（植物学专业论文）三种形态氮对金鱼藻生长与生理特性的影响.pdf

摘要 本文采用室内静态模拟实验方法，研究了水体中常见的三种形态氮素营养对 金鱼藻生长与生理特性的影响。旨在初步确定三种形态氮素显著抑制金鱼藻生长 及干扰其生理代谢的浓度，为今后合理地利用金鱼藻来改善水质提供科学依据， 通过对多项指标的测定分析，得出的主要结论如下： ( 1 ) 在实验浓度范围内，随硝态氮浓度的升高，金鱼藻在株高、生物量、 存活率方面均没有受到明显的抑制，在硝态氮的浓度小于1 0 0 m g l 时，金鱼藻 可以正常的生长 ( 2 ) 高浓度的尿素态氮处理下，金鱼藻在株高、生物量、存活率方面均受 到明显的抑制金鱼藻的株高随尿素氮浓度增大呈现下降趋势；生物量表现出先 增大后减小的趋势，存活率呈现出下降趋势初步确定金鱼藻5 0 致死的尿素态 氮浓度大约为1 5 m g l 。 ( 3 ) 铵态氮处理下，起抑制作用的主要原因是水体中非离子态氨而非水体 中总铵态氮。当非离子态氨的浓度达到d 4 1 0 m g l 以上时，金鱼藻的株高、生物 量、受到明显的抑制，存活率呈下降趋势，初步确定金鱼藻5 0 致死的非离子态 氨浓度大约在0 6 8 3 m g l 0 8 2 0 m g l 之间。 ( 4 ) 硝态氮处理下，金鱼藻的叶绿素含量、丙二醛含量、质膜的相对电导 率、超氧自由基产生速率、过氧化氢含量、过氧化物酶活性都随硝态氮浓度的增 大而增大。超氧化物歧化酶活性没有明显变化。 ( 5 ) 尿素态氮处理下，金鱼藻的丙二醛含量、质膜的相对电导率随尿素态 氮浓度的增大而增大。高浓度的尿素态氮处理下，叶绿素含量、超氧自由基产生 速率、过氧化氢含量、过氧化物酶活性表现出先增大后减小的趋势，超氧化物歧 化酶表现出持续下降的趋势。 ( 6 ) 铵态氮处理下，高浓度非离子态氨的处理组合金鱼藻的质膜相对电导 率、丙二醛含量明显高于其它处理组合，超氧自由基的产生速率和过氧化氢含量 对非离子态氨较为敏感，商浓度非离子态氨作用下呈现先增大后减小的趋势。超 氧化物歧化酶和过氧化物酶表现出持续下降的趋势。 关键词：金鱼藻，硝态氮，尿素态氮，铵态氮，生长，生理特性 e f f e c t so ft h r e en i t r o g e nf o r m so bt h eg r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a lp r o p e r t i e so f c e r a t o p k y l l u md e m e r s u m a b s t r a c t t h ee f f e c to ft h r e en i t r o g e nf o r m so ng r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a li n d e xa n dm e c h a n i s mo f c e r a t o p h ) ，l l u md e m e r s u mw e r ei n v e s t i g a t e db ys t a t i cl a b o r a t o r ye x p e r i m e n t t h ep u r p o s eo f t h i ss t u d yi st oa s c e r t a i nt h ec o n c e n t r a t i o n so ft h r e ek i n d so fn n u t r i t i o nu n d e rw h i c ht h e g r o w t h o f c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m a r es i g n i f i c a n t l yi n h i b i t e da n dt h e p h y s i o l o g i c a l m e t a b o l i s mi ss e r i o u s l yd i s t u r b e da n dt op r o v i d es c i e n t i f i cb a s i sf o ru s i n gc e r a t o p h y l l u m d e m e r s u mt oi m p r o v ew a t e rc o n d i t i o n a c c o r d i n gt ot h ei n d e x e sd e t e r m i n e di nt h es t u d y ，t h e c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eh e i g h t ，t h eb i o m a s sa n dt h es u r v i v a lp e r c e n t a g eo fc e r a t o p h y l l u md e m e r s u mw e r en o t s i g n i f i c a n t l yi n h i b i t e dw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fn 0 3 - n w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f n 0 3 nw a sl o w e rt h a nlo o m g l ，c e r a t o p h y l l u md e m e r s u mg r e wn o r m a l l y ( 2 ) t h eh e i g h t ，t h eb i o m a s sa n dt h es u r v i v a lp e r c e n t a g eo fc e r a t o p h y l l u md e m e r s u mw e r e s i g n i f i c a n t l yi n h i b i t e du n d e rh i g hc o n c e n t r a t i o no fu r e a n t h eh e i g h to fc e r a t o p h y l l u m d e m e r s u md e c r e a s e d ；t h eb i o m a s so fc e r a t o p h y l l u md e m e r s u mi n c r e a s e da tf i r s tb u t d e c r e a s e dl a t e ra n dt h es u r v i v a lp e r c e n t a g eo fc e r a r o p h ) 一l l u md e m e r s u md e c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fu r e a n t h eu r e a nt h r e s h o l dw a sa b o u t1 5 m g lf o rg r o w i n g o fc e r a t o p b y l u r ed e m e r s u m ( 3 ) i tw a st h ef r e ea m m o n i an o tt h et o t a la m m o n i at h a ti n h i b i t st h eh e i g h t ，t h eb i o m a s sa n dt h e s u r v i v a lp e r c e n t a g eo fc e r a t o p h y l l u md e m e r s u mi nw a t e r w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no ff r e e a m m o n i aw a sh i g h e rt h a n0 4lm g l ，t h eh e i g h t ，t h eb i o m a s sw e r es i g n i f i c a n t l yi n h i b i t e d a n dt h es u r v i v a lp e r c e n t a g ew a sd e c r e a s e d t h ef r c oa m m o n i at h r e s h o l dw a sa b o u t o 6 8 3 r a g l 一0 8 2 m g lf o rg r o w i n go fc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ( 4 ) t h ec o n t e n t so fc h l o r o p h y l l ，m d aa n dh 2 0 2o fc e r a t o p 砂l l u md e m e r s u mi n c r e a s e dw i t h i n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fn 0 3 - n t h em e m b r a n ep e r m e a b i l i t ya n d0 2 。p r o d u c t i o nr a t e i n c r e a s e dw i t hj n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fn 0 3 - n t h ea c t i v i t yo fp o di n c r e a s e dw h i l e t h ea c t i v i t yo fs o da l m o s tu n c h a n g e dw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o no fn o s n ( 5 ) t h em d ac o n t e n t sa n dt h em e m b r a n ep e r m e a b i l i t yi n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n gc o n c e n t r a t i o n o fu r e a n t h ec h l o r o p h y l la n dt h eh 2 0 2c o n t e n t sa n dt h ea c t i v i t yo fp o da n d0 2 7 p r o d u c t i o nr a t ei n c r e a s e da tf i r s tb u td e c r e a s e dl a t e ru n d e rh i g hc o n c e n t r a t i o no fu r e a n ， t h ea c t i v i t yo fp o dd e c r e a s e da l lt h et i m eu n d e rh i g hc o n c e n t r a t i o no fu r e a - n ( 6 ) t h em e m b r a n ep e r m e a b i l i t ya n dt h em d a c o n t e n t so fc e r a t o p h y l l u md e m e r s u mi nh i g hf r e e a m m o n i at r e a t m e n tc o m b i n a t i o n sw e r em u c hh i g h e rt h a nt h o s eo fo t h e rt r e a t m e n t c o m b i n a t i o n s t h e0 2 。p r o d u c t i o nr a t ea n dh 2 0 2c o n t e n t sa r es e n s i t i v et of r e ea m m o n i a a n di n c r e a s e da tf i r s tb u td e c r e a s e dl a t e ru n d e rh i g hf r e ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o n t h e a c t i v i t i e so fs o da n dp o dd e c r e a s e da l lt h et i m eu n d e rh i g hc o n c e n t r a t i o no ff r e e a m m o n i a k e yw o r d s ：c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ，n i t r a t e - n i t r o g e n 。u r e a - n i t r o g e n 。a m m o n i a n i t r o g e n ， g r o w t h ，p h y s i o l o g yp r o p e r t y 英文缩写 n 0 3 一一n u r e a n n h 4 + - n p o d s o d m d a 0 2 n b t 缩略词表 中文名称 硝态氮 尿素态氦 铵态氮 过氧化物酶 超氧化物歧化酶 丙二醛 超氧阴离子自由基 氯化硝基四氮唑蓝 英文名称 n i t r a t e - n i t r o g e n u r e a 。n i t r o g e n a m m o n i a n i t r o g e n p e r o x i d a s e s u p e r o x i d ed i s m u t a s e m a l o n d i a l d e h y d e m a l o n d i a l d e h y d e n i t r o - t e t r a z o l i u mc h l o r i d e b l u e 本学位论文知识产权声明 本学位论文是在导师( 指导小组) 的指导下，由本人独立完成。 文中所引用他人的研究成果均已注明出处。对本论文研究有所帮助的 人士在致谢中均已说明。 基于本学位论文研究所获得的研究成果的知识产权属于南京林 业大学。对本学位论文，南京林业大学有权进行交流、公开和使用。 研究生签名：锲炎余 导师签名： 和歇 日 期：t 岬。彳1 1 _ 致谢 本研究从选题到成文的全过程中得到了导师何开跃副教授的悉心指导、关怀 和鼓励，论文的最终成稿也倾注了导师大量的心血。在三年的硕士学习期间，导 师的严格要求，精心指导，保证了研修任务的顺利完成。在平时的学习过程中， 导师严谨的治学态度、渊博的知识、对事业孜孜以求的精神、谦虚的态度和求实 创新、精益求精的科研精神将使我受益终生；在平时的生活中导师宽容的胸襟、 平易的作风、朴实的风格深深地感染着我，所有这些都将是我今后工作、学习和 生活的宝贵财富值此论文完稿之际，向导师致以诚挚的敬意和感谢。 在研究过程中，得到了中科院南京地理与湖泊研究所高光研究员多次的指导 和帮助，我非常感激同时也得到了教研组谢寅峰副教授和陈颖老师的指导与帮 助，汪志农老师也给予了很多的支持，荣冬青、樊亚苏、杨统一、徐丽、汤玉香、 林候、邱金芬和毕慧敏等同学的关心和帮助，在此深表感谢。 三年来，南京林业大学研究生院的各位领导、老师和学友们对我的工作、学 习和生活等方面给予了多方面的关心、支持和帮助，在此，谨向他们致以诚挚的 感谢! 最后，特别感谢我的父母，朋友给予我生活上和研究工作上的理解，关心和 支持! 樊英鑫 2 0 0 7 年6 月1 8 日 三种形态氮对金鱼藻生长与生理特性的影响 文献综述 我国是一个多湖泊的国家，全国湖泊共有2 7 5 9 个，总面积达9 1 0 1 9k m 2 ， 占国土面积的0 9 5 1 1 1 。其中约三分之一为淡水湖泊，主要分布在东部沿海与长 江中下游地区，占全国淡水湖泊总数的6 0 ，且绝大多数为浅水湖泊1 1 1 由于这 些湖泊地处东南沿海或长江中下游平原地区，人口稠密、经济发达，加上近年来 欠适宜的人类活动方式，极大地改变了自然湖泊生源要素的循环规律，这些湖泊 中多数已经富营养化或正在富营养化中【2 】。湖泊态系统结构和功能退化，蓝藻水 华频繁暴发，水质性缺水日趋严重，并造成巨大经济损失。由于日趋严重的湖泊 水环境恶化与富营养化问题正在严重制约着社会和经济的可持续发展，引起了从 中央到地方各级政府的高度重视。在过去的十几年中，围绕湖泊富营养化治理， 各级政府投人了大量的人力与物力，但迄今为止，收效并不理想。事实上，无论 是营养盐控制或蓝藻水华防治，以及底泥疏浚等措施，都未能取得预期效果，这 在很大程度上与理论研究的不足有关。 1 水生植被在污染水体治理中的作用 水生植被是湖泊生态系统的重要组成部分，具有显著的初级生产功能和环境 生态功能。在一定程度上改善了水体环境和其他生物的生存环境。在因污染而退 化的水体中，水生植被退化或消失，因此丧失其功能。水体生态恢复已成为全球 淡水生态系统研究的前瞻性领域【3 】，恢复水体生态系统结构和功能的完整性不仅 是水污染综合治理的目标，也是水污染治理的重要手段。研究表明，生态系统对 于自然环境因子的波动及人类干扰具有一定的抵御与调节能力，如果主要干扰因 素能够得到有效控制并采取相应的改善措施，退化或受损的水体生态系统正常的 结构与功能就可以恢复到接近干扰前的水平i 钉。但是，实际上由于多方面的原因， 要有效控制污染并实施相应的改善措施，恢复生态系统正常结构与功能，目前尚 有困难。据我国“可持续发展水资源战略研究报告”，经过努力我国污染控制有可 能实现如下指标：与1 9 9 7 年比，2 0 1 0 年污染负荷将增加1 4 6 ，到2 0 3 0 年污染 负荷将增加1 5 ，在2 0 5 0 年可控制到1 9 9 7 年的水平( 科学时报，2 0 0 0 0 6 - 0 9 ) 。 但是，届时已污染水体的水质仍不可能立即恢复，长期饱受环境胁迫的退化生态 系统更不可能实现自我修复。因此，探讨适合中国水体退化生态系统的综合治理 技术，修复重建能够耐受一定环境胁迫压力的人工生态系统，并净化与改善水环 境质量，就显得十分迫切和必要。 在对污染和退化水体的治理和生态修复( e c o r e m e d i a t i o n ) 过程中，水生高等植 物的作用已经得到广泛的重视和研究；特别是在构建人工湿地处理各种污水1 5 4 j ， 以及污染河流湖泊治理与恢复中，水生高等植物具有十分重要的作用i ，j 。研究揭 示，在藻型富营养化浅水湖泊中，水生高等植物一方面可通过分泌它感物质等直 接抑制藻类生长繁殖【l o i ，另一方面可通过吸收水体和沉积物中的营养盐、减少 沉积物及其中的营养盐再悬浮释放、为摄食藻类的大型浮游动物提供躲避鱼类捕 食的庇护( r e f u g ee f f e c t ) 等方式控制藻类生长繁殖，从而降低浅水湖泊的浊度、改 善水体透明度及水质。因此，水生高等植物被公认为水环境污染治理和维持清洁 水体的重要手段。在太湖地区，北太湖的梅梁湾与东部的东太湖的营养盐浓度都 比较高，但是前者表现为蓝藻水华大量发生，水体浑浊，而后者清澈见底，表现 为高等水生植物茂盛。这启示了通过恢复水生植物，可以有效达到改善水质，控 制富营养化发展的目的。因此，恢复水生植物，净化水质成为湖泊生态修复的重 要内容。2 1 ，沉水植被的重建与恢复现已成为控制湖泊富营养化的一个研究热 点。 2 制约水生植被恢复的主导因子 究竟是哪些因子导致水生植被退化甚至消失? 又是哪些因子制约着水生植 被的恢复呢? 虽然不少研究揭示，有毒有害物质以及营养盐大量进入水体、过度 的渔业、外来种入侵等导致了水生高等植物群落退化甚至消失【l 卜1 4 】，但是，哪 些是主导因子? 哪些因子调控后，水生植被可以实现自我恢复? 似乎还没有定 论。 关于什么是沉水植物消亡的直接原因，有观点认为包括水体透明度低以及浮 游藻类大量繁殖在内的遮光造成水下光照的缺乏是沉水植物消亡的直接原因 i s - 1 6 。也有观点认为着生藻类对水草的营养及光竞争是沉水植物在富营养水体 中退化的关键因子【l n ，因为着生藻类不仅大大削弱了到达植物表而的光照和营 养物浓度，其代谢产物还对水生植物的光合作用具有抑制作用0 8 1 。 近年来，国内外从光照、营养盐、种间关系、风浪等方面探讨了影响沉水植 物生长恢复的一些主要影响因子。 2 1 光照对沉水植被生长、恢复的影响 沉水植物的生产力、分布和种类结构受到一系列环境因素的调控，其中光强、 温度、矿质元素一般被认为是很重要的理化因子。水体光强，特别是光合作用有 效辐射是沉水植物的必需环境因子。弱光形成的光照不足在水体中最易发生。一 般认为：水底光强不足入射光的1 以上时，沉水植物就不能定居。任南等( 1 9 9 6 ) ( ”】 在光照控温培养箱内，研究了光照强度、水体温度、水体p h 对东湖的殖草、狐 尾藻、苦草、大茨藻和金鱼藻等5 种沉水植物生理的影响，发现在一定的温度范 围内，5 种植物的光补偿点均随温度的升高而上升，且种间差异大；各植物光合 色素的含量，受生态因子的影响，表现出一定的适应性；5 种沉水植物对水体高 p h 值耐受能力有明显的差异。周红等( 1 9 9 7 ) 1 9 1 采用黑白瓶法对滇池中6 种沉水 植物的光补偿点进行了测定，认为昼夜光补偿点可以作为滇池沉水植物生存的临 界值，只有当底层光照强度大于昼夜光补偿点时，沉水植物才能得以生存和发展。 张圣照等( 1 9 9 8 ) 认为，光照条件对水生高等丰富营养底质植物繁殖体的萌发无 显著影响，但对水生高等植物的存活率和生长有重要影响，藻型富营养湖泊较低 的透明度是制约沉水植物恢复的关键因子。 2 2 营养盐对水生植被生长、恢复的影响 2 营养水平对不同的沉水植物的影响程度有差异。刁正俗( 1 9 9 0 ) 【2 0 】指出，有 的沉水植物喜肥水生活，有的沉水植物喜偏瘦水体。资料【2 1 】表明沉水植物的耐 污力存在区别：蓖齿眼子菜为强耐污种，金鱼藻和轮叶黑藻为耐污种，范草、马 来眼予菜、苦草和伊乐藻是中等耐污种，轮藻为敏感种。葛莹- 等( 2 0 0 0 ) t 2 2 】认为在 贫营养水体或轻度富营养化水平，n 、p 的缺乏是水生植物的限制因子，而在重 富营养水体，限制因子不再是n 、p ，而是矿物元素。许多实验已证明沉水植物 生长所需的n 、p 和微量元素主要通过根系吸收，c a 、n a 、k 、s 0 4 和c l 主要 是地上部分吸收的1 2 ”。倪乐意也( 1 9 9 8 ) b 4 j 指出，沉水植物所需矿物元素可以从 底质中获取；一般情况下氮、磷可完全满足生长的需要，与磷相比，底质中的可 利用氮量相对较少，有时会成为限制因素。有研究显示，水生高等植物对于污染 及营养盐等环境因子的变化有比较宽的适应范围1 2 5 - 2 7 。s c h m i d e r 认为富营养化 可能对沉水植物有直接和间接的影响i z ”。但是对沉水植物富营养化反应机理一 直存在分歧。n 、p 作为重要的营养元素，其浓度的高低和变化对沉水植物正常 生理活动有很大影响。部分研究者认为沉水植物对富营养化的敏感性受水透明度 和植物生长型的影响，而不受水体中氮、磷浓度变化所直接引起的生理反应的影 响【2 ”，另一些学者则认为光衰减和生长型不能完全解释目前所观察到的沉水植 物的衰退。一些研究表明较高的营养盐浓度，特别是n h 3 的浓度，对水生植物 有损伤，富营养化水体很大程度上也是不利于水生植物生长的1 3 0 ，营养盐对水 生植物的损伤的机制目前尚不清楚，但是，由于铵态氮常常与还原环境及较高的 腐质酸环境相联系，因此，很可能是酸性环境对水生植物造成直接的影响。m a n t a i a n dn e w t o n 报道了如果底质营养丰富，随着水体中n p 浓度的升高，穗花狐尾 藻的根和枝条的生长都明显减慢。国内关于营养盐对水生植物生长生理影响的研 究近几年逐渐成为热点。王斌，李伟( 2 0 0 2 ) 研究了具有丰富营养底质的水体中， 在不同氮、磷浓度条件下，竹叶眼子菜的短期生理反应，表明在实验期内竹叶眼 子菜比较适合寡营养和中营养水质条件，氮、磷浓度的升高影响了其生理功能， 水体中氮、磷的浓度变化直接引起了其生理变化，进而影响其生长发育。过高的 营养条件对竹叶眼子菜是一种胁迫，可抑制其生长。竹叶眼子菜对氮、磷浓度变 化虽有一定耐性，但耐性会随时间延长而变弱口”。但在实验所设定的浓度范围 内竹叶眼子菜的外观表现正常，在高浓度营养的胁迫下，竹叶眼子菜能否在进 行基本的代谢以外仍能完成正常的生活史需要进一步的研究。王郡，顾宇飞 ( 2 0 0 5 ) 等研究了以沙子为底质时，短期内不同营养状态下金鱼藻的生理响应， 研究发现在铵态氮和硝态氮比例l ：3 时，随着总n 、总p 的变化会影响金鱼藻的 生物合成，金鱼藻适应于富营养水环境，水体营养盐继续增加对金鱼藻有胁迫作 用，过高营养盐浓度影响金鱼藻的抗逆能力p 2 1 ，同样的在所设定的浓度范围内， 实验期间外观上生长正常，随着营养盐浓度持续增加会不会出现金鱼藻消亡，会 不会存在营养盐阈值尚不清楚朱增银，王郡，尹大强( 2 0 0 5 ) 还研究了富营养 状态下( n ：4 m g l ：p ：0 2 r a g l ) 不同比例氮对苦草的生理影响，研究表明以硝酸盐为 唯一的氮源时，苦草的生物量、可溶性总糖含量和硝酸还原酶活性明显高于有尿 素作处理组和无氮对照组。随着培养液中尿素含量逐渐升高硝态氮和尿素比例降 低，苦草的生物量，n r 活性以及p o d 活性依次降低，添加一定量的硝态氮( 硝态 氮和尿素态氮的比例为1 ：o ，n 0 3 。n 浓度为4 r a g l ) 可以促进苦草的生长，当尿素 态氮含量逐渐增加时会对苦草产生一定的胁迫作用1 3 “。王郡，顾宇飞，纪东成， 尹大强( 2 0 0 6 ) 研究了富营养条件下不同形态氮对轮叶黑藻的生理影响【3 “，结 果表明当水体中的铵盐上升到一定的比例时，会对轮叶黑藻产生胁迫作用，抑制 其生长。赵海超( 2 0 0 6 ) 等研究了不同形态的磷对黑藻生长和生理的影响，表明磷 酸二氢钾对黑藻的生长与生理有显著的影响，是黑藻吸收的最佳磷形态p ”。朱 增银，陈灿等( 2 0 0 6 ) 研究了不同的氮源对苦草生长及生理指标的影响，结果表明 高浓度铵态氮对苦草的生理功能有影响，对其生长有明显的抑制作用。而当铵态 氮浓度小于0 6 7 m g l 时，可以促进苦草生长【j “。 2 3 种间关系对水生植被生长、恢复的影响 水生高等植物( 水草) 与水生动物( 如鱼类、蟹及虾等) 、着生生物、浮游生物 等有十分密切的关系，它们之间通过反馈机制调节水体生态系统。众所周知，水 生高等植物能够为鱼类提供丰富的食物资源、理想的产卵繁育场所等，但是，鱼 类对水生高等植物也存在反作用。我国不少湖泊经历数十年渔业养殖的高强度开 发，盲目大量放养草食性鱼类，使得“水下森林”迅速消失，鱼、蟹及虾等水生 动物通过摄食作用，直接制约水草的生长、繁殖。着生生物附着、覆盖在水草枝 叶上，阻碍了水草对光的利用，阻碍了水草光合作用d t - ) s ) 。最近，在着生生物 与水生植物之间的相关关系上，又有一些新的发现。水草能够分泌它感物质有效 地抑制浮游藻类大量繁殖，这一现象己经得到广泛证实；同时，浮游藻类对水草 也存在负面影响，除了浮游生物大量繁殖，导致水体透明度下降而影响水下光照 不足外，一些浮游藻类对水生高等植物也存在它感作用【3 ”，也能够抑制水革生 长。除此外，浮游藻类也可能通过与水草竞争营养，改变水体的p h 值与溶解氧 的含量等方面来影响水草的生长。 2 4 沉积物的理化性状对水生植被生长、恢复的影响 一些沉积物的理化性状对于水生植物恢复也有很大的影响。位于荷兰的 b r e u k e l e v e e n 湖，湖底有很厚的松软的底泥，由于水较浅，很易发生悬浮，湖 水的透明度也很低( o 4 m ) 。但是，在建起围栏后，波浪的影响得以消除，沉积物 不再发生悬浮，底泥逐步压实，湖水透明度得到提高，水生植物生长良好。因此， 太硬或太软的沉积物都不利于水生植物生长【3 ”。 2 5 风浪对水生植被生长、恢复的影响 风浪也是影响水生植物恢复与生长的主要因素，但是迄今为止，有关这方面 的研究仍然很少，而且大多为定性描述【38 1 。风浪对水生植物的影响有正反二方 面的效应。一方面，强烈的风浪将会使水生植物根茎损伤，严重的甚至会连根拔 起。但是，对于小的风浪却有助于水生植物的生长。其原因之一是可以帮助去掉 附着在植物叶片和根茎上的附着生物( p e r i p h y t o n ) ，因为这些附着生物会影响叶 片的光合作用；原因之二是适度的风浪可以增强植物叶片与水体之间的碳交换而 4 强化光合作用。 对藻型富营养湖泊来说，较低的透明度是制约沉水植物恢复的关键因子。解 决水下光照不足问题的有效办法就是通过降低湖水位，即降低水深来为水生植物 生长创造有利的光照条件。近几年，人们对用网箱种草研究沉水植物恢复与重建 的可能性和效果进行了尝试。谢田等 3 9 - 4 0 认为，借助网箱养鱼所设置的沉子、 浮子，沉水植物可在光补偿深度垂直空间内上下移动，不受光照的影响，从而解 决沉水植物关键限制性因子一光照强度不足而导致沉水植物不能生长或生长不 良的问题。 3 金鱼藻的生物学特性及在改善水质方面的应用 金鱼藻( c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m ) 是世界上广泛分布的一种沉水植物，属金 鱼藻科金鱼藻属。金鱼藻的茎细长柔软，多分枝，通体沉于水中。其叶轮生，每 个茎节上具叶8 1 2 枚，叶长1 5 - 2 5 e r a ，1 - 2 回叉状分裂，叶裂片细线形，宽 0 2 0 6 r a m ，其外侧边缘具细齿。每年夏季，金鱼藻会在水中开花，花单生于叶 腋，单性，雌雄异株 4 1 1 。金鱼藻是优良的动物饲料和食草鱼类饵料，也是一种 极具观赏价值的水草。 近年来，对金鱼藻吸污能力、克藻效应和对重金属的富集作用等方面均有报 道。林连畀等1 4 2 】通过静态试验研究了轮叶黑藻伊乐藻和金鱼藻对富营养化池糖 养殖水的改良效果，试验结果表明：金鱼藻能够显著提高水体溶氧含量和p h 值， 对水中各种形态氮( 尤其硝态氮) 的净化效果良好。谢田等p 舢4 0 】探讨了金鱼藻的不 同栽培方式对富营养化水体n 、p 吸收的可能性。试验发现，金鱼藻从散养之日 起，约2 个月内增氧作用明显，这就有利于减缓营养循环，控制藻类，从而增加 水体稳定性。高吉喜等f 4 3 1 在自然条件下在生物净化池中研究了慈菇、菱白、金 鱼藻等7 种水生植物对面源污水的净化率。结果表明，这7 种植物对水体中的氮、 磷均有较高的净化率。袁峻峰等 4 4 1 通过室内试验表明金鱼藻对普通小球藻和斜 生栅藻的生长有明显的生化干预作用。唐萍等【4 5 j 的研究也证明金鱼藻具有克藻 效应。况琪军等1 4 6 l 的研究发现金鱼藻对浮游藻类具有生化抑制作用。陈海东，尹 大强等f 4 7 】研究比较了两种淡水沉水植物金鱼藻和苦草中挥发性物质对铜绿微囊 藻的化感抑制作用，在1 0 0 r a g l 浓度下，新鲜植物挥发油的抑藻作用非常显著， 两种植物抑藻活性相近，但是在干粉材料中金鱼藻挥发油的抑藻活性明显强于苦 革。 u n r a i l 4 8 】等研究了利用水生植物来去除水体中重金属的可能性。史建君， 杨子银等1 4 9 】采用模拟污染物的同位素示踪技术研究了金鱼藻、卞州萍和水葫芦 对低浓度水体中的”z r 均具有较强的富集能力，短时间( 3 d ) 内的富集能力金鱼藻 最高，富集系数c f 值达7 6 8 3 。曾阿妍【5 0 】等研究了沉水植物金鱼藻对c u 2 + 的吸 附动力学及熟力学特征，在解吸实验中，各浓度组的解吸率均在1 以下表明金 鱼藻对c u ”的较强的吸持作用。 4 本研究意义 目前，关于在富营养化水体重建沉水植被的研究试验己有不少报道，虽然早 在2 0 世纪9 0 年代初就开始通过改善环境来恢复水生植物的试验工作，但是一直 没有太大的突破。例如在无锡太湖马山，无锡的五里湖1 5 “、南京玄武湖、南京 莫愁湖、贵州红枫湖等水域都实施了生态工程来改善水质。上述这些工作，基本 上都采取了用改善环境的方法来恢复水生植物。结果证明工程实施时期，随着水 生植物的生长和发展，水质都得到了显著的改善。但是，随着工程的结束，特别 是改善基础环境的设施撤除，刚刚建立起来的以高等水生植物为优势的生态系统 立刻崩溃。这些试验大都采用直接在水域中设置围隔，向围隔中引种沉水植物群 落或采用让原来水中沉水植物群落自然恢复的办法进行，而且很少在相应环境中 对所恢复或引种的植物开展生长、繁殖等方面的系统性基础研究，也缺乏对所引 种植物所能承受的环境条件的闽值进行探讨。结果导致试验研究的结果不尽一 致，而且在实验失败后也很难分析原因。因此，在进行植物恢复之前或者实验的 设施撤消之前，非常有必要系统的研究营养盐、种间关系等生物和非生物因子对 所恢复或引种的植物有没有胁迫伤害，有多大的胁迫伤害，所引种的植物对这些 因子所能承受的阈值又是多大。 就高浓度的营养盐来说，对植物的生长抑制的机理还不清楚，但最新的一些 实验结果表明，它似乎对一些植物的生长确实有不利的影响，对某些植物的生长 来说是种逆境 3 5 1 。 而目前关于高浓度氦素营养对水生植物胁迫的研究多集中在尿素态氮与硝 态氮、铵态氮与硝态氮，按一定的比例混合后对高等水生植物生理特性的影响 3 1 3 4 ，有研究表明当铵态氮与硝态氮混合时，当水体中的铵盐上升到一定的比 例时，会对轮叶黑藻产生胁迫作用，抑制其生长”，当尿素态氮与硝态氮混合 时，随着培养液中尿素含量逐渐升高硝态氮和尿素比例降低，苦革的生物量、 n r 活性以及p o d 活性依次降低，当尿素含量逐渐增加时会对苦草产生一定的胁 迫作用 3 3 10 但是在以往的研究中，在所设定的浓度下，实验期间水生植物外观 均没有明显的变化，生长状况良好，再加大浓度加长处理时间后，水生植物会不 会在外观上出现明显变化，或出现致死，都还未见相关报道。因此也就不清楚这 些高等水生植物能在多大的营养盐浓度范围内能生长，并且也不能确定在多大的 营养盐浓度范围内，还可以利用这些高等的水生植物来改善水质。 高浓度铵态氮对植物的抑制作用在农作物上有较多的研究f 5 2 d3 1 ，大量的实 验表明起主要的胁迫作用的是非离子态的氨，水体中非离子态氨的浓度除了和总 铵态氮浓度相关外，还与水体的温度、p h 有关，目前，国内外关于非离子态氨 对水生植物的胁迫作用的研究目前仅在浮萍上有报道f 5 舢58 1 ，而对高等大型沉水 植物的胁迫作用还未见报道 本论文选择沉水植物金鱼藻为供试植物，研究在不同形态不同浓度的氮营养 下，金鱼藻在生长和生理方面的差异，探讨不同形态高氮素营养对金鱼藻的胁迫 作用，并且初步探讨金鱼藻对不同形态氮素营养的耐受阈值，为合理的利用金鱼 藻来改善水质提供科学依据，同时为研究非离子态氨对沉水植物的胁追作用提供 参考。 6 材料与方法 1 供试材料 供试材料金鱼藻于2 0 0 6 年6 月2 4 日取自玄武湖，取回来的材料用不加氮素 的营养液培养五天。 培养液用自来水配置，参照文献【5 8 1 ，略作修改，如表l 表l 培养液的配方和化学成分 t a b 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o na n df o r m u l a t i o no fc u l t u r es o l u t i o n 化学成分c h e m i c a lc o m p o s i t i o n配方f o r m u l a t i o n 参量浓度 试剂数量 c o n e e m r a t i o n c o n c e n t r a t i o n c o m p 0 8 i t i o n ( m g l )r 。8 9 。n ( m g l ) c a 6 0 0 0 c a c l 2 6 9 2 0 m g n a k s 0 4 c l p l o 1 0 1 6 8 0 6 1 0 8 2 5 0 4 4 2 0 o 0 5 m g s 0 4 7 h 2 0 n a 2 s 0 4 k 2 s 0 4 c a c 0 3 n a h 2 p 0 4 1 0 2 3 0 5 2 o o 1 3 6 0 8 7 5 0 o 2 2 2 实验设计与处理 从2 0 0 6 年6 月2 9 日开始，截取株高为1 0 c m ，大小基本一致的金鱼藻移栽 到规格为长宽x 高= 3 0e m x 2 5c m x 4 0c m 的玻璃缸中，缸底加入5 c m 厚的洗干净 的细沙，水面距离缸口5 c m ，2 0 0 6 年9 月3 日结束。实验地点设在南京林业大 学生理生化实验室。每个处理为1 个玻璃缸，每缸定植5 0 株，2 0 株用来取样进 行生理指标的测定；3 0 株用于测定株高、生物量以及统计存活率实验期间水 温为2 7 c 3 0 。为了维持玻璃缸中营养液的浓度，培养液每两天更换一次，一 直到实验结束，早晚各通气一次。 硝态氮( n 0 3 。- n ) 浓度的设定：( 1 ) o k ( 对照) ：0 m g l n o r - n ( 2 ) c l ：5 m g l n 0 3 - n ( 3 ) c 2 ：5 0m g ln o f - n ( 4 ) c 3 ：1 0 0m g ln 0 3 - n ；用n a n 0 3 配制 尿素态氮( u r e a - n ) 浓度的设定：( 1 ) c k ( 对照) ：同硝态氮的c k ( 2 ) c i ：l m g l u r e a - n ( 3 ) c 2 ：5 m g lu r e a - n ( 4 ) c 3 ：10 m g lu r e a - n ( 5 ) c 4 ：15 m g lu r e a n ( 6 ) c 5 ：2 0 m g lu r e a n 。 铵态氮( n h 4 + - n ) 处理组合的设定：( 1 ) 0 m g l ，p h = 7 5 ；( 2 ) 0 m g l ，p h 2 8 ； ( 3 ) 1 m g l ，p h = 7 5 ；( 4 ) l m g l ，p h = 8 ：( 5 ) 5 m g l ，p h 2 7 5 ；( 6 ) 5 m g l ，p h 2 8 ； ( 7 ) 1 0 m g l ，p h = 7 5 ；( 8 ) 1 0 m g l ，p h = 8 ( 9 ) 1 5 m g l ，p h 2 7 5 ； ( 1 0 ) 1 5 m g l ， p h = 8 ；( 1 1 ) 2 0 m g l ，p h = 7 5 ；( 1 2 ) 2 0 m g l ，p h = 8 ：( 1 3 ) 2 5 m g l ，p h 2 7 5 ； 用n h 4 c l 配制，各玻璃缸中的p h 值每天调节三次，用n a o h 和盐酸调节p h 值 7 根据下列公式5 9 】可以计算出在平均温度为 的非离子态氨( n h 3 ) 浓度： 崛( ) = 器 2 8 5 时，以上溶液中解离出来 勋：【丝2 丝 ( 2 ) 【n h 。+ 】 p k a ：0 0 9 _ 1 i 0 _ 8 + _ 2 7 = 2 9 一9 2 ( 3 ) = 一 】 二，j 十 当水体的p h = 7 5 时，非离子态氨占总铵氮的2 7 3 ，当水体的p h 值= 8 时， 非离子态氨占总铵态氮的8 2 ，不同的处理组合下，非离子态氨的浓度为： ( i ) 0m g l ( 2 ) 0m g l ( 3 ) 0 0 2 7 3m g l ( 4 ) 0 0 8 2m g l ( 5 ) 0 1 3 6m g l ( 6 ) 0 4 1 m g l ( 7 ) 0 2 7 3 m g l ( 8 ) 0 8 2 m g l ( 9 ) 0 4 0 9 m g l ( 1 0 ) 1 2 3m g l ( 1 1 ) 0 5 4 6m g l ( 1 2 ) 1 6 4 m g l ( 1 3 ) 0 6 8 3m g l 3 测定的指标及方法 主要的仪器：烘箱h g l 0 1 3 ，南京电器三厂 7 2 2 s 分光光度计，上海分析仪器厂 7 5 4 紫外分光光度计，上海分析仪器厂 d d s 3 0 7 型直读电导仪，上海精密科学仪器有限公司 l g r l 6 - w 高速冷冻离心机，北京医用离心机厂 3 1 株高的测定 于2 0 0 6 年9 月3 日测定，用钢卷尺测定，精度0 1 c m 。 3 2 生物量的测定 试验结束时，用自来水冲洗净，使植株保持完整，用吸水纸吸干，然后在 8 0 的烘箱内烘干至恒重，以烘干重表示生物量。 3 3 存活率的计算 于2 0 0 6 年9 月3 日统计各玻璃缸剩余植株中存活株数和死亡株数，并计算 存活率。 3 4 叶绿素含量的测定 于2 0 0 6 年7 月l o 日、7 月2 1 日、7 月3 1 日、8 月1 5 日、9 月3 曰取样， 超低温冰箱8 0 保存。 参考李合生等( 2 0 0 0 ) 的方法【6 0 l ，略有变动，具体操作如下： 将采下叶片迅速擦净，用滤纸将表面水分吸干，称取o 2 0 9 ，剪成约o 5 c m 宽的叶段，然后置于已装好浓度为9 5 乙醇的2 0 m l 的玻璃瓶中，密封后置于 2 6 c 恒温箱中避光保存2 4 h ，叶肉组织完全变为白色后，将浸提液倒入比色皿内， 在分光光度计上测定6 6 5