溶解氧和光照对狐尾藻衰亡过程中氮磷和碳释放的影响Word文档下载推荐.docx

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光照；

营养物；

释放

Effectofoxygenandilluminationonthenitrogen,phosphorusandcarbonreleaseofmyriophyllumspicatum

Abstract:

TheMyriophyllumspicatumafterkilloutwerecutintosmallsections,inthe

lengthof0.5-1cm.Theyweresoakedinwaterbeakeraddingchloroforms,inactivetheactivityofmicrobe,inartificialclimateroom（keepthetemperatureof5℃）.Aimedtoinvestigatetheinfluenceofilluminationanddissolveoxygenonpollutantreleasesresultedfromthedissolvedplanttissues.Theaveragereleaseamountofthetotalnitrogen（TN）concentrationunderaerationconditionwas3.33mg/L,whichwas6.39%higherthannotaerationgroup.Theaveragereleaseamountoftotalphosphorus（TP）concentrationwas15.07mg/L,whichwas50%lowerthannotaerationgroup.TheaverageCODCrconcentrationreleasingamountwas66.83mg/Lunderaerationcondition,whichwasmorethan2timesoftheaerationgroup.Aerationsuppressedthereleaseofthenitrate.Undermixingfunction,theabundantcollisionandkeepingintouchofplantresidueandaqueoussolution,acceleratednitrogen（N）andcarbon（C）ofplantresiduetransferintowater,resultedinrisingtotalN,ammonianitrogen（NH3-N）,organicnitrogen（Org-N）andCODCrundertheaerationcondition.Undertheaerationcondition,promotionextentofphosphorus（P）absorbthroughtheincreasingsurfaceoftheplanttissuescausedbytheaerationwasstrongerthaninhibitionextentofadherefunctionandthePreleasefunctionenhancedbytheplanttissues,thuscausedthereductionofPamountinthewater.Aerationsuppressedthereleaseofnitrate（NO3--N）,TP,dissolvingtotalphosphorus（DTP）anddissolvinginorganicphosphorus（DIP）.TheaverageTNconcentrationoftheilluminationgroupwas3.13mg/L,whichwas1.24timesofthegroupwithoutillumination.TheTPconcentration（30.53mg/L）oftheilluminationgroupwas3.28timesofthegroupwithoutillumination.TheCODCrconcentration（32.51mg/L）was2.46timesofthegroupwithoutillumination.TheilluminationhadpromotedthereleaseoftheTN,NH3-N,NO3--N,TP,DTP,DIPandCoftheMyriophyllumspicatum,buthadsuppressedthereleaseoftheOrg-N.

Keywords:

soak;

Myriophyllumspicatum;

oxygen;

light;

nutrientrelease.

我国湖泊众多，主要淡水湖泊除了处于人烟稀少地区和原始状态的部分湖泊外，其营养盐水平基本具备富营养化发生条件或基础，许多大型湖泊，如长江流域的太湖、滇池、巢湖、鄱阳湖和洞庭湖等，都已处于富营养或重富营养状态[1,2]，水体富营养化已成为我国突出环境问题之一。

水生生物是水体食物链的重要基础，对水体理化环境有重要作用，在维持水生态系统结构和功能及生物多样性方面起关键作用[3,4]。

但在气候寒冷、生物活动较弱的冬季，由于大量动植物残体仍存在水体中，不可避免会造成营养物释放，产生二次污染[5-10]。

周俊丽等[5]研究认为藨草茎的分解速率大于藨草根的，高潮滩的藨草的分解释放速率大于堤内藨草的；

卢少勇等[4]通过对昆明某人工湿地中的茭草芦苇和水葫芦的浸泡实验研究发现在停留时间为5d,水力负荷为8.7cm/d,TNTP和COD负荷为1.52,0.11,13.7g/（m2×

d）条件下,植物组织释放N,P,COD的量分别占去除负荷的29%,20%和38%。

对于进水负荷较低的人工湿地,收割植物可以改善湿地低效率时期的处理效率。

Pé

rz-Martí

nezetal研究了水蚤氮和磷释放率，潘宏凯等（2006）研究了太湖春季浮游动物磷释放。

Kalburtji等研究了莲藕营养物释放与土壤pH值及土壤氮水平的关系[11-13]。

实际环境中植物残体腐烂导致碳、氮和磷的释放过程必然经历光照有明显差异的白天和夜间时段。

光照是地球上所有生物得以生存和繁衍的最基本的能量源泉，光照是否对植物残体的溶出释放有影响值得探讨。

目前国内关于温度对沉水植物生长方面的研究较多[9]，但对于植物衰亡过程中光照和温度等环境因素对植物氮和磷释放的影响却鲜有研究，本试验旨在通过浸泡模拟试验来考察光照和溶解氧对植物衰亡过程中的碳、氮和磷释放的影响。

1.材料与方法

选取采自北京十渡的并在室内培养一段时间后的狐尾藻（Myriophyllumspicatum）茎叶，切成0.5-1cm段。

均匀称取五份，每份10.0g，在105℃烘箱中杀青30min。

然后将其置于1L烧杯中，同时设置空白组2组，分别为加抑制剂和不加抑制剂。

添加的抑制剂为氯仿2滴（旨在抑制试验过程中的微生物的活性）。

加蒸馏水0.8L，置于生化培养箱中，具体实验条件见表1，采用花鸟市场常用的小型气泵进行曝气，曝气强度可在第8小时使溶液中的溶解氧达到饱和状态。

设定温度为5℃，光照强度为25μmol（m2·

s）-1。

定期取样，每次采样后均用蒸馏水补水到原液面。

采用标准方法[4]分析总氮（TN）、硝氮（NO3--N）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、溶解性总磷（DTP）和溶解性无机磷（DIP）取样时间为第0小时、第8小时、第36小时、第96小时和第240小时，其中第36小时，第96小时只测定TN和TP。

实验过程中pH值保持在6.2-8.0。

测定方法参考文献[14,15]。

由于亚硝氮含量很低，有机氮（Org-N）等于TN扣除NO3--N和NH3-N。

表1实验条件

编号

1#

2#

3#

植物

狐尾藻

抑制剂

加抑制剂

环境条件

光照，不曝气

光照，曝气

无光照，不曝气

2.结果与讨论

狐尾藻的理化性质如表2。

表2狐尾藻的理化性质

TN（mg/g）

TP（mg/g）

含水率（%）

0.60±

0.12

0.25±

0.04

91.00

图1（a）-图1（d）为系统中水的TN,NH3-N,NO3--N,Org-N的浓度－时间变化曲线，图2（a）-图2（c）为系统中水的TP,DTP,DIP的浓度-时间变化曲线，图3为系统中水的CODCr的浓度－时间变化曲线。

（a）总氮浓度－时间变化曲线（b）氨氮浓度－时间变化曲线

（c）硝氮浓度－时间变化曲线（d）有机氮浓度－时间变化曲线

图1溶解氧、光照对狐尾藻氮释放的影响（5℃，狐尾藻，加氯仿）

—◇—不曝气光照加抑制剂—×

—曝气光照加抑制剂—＊—不曝气无光照加抑制剂

（a）总磷浓度－时间变化曲线（b）溶解性总磷浓度－时间变化曲线

（c）溶解性无机磷浓度－时间变化曲线

图2溶解氧、光照对狐尾藻磷释放的影响（5℃，狐尾藻，加氯仿）

图3溶解氧、光照对狐尾藻CODCr释放的影响（5℃，狐尾藻，加氯仿）

2.1溶解氧对狐尾藻氮、磷和碳释放的影响

2.1.1对氮释放的影响

曝气对TN,NH3-N,NO3--N,Org-N在狐尾藻衰亡过程中累积释放的影响见图1（a）（b）（c）（d）。

①曝气组TN释放量除在第96小时低于不曝气组外，在8,36,240小时均高于不曝气组，在第240小时出现最大值，为3.46mg/L，平均为3.33mg/L，比不曝气组高0.20mg/L（图1（a））。

②曝气促进NH3-N释放，曝气组平均NH3-N释放量为1.63mg/L，比不曝气组高0.16mg/L（图1（b））。

③曝气组平均Org-N释放量为1.76mg/L，比不曝气组高0.61mg/L（图1（d））。

④曝气抑制NO3--N释放，曝气组平均NO3--N释放量为0.28mg/L，比不曝气组高0.13mg/L（图1（c））。

曝气促进了TN,NH3-N和Org-N释放，抑制NO3--N释放，因为曝气具有充氧和搅拌作用。

充氧利于氨氮向硝氮转化，但低温和添加抑制剂抑制了硝化和反硝化作用。

在搅拌作用下，植物残体和水溶液的充分碰撞与接触，加速植物残体中氮向水中转化，导致曝气组Org-N,NH3-N和TN浓度升高。

2.1.2对磷释放的影响

由图2（a）（b）（c）分别可见曝气对TP,DTP和DIP在狐尾藻衰亡过程中释放的影响。

①曝气组TP平均释放量为15.07mg/L，比不曝气组低15.46mg/L（图2（a））。

②曝气抑制了DTP释放，曝气组平均DTP释放量为7.86mg/L，比不曝气组低2.48mg/L（图2（b））。

③曝气抑制了DIP的释放，曝气组平均DIP释放量为5.80mg/L，比不曝气组低2.73mg/L（图2（c））。

曝气抑制了TP,DTP和DIP释放。

因为曝气搅拌不利于磷在杯周边的附着，低温和添加抑制剂不利于水中磷转化，搅拌促进了植物组织破碎，一方面利于磷向水中释放，另一方面增加了植物残体与水中磷的接触面积，利于水柱中磷的降低[5]；

曝气组植物残体破碎导致表面积增加对磷吸收的促进程度强于对附着作用的降低以及植物残体磷释放作用的增加，综合作用下导致水中的磷浓度的降低。

2.1.3对碳释放的影响

由图3可见曝气对含碳物质在狐尾藻衰亡过程中释放的影响。

在不同条件下各水样的CODCr的变化均先降后升，在第240小时出现最高值。

整体上曝气组水中CODCr释放量远大于不曝气组。

曝气组平均CODCr释放量66.83mg/L，比不曝气组高34.32mg/L。

整体上，曝气促进了CODCr的释放，这是因为曝气充氧利于水中的CODCr被氧化，低温和添加抑制剂则导致碳氧化作用受抑制。

在搅拌作用下，植物残体和水溶液的充分碰撞与接触，加速植物残体中的碳向水柱中转化；

综合作用下导致曝气组CODCr浓度升高。

2.2光照对狐尾藻氮、磷和碳释放的影响

2.2.1对氮的影响

由图1（a）（b）（c）（d）分别可见光照对TN,NH3-N,NO3--N,Org-N在狐尾藻衰亡过程中累积释放的影响。

无光照组总氮释放量呈缓慢下降趋势，第240小时最低，为1.68mg/L，而光照组TN在第96小时突升，达整个过程最大值（3.52mg/L）。

无光照组水中NH3-N释放量明显低于有光照组且下降较快，最低0.32mg/L。

NO3--N释放量在前8个小时较大，最高0.29mg/L，但随后速降。

Org-N释放量则是无光照组强于有光照组，最高0.75mg/L。

有光照组TN平均浓度3.13mg/L，比无光照组高0.60mg/L（图1（a））。

有光照组NO3--N平均浓度0.41mg/L，比无光照组高0.20mg/L（图1（b））。

约为无光照组的2倍。

有光照组NH3-N平均浓度1.47mg/L，比无光照组高0.49mg/L（图1（c））。

有光照组Org-N平均浓度1.15mg/L，比无光照组低0.29mg/L（图1（d））。

整体上光照促进了TN,NH3-N,NO3--N释放，抑制Org-N释放，因为有光条件下，植物体中有机态氮更难释放。

2.2.2对磷的影响

由图2（a）（b）（c）分别可见光照对TP,DTP和DIP在狐尾藻衰亡中释放的影响。

光照组水样中TP释放呈上升趋势，最高3.30mg/L，而无光照组TP呈下降趋势，在第8和240小时间隔里基本不变，最低0.32mg/L（图2（a））。

无光照组第8小时DTP释放量明显高于不曝气组，分别为0.81和0.63mg/L（图2（b））。

而在第240小时则又远低于光照组的释放量，分别为0.35和0.068mg/L。

DIP变化趋势和DTP一致（图2（c））。

有光照组TP平均值30.53mg/L，比无光照组高21.33mg/L。

有光照组TP浓度为无光照组的3.28倍（图2（a））。

有光照组DTP平均值10.34mg/L，比无光照组高1.11mg/L（图2（b））。

有光照组DIP平均值8.53mg/L，比无光照组高0.87mg/L（图2（c））。

光照促进TP,DTP和DIP释放，因为在光照促进了植物体中磷的释放。

2.2.3对碳的影响

由图3可见光照对狐尾藻衰亡过程中释放碳的影响。

不同条件下水肿CODCr均先降后升，在第240小时出现最高值。

无光照组CODCr释放量小于光照组，最终浓度高于初始浓度，最高26.57mg/L。

因无光照时水中含碳物质不易被转化。

有光组CODCr释放量远大于无光组。

有光组平均DTP释放量32.51mg/L，比无光组高19.29mg/L。

有光组CODCr浓度为无光组的2.46倍。

光照促进CODCr释放，因为光照促进植物体中碳的释放。

3结论

采用常见沉水植物狐尾藻进行为期240小时的浸泡试验，加入抑制微生物的氯仿，在实验中各元素释放变化的原因主要是物理化学因素。

规律如下：

（1）曝气促进了TN,NH3-N,Org-N和CODCr释放。

在搅拌作用下植物残体和水溶液充分碰撞与接触，加速植物残体中氮和碳向水体中转移。

（2）曝气抑制了NO3--N,TP,DTP和DIP释放。

曝气组植物残体破碎导致表面积增加，这对磷吸收的促进程度强于附着作用的降低及植物残体磷释放作用的增加，综合作用下导致水中磷浓度的降低。

（3）光照促进了狐尾藻的TN,NH3-N,NO3--N,TP,DTP,DIP及碳的释放，但抑制了Org-N释放。

参考文献

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基金项目:

国家高技术研究发展计划项目（2005AA60101005,2008ZX07101），国家重点基础研究发展计划项目（2008CB418200）