4种水生植物对海河蓝藻的抑制作用研究

邢春玉，黄卫琳，高林生,黄 涛

(天津天狮学院，天津 301700)



4种水生植物对海河蓝藻的抑制作用研究

邢春玉，黄卫琳，高林生,黄 涛

(天津天狮学院，天津 301700)

[目的]研究4种水生植物对海河蓝藻的抑制作用。[方法]选择了荇菜(Nymphoidespeltatum)、苦草(Vallisnerianatans)、黑藻(Hydrillaverticillata(L. f.) Royle)、穗状狐尾藻(Myriophyllumspicatum)4种在天津地区常见的水生植物，在富营养化水环境中构建水生植物与浮游藻类共培养系统，通过监测水体中蓝藻密度、叶绿素a、pH、溶解氧等指标的变化，研究不同水生植物对蓝藻的抑制作用及对水环境的影响。[结果]4种水生植物对富营养化水体中蓝藻均具有抑制作用，穗状狐尾藻、荇菜、黑藻、苦草对蓝藻的抑制率分别为70.09%、67.52%、59.83%、58.12%，所在水体中叶绿素a与对照组相比分别下降了78.70%、81.49%、79.32%、65.77%，其中穗状狐尾藻和荇菜具有较好的抑藻效果。水生植物对水体中的pH、溶解氧、温度的变化具有调节作用。[结论]该研究可为海河水生态修复、蓝藻水华控制提供理论依据。

水生植物；荇菜；苦草；黑藻；穗状狐尾藻；抑藻作用

水体富营养化已成为全球关注的热点问题，污染物的过度排放致使河流富营养化程度逐渐上升，导致蓝藻“水华”的频繁暴发[1-2]。地处天津境内的海河，近年来由于工业废水和生活污水的排入，水生植物种类单一，菹草(Potamogetoncrispus)的季节性衰亡造成夏秋季节蓝藻暴发[3]，水生态系统受到严重影响，给人类健康和经济发展带来不良影响。因此，如何有效控制富营养化水体中的藻类，防止蓝藻水华的发生已成为生态环境领域研究的热点。近年来，人们通过采用化学、物理、微生物等方法来控制藻类的生长[4-6]，虽然可以短期奏效，但存在着费用高、二次污染等缺点。水生植物可以通过对空间、光照、氮、磷等资源的竞争[7]与化感物质的释放来抑制藻类生长繁殖，使污染水体中蓝绿藻受到抑制，从而使水体的水质得到改善[8-11]。因此，要解决水体污染问题，建立可行的蓝绿藻类控制方法，在控制污染源的同时，重视水生植物的生态修复显得尤为重要。

该研究选择天津地区主要河流分布的水生植物，采集海河蓝藻暴发期间的富营养水体，模拟自然条件下水生植物与浮游藻类共培养，研究4种水生植物对藻类的抑制作用，从中筛选出对蓝藻抑制作用效果最佳的水生植物，为海河水生态修复、蓝藻水华控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 水生植物。试验选用4种在天津地区具有自然分布的水生植物，包括荇菜(Nymphoidespeltatum)、苦草(Vallisnerianatans)、黑藻(HydrillaverticillataR.)和穗状狐尾藻(Myriophyllumspicatum)。野外采集水生植物，将采集的水生植物用自来水反复清洗干净，清除附着在上边的动物卵体，在16 L培养桶中进行预培养。

1.1.2 含藻类富营养化水体。试验用到的含藻类水样取自天津海河蓝藻暴发期间富营养化水体，用浮游动物网反复过滤水样以消除浮游动物对试验带来的影响。水体中各项指标的初始值分别为:TN=4.32 mg/L、TP=0.37 mg/L、pH=9.4、DO=8.18 mg/L、蓝藻藻细胞数为10.8×106cells/ml，叶绿素a为0.44 mg/L，水体中藻类主要以微囊藻属为主。

1.2 试验设计

在培养室内模拟富营养化水体水生植物与浮游藻类共培养。待水生植物生长稳定后，选取长势良好的4种水生植物各50 g，分别栽种于4个16 L培养桶内，并加入10 L含藻类的富营养化水体，同时设置空白对照，每个处理设置2个重复。培养室内平均温度为26 ℃，平均光照强度为20 000 lx，光周期12L∶12D。每隔3～4 d对水体中蓝藻密度、叶绿素a、溶解氧、温度、pH等指标进行监测，并对水生植物的生物量、盖度进行测量和观察。在试验过程中定期加入氮、磷等营养盐使水体保持富营养化水平。

1.3 监测指标及分析方法

1.3.1 藻类指标的监测。藻类指标的监测包括藻细胞密度、藻种类鉴定[12]和叶绿素a含量。每隔3～4 d对藻细胞数进行监测。藻类的抑制百分率公式为：IR=(1-N/N0)×100%，其中，IR为抑制百分率；N为处理组中藻密度(cells/ml)；N0为对照组藻密度(cells/ml)。叶绿素a含量测定：取10 ml水样，用0.45 μm滤膜进行过滤，过滤后将带有藻细胞的滤膜剪碎，置于研钵中，分3次加入少量95%乙醇进行研磨，使添加的95%乙醇总量为10 ml，4 000 r/min离心10 min，取上清液，以95%乙醇为空白，分别在波长665、649 nm波长下测吸光度值，Ca(mg/L)=13.95A665-6.88A649。

1.3.2 环境因子的监测。环境因子(DO、水体温度、pH)每3～4 d监测1次，水体指标按照《水和废水监测分析方法》(国家环保总局，2002)标准方法进行测定[13]。

1.4 数据分析

采用spss20.0软件进行显著性检验，显著水平设为α=0.05。采用sigmaplot软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同水生植物对蓝藻细胞密度的影响

水生植物与富营养化水体中藻类培养28 d时，4种植物均表现出不同程度的抑藻作用，如图1所示。水生植物所在水体中的蓝藻细胞数显著低于对照组(P<0.05)，但4种植物间差异不显著。在整个共培养过程中，4种水生植物所在水体中蓝藻细胞数下降明显，穗状狐尾藻、荇菜、黑藻、苦草对蓝藻的抑制率分别为70.09%、67.52%、59.83%、58.12%，其中穗状狐尾藻和荇菜具有较好的抑藻效果。

2.2 水生植物对藻类叶绿素a含量的影响

叶绿素a是藻细胞进行光合作用的主要色素，叶绿素a的变化能够间接反映水体中浮游植物的变化情况。如图2所示，4种水生植物所在水体叶绿素a含量显著低于对照组(P<0.05)。在对照组中，试验到10 d时，叶绿素a含量比初始值增加了118.7%，随着培养时间的延长，藻类叶绿素a含量虽略有下降，但始终保持较高水平。试验进行到28 d时，4种水生植物所在水体中的叶绿素a与对照组相比分别下降了78.70%、81.49%、79.32%、65.77%。表明水生植物对藻类的生长繁殖具有显著抑制作用，其中荇菜属根生浮叶植物，叶片覆盖于水面，在与藻类竞争营养的同时还具有一定的遮光作用。

2.3 水生植物对水体环境因子的影响

2.3.1 水中温度的变化。水温是水生植物和藻类生长的一项重要的环境因素，图3显示的结果表明，水体温度变化不太明显。相比对照组，4种水生植物所在水体的温度略有降低，沉水植物通过占据水体的中、下层来遮挡光线，浮叶植物可以通过覆盖表层水体来遮光，从而具有一定的温度调节作用。水温的变化会导致对温度变化较为敏感的藻类死亡。

2.3.2 水体中pH变化趋势。pH不仅是衡量水体水质的一个重要指标，同时也是影响水生植物和藻类生长的一个重要环境因素。从图4可知，4种植物所在水体pH具有明显变化，表明水生植物对于调节水体pH发挥重要作用，其中黑藻所在水体pH变化幅度较大。

2.2.3 水中溶解氧变化。从图5可知苦草、黑藻、荇菜和穗状狐尾藻4种水生植物及水体中藻类对水体溶解氧的影响。从图5可知，对照组由于含有高密度的藻细胞，在试验初期，藻细胞强烈的光合作用使水体的溶解氧上升，而过多的藻细胞会使水体透光性变差，藻类将水面全部覆盖也会导致外界氧气无法溶在水中，导致光合作用受到阻碍，呼吸耗氧量增加，所以对照组中溶解氧呈现先增加后下降的趋势。4种植物所在水体的溶解氧呈现上升趋势，水生维管植物具有发达的通气组织，因而具有较强的输送氧气的能力，水生植物在提高溶氧方面发挥重要作用。

3 结论与讨论

该研究通过将4种水生植物与富营养化水体中藻类进行共培养，研究水生植物对蓝藻的抑制作用。研究发现，4种水生植物对富营养化水体中蓝藻均具有抑制作用，对蓝藻的抑制率分别为70.09%、67.52%、59.83%、58.12%，所在水体中叶绿素a与对照组相比分别下降了78.70%、81.49%、79.32%、65.77%，其中穗状狐尾藻和荇菜具有较好的抑藻效果。水生植物除了与藻类竞争营养和光照外，还会释放化感物质来抑制藻类的生长[14-15]。水生植物还可以通过调节富营养化水体中的pH、溶解氧、温度等环境因子来控制藻类的生长。通过对藻类的观察和鉴定，发现到试验后期随着蓝藻类群数量下降，藻类的多样性增加，水质变好的同时会使水体环境趋于稳定。该研究主要在培养室内进行，光照、温度等条件比较恒定，但在自然条件下，藻类的生长还受到水流等因素的影响，因此还需进行一些室外的模拟试验，以提高实际的研究价值。

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Studies on Inhibitory Effects of Four Aquatic Plants on Blue-green Algae from Haihe River

XING Chun-yu, HUANG Wei-lin, GAO Lin-sheng et al

(Tianshi College, Tianjin 301700)

[Objective] The research aimed to study inhibitory effects of four aquatic plants on blue-green algae from Haihe River. [Method] In this study, we selected four common aquatic plants in Tianjin rivers,Nymphoidespeltatum,Vallisnerianatans,HydrillaverticillataandMyriophyllumspicatum. Four kinds of aquatic plants were cultivated respectively in a simulated eutrophic aquatic environment with the algae introduced from the Haihe River. Through monitoring the blue-green algae density, chlorophyll a, pH value and dissolved oxygen, the inhibitory effects of different aquatic plants on blue-green algae and the influence on water environmental factor were studied. [Result] Inhibitory rates of four kinds of aquatic plants (M.spicatum,N.peltatum,H.verticillataandV.natans) on blue algae were 70.09%, 67.52%, 59.83% and 58.12%, and chlorophyll a in four kinds of aquatic plant systems were decreased by 78.70%, 81.49%, 79.32% and 65.77%. Among them, theM.spicatumandN.peltatumhad a good inhibitory effect on blue-green algae. Four kinds of aquatic plants had regulatory effects on the changes of pH, dissolved oxygen and temperature in water. [Conclusion] The research could provide theoretical basis for water ecological restoration and blue-green algae bloom control in Haihe River.

Aquatic plants;N.peltatum；V.natans;H.verticillata;M.spicatum; Inhibitory effects

天津天狮学院项目(K13001)。

邢春玉(1982-)，女，天津人，讲师，硕士，从事环境与资源植物学研究。

2015-11-16

S 181.3

A

0517-6611(2015)35-081-03