不同浓度氨氮对黑藻生长的影响

陈国玲，苏 怀，兰 丹，王泽丽，朱正峰

（云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明650500）

不同浓度氨氮对黑藻生长的影响

陈国玲，苏 怀＊，兰 丹，王泽丽，朱正峰

（云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明650500）

为找到水体富营养化氨氮浓度指标的指示性生物，研究不同浓度（0.2mg／L、0.5mg／L、1mg／L、2mg／L、4mg／L、8mg／L、16mg／L）氨氮（NH4＋－N）对黑藻（Hydrilla verticillata）生长（株高、分支、鲜重和死亡率）的影响。结果表明：低浓度（0.2mg／L、0.5mg／L、1mg／L）氨氮促进黑藻生长，高浓度（2mg／L、4mg／L、8mg／L、16mg／L）氨氮抑制黑藻生长，且浓度越高抑制作用越明显，浓度为4～16mg／L的氨氮导致黑藻死亡，且浓度越高死亡率越大，当浓度为16mg／L时，试验至第4周黑藻全部死亡。野外调查发现，黑藻为优势物种的河段，其水质氨氮浓度不超过1mg／L，黑藻为消失性物种的河段，其水质氨氮浓度不低于4mg／L。室内培养结果与野外调查结果一致，因此，黑藻可以作为水质氨氮浓度的指示性生物。

氨氮；黑藻；影响；指示作用

湖泊富营养化已成为世界范围内较为突出的环境问题。随着城市化的发展，我国湖泊富营养化呈加速恶化的趋势［1－5］。随着水体富营养化的发展，水生植物尤其是沉水植物在富营养化严重的湖泊中衰退和消失的现象普遍存在［6］。如滇池水质由中营养恶化转变为重度富营养氧化，沉水植物种类由42种减少到8种，沉水植物覆被面积大幅度缩减，沉水植物群落结构简单化，优势物种单一化，其中滇池原有的优势物种海菜花和轮藻已消失，黑藻的覆被面积也不断地减少［7－13］。由于黑藻长期沉水生长，极端依赖于水环境，因而对水质变化的反应较为敏感。王海军等［14－15］对滇池沉水植物群落特征的调查结果发现，在重度富营养化的滇池，黑藻几乎消失，但在贫营养化的抚仙湖，黑藻则为优势物种。特定沉水植物群落的出现与否可作为水质评价的标准［16－17］。由此可推测沉水植物黑藻有可能作为水体富营养化的指示性生物，能及时、有效地监测水生态环境，为水环境的生态恢复及水污染的防治提供理论依据。为进一步明确沉水植物黑藻能否作为水体富营养化氨氮浓度指标的指示性生物，笔者研究不同浓度氨氮对黑藻生长（鲜重、株高、分支和死亡率）的影响，从而找到导致黑藻死亡的直接因子，并结合野外调查滇池入湖河流（大青河、海河和宝象河）不同河段黑藻的优势度及相应河段水质氨氮浓度的测定结果，以期为水体污染的控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

黑藻于2015年6月15日采自昆明市大青河，取回后在光照实验内预培养7d，选取生长良好、长势一致的顶枝作为试验材料。

1.2 试验设计

营养液采用稀释10倍的Hoagland’s溶液［1820］，培养液的配方和化学成分见表1。以（NH4）2SO4为氮源，设置7个不同浓度梯度（0.2mg／L、0.5mg／L、1mg／L、2mg／L、4mg／L、8mg／L和16mg／L），磷浓度为0.02mg／L。选取生长良好、形状、质量一致，长15cm的黑藻顶枝作为试验材料，分别移栽到体积为5L的塑料培养器中，培养器中放有4L的营养液，每个培养器中定植15株长势一致的植株顶枝，测定每个培养器中黑藻的鲜重及分支，保持植株鲜重、分支基本相等。试验在光照实验室内进行，平均水温为22℃，pH为8，试验时间4周，每隔3d换1次培养液（更换培养液后测定其氨氮浓度），每隔7d对黑藻各生长指标（株高、分支、鲜重和死亡率）进行测定，并计算其增长量。

表1 培养液的配方和化学成分Table 1 Chemical composition and formula of culture solution

1.3 生长指标测定

1.3.1 植株平均株高增长量

1.3.2 植株平均分支增长量

1.3.3 植株平均鲜重增长量

1.3.4 植株死亡率

1.4 黑藻优势度的野外调查

于2015年9月4－6日对滇池入湖河流（大青河、海河和宝象河）的黑藻优势度进行调查，同时采集水样进行水质氨氮浓度的测定。在每个采样点5m2的范围内，随机设置3个0.5m×0.5m的样方，用开口采集面积为0.5m×0.38m的带网沉水植物采样器采集沉水植物，3次重复，将采上来的全部沉水植物及时冲洗干净，按种类分开，称量鲜重（作为物种的生物量），并记录黑藻出现的次数。沉水植物在进行野外调查时，计数较为困难，密度特征无法获得，因此物种优势度根据频度和生物量来确定［14，21－22］。

优势度（DV）＝［（相对频度＋相对生物量）／2］×100%

相对频度（RF）＝（该物种出现的频度／所有物种出现的频度之和）×100%

相对生物量（RB）＝（该物种的生物量／所有物种生物量之和）×100%

频度（F）＝（某物种出现的样本数／样本总数）×100%

1.5 河流水质氨氮浓度的测定

水质氨氮浓度的测定：采用水杨酸－分光光度法。

2 结果与分析

2.1 不同浓度氨氮对黑藻生长指标的影响

由图示可知，在不同氮氨浓度下黑藻株高、分支、鲜重及死亡率的平均增长量变化情况。

2.1.1 鲜重 试验期间，各试验组间黑藻鲜重增长量存在巨大差异，其中浓度为0.2～1mg／L时，植株鲜重增长量随时间延长波动增加，且培养时间越长浓度越高，鲜重增长量越大。但浓度为2～16mg／L时，植株鲜重增长量随时间延长而下降，且时间越长下降幅度越大，试验至第4周，浓度为4～16mg／L时的鲜重增长量为负值，且浓度越高，数值越大。试验结束后，浓度为0.2～1mg／L时，植株鲜重增长量随浓度的升高而增加，表明低浓度氨氮促进黑藻鲜重的增长，且浓度越高促进作用越明显。但当浓度为2mg／L，黑藻鲜重平均增长量较1mg／L时的少1.33g，表明氨氮浓度为2mg／L时，黑藻鲜重的增长受到抑制，当浓度为4～16mg／L时，黑藻鲜重平均增长量都为负值，且浓度越大数值越高，表明高浓度氨氮抑制黑藻鲜重的增长，且浓度越高抑制作用越明显。综上可以初步判断，抑制黑藻鲜重增长的氨氮浓度为2～16mg／L。

2.1.2 株高 株高是黑藻植株茎的长度，茎是黑藻重要的营养器官，茎的长度反应植株生长状况的好坏，试验前2周，不同浓度氨氮黑藻平均株高的增长量都为正值，表明试验前2周各试验组的植株株高都在波动增长。但试验后2周，各试验组间株高增长量存在极大差异，其中浓度为0.5～1mg／L试验组的株高增长量整体呈上升趋势，而其余各浓度试验组株高增长量整体呈下降趋势，且浓度越高下降趋势越明显，浓度为4～16mg／L时，在试验至第4周，株高增长量都为负值，表明在该浓度条件下，黑藻植株茎已出现腐烂，植株株高不再增长。试验结束后，浓度为0.2～1mg／L试验组的植株株高增长量随浓度的增加而增加，表明低浓度（0.2mg／L、0.5mg／L和1mg／L，下同）氨氮促进黑藻植株茎的生长；浓度为2～16mg／L试验组的植株株高增长量随浓度的增加而减少，且浓度越高下降趋势越明显，表明高浓度（2mg／L、4mg／L、8mg／L和16mg／L，下同）氨氮抑制黑藻植株茎的生长，且浓度越高抑制作用越明显，当氨氮浓度为16mg／L时，植株平均株高增长量为－15cm，表明在该浓度条件下，所有供试植株茎不再生长。综上可以初步判断，适合黑藻植株茎生长的氨氮浓度为0.2～2mg／L。

图示 不同浓度氮氨的黒藻鲜重、株高、分支及死亡增长量Fig. The increment of fresh weight，height，branch and mortality of H.verticillatain different concentrations of ammonia nitrogen

2.1.3 分支 黑藻分支是黑藻重要的营养器官，分支的多少反应植株生长状况的好坏，是植株体繁殖的重要指标。试验前2周，各试验组分支的增长量都为正值，表明试验前2周各试验组的植株分支都在波动增长，且植株分支增长量一直维持着相对较高的水平。但试验后2周尤其是试验至第4周，各试验组间分支增长量存在极大差异，其中浓度为0.2～1mg／L试验组的分支增长量整体呈波动上升趋势，而浓度为2～16mg／L试验组的分支增长量呈整体下降趋势，且浓度越高，下降趋势越明显，其中浓度为2mg／L试验组的分支增长量几乎为0，表明在该浓度下，黑藻分支不再增长；当浓度为4～16mg／L，其分支增长量都为负值，表明在该浓度下，有黑藻死亡且植株不再出现新的分支。试验结束后，浓度为0.2～1mg／L试验组的植株分支增长量随浓度的增加而增加，表明低浓度的氨氮促进黑藻植株的分支生长；浓度为2～16mg／L试验组的植株分支增长量随浓度的增加而减少，且浓度越高下降趋势越明显，表明高浓度氨氮抑制黑藻分支的生长，且浓度越高抑制作用越明显。综上可以初步判断，抑制黑藻分支增长的氨氮浓度为2～16mg／L。

2.1.4 死亡率 黑藻死亡是氨氮对黑藻产生的最大损害，死亡率的大小是判断氨氮对黑藻损害程度最直接的手段，也是探究氨氮是否是导致自然水体中黑藻衰退和消失的直接因子。在试验开始的前2周，各浓度试验组均无黑藻死亡，试验至第3周，浓度为8～16mg／L试验组均出现黑藻死亡，且死亡率增长量随时间的延长及浓度的升高而加速上升，其中浓度为8mg／L时，黑藻死亡率增长量由13.33%上升至33.33%；浓度为16mg／L时，黑藻死亡率增长量由20%上升至80%，说明黑藻对浓度为8～16mg／L的氨氮具有一定耐受性，耐受时间为2周，2周后高浓度的氨氮导致黑藻死亡，且培养时间越长浓度越高致死强度越强。试验结束后，各试验组间黑藻死亡率存在极大差异，其中浓度为0.2～2mg／L的试验组在试验期间均无黑藻死亡，而浓度为4mg／L的试验组，在试验至第4周出现黑藻死亡，浓度为16mg／L时，黑藻死亡率为100%。因此，高浓度氨氮是导致黑藻死亡的直接因子。

2.2 野外调查黑藻优势度与水质氨氮浓度的关系

由表2可知，大青河环湖东路口和福保文化城河段的黑藻优势度都大于50%，其相对生物量都大于40%，黑藻成为该河段的优势物种，室内测定环湖东路口和福保文化城河段的水质氨氮浓度分别为0.559mg／L和0.396mg／L。而在大青河昆明火车站河段，黑藻优势度和相对生物量都为0，黑藻成为该河段的消失性物种，室内测定昆明火车站采样点的水质氨氮浓度为11.184mg／L。在整条海河的各采样点黑藻的优势度和相对生物量都为0，黑藻成为海河的消失性物种，且各采样点的氨氮浓度都大于10mg／L。在宝象河鼎晟大厦河段，黑藻优势度和相对生物量都低于30%，其中相对生物仅有11.33%，所以黑藻在该河段成为伴生性物种。即当黑藻为河段的优势物种时，河段水质氨氮浓度不超过1mg／L；当黑藻为河段消失性物种时，河段水质氨氮浓度不低于4mg／L。

表2 黑藻优势度与水质氨氮浓度的相关性Table 2 Relationship between H.verticillatadominance characteristics and characteristics of NH4＋－N concentration in water

3 结论与讨论

试验结果表明，低浓度（0.2mg／L、0.5mg／L 和1mg／L）氨氮促进黑藻生长，高浓度（2mg／L、4mg／L、8mg／L和16mg／L）氨氮抑制黑藻生长，且浓度越高抑制作用越明显，浓度为4～16mg／L的氨氮导致黑藻死亡，且浓度越高死亡率越大，当浓度为16mg／L时，试验至第4周黑藻全部死亡的试验结果与金相灿、颜昌宙等关于不同浓度的氨氮对轮叶黑藻生理影响的研究结果相一致［19－20］，其研究结果表明，氨氮浓度为4mg／L时，叶绿素和可溶性糖含量明显降低，且在浓度为16mg／L时，培养时间在20d内，黑藻体内的叶绿素和可溶性糖含量、蛋白质含量、抗氧化酶活性和谷氨酰胺合成酶（GS）等生理指标都表明黑藻全部死亡。

室内培养条件下，低浓度氨氮促进黑藻生长的结果与黑藻为优势物种的河段水质氨氮浓度不超过1mg／L的野外调查结果一致，高浓度氨氮导致黑藻死亡的结果与黑藻为消失性物种的河段水质氨氮浓度不低于4mg／L的野外调查结果一致。因此，可以初步判断，黑藻可以用于水质氨氮浓度指标的评价，且当黑藻为河段的优势物种时，指示河段水质氨氮浓度不超过1mg／L；当黑藻为河段消失性物种时，指示河段水质氨氮浓度不低于4mg／L。

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（责任编辑：孙小岚）

Effects of Different Concentrations of Ammonia Nitrogen on Hydrilla verticillata Growth

CHEN Guoling，SU Huai＊，LAN Dan，WANG Zeli，ZHU Zhengfeng
（College of Tourism and Geography Science，Yunnan Normal University，Kunming，Yunnan 650500，China）

To find the bioindicator of the NH4＋－N concentration in water，the effects of different concentrations（0.2mg／L，0.5mg／L，1mg／L，2mg／L，4mg／L，8mg／Land 16mg／L）of NH4＋－N on the growth（plant height，branch，fresh weight and mortality）of H.verticillata were studied in this paper.Results：Low concentrations（0.2mg／L，0.5mg／L and 1mg／L）of NH4＋－N promoted the growth of H.verticillata，but in high concentration（2mg／L，4mg／L，8mg／L and 16mg／L）it inhibited the growth of H.verticillata，and the higher the concentration was，the more obvious the inhibitory effect was.When the concentration of NH4＋－N was 4～16mg／L，it caused the death of H.verticillata，and the higher the concentration was，the higher the more mortality rate was.To the end of fourth week of the experiment，H.verticillataall died when the concentration of NH4＋－N was 16mg／L.The results of the field investigation showed that the concentration of NH4＋－N in water did not exceed 1mg／L in the river where H.verticillata was the dominant species，and the concentration of NH4＋－N in water was not less than 4mg／L in the river where H.verticillata was the vanishing species.The result of the indoor culture experiment and the result of the field investigation echoed each other，therefore H.verticillatacan be used as the bioindicator of NH4＋－N concentration in water.

NH4＋－N；Hydrilla verticillata；influences；indication

X835

A

1001－3601（2016）07－0314－0121－04

2016－03－04；2016－6－29修回

云南师范大学大学生科研训练项目（ky2014－175）

陈国玲（1989－），女，在读硕士，研究方向：水环境监测。E－mail：930347631＠qq.com

＊通讯作者：苏 怀（1977－），男，副教授，硕士生导师，从事环境变化与区域管理研究。E－mail：suhuai07＠163.com