣草(0．0812 mg／g)>金魚藻(0．080 mg／g)。TN的最大釋放量均高于TP，和文獻(xiàn)的結(jié)論相同，主要是因?yàn)橹参矬w內(nèi)氮的含量高于磷的含量。

2．4植物收割的意義

假設(shè)收割上述植物各1t(濕重)，那么10天期間，通過收割而減少的溶出釋放量見圖2。因?yàn)橹参锸崭疃?0天內(nèi)菹草、蜈蚣草和金魚藻可減少TN的釋放量分別為64kg，164 kg和81 kg，減少TP的釋放量分圖3為系統(tǒng)中水的總氮、總磷、氨氮、硝氮、有機(jī)氮、溶解性總磷、溶解性無機(jī)磷和CODCr的濃度一時(shí)間變化曲線。

狐尾藻TN釋放在最初的8個(gè)小時(shí)釋放量達(dá)到最大，而后呈逐漸下降的趨勢(shì)。在溫度為5℃～25℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，TN的釋放量增加。但是溫度從25℃升高到35℃時(shí)，TN釋放量反而下降，TN釋放量的總體趨勢(shì)從大到小依次為25℃>35℃>15℃>5℃。其中第8 h(25℃1取樣時(shí)釋放量最大，達(dá)到4．79 mg／L。TP在不同溫度下的釋放規(guī)律與TN略有不同，在5℃、15℃、25℃時(shí)，從開始到240h過程中均在第8h釋放量最大，雖然最大值1．45 mg／L在25℃時(shí)出現(xiàn)，但總體看在35℃則呈現(xiàn)隨著時(shí)間的推移而上升的趨勢(shì)，最終達(dá)到1．37 mg／L。氨氮的釋放規(guī)律與TN較為相似，開始的8個(gè)小時(shí)內(nèi)釋放量達(dá)到最大，而后呈逐漸下降的趨勢(shì)。但氨氮釋放量的總體趨勢(shì)從大到小依次為25℃>35℃>5℃>15℃，與TN略微不同。不過氨氮在溫度25℃的釋放量也達(dá)最大，其中第8h取樣時(shí)釋放量最大達(dá)到3．73 mg／L。硝氮的釋放規(guī)律與TN也較為相似，呈逐漸下降的趨勢(shì)，在最初的8個(gè)小時(shí)釋放量達(dá)到最大。但硝氮釋放量的總體趨勢(shì)與TN略微不同，35℃時(shí)下降的最為緩慢。不過硝氮也在溫度25℃的第8 h取樣時(shí)釋放量為最大。達(dá)到2．28 mg／L。有機(jī)氮的釋放規(guī)律與TN和氨氮都相似，但規(guī)律性更好，四個(gè)溫度下均在整個(gè)試驗(yàn)過程中呈逐漸下降趨勢(shì)，在最初的8個(gè)小時(shí)釋放量為最大。有機(jī)氮釋放量的總體趨勢(shì)從大到小依次為25℃>35℃>15℃>5℃，與TN略微不同。有機(jī)氮在溫度25℃的釋放量也為最大，其中第8 h取樣時(shí)釋放量最大為0．22 mg／L。溶解性無機(jī)磷在25℃和35℃時(shí)呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，而在5℃和15℃則緩慢下降。從整體上看，25℃時(shí)DIP的釋放量在整個(gè)試驗(yàn)過程中一直為最高，最大值為在第240 h取樣時(shí)的0，84 mg／L。溶解性總磷的釋放規(guī)律與溶解性總磷的相似，總體規(guī)律為25℃>35℃>15℃>5℃，但只有在35℃時(shí)呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。從整體上看，釋放量最大仍在25℃，在第8 h達(dá)到最大為1．1 1 mg／L。CODCr的變化規(guī)律不明顯，第8 h、第36h為15℃>25℃>35℃>5℃。但從整體來看，依然是在25℃的CODCr最高為97．69 mg／L。這說明當(dāng)植物處在25℃下時(shí)，水體中含碳物質(zhì)的釋放量最高。

3結(jié)論

在浸泡過程中，三種植物釋放最快的時(shí)段為最初的8 h，隨后釋放量逐漸降低。金魚藻的氮釋放與吸附平衡所需時(shí)間最長(zhǎng)，而菹草和蜈蚣草的釋放與吸附平衡所需時(shí)間為96h。蜈蚣草、菹草、金魚藻的TN的單位釋放量小于TP的釋放量。三種植物的單位釋放量從大到小排序依次為，TN：蜈蚣草>金魚藻>菹草。TP：金魚藻>菹草>蜈蚣草。植物浸泡浸出的TN／TP比值，從高到低依次為蜈蚣草>菹草>金魚藻。假設(shè)植物的收割量均為lt(濕重)，通過對(duì)菹草、蜈蚣草和金魚藻的，在10天內(nèi)，能降低氮磷釋放量：分別為總氮64 kg，164 kg和8l埏，總磷114 kg，91 kg和145 kg。在其他環(huán)境條件都一樣時(shí)，只改變溫度，狐尾藻的氮、磷和碳的釋放有其最適溫度，此時(shí)釋放量最大。在該試驗(yàn)設(shè)定的四個(gè)溫度中，25℃為最適溫度。從浸泡試驗(yàn)來看，狐尾藻在水體中衰亡后會(huì)釋放大量的氮、磷和碳，因此應(yīng)設(shè)法防止富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中植物衰亡所帶來的二次污染。

參考文獻(xiàn)
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