千屈菜湿地水体中氮磷浓度的变化特征分析

付宋捷 刘存兰 刘欣 田李冉 杨翔宇

摘  要：利用人工浮床无土栽培千屈菜模拟湿地环境，向模拟富营养化水体中间歇性排放氮、磷元素以维持不同的富营养化水平。实验证明：千屈菜能够有效去除水质总氮、总磷。相对氮元素，磷元素以内源形式释放需要更为苛刻的条件;水质总磷体现率明显低于水质总氮，验证了其地化行为以沉积为主。

关键词：千屈菜;富营养化;总磷;总氮

中图分类号：X832          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0046-02

目前，由氮、磷等营养盐所引起的湖泊富营养化已成为世界性的环境问题。水质恶化已影响到我国许多城镇饮用水的质量，甚至危及人类的生活。因此迫切需要采取有效措施净化污染水体[1-4]。利用水生植物富集氮、磷是治理、调节和抑制湖泊富营养化的有效途径[5-9]。作为污染水体修复的一种手段，植物修复已经引起国内外学术界的重视。众多研究表明，千屈菜、黄花鸢尾等大型挺水植物均对富营养化水体的修复有着显著作用[10-15]。本文拟用人工浮床模拟千屈菜湿地环境，对不同富营养化程度下的水质总磷、总氮进行了监测并分析其变化特征。

1 实验试剂与仪器

1.1 主要试剂

过硫酸钾（AR，阿拉丁）;抗坏血酸（AR，国药集团）;盐酸（AR，国药集团）;酒石酸锑钾（AR，国药集团）。

1.2 实验仪器

紫外可见分光光度计（752，上海菁华科技仪器有限公司）;电子天平（FA1604，上海雷韵试验仪器制造有限公司）;高压灭菌器（YXQ-LS-100SII，中国博讯）。

2 实验方法

2.1 实验设计

在塑料水箱中放置人工浮床，栽植平均株高为12.5cm的千屈菜幼苗，以复合肥和尿素调节水质总磷、总氮达四个不同的梯度（详见表1），每隔四周补充水中氮、磷元素。通过每周一次的水质监测，当培养液中氮、磷浓度降低到初始设定浓度的50%以下时，分别以尿素和磷酸二氢钾补充氮、磷营养。

2.2 水质总磷、总氮测定方法

水质总磷测定方法：GB11893-89;水质总氮测定方法：GB11894-89。

3 实验结果及讨论

3.1 水质总磷的变化特征

如图1所示，在24周的培养时间内，水质总磷分别在第7周和第11周时，浓度降低为设计浓度的50%以下，因此在第7周和第11周末进行了两次追肥，加上初次施肥，总计3次施肥，即3次模拟排污高峰。在每次施肥后，水质总磷浓度迅速下降，且降低速度明显高于水质总氮，其原因有二：一是在地化循环中，磷元素不易获得，挺水植物和浮游植物在富营养化水体中吸取营养物质时，优先利用的是限制性元素磷;二是磷的化学行为以沉积为主，当水中酸度较低时水相中磷元素迅速进入沉积物中。在24周的监测过程中，分别在第3周、第8周、第12周、第19周和第21周出现了5次水质总磷浓度的高峰，其中第3周、第8周和第12周的水质总磷峰值是由于施肥所致。另外两次的峰值可能原因各有不同：第19周正值8月末，水中的磷元素，特别是施肥所采用的是P2O5这种缓释性化肥在水温最高、水质酸度最大的时间集中释放;第21周已經达到九月中旬，水温和酸度仍较高，但植物已经开始枯黄，此时植物中营养元素向环境中回馈，导致水质总磷再次出现峰值。

3.2 水质总氮的变化特征

如图2所示， 总氮浓度分别在第3周、第8周、第12周和第14周出现了4次水质总氮峰值。其中第14周的水质总氮峰值也是由于内源释放所致，但其出现的时间明显早于水质总磷。四个富营养化水平下的水质总氮的体现率为：46.3～63.6%;而水质总磷体现率仅为10.9～15.2%，这说明氮元素在富营养化水体中的限制性作用并不如磷元素明显，其地环循环转化的条件也相对简单，并不如磷元素苛刻。

4 结论

在24周的培养时间内，通过三次外源营养元素补给，水质总磷和水质总氮分别出现了5次和4次峰值，这说明，相对氮元素，磷元素以内源形式释放需要更为苛刻的条件;水质总磷体现率明显低于水质总氮，验证了其地化行为以沉积为主。

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