不同种植方式下伊乐藻生长对沉积物磷的影响*

倪 冬 黄 蓉 程俊杰 杨文斌

(安徽师范大学环境科学与工程学院，安徽 芜湖 241002)

磷是引起湖泊富营养化的关键营养元素[1]。湖泊沉积物中较高的内源磷负荷是湖泊中磷的重要来源[2-3]。沉水植物是湖泊生态系统重要的组成部分[4-5]，可通过光合作用、呼吸作用以及衰亡腐解等过程改变湖泊生态系统中的环境因子，进而影响磷在沉积物中的分配与形态[6]。

伊乐藻(Elodeanuttallii)为水鳖科草本沉水植物，有较强的无性繁殖和定居能力[7-9]，极其耐寒，常用于水体的生态修复。人工直接插植于底泥中的直接扦插法是伊乐藻最为常见的种植方法[10]。事实上，伊乐藻也可以采用直接抛掷法种植，该方法的问题是伊乐藻枝条嫩脆，极易折断，在生态修复施工过程中会产生大量断枝。因此，极少有研究采用直接抛掷法种植伊乐藻来研究其对沉积物磷的影响。马剑敏等[11]525研究发现，具有顶芽或腋芽的伊乐藻通过抛掷法种植，存活率可以高达90%。

本研究尝试探究伊乐藻以直接扦插、直接抛掷和断枝抛掷3种种植方式种植对沉积物磷的影响，以期为伊乐藻种植和将其用于富营养化湖泊生态修复提供理论和技术指导，达到经济效益和环境效益相统一的效果。

1 材料与方法

1.1 实验材料

伊乐藻购自宿迁市某环保水体生态修复基地，驯化培养1周。用圆柱形透明塑料管(高85 cm、直径15 cm)作为实验装置。沉积物采自巢湖东湖区富营养化区域(31°33′22.14″N，117°45′50.34″E)，去除植物根系及杂物，风干、研磨后过100目筛，备用。

1.2 实验设计

将拥有不定根的伊乐藻以3种不同方式种植，直接抛掷入水为直接抛掷，剪短为长5 cm且带顶芽或腋芽后再抛掷入水为断枝抛掷，直接将枝条一端插入沉积物中为直接扦插。不同种植方式下的初始伊乐藻生物量均控制为23 g。

在圆柱形透明塑料管中加入15 cm厚沉积物，缓慢加入经曝晒3 d后的自来水使水深为50 cm，然后种植伊乐藻，以不种植伊乐藻作为对照，每组实验做15个重复，每次取样用掉其中3个重复。实验期间不扰动沉积物，定期添加去离子水以补充蒸发消耗的水。

1.3 样品的采集和测定

实验时间为2018年冬季至2019年春季，每隔30 d采集一次样品，共采集5次。用活塞式柱状采样器采集表层少量沉积物，去除沉积物样品中的根系及杂物，风干、研磨后过100目筛，采用SMT法[12]分析沉积物各形态磷。上覆水TP采用过硫酸钾消解—钼锑抗分光光度法测定，pH和DO分别用PHSJ-3F型pH计和JPB-607A型DO仪测定。伊乐藻生物量采用称重法测定。

2 结果与分析

2.1 不同种植方式下伊乐藻生物量的变化

由图1可见，0～60 d断枝抛掷处理组的生物量增长最快，60 d后直接抛掷处理组的生物量增长迅速，120 d时直接抛掷处理组的生物量达到最大。总体来看，30～60 d时，各处理组伊乐藻增长速度有所放缓，60 d后伊乐藻进入旺盛生长期，这可能与气温回暖有关。120 d时，断枝抛掷、直接扦插和直接抛掷处理组的生物量分别增加了46.15、50.32、69.14 g，其中直接抛掷处理组的生物量显著高于直接扦插和断枝抛掷处理组(P<0.05)。

图1 伊乐藻生物量的变化Fig.1 Biomass variations of Elodea nuttallii

水生植物能通过茎、芽及断枝等进行繁殖[13-14]，机械损伤后的断枝再生有利于植物的繁殖[15-16]。本研究中，断枝抛掷能在短时间内长出大量白根，马剑敏等[11]527也曾发现这样的结果。由于断枝抛掷处理组拥有相对更多的顶芽或腋芽，因此前期其生物量增长迅速；而后期断枝抛掷处理组生长放缓，可能是因为过短的断枝产生了负面影响[17-18]。

由此可见，从长期来看，直接抛掷最有利于伊乐藻生物量的增长。

2.2 不同种植方式下伊乐藻对沉积物各形态磷的影响

不同种植方式下沉积物中各形态磷变化如图2所示。总体来看，处理组沉积物中各形态磷相比对照均有下降，有机磷和HCl提取态磷变化不大，而无机磷及NaOH提取态磷变化较大。120 d时，直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷处理组的沉积物中TP分别下降了8.90%、7.30%、5.40%，无机磷分别下降了11.80%、8.20%、6.60%，有机磷分别下降了7.47%、6.46%、2.65%，HCl提取态磷分别下降了4.12%、3.47%、2.83%，NaOH提取态磷分别下降了19.90%、17.20%、11.70%。由此可见，3种不同种植方式下的伊乐藻均能使沉积物中各形态磷含量有不同程度降低，其中直接抛掷种植对沉积物中各形态磷的去除效果最好。这与直接抛掷的伊乐藻生物量变化相吻合。

不同种植方式对沉积物中无机磷的影响大于有机磷，这是因为有机磷含有很大一部分难降解成分[19-21]，不易被伊乐藻吸收。

不同种植方式对沉积物中NaOH提取态磷的影响大于HCl提取态磷。这是因为沉积物释放出来的磷约有一半是NaOH提取态磷，而水环境中的NaOH提取态磷最易被植物利用[22]。而HCl提取态磷主要是沉积在湖底的相对稳定的磷形态[23]。

图2 沉积物中各形态磷的变化Fig.2 Variations of different phosphorus forms in sediment

2.3 水环境因子变化与沉积物磷的关系

沉水植物的生长影响着上覆水中的pH、DO等水环境因子[24]。由图3(a)可见，各处理组上覆水的pH均呈上升趋势，这也解释了沉积物中NaOH提取态磷明显下降的原因。由图3(b)可见，断枝抛掷处理组的DO先升高后降低，而直接抛掷处理组的DO呈逐步上升趋势，120 d时直接抛掷处理组的DO最高，这也与伊乐藻的生物量变化相吻合。

图3 上覆水中水环境因子的变化Fig.3 Variations of water environmental factors in overlying water

表1至表3分别对断枝抛掷、直接抛掷和直接扦插处理组的各指标进行了相关性分析。各处理组中，上覆水TP与沉积物中各形态磷均呈显著或极显著正相关，说明沉积物中的磷是上覆水中磷的重要来源；上覆水TP和沉积物各形态磷均与伊乐藻生物量呈显著或极显著负相关，说明伊乐藻可以有效去除上覆水和沉积物中的磷，可以用来修复富营养化水体；DO和pH与生物量总体呈正相关，而与上覆水TP和沉积物各形态磷总体均呈负相关，说明上覆水DO和pH主要受伊乐藻的影响，这与王立志等[25]的解析结果基本一致。

表1 断枝抛掷处理组的相关性分析1)

表2 直接抛掷处理组的相关性分析

表3 直接扦插处理组的相关性分析

3 结 论

(1) 120 d时，断枝抛掷、直接扦插和直接抛掷处理组的生物量分别增加了46.15、50.32、69.14 g，从长期来看，直接抛掷最有利于伊乐藻生物量的增长。

(2) 120 d时，直接抛掷、直接扦插和断枝抛掷处理组的沉积物中TP分别下降了8.90%、7.30%、5.40%；无机磷分别下降了11.80%、8.20%、6.60%；有机磷分别下降了7.47%、6.46%、2.65%；NaOH提取态磷分别下降了19.90%、17.20%、11.70%；HCl提取态磷分别下降了4.12%、3.47%、2.83%。直接抛掷种植对沉积物中各形态磷的去除效果最好。

(3) 上覆水TP与沉积物中各形态磷呈正相关，说明沉积物中的磷是上覆水中磷的重要来源；上覆水TP和沉积物各形态磷均与伊乐藻生物量呈负相关，说明伊乐藻可以有效去除上覆水和沉积物中的磷，可以用来修复富营养化水体；DO和pH与生物量呈正相关，而与上覆水TP和沉积物各形态磷均呈负相关，说明上覆水DO和pH主要受伊乐藻的影响。