剑湖金鱼藻不同形态氮含量的季节性变化

李靖 敖新宇 李宁云 等

摘要：金鱼藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）是剑湖广泛分布的沉水植物，对不同采样点不同生长季节金鱼藻体内的总氮、硝态氮和氨态氮含量进行了测定和比较。结果显示，环境中的氮源直接影响金鱼藻对氮素的吸收利用，在污染严重的永丰河入湖口，金鱼藻体内的总氮和氨态氮含量较高。在污染相对较小的格美江入湖口，金鱼藻体内的硝态氮含量较高，环境中高浓度的氨态氮会抑制金鱼藻对硝态氮的吸收利用。金鱼藻体内氮素水平随季节变化明显，３～５月金鱼藻体内不同形态氮含量均高于７月。

关键词：金鱼藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）；总氮；硝态氮；氨态氮

中图分类号：Ｘ１７３文献标识码：Ａ文章编号：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

沉水植物在水生生态系统中发挥着重要作用。利用沉水植物进行富营养化水体生态修复是目前研究的热点［１-４］。金鱼藻是世界上广泛分布的一种沉水植物，属金鱼藻科金鱼藻属。由于在其主要的生活周期中沉水生长，生理上极端依赖于水环境，因而对水质变化的反应十分敏感，同时金鱼藻移栽极易成活，是研究富营养化对沉水植物影响的好材料。近年来，利用金鱼藻进行富营养化水体生态修复的相关报道较多［５-７］。

剑湖位于云南省西部大理州剑川县城东南３ ｋｍ处，地处东经９９°５５′、北纬２６°２８′，海拔２ １８６ ｍ，属云南省高原重要的湿地类型［８］。选取剑湖沉水植物优势种金鱼藻为研究对象，通过对不同时期不同采样点金鱼藻体内各形态氮含量进行测定和比较研究，以了解它们在不同环境条件下利用氮素的能力，为其净水机理的阐述和在浅水湖泊、人工湿地等中的合理利用提供理论依据。

１材料与方法

１．１材料

金鱼藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）采自云南大理剑川剑湖的格美江入湖口和永丰河入湖口。于２０１１年３月下旬、５月下旬和７月中旬在两个样点分别采集样品２０株，同时于２０１１年５月（剑湖平水期）在取样点取３份水样作水质分析。样品材料采集后先用自来水将表面洗干净，再用去离子水冲洗后吸干表面水分，选择生长较好的整株材料切碎后混匀，一部分用于含水量、硝态氮和氨态氮的测定；一部分放入烘箱里烘干粉碎后用于总氮测定。每种指标的测定设３个重复。

１．２方法

１．２．１采样点水样总氮含量的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法［９］。水样采集后立即加入几滴浓硫酸，酸化到ｐＨ小于２。测定时用氢氧化钠调节ｐＨ至５～９，取１０ ｍＬ待测样品，加入５ ｍＬ碱性过硫酸钾溶液，消解４０ ｍｉｎ，加１ ｍＬ稀释１０倍的浓盐酸，用无氨水稀释至２５ ｍＬ，混匀，分别在波长２２０ ｎｍ与２７５ ｎｍ处测定吸光度，在标准曲线上查出相应的含氮量（μｇ）。根据公式ｃ＝ｍ／V计算总氮含量。式中：ｃ 为总氮含量（ｍｇ／Ｌ）；ｍ为测出含氮量（μｇ）；V为测定样品体积（ｍＬ）。

１．２．２采样点水样氨态氮含量的测定采用纳氏试剂比色法［１０］。取５０．０ ｍＬ预处理后（过滤）的水样加１．０ ｍＬ酒石酸钾钠溶液， 再加１．５ ｍＬ纳氏试剂，混匀，在２５ ℃恒温水浴锅中显色２０ ｍｉｎ后，于４２０ ｎｍ波长处测定吸光度值。以无氨水代替水样做空白测定。水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从标准曲线上查得氨态氮量（ｍｇ），计算公式：ｃ１＝ｍ１／V１×１ ０００，式中，ｃ１为氨态氮含量（ｍｇ／Ｌ），ｍ１为由标准曲线查得的氨态氮量（ｍｇ）；V１为水样体积（ｍＬ）。

１．２．３金鱼藻硝态氮含量的测定参照《植物生理生化试验指导》［１１］的方法并做相应改进。准确称取２．０ ｇ的材料放入试管中，加入１０．０ ｍＬ去离子水，置入沸水浴中提取３０ ｍｉｎ。冷却后过滤至２５ ｍＬ容量瓶中，并反复冲洗残渣，最后定容至刻度。共设３个重复。

吸取样品液１．０ ｍＬ于试管中，加入５％水杨酸-硫酸溶液０．４ ｍＬ，混匀后置室温下２０ ｍｉｎ，再慢慢加入８．６ ｍＬ ８％ ＮａＯＨ溶液，待冷却至室温后，以去离子水作参比，于４１０ ｎｍ波长下测其吸光度值。根据样品液所测得的吸光度值，在标准曲线上查得硝态氮量（μｇ）。硝态氮含量的计算公式：样品中硝态氮含量［μｇ／ｇ（FW）］＝［硝态氮量（ｇ）×样品提取液总体积（ｍＬ） ］／［样品鲜重（ｇ）×测定时样品液用量（ｍＬ）］。

１．２．４金鱼藻氨态氮含量的测定采用纳氏试剂比色法［１０］。准确称取２．０ ｇ的材料，置于研钵中，加入适量的ｐＨ为１的Ｈ２ＳＯ４研细，在３ ５００ ｒ／ｍｉｎ下离心２０ ｍｉｎ，取出上清液定容至１００ ｍＬ。取５０ ｍＬ量程的比色管，分别加入５．０ ｍＬ样品液，１．５ ｍＬ纳氏试剂，１．０ ｍＬ ５００ ｇ／Ｌ的酒石酸钾试剂，定容至刻度，混匀后置室温下显色２０ ｍｉｎ，于４２０ ｎｍ波长处测定吸光度值。根据样品液所测得的吸光度值，从标准曲线上查出氨态氮量（μｇ）。氨态氮含量的计算公式：样品中氨态氮含量［μｇ／ｇ（FW）］＝［氨态氮量（μｇ）×提取液总体积（ｍＬ）］／［样品鲜重（ｇ）×测定时样品液用量（ｍＬ）］。

１．２．５金鱼藻总氮含量的测定采用凯氏定氮法［１２］。准确称取处理好的金鱼藻样品０．１ ｇ放入消化管中，加５．０ ｇ的催化剂和８．０ ｍＬ浓硫酸后放入消化炉中消化（在２００ ℃消化３０ ｍｉｎ后再在４２０ ℃消化１．５ ｈ），每个样品设３个平行消化好的样品，待其冷却后，采用Kｊｅｌｔｅｃ ２３００全自动定氮仪进行总氮测定，并记录数据。

２结果与分析

２．１取样点水质测定结果

２０１１年５月对两个取样点进行水质分析，结果显示永丰河入湖口水中总氮含量为（４．７１±０．１１）ｍｇ／Ｌ，氨态氮含量为（２．３１±０．０８）ｍｇ／Ｌ；格美江入湖口水中总氮含量为（０．９５±０．０７）ｍｇ／Ｌ，氨态氮含量为（０．３８±０．１０）ｍｇ／Ｌ。根据地表水环境质量标准，以总氮为参考标准，永丰河入湖口处的水质为劣Ⅳ类水（总氮≥２．０ ｍｇ／Ｌ），格美江入湖口处为Ⅲ类水（总氮≤１．０ ｍｇ／Ｌ）；以氨态氮为参考标准，永丰河入湖口处的水质为劣Ⅳ类水（氨态氮≥２．０ ｍｇ／Ｌ），格美江入湖口处为Ⅱ类水（氨态氮≤０．５ ｍｇ／Ｌ）。综合以上结果，永丰河入湖口为劣Ⅳ类水，格美江入湖口为Ⅱ～Ⅲ类水，不同水质环境下均有金鱼藻的分布。

２．２不同采样点金鱼藻总氮含量的季节性变化

在不同采样季节及不同采样点，金鱼藻总氮含量变化不明显（图１）。３月份永丰河入湖口的金鱼藻体内总氮含量较高。５月份永丰河入湖口金鱼藻内总氮含量略高于格美江入湖口。７月份两个采样点金鱼藻的总氮含量无明显差异。

２．３不同采样点金鱼藻硝态氮含量的季节性变化

在不同采样季节及不同采样点，金鱼藻硝态氮含量变化较明显（图２）。格美江入湖口的金鱼藻硝态氮含量在3月份和5月份高于永丰河入湖口，7月份相差不大，且二者在３月份和５月份金鱼藻的硝态氮含量比７月份高。

２．４不同采样点金鱼藻氨态氮含量的季节性变化

不同采样季节及不同采样点的金鱼藻氨态氮含量变化明显（图３）。总的来说，永丰河入湖口的金鱼藻氨态氮含量明显高于格美江入湖口，且３月份金鱼藻的氨态氮含量最高。格美江入湖口金鱼藻氨态氮含量随季节变化趋势和永丰河入湖口相同。

３讨论

永丰河是城内居民生活污水的主要排放河流，永丰河入湖口的水质为劣Ⅳ类水，是剑湖一个重要的污染源。格美江是剑湖的另一主要水源，其源头为高山泉水，途中经过几个小村庄，有少量生活污水、农药等的排入，格美江入湖口为Ⅱ～Ⅲ类水，其对剑湖水质也有一定的影响。在两种不同水质条件下，均有金鱼藻的广泛分布。试验结果显示，在不同生长点及不同季节金鱼藻体内不同形态氮含量存在差异。

金鱼藻体内的总氮和氨态氮含量和环境水质有明显的相关性。永丰河入湖口水中的总氮和氨态氮均高于格美江入湖口，因此其植物体内的总氮和氨态氮含量也相应较高。在格美江入湖口，金鱼藻体内的硝态氮含量较高。硝态氮是植物最重要的氮源，硝态氮在进入植物体后一部分被还原成氨态氮，并在细胞质中进行代谢，其余部分可积累在细胞的液泡中且有时达到较高的浓度也不会对植物产生不良影响，所以硝态氮在植物体内的积累实际上是氮素贮备。植物硝态氮含量的高低可在一定程度上反映植物在特定环境下对硝态氮的吸收和保存能力［１３］。结果表明在污染较小的环境条件下，金鱼藻对硝态氮的吸收和保存能力较强。而在污染严重的永丰河入湖口，金鱼藻体内的硝态氮含量较低，说明环境中高浓度的氨态氮会抑制金鱼藻对硝态氮的吸收利用。

金鱼藻体内氮素水平随季节变化明显，３～５月金鱼藻体内不同形态氮含量均高于７月。３～５月为金鱼藻生长旺盛期，因此对氮素的吸收利用能力强。另一方面，７月为剑湖丰水期，降雨量较大，对水体起到稀释作用，导致环境中氮素含量降低。要想进一步证明金鱼藻对不同形态氮的吸收和转化能力还需要结合室内模拟试验。

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［１３］ ＹＡＮＡＧＩＳＡＷＡ Ｓ，ＡＫＩＹＡＭＡ Ａ，ＫＩＳＡＫＡ Ｈ，ｅｔ ａｌ． Ｍｅｔａｂｏｌｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｄｏｆ１ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ ｉｎ ｐｌａｎｔｓ： Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｒｏｗｔｈ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ－ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］． ＰＮＡＳ，２００４，１０１（２０）：７８３３－７８３８．