秦松巖，吳 波，閆穎怡，周金喜，周啟星

(1.天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，300384 天津，qinsongyan@yahoo.com.cn;2.南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，300191 天津;3.西門(mén)子(天津)水技術(shù)工程有限公司，300191 天津)

旱傘草與粉綠狐尾藻立體復(fù)合的抑藻效能

秦松巖1，2，吳 波3，閆穎怡1，周金喜1，周啟星2

(1.天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，300384 天津，qinsongyan@yahoo.com.cn;2.南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，300191 天津;3.西門(mén)子(天津)水技術(shù)工程有限公司，300191 天津)

為考察植物間組合的化感抑藻效能，將旱傘草、粉綠狐尾藻、旱傘草+粉綠狐尾藻在自然水體水樣中對(duì)比種植，對(duì)藻密度、葉綠素a、群落變化及有機(jī)物組成進(jìn)行監(jiān)測(cè).結(jié)果表明:旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中，藻類建群過(guò)程的延遲期最短，在第13天達(dá)到峰值2.4×107/L，而對(duì)照、旱傘草、粉綠狐尾藻水樣為4.48、1.15、2.03×108/L;旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中群落的演替速度最快，有機(jī)物種類最少為75種，而對(duì)照、旱傘草、粉綠狐尾藻水樣有機(jī)物種類數(shù)量為131、90及121種.旱傘草+羽毛組合水樣中新生成丙酮氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4－甲基苯酚這4種物質(zhì)，可能為潛在的化感物質(zhì).

旱傘草;粉綠狐尾藻;化感物質(zhì);抑藻效能

利用水生植物簡(jiǎn)單、高效、低代價(jià)的特點(diǎn)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)已被國(guó)內(nèi)外廣為共識(shí)［1］.水生植物凈化水體時(shí)主要形成漂浮、挺水及沉水3大植物系統(tǒng)［2］.挺水植物可高效吸收水體中氮磷類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);飄浮植物可遮蔽水體中的光透過(guò)率，通過(guò)影響藻類的光合作用來(lái)抑制藻類生長(zhǎng);沉水植物則可向水體中分泌抑藻化感物質(zhì)［3－6］.目前，對(duì)3大植物系統(tǒng)單獨(dú)應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)已有廣泛研究，如孫瑞蓮等［7］比較了8種挺水植物對(duì)污染水體的脫氮除磷效果;田琦等［8］研究了5種沉水植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化力;李修嶺等［9］利用漂浮水生植物對(duì)超富營(yíng)養(yǎng)化湖水的總氮總磷去除能力及抑藻效果進(jìn)行研究.對(duì)3大植物系統(tǒng)應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)研究多著重于從某一植物系統(tǒng)中選擇最適合特定水體的模式植物，而將漂浮、挺水及沉水植物進(jìn)行交叉形成空間立體層次的植物組合并應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)卻鮮有研究.

旱傘草(Cyperus alternifolius)是較為常見(jiàn)的水生觀賞植物，近年來(lái)在園林水景工程中應(yīng)用廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)，性喜溫暖，在南方無(wú)霜期地區(qū)可栽植［10］.粉綠狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)是多年生沉水草本植物，適應(yīng)生境能力強(qiáng)，其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程可去除多種污染物且觀賞效果較好，是水體富營(yíng)養(yǎng)化植物修復(fù)或水華生物控制工程中的有效物種，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于污染水體的生態(tài)修復(fù)［11］.這兩種植物已被單獨(dú)應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)，尤其是粉綠狐尾藻被證實(shí)具有強(qiáng)烈的化感抑藻(銅綠微囊藻)效果，但關(guān)于這兩種植物共同栽植對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的作用效應(yīng)還未見(jiàn)報(bào)導(dǎo).旱傘草－粉綠狐尾藻的立體組合充分利用了水體空間，且旱傘草的傘狀莖葉保障了粉綠狐尾藻對(duì)水中光的需求.本文研究了旱傘草－粉綠狐尾藻的立體組合生態(tài)效應(yīng)，即該立體組合是否對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的藻類數(shù)量、種類及群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響;同時(shí)通過(guò)研究水中有機(jī)物組成變化，確定該組合是否能促進(jìn)水體中有機(jī)物的降解和吸收，及能否產(chǎn)生潛在的化感抑藻物質(zhì).以期為南方富營(yíng)養(yǎng)化淡水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供新的植物聯(lián)合應(yīng)用途徑.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

旱傘草及粉綠狐尾藻取自合肥環(huán)城公園，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前24 h將受試植物浸于清水中，清除植物上殘存的藻類，并摘掉植物上枯萎的莖葉.水樣取自合肥環(huán)城水系，將受試植物與含藻水共培于2 000 mL大燒杯中.取一杯無(wú)植物作為對(duì)照組，模擬植物遮光量，按其他植物加入量投入塑料植物.粉綠狐尾藻按平均5 g/L，旱傘草按平均12.5～15 g/L，共同種植入水樣中并置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)，恒溫培養(yǎng)，溫度為(25士1)℃，12 h光照(光強(qiáng)度為2 500 1x).實(shí)驗(yàn)共4組，為對(duì)照、旱傘草、粉綠狐尾藻、粉綠狐尾藻+旱傘草藻植共生組.為防止水分蒸發(fā)造成的水位降低，定期用再生水(合肥環(huán)城水系補(bǔ)水)補(bǔ)足燒杯內(nèi)因蒸發(fā)而失去的水分，使試驗(yàn)用水體積保持在2 L.

1.2 藻類鑒定與計(jì)數(shù)

取水樣之前，先將受試植物取出，然后用玻璃棒將水樣攪拌，使藻類在水中分布均勻，迅速取出100 mL水樣用于藻類鑒定、計(jì)數(shù)及葉綠素的測(cè)定.

藻種鑒定參考文獻(xiàn)［12］，分類法鑒定到種或?qū)?并按種類計(jì)數(shù)，計(jì)算出藻類的相對(duì)豐度、藻細(xì)胞密度與多樣性指數(shù).

1.3 有機(jī)物組成分析

將對(duì)照、旱傘草、粉綠狐尾藻及粉綠狐尾藻+旱傘草的種植水樣1 L用H2SO4調(diào)節(jié)pH=2，分別用50 mL二氯甲烷萃取兩次，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將100 mL二氯甲烷濃縮到大約5 mL，然后用氮吹濃縮到0.1 mL.

GC－MS分析儀采用安捷倫6890GC－5973MSD，色譜柱采用HP－5MS毛細(xì)柱(30 m*0.25 mm*0.25 μm)，進(jìn)樣溫度280 ℃，接口溫度280℃，采取程序升溫的方法，45℃(3 min)由10℃/min升至200℃(10 min)，再由25℃/min升至 310℃(10 min)，載氣為 He，恒定流速1 mL/min，采用電子轟擊源(EI)，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，離子化能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍:全掃描，掃描m/z范圍15～750.

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游藻類生物量變化

各種植水樣中浮游藻類的葉綠素a和藻類密度的變化見(jiàn)圖1.

圖1(a)為對(duì)照組的葉綠素a和藻類生物量變化圖;在培養(yǎng)初期，因無(wú)外來(lái)因素干擾，生物量穩(wěn)定增長(zhǎng)，所用的時(shí)間為9 d.接著進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)階段，生物量在一段時(shí)間內(nèi)快速增加，在建群的第13天左右，生物量達(dá)到第一個(gè)峰值，BP(peak biomass)=2.14×108/L，其中生物量達(dá)到峰值所需的時(shí)間(time to peak biomass，tPB)是13 d.群落在經(jīng)過(guò)短暫的成熟穩(wěn)定期(第13～17天)后，群落未迅速衰退，而后進(jìn)入了二次生長(zhǎng)期，最終藻密度達(dá)到4.48×108/L.

圖1(b)顯示了旱傘草種植水樣中葉綠素a和藻類生物量的變化.與對(duì)照組相比，建群延遲期較短，為5 d左右;之后進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期，并在第13天出現(xiàn)峰值，BP=1.15×108/L.峰值之后，藻類迅速衰退，生物量呈下降趨勢(shì).在17 d后，藻類群落進(jìn)入二次生長(zhǎng)期，但最終藻密度降至6.12×107/L.

從圖1(c)可見(jiàn)，粉綠狐尾藻種植水樣中，經(jīng)歷短暫的藻類群落建群延遲期后，生物量迅速增加，但生物量達(dá)到峰值時(shí)間較長(zhǎng)，為17 d，BP=2.03×108/L，指數(shù)生長(zhǎng)期后直接進(jìn)入衰亡期，群落逐漸衰退，生物量減少，藻類密度也隨之下降.

而粉綠狐尾藻+旱傘草種植水樣中藻類建群延遲期很短，幾乎直接進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期，生物量增長(zhǎng)較快，但數(shù)值均小于其他水樣中的藻類密度值，可見(jiàn)這兩種植物復(fù)合對(duì)藻類有良好的抑制作用.其中BP=2.4 ×107/L，tPB=13 d.峰值之后，在13～17 d時(shí)，水樣中的藻類群落進(jìn)入衰亡期，生物量呈下降的趨勢(shì).在17 d后，藻類群落略有增長(zhǎng)，但最終藻密度值僅為2.65×107/L(見(jiàn)圖1(d)).

藻類生物量與葉綠素之間具有較好的相關(guān)性，藻類生物量變化的趨勢(shì)與葉綠素a質(zhì)量濃度變化基本一致.對(duì)照水樣及粉綠狐尾藻種植水樣中，葉綠素質(zhì)量濃度最終達(dá)1 200 mg/L左右，而粉綠狐尾藻+旱傘草種植水樣中葉綠素質(zhì)量濃度僅為230 mg/L.

圖1 各種植水樣中浮游藻類的葉綠素a和藻類密度的變化

2.2 浮游藻類群落的組成變化

本實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)合肥環(huán)城水系水體中浮游藻類的鑒定及定量分析發(fā)現(xiàn)了多種浮游藻類，如綠藻門(mén) 的Scenedesmusdenticulatus、S.quadricauda(Scenedesmus quadricauda)、Pediastrum boryanum、G.paucispina(Golenkinia paucispina)、Chlorella和絲狀的Ulothrix implexa Ktltz;硅藻門(mén)的Navicula，均為建群早期的先鋒種類.

經(jīng)植物種植作用后，浮游藻類群落發(fā)生變化，G.paucispina一直保持優(yōu)勢(shì)地位，S.quadricauda逐漸成為各水樣中的優(yōu)勢(shì)種，但相對(duì)豐度差別較大(見(jiàn)圖2).

在無(wú)植物作用的對(duì)照水樣中，建群初期共20種浮游藻類，隨著群落的發(fā)展，G.paucispina作為先鋒藻類的相對(duì)豐富度逐漸降低，S.quadricauda逐漸演化成為優(yōu)勢(shì)種并在第13天達(dá)到峰值，相對(duì)豐富度高達(dá)46.5%，且在4個(gè)水樣中，這兩種藻類生物量最高(見(jiàn)圖2(a)).相比之下，旱傘草作用的水樣中，S.quadricauda和G.paucispina從17種藻類中緩慢演化成優(yōu)勢(shì)種并在第13天生物量達(dá)到峰值，相對(duì)豐富度分別為17.32%及61.17%(見(jiàn)圖2(b)).而在粉綠狐尾藻 種 植 水 樣，G.paucispina、Navicula和S.quadricauda這3種藻密度呈上升的趨勢(shì)，逐漸成為該實(shí)驗(yàn)組中的優(yōu)勢(shì)種，S.quadricauda與Navicula的藻密度持續(xù)緩慢增長(zhǎng)(見(jiàn)圖2(c)).在旱傘草+粉綠狐尾藻作用水樣的建群初期，浮游藻類即減少到12種，由于旱傘草+粉綠狐尾藻復(fù)合分泌出的化感物質(zhì)的積累，G.paucispina的生物量在建群早期短時(shí)間的升高之后迅速衰退，S.quadricauda的藻密度雖持續(xù)增加，但卻比其他3個(gè)水樣少一個(gè)數(shù)量級(jí);而4個(gè)實(shí)驗(yàn)組中，只有該實(shí)驗(yàn)組藻密度增長(zhǎng)與藻類相對(duì)豐度的變化趨勢(shì)相一致，說(shuō)明該組藻類生物量增長(zhǎng)較少，且其他藻類所占比例較小(見(jiàn)圖2(d)).

圖2 各種植水樣中優(yōu)勢(shì)藻種及相對(duì)豐度的變化

2.3 植藻共培水樣中有機(jī)物組成分析

經(jīng)過(guò)23 d的培養(yǎng)，對(duì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的藻植共培水樣中所含有機(jī)物進(jìn)行了分析，總離子流圖見(jiàn)圖3.無(wú)植物的水樣中化合物種類最多為131種，且各物質(zhì)豐度值較高(見(jiàn)圖3(a));在粉綠狐尾藻的單獨(dú)種植水體中，有機(jī)物種類減少至121種，且各物質(zhì)豐度值均比無(wú)植物水樣中豐度略有減小(見(jiàn)圖3(b));在旱傘草的單獨(dú)種植水體中，有機(jī)物質(zhì)種類減少至90種，與粉綠狐尾藻水樣相比，各物質(zhì)豐度更低(見(jiàn)圖3(c));在旱傘草+粉綠狐尾藻組合種植水樣中，化學(xué)物質(zhì)的種類減少至75種，且各物質(zhì)豐度值為4種水樣中最小(見(jiàn)圖3(d))，空白水樣中烷類19種、苯類24種、胺類11種、酮類11種、嘧啶類3種、酯類8種、醇類14種、烯類6種、酚類6種、醛類1種、萘類7種及其他種類化合物21種.與空白水樣比較，在旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中嘧啶及醛類未檢出，烷類消失了11種，苯類消失了14種，烯及酚消失了4種，說(shuō)明旱傘草+粉綠狐尾藻對(duì)上述物質(zhì)進(jìn)行了有效的吸收.與空白水樣比較，在旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中出現(xiàn)的化合物為:1－(2－羥苯基)乙烷、十五烷、二十烷、4－甲基－癸烷、1－乙烷基－2，4－二甲基苯、9－乙烷基－9氫咔唑－3－胺、丙酮合氰化氫、磷酸三乙酯、己二酸，雙(2－乙基己基)酯、莰烯、4－甲基苯酚、1，5－二甲基萘、二氫化茚、甲基丙烯酸酐等共15種.通過(guò)與粉綠狐尾藻及旱傘草單獨(dú)水樣中化合物的比較，只存在于旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中的化合物有4種，分別為丙酮合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4－甲基苯酚.

丙酮氰醇有毒性且為制殺蟲(chóng)劑的中間體;磷酸三乙酯可用于制備農(nóng)藥，也可用于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑［13］;莰烯屬雙環(huán)單萜烯類化合物且效應(yīng)為具有吸引性味覺(jué)或氣味，也可用于合成農(nóng)藥及毒殺芬等物質(zhì);4－甲基苯酚有腐蝕性和毒性.目前初步認(rèn)為:丙酮氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及對(duì)甲基苯酚很可能為潛在的抑藻化感物質(zhì)，但有待于進(jìn)一步研究.

3 結(jié)論

1)通過(guò)旱傘草、粉綠狐尾藻、旱傘草+粉綠狐尾藻在自然水體水樣中的種植對(duì)比發(fā)現(xiàn)，旱傘草+粉綠狐尾藻的組合種植水樣中，藻類建群過(guò)程的延遲期最短，發(fā)展為成熟期的時(shí)間也最短，生物量的峰值最低，群落的演替速度較快.

2)旱傘草+粉綠狐尾藻的組合種植可控制水體中葉綠素質(zhì)量濃度，并大幅降低藻類生物量.

3)旱傘草+粉綠狐尾藻的組合種植可有效降低水體中有機(jī)物的種類及質(zhì)量濃度.在其組合水樣中新生成的丙酮合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4－甲基苯酚這4種物質(zhì)，為后續(xù)的化感物質(zhì)分離及化感抑藻作用提供了重要參考.

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Allelopathic effects ofCyperus alternifoliusandMyriophyllum aquaticumon phytoplankton

QIN Song-yan1，2，WU Bo3，YAN Ying-yi1，ZHOU Jin-xi1，ZHOU Qi-xing2

(1.School of Environmental Science and safty Engineering，Tianjin University of Technology，300384 Tianjin，China，qinsongyan@yahoo.com.cn;2.School of Environmental Science and Engineering，Nankai University，300191 Tianjin，China;3.Siemens Water Technologies and Engineering(Tianjin)Co.，Ltd，300191 Tianjin，China)

Allelopathic effects ofC.alternifolius(Cyperus alternifolius)，M.aquaticum(Myriophyllum aquaticum)，C.alternifoliusandM.aquaticumwere investigated in coexistance experiments，and the algae biomass，chlorophyll a，community change and organic matters of the coexistance samples were monitored and analyzed.Cell numbers and Chl－ a were significantly inhibited byC.alternifoliusandM.aquaticum.The peak biomass of algae is 2.4 ×107/L，while that of the control，C.alternifolius，M.aquaticumis 4.48，1.15，2.03×108/L respectively.The organic matters analysis show that only 75 kinds of organic matter exist in theC.alternifoliusandM.aquaticumcoexistance samples while 131 kinds of organic matter exist in the control sample.Acetone cyanohydrin，Triethyl phosphate，Camphene and 4 － methyl－4 －Phenol were new produced matters byC.alternifoliusandM.aquaticumwhich maybe the potential allelopathic matters.

Cyperus alternifolius;Myriophyllum aquaticum;allelopathic matters;algae inhibitation

Q948.12

A

0367－6234(2011)10－0134－05

2010－08－15.

秦松巖(1978—)，女，副教授;

周啟星(1963—)，男，教授，博士生導(dǎo)師.

(編輯 劉 彤)