倪 冬 黃 蓉 程俊杰 楊文斌

(安徽師范大學環(huán)境科學與工程學院，安徽 蕪湖 241002)

磷是引起湖泊富營養(yǎng)化的關鍵營養(yǎng)元素[1]。湖泊沉積物中較高的內源磷負荷是湖泊中磷的重要來源[2-3]。沉水植物是湖泊生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分[4-5]，可通過光合作用、呼吸作用以及衰亡腐解等過程改變湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的環(huán)境因子，進而影響磷在沉積物中的分配與形態(tài)[6]。

伊樂藻(Elodeanuttallii)為水鱉科草本沉水植物，有較強的無性繁殖和定居能力[7-9]，極其耐寒，常用于水體的生態(tài)修復。人工直接插植于底泥中的直接扦插法是伊樂藻最為常見的種植方法[10]。事實上，伊樂藻也可以采用直接拋擲法種植，該方法的問題是伊樂藻枝條嫩脆，極易折斷，在生態(tài)修復施工過程中會產生大量斷枝。因此，極少有研究采用直接拋擲法種植伊樂藻來研究其對沉積物磷的影響。馬劍敏等[11]525研究發(fā)現(xiàn)，具有頂芽或腋芽的伊樂藻通過拋擲法種植，存活率可以高達90%。

本研究嘗試探究伊樂藻以直接扦插、直接拋擲和斷枝拋擲3種種植方式種植對沉積物磷的影響，以期為伊樂藻種植和將其用于富營養(yǎng)化湖泊生態(tài)修復提供理論和技術指導，達到經濟效益和環(huán)境效益相統(tǒng)一的效果。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

伊樂藻購自宿遷市某環(huán)保水體生態(tài)修復基地，馴化培養(yǎng)1周。用圓柱形透明塑料管(高85 cm、直徑15 cm)作為實驗裝置。沉積物采自巢湖東湖區(qū)富營養(yǎng)化區(qū)域(31°33′22.14″N，117°45′50.34″E)，去除植物根系及雜物，風干、研磨后過100目篩，備用。

1.2 實驗設計

將擁有不定根的伊樂藻以3種不同方式種植，直接拋擲入水為直接拋擲，剪短為長5 cm且?guī)ы斞炕蛞秆亢笤賿仈S入水為斷枝拋擲，直接將枝條一端插入沉積物中為直接扦插。不同種植方式下的初始伊樂藻生物量均控制為23 g。

在圓柱形透明塑料管中加入15 cm厚沉積物，緩慢加入經曝曬3 d后的自來水使水深為50 cm，然后種植伊樂藻，以不種植伊樂藻作為對照，每組實驗做15個重復，每次取樣用掉其中3個重復。實驗期間不擾動沉積物，定期添加去離子水以補充蒸發(fā)消耗的水。

1.3 樣品的采集和測定

實驗時間為2018年冬季至2019年春季，每隔30 d采集一次樣品，共采集5次。用活塞式柱狀采樣器采集表層少量沉積物，去除沉積物樣品中的根系及雜物，風干、研磨后過100目篩，采用SMT法[12]分析沉積物各形態(tài)磷。上覆水TP采用過硫酸鉀消解—鉬銻抗分光光度法測定，pH和DO分別用PHSJ-3F型pH計和JPB-607A型DO儀測定。伊樂藻生物量采用稱重法測定。

2 結果與分析

2.1 不同種植方式下伊樂藻生物量的變化

由圖1可見，0～60 d斷枝拋擲處理組的生物量增長最快，60 d后直接拋擲處理組的生物量增長迅速，120 d時直接拋擲處理組的生物量達到最大。總體來看，30～60 d時，各處理組伊樂藻增長速度有所放緩，60 d后伊樂藻進入旺盛生長期，這可能與氣溫回暖有關。120 d時，斷枝拋擲、直接扦插和直接拋擲處理組的生物量分別增加了46.15、50.32、69.14 g，其中直接拋擲處理組的生物量顯著高于直接扦插和斷枝拋擲處理組(P<0.05)。

圖1 伊樂藻生物量的變化Fig.1 Biomass variations of Elodea nuttallii

水生植物能通過莖、芽及斷枝等進行繁殖[13-14]，機械損傷后的斷枝再生有利于植物的繁殖[15-16]。本研究中，斷枝拋擲能在短時間內長出大量白根，馬劍敏等[11]527也曾發(fā)現(xiàn)這樣的結果。由于斷枝拋擲處理組擁有相對更多的頂芽或腋芽，因此前期其生物量增長迅速；而后期斷枝拋擲處理組生長放緩，可能是因為過短的斷枝產生了負面影響[17-18]。

由此可見，從長期來看，直接拋擲最有利于伊樂藻生物量的增長。

2.2 不同種植方式下伊樂藻對沉積物各形態(tài)磷的影響

不同種植方式下沉積物中各形態(tài)磷變化如圖2所示。總體來看，處理組沉積物中各形態(tài)磷相比對照均有下降，有機磷和HCl提取態(tài)磷變化不大，而無機磷及NaOH提取態(tài)磷變化較大。120 d時，直接拋擲、直接扦插和斷枝拋擲處理組的沉積物中TP分別下降了8.90%、7.30%、5.40%，無機磷分別下降了11.80%、8.20%、6.60%，有機磷分別下降了7.47%、6.46%、2.65%，HCl提取態(tài)磷分別下降了4.12%、3.47%、2.83%，NaOH提取態(tài)磷分別下降了19.90%、17.20%、11.70%。由此可見，3種不同種植方式下的伊樂藻均能使沉積物中各形態(tài)磷含量有不同程度降低，其中直接拋擲種植對沉積物中各形態(tài)磷的去除效果最好。這與直接拋擲的伊樂藻生物量變化相吻合。

不同種植方式對沉積物中無機磷的影響大于有機磷，這是因為有機磷含有很大一部分難降解成分[19-21]，不易被伊樂藻吸收。

不同種植方式對沉積物中NaOH提取態(tài)磷的影響大于HCl提取態(tài)磷。這是因為沉積物釋放出來的磷約有一半是NaOH提取態(tài)磷，而水環(huán)境中的NaOH提取態(tài)磷最易被植物利用[22]。而HCl提取態(tài)磷主要是沉積在湖底的相對穩(wěn)定的磷形態(tài)[23]。

圖2 沉積物中各形態(tài)磷的變化Fig.2 Variations of different phosphorus forms in sediment

2.3 水環(huán)境因子變化與沉積物磷的關系

沉水植物的生長影響著上覆水中的pH、DO等水環(huán)境因子[24]。由圖3(a)可見，各處理組上覆水的pH均呈上升趨勢，這也解釋了沉積物中NaOH提取態(tài)磷明顯下降的原因。由圖3(b)可見，斷枝拋擲處理組的DO先升高后降低，而直接拋擲處理組的DO呈逐步上升趨勢，120 d時直接拋擲處理組的DO最高，這也與伊樂藻的生物量變化相吻合。

圖3 上覆水中水環(huán)境因子的變化Fig.3 Variations of water environmental factors in overlying water

表1至表3分別對斷枝拋擲、直接拋擲和直接扦插處理組的各指標進行了相關性分析。各處理組中，上覆水TP與沉積物中各形態(tài)磷均呈顯著或極顯著正相關，說明沉積物中的磷是上覆水中磷的重要來源；上覆水TP和沉積物各形態(tài)磷均與伊樂藻生物量呈顯著或極顯著負相關，說明伊樂藻可以有效去除上覆水和沉積物中的磷，可以用來修復富營養(yǎng)化水體；DO和pH與生物量總體呈正相關，而與上覆水TP和沉積物各形態(tài)磷總體均呈負相關，說明上覆水DO和pH主要受伊樂藻的影響，這與王立志等[25]的解析結果基本一致。

表1 斷枝拋擲處理組的相關性分析1)

表2 直接拋擲處理組的相關性分析

表3 直接扦插處理組的相關性分析

3 結 論

(1) 120 d時，斷枝拋擲、直接扦插和直接拋擲處理組的生物量分別增加了46.15、50.32、69.14 g，從長期來看，直接拋擲最有利于伊樂藻生物量的增長。

(2) 120 d時，直接拋擲、直接扦插和斷枝拋擲處理組的沉積物中TP分別下降了8.90%、7.30%、5.40%；無機磷分別下降了11.80%、8.20%、6.60%；有機磷分別下降了7.47%、6.46%、2.65%；NaOH提取態(tài)磷分別下降了19.90%、17.20%、11.70%；HCl提取態(tài)磷分別下降了4.12%、3.47%、2.83%。直接拋擲種植對沉積物中各形態(tài)磷的去除效果最好。

(3) 上覆水TP與沉積物中各形態(tài)磷呈正相關，說明沉積物中的磷是上覆水中磷的重要來源；上覆水TP和沉積物各形態(tài)磷均與伊樂藻生物量呈負相關，說明伊樂藻可以有效去除上覆水和沉積物中的磷，可以用來修復富營養(yǎng)化水體；DO和pH與生物量呈正相關，而與上覆水TP和沉積物各形態(tài)磷均呈負相關，說明上覆水DO和pH主要受伊樂藻的影響。