劍湖金魚藻不同形態(tài)氮含量的季節(jié)性變化

李靖 敖新宇 李寧云 等

摘要：金魚藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）是劍湖廣泛分布的沉水植物，對不同采樣點(diǎn)不同生長季節(jié)金魚藻體內(nèi)的總氮、硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量進(jìn)行了測定和比較。結(jié)果顯示，環(huán)境中的氮源直接影響金魚藻對氮素的吸收利用，在污染嚴(yán)重的永豐河入湖口，金魚藻體內(nèi)的總氮和氨態(tài)氮含量較高。在污染相對較小的格美江入湖口，金魚藻體內(nèi)的硝態(tài)氮含量較高，環(huán)境中高濃度的氨態(tài)氮會(huì)抑制金魚藻對硝態(tài)氮的吸收利用。金魚藻體內(nèi)氮素水平隨季節(jié)變化明顯，３～５月金魚藻體內(nèi)不同形態(tài)氮含量均高于７月。

關(guān)鍵詞：金魚藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）；總氮；硝態(tài)氮；氨態(tài)氮

中圖分類號：Ｘ１７３文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3190-03

Seasonal Change of Nitrogen Content of Ceratophyllum demersum in Jian Lake

ＬＩ Ｊｉｎｇ１，ＡＯ Ｘｉｎ-ｙｕ１，ＬＩ Ｎｉｎｇ-ｙｕｎ２，ＬＥＩ Ｒａｎ１，ＣＨＥＮ Ｙｕ-ｈｕｉ１

（１．Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙｕｎｎａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ wａｓ ｗｉｄｅｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ Ｊｉａｎ Ｌａｋｅ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ pｒｏｖｉｎｃｅ． Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｆ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｔｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｆ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ． Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ｈｉｇｈ ｉｎ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｉｎ Ｙｏｎｇｆｅｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｐｏｌｌｕｔｅｄ． Ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ｈｉｇｈ ｉｎ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｉｎ Ｇｅｍｅｉ Ｒｉｖｅｒ． Ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｉｎｈｉｂｉｔ ｕｐｔａｋｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ． Ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅｖｅｌ ｉｎ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｃｈａｎｇｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅａｓｏｎｓ； ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｍｓ ｗas ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ Ｍａｒｃｈ ｔｏ Ｍａｙ ｔｈａｎ ｉｎ Ｊｕｌｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄs： Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ； ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ

沉水植物在水生生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。利用沉水植物進(jìn)行富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)是目前研究的熱點(diǎn)［１-４］。金魚藻是世界上廣泛分布的一種沉水植物，屬金魚藻科金魚藻屬。由于在其主要的生活周期中沉水生長，生理上極端依賴于水環(huán)境，因而對水質(zhì)變化的反應(yīng)十分敏感，同時(shí)金魚藻移栽極易成活，是研究富營養(yǎng)化對沉水植物影響的好材料。近年來，利用金魚藻進(jìn)行富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)的相關(guān)報(bào)道較多［５-７］。

劍湖位于云南省西部大理州劍川縣城東南３ ｋｍ處，地處東經(jīng)９９°５５′、北緯２６°２８′，海拔２ １８６ ｍ，屬云南省高原重要的濕地類型［８］。選取劍湖沉水植物優(yōu)勢種金魚藻為研究對象，通過對不同時(shí)期不同采樣點(diǎn)金魚藻體內(nèi)各形態(tài)氮含量進(jìn)行測定和比較研究，以了解它們在不同環(huán)境條件下利用氮素的能力，為其凈水機(jī)理的闡述和在淺水湖泊、人工濕地等中的合理利用提供理論依據(jù)。

１材料與方法

１．１材料

金魚藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）采自云南大理劍川劍湖的格美江入湖口和永豐河入湖口。于２０１１年３月下旬、５月下旬和７月中旬在兩個(gè)樣點(diǎn)分別采集樣品２０株，同時(shí)于２０１１年５月（劍湖平水期）在取樣點(diǎn)?。撤菟畼幼魉|(zhì)分析。樣品材料采集后先用自來水將表面洗干凈，再用去離子水沖洗后吸干表面水分，選擇生長較好的整株材料切碎后混勻，一部分用于含水量、硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的測定；一部分放入烘箱里烘干粉碎后用于總氮測定。每種指標(biāo)的測定設(shè)３個(gè)重復(fù)。

１．２方法

１．２．１采樣點(diǎn)水樣總氮含量的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法［９］。水樣采集后立即加入幾滴濃硫酸，酸化到ｐＨ小于２。測定時(shí)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)ｐＨ至５～９，取１０ ｍＬ待測樣品，加入５ ｍＬ堿性過硫酸鉀溶液，消解４０ ｍｉｎ，加１ ｍＬ稀釋１０倍的濃鹽酸，用無氨水稀釋至２５ ｍＬ，混勻，分別在波長２２０ ｎｍ與２７５ ｎｍ處測定吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出相應(yīng)的含氮量（μｇ）。根據(jù)公式ｃ＝ｍ／V計(jì)算總氮含量。式中：ｃ 為總氮含量（ｍｇ／Ｌ）；ｍ為測出含氮量（μｇ）；V為測定樣品體積（ｍＬ）。

１．２．２采樣點(diǎn)水樣氨態(tài)氮含量的測定采用納氏試劑比色法［１０］。?。担埃?ｍＬ預(yù)處理后（過濾）的水樣加１．０ ｍＬ酒石酸鉀鈉溶液， 再加１．５ ｍＬ納氏試劑，混勻，在２５ ℃恒溫水浴鍋中顯色２０ ｍｉｎ后，于４２０ ｎｍ波長處測定吸光度值。以無氨水代替水樣做空白測定。水樣測得的吸光度減去空白試驗(yàn)的吸光度后，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得氨態(tài)氮量（ｍｇ），計(jì)算公式：ｃ１＝ｍ１／V１×１ ０００，式中，ｃ１為氨態(tài)氮含量（ｍｇ／Ｌ），ｍ１為由標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的氨態(tài)氮量（ｍｇ）；V１為水樣體積（ｍＬ）。

１．２．３金魚藻硝態(tài)氮含量的測定參照《植物生理生化試驗(yàn)指導(dǎo)》［１１］的方法并做相應(yīng)改進(jìn)。準(zhǔn)確稱?。玻?ｇ的材料放入試管中，加入１０．０ ｍＬ去離子水，置入沸水浴中提?。常?ｍｉｎ。冷卻后過濾至２５ ｍＬ容量瓶中，并反復(fù)沖洗殘?jiān)詈蠖ㄈ葜量潭?。共設(shè)３個(gè)重復(fù)。

吸取樣品液１．０ ｍＬ于試管中，加入５％水楊酸-硫酸溶液０．４ ｍＬ，混勻后置室溫下２０ ｍｉｎ，再慢慢加入８．６ ｍＬ ８％ ＮａＯＨ溶液，待冷卻至室溫后，以去離子水作參比，于４１０ ｎｍ波長下測其吸光度值。根據(jù)樣品液所測得的吸光度值，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得硝態(tài)氮量（μｇ）。硝態(tài)氮含量的計(jì)算公式：樣品中硝態(tài)氮含量［μｇ／ｇ（FW）］＝［硝態(tài)氮量（ｇ）×樣品提取液總體積（ｍＬ） ］／［樣品鮮重（ｇ）×測定時(shí)樣品液用量（ｍＬ）］。

１．２．４金魚藻氨態(tài)氮含量的測定采用納氏試劑比色法［１０］。準(zhǔn)確稱?。玻?ｇ的材料，置于研缽中，加入適量的ｐＨ為１的Ｈ２ＳＯ４研細(xì)，在３ ５００ ｒ／ｍｉｎ下離心２０ ｍｉｎ，取出上清液定容至１００ ｍＬ。?。担?ｍＬ量程的比色管，分別加入５．０ ｍＬ樣品液，１．５ ｍＬ納氏試劑，１．０ ｍＬ ５００ ｇ／Ｌ的酒石酸鉀試劑，定容至刻度，混勻后置室溫下顯色２０ ｍｉｎ，于４２０ ｎｍ波長處測定吸光度值。根據(jù)樣品液所測得的吸光度值，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出氨態(tài)氮量（μｇ）。氨態(tài)氮含量的計(jì)算公式：樣品中氨態(tài)氮含量［μｇ／ｇ（FW）］＝［氨態(tài)氮量（μｇ）×提取液總體積（ｍＬ）］／［樣品鮮重（ｇ）×測定時(shí)樣品液用量（ｍＬ）］。

１．２．５金魚藻總氮含量的測定采用凱氏定氮法［１２］。準(zhǔn)確稱取處理好的金魚藻樣品０．１ ｇ放入消化管中，加５．０ ｇ的催化劑和８．０ ｍＬ濃硫酸后放入消化爐中消化（在２００ ℃消化３０ ｍｉｎ后再在４２０ ℃消化１．５ ｈ），每個(gè)樣品設(shè)３個(gè)平行消化好的樣品，待其冷卻后，采用Kｊｅｌｔｅｃ ２３００全自動(dòng)定氮儀進(jìn)行總氮測定，并記錄數(shù)據(jù)。

２結(jié)果與分析

２．１取樣點(diǎn)水質(zhì)測定結(jié)果

２０１１年５月對兩個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)分析，結(jié)果顯示永豐河入湖口水中總氮含量為（４．７１±０．１１）ｍｇ／Ｌ，氨態(tài)氮含量為（２．３１±０．０８）ｍｇ／Ｌ；格美江入湖口水中總氮含量為（０．９５±０．０７）ｍｇ／Ｌ，氨態(tài)氮含量為（０．３８±０．１０）ｍｇ／Ｌ。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以總氮為參考標(biāo)準(zhǔn)，永豐河入湖口處的水質(zhì)為劣Ⅳ類水（總氮≥２．０ ｍｇ／Ｌ），格美江入湖口處為Ⅲ類水（總氮≤１．０ ｍｇ／Ｌ）；以氨態(tài)氮為參考標(biāo)準(zhǔn)，永豐河入湖口處的水質(zhì)為劣Ⅳ類水（氨態(tài)氮≥２．０ ｍｇ／Ｌ），格美江入湖口處為Ⅱ類水（氨態(tài)氮≤０．５ ｍｇ／Ｌ）。綜合以上結(jié)果，永豐河入湖口為劣Ⅳ類水，格美江入湖口為Ⅱ～Ⅲ類水，不同水質(zhì)環(huán)境下均有金魚藻的分布。

２．２不同采樣點(diǎn)金魚藻總氮含量的季節(jié)性變化

在不同采樣季節(jié)及不同采樣點(diǎn)，金魚藻總氮含量變化不明顯（圖１）。３月份永豐河入湖口的金魚藻體內(nèi)總氮含量較高。５月份永豐河入湖口金魚藻內(nèi)總氮含量略高于格美江入湖口。７月份兩個(gè)采樣點(diǎn)金魚藻的總氮含量無明顯差異。

２．３不同采樣點(diǎn)金魚藻硝態(tài)氮含量的季節(jié)性變化

在不同采樣季節(jié)及不同采樣點(diǎn)，金魚藻硝態(tài)氮含量變化較明顯（圖２）。格美江入湖口的金魚藻硝態(tài)氮含量在3月份和5月份高于永豐河入湖口，7月份相差不大，且二者在３月份和５月份金魚藻的硝態(tài)氮含量比７月份高。

２．４不同采樣點(diǎn)金魚藻氨態(tài)氮含量的季節(jié)性變化

不同采樣季節(jié)及不同采樣點(diǎn)的金魚藻氨態(tài)氮含量變化明顯（圖３）?？偟膩碚f，永豐河入湖口的金魚藻氨態(tài)氮含量明顯高于格美江入湖口，且３月份金魚藻的氨態(tài)氮含量最高。格美江入湖口金魚藻氨態(tài)氮含量隨季節(jié)變化趨勢和永豐河入湖口相同。

３討論

永豐河是城內(nèi)居民生活污水的主要排放河流，永豐河入湖口的水質(zhì)為劣Ⅳ類水，是劍湖一個(gè)重要的污染源。格美江是劍湖的另一主要水源，其源頭為高山泉水，途中經(jīng)過幾個(gè)小村莊，有少量生活污水、農(nóng)藥等的排入，格美江入湖口為Ⅱ～Ⅲ類水，其對劍湖水質(zhì)也有一定的影響。在兩種不同水質(zhì)條件下，均有金魚藻的廣泛分布。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同生長點(diǎn)及不同季節(jié)金魚藻體內(nèi)不同形態(tài)氮含量存在差異。

金魚藻體內(nèi)的總氮和氨態(tài)氮含量和環(huán)境水質(zhì)有明顯的相關(guān)性。永豐河入湖口水中的總氮和氨態(tài)氮均高于格美江入湖口，因此其植物體內(nèi)的總氮和氨態(tài)氮含量也相應(yīng)較高。在格美江入湖口，金魚藻體內(nèi)的硝態(tài)氮含量較高。硝態(tài)氮是植物最重要的氮源，硝態(tài)氮在進(jìn)入植物體后一部分被還原成氨態(tài)氮，并在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行代謝，其余部分可積累在細(xì)胞的液泡中且有時(shí)達(dá)到較高的濃度也不會(huì)對植物產(chǎn)生不良影響，所以硝態(tài)氮在植物體內(nèi)的積累實(shí)際上是氮素貯備。植物硝態(tài)氮含量的高低可在一定程度上反映植物在特定環(huán)境下對硝態(tài)氮的吸收和保存能力［１３］。結(jié)果表明在污染較小的環(huán)境條件下，金魚藻對硝態(tài)氮的吸收和保存能力較強(qiáng)。而在污染嚴(yán)重的永豐河入湖口，金魚藻體內(nèi)的硝態(tài)氮含量較低，說明環(huán)境中高濃度的氨態(tài)氮會(huì)抑制金魚藻對硝態(tài)氮的吸收利用。

金魚藻體內(nèi)氮素水平隨季節(jié)變化明顯，３～５月金魚藻體內(nèi)不同形態(tài)氮含量均高于７月。３～５月為金魚藻生長旺盛期，因此對氮素的吸收利用能力強(qiáng)。另一方面，７月為劍湖豐水期，降雨量較大，對水體起到稀釋作用，導(dǎo)致環(huán)境中氮素含量降低。要想進(jìn)一步證明金魚藻對不同形態(tài)氮的吸收和轉(zhuǎn)化能力還需要結(jié)合室內(nèi)模擬試驗(yàn)。

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