不同浓度脱水剂处理对凤眼莲脱水效果及氮磷元素的影响

马成昊　姜胜行　 李博文　李晓瑞　张龙　杨碧楠　明凤

摘  要： 将一种新型脱水剂应用于凤眼莲（）脱水，并用自动进样器和iCAP7600电感耦合等离子体发射光谱仪，分别通过定氮蒸馏法和微波消解法来测量凤眼莲样品鲜重以及氮磷含量.结果表明：凤眼莲样品经脱水剂以30 μL∙m用量处理过后，在4～6 d后便可出现明显的叶片枯黄、茎秆萎蔫等症状，其鲜重在脱水12 d后下降了约50%.而凤眼莲样品经脱水剂以60 μL∙m和120 μL∙m用量处理12 d后，其氮和磷的含量变化并不显著，这说明用该脱水剂处理凤眼莲不会给外部环境带来氮磷富集的影响.

关键词： 新型脱水剂; 氮磷富集; 凤眼莲（）

中图分类号： Q 945    文献标志码： A    文章编号： 1000-5137（2022）01-0039-08

Effects of different concentrations of dehydrating agent on dehydration effect and nitrogen and phosphorus elements of

In this paper， a new dehydrating agent was applied to the dehydration of water hyacinth （）， and the fresh weight， nitrogen and phosphorus content of samples were measured by nitrogen distillation and microwave digestion with automatic sampler and ICAP7600 inductively coupled plasma emission spectrometer， respectively. The results show that under the treatment of 30 μL∙m dehydrating agent， the treated samples of water hyacinth can have obvious symptoms such as withered and yellow leaves and wilted stems in 4-6 d， and the fresh weight decreased about 50% after 12 d’s treatment. In addition， we found that after 12 days of treatment with 60 μL∙m and 120 μL∙m dehydrating agent， the changes of nitrogen and phosphorus content in the samples of water hyacinth are not significant， which shows that the treatment of water hyacinth with the dehydrating agent will not cause nitrogen and phosphorus enrichment to the external environment.

new dehydrating agent; nitrogen and phosphorus enrichment; water hyacinth （）

0  引 言

鳳眼莲（（Mart.） Solms）属雨久花科凤眼莲属，为多年生漂浮性宿根大型水生草本植物，又名凤眼蓝、水葫芦，俗称水荷花、水凤仙子和“猪耳朵”.凤眼莲原产南美洲，1901年作为观赏植物，从日本引入我国台湾.1930年代，作为畜禽饲料引入到我国内地各省，并作为观赏和净化水质的植物推广种植，后逃逸为野生.1981年至今，水葫芦处于快速扩散阶段，呈种群爆发式增长.其覆盖面积之广，已经严重影响到水资源利用的各个方面，如与本地植物竞争光照、水分、营养和生长空间，破坏本地水生生态系统，并且威胁到本地水生生物多样性.

目前防治凤眼莲的方法有很多种，包括生物防治、化学防治和机械防治等.化学防治有一定的短期作用，而且二次污染严重，成本很高.在生物防治法中，如凤眼莲象甲培育需要大量资金，且亚热带环境不太适合凤眼莲象甲快速生长.相较于前两种防治方法，物理防治如打捞船和割草机等控制凤眼莲效果较好，但工作效率很低.为解决以上难题，需要在打捞期间或上岸后缩减凤眼莲生物体积，降低植株体内的含水量，这就要依赖于高效率、低成本的脱水技术.

目前，国内外关于凤眼莲脱水技术的报道相对较少.有适合小规模去除凤眼莲水分的方法，如将含水量为95.8%的凤眼莲在温度25 ℃、湿度68%的环境下晾晒15 d后，其含水量仅可降至72%;采用烘干设备进行烘干脱水;采用螺旋压榨脱水方法，达到残渣含水量84%;同时采用螺旋型挤压和酸化处理，脱水率可达69.67%，但是成本高.本文作者以两种不同来源的凤眼莲为材料，采用北京三联致纯环境科技有限公司提供的脱水剂，进行了脱水效果以及营养元素评价，为其推广应用提供了理论依据.

1  材料和方法

实验材料

2020年8月—10月，分两批次，分别从上海师范大学奉贤校区的池塘以及闵行区水闸管理所纪王水闸的江河交汇处，采集不同品种凤眼莲的样品（图1）.江河地区采集的凤眼莲样品相较池塘采集的样品，根系更长且体型更大，叶片更肥厚，叶色更绿（图2）.

处理方法

1.2.1 脱水剂处理及取样

脱水剂由北京三联致纯环境科技有限公司提供，为一种激素类试剂，不含氮磷成分，具体配方目前属于商业机密.用凤眼莲样品采集处的水体，放置在室外长宽高为35.0 cm×24.5 cm×19.4 cm的收纳箱内进行培养;脱水剂喷施浓度梯度为0，30，60，120和240 μL∙m（面积为水盆水面面积），从低浓度开始，采用喷壶喷施，尽量避风以免产生误差，每种处理4次生物学重复.依据凤眼莲单株大小，每盆可以放3～4株，保证每盆水面尽可能被完全覆盖.每2 d称1次凤眼莲鲜重，生物学重复要求样品固定，每次称重前用吸水纸吸干样品，特别是保证根部的干燥，以免产生误差;处理前称重1次，之后每4 d取样称重1次，以保证测定所选取的相同处理样品时，元素含量误差较小，总处理时间为16 d.

1.2.2 氮元素含量测定方法

氮含量的测定方法采用定氮蒸馏法，采用碳氮自动分析仪等仪器设备，以防止植物体内的有机氮被氧化成氮气（N）或其他氮的氧化物而产生测量误差.

1.2.2.1 仪器设备及试剂

仪器：碳氮自动分析仪及其附件（德国Elementar公司，Vario EL Cube元素分析仪）;万分之一精密分析天平（sartorius赛多利斯实验室精密天平称型号BSA124S）等.试剂：马尿酸（二级），氧化钴（4 g）.

1.2.2.2 测定方法

称取5 mg左右的样品置于锡囊中，制成适合进样的块状样品，并与4 g氧化钴充分混匀，送入碳氮自动分析仪的自动进样器中，每15 min为一周期，样品自动进入燃烧炉和还原炉，生成的气体进入定量泵，到达检测器，由记录笔记录峰值图谱，数字显示仪遂显示并打印峰高.

同时测定氮的测定感度.用马尿酸（二级）做标准，称取30.0～60.0 mg样品，将测得的标准样峰高信号（mm）减去基准信号（空白）作为分母，以标准样所含氮的质量（马尿酸中氮质量分数为7.816%、碳质量分数为60.3%）作为分子，求出测定感度（即每毫米记录信号峰值代表的氮质量，单位mg）.

1.2.2.3 结果计算

用样品峰高信号（mm）减去基准信号，乘以测定感度，即得到样品所含氮的质量和氮质量分数.

1.2.3 磷元素含量测定方法

采用微波消解法测定样品磷含量，该方法对环境友好，还可减少元素的挥发损失.

1.2.3.1 儀器设备及试剂

仪器：iCAP7600电感耦合等离子体发射光谱仪（美国ThermoFisher公司）及其附件，万分之一天平等.试剂：实验用水为超纯水（18.25 MΩ∙cm），其他试剂有：盐酸、硝酸、氢氟酸、硼酸、磷标准溶液.

1.2.3.2 测定方法

用天平称取0.2 g左右样品置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入一定量的磷标准溶液，空白为相同体积的超纯水;把烘干研磨成粉末状的凤眼莲样品置于微波消解罐中，加水湿润，然后分别加入3 mL盐酸、3 mL硝酸，1 mL氢氟酸，轻轻摇匀，盖紧消解罐，放入微波消解炉中，按微波消解仪规程操作，并根据所设定的程序消解试料. 待消解程序完成，消解罐冷却至室温后，打开消解罐，加入 10 mL硼酸溶液，混匀，放置30 min后，将溶液全部转移至100 mL的塑料容量瓶中，以水定容到50 mL，混匀.

调整并预热好仪器，在确定的仪器工作条件下将空白试剂和待测试剂依次导入电感耦合等离子体原子发射光谱仪，分别测定各待测元素在相同分析线处的光谱强度，依据标准曲线计算出各元素的质量分数.

1.2.4 数据分析

本次实验通过Excel软件对凤眼莲的脱水处理前后的鲜重变化以及氮磷含量的变化进行记录处理;采用Student’s -test进行单因素方差分析;通过Prism软件绘制成图表.

2  结果与分析

不同浓度脱水剂处理后植株表型的效果评价

采用1.2.1节所述方法对凤眼莲样品进行脱水处理，图3为在不同浓度的脱水剂处理下凤眼莲随着时间递增的脱水效果.图3表明：相较于对照组，在各浓度的脱水剂处理下，池塘凤眼莲样品4 d后便可观察到明显的萎蔫、枯叶的情况（图3（a））;而江河凤眼莲样品由于含水量更高，脱水处理6 d后才发现相同的状况（图3（b）），说明脱水剂对不同品种的凤眼蓮都有着极佳的脱水效果.

不同浓度脱水剂处理后的凤眼莲的鲜重变化

图4为不同浓度脱水剂处理后两种凤眼莲样品随时间的鲜重变化.由图4可知：相较于对照组，无论是池塘取样还是江河取样的凤眼莲样品在经至少30 μL∙m浓度的脱水剂处理4 d后，鲜重都出现了明显下降，且随时间下降越来越快.脱水剂处理12 d后，发现两种凤眼莲样品的鲜重均下降了约50%，这说明该脱水剂对凤眼莲有较好的脱水效果.

为了进一步比较不同浓度脱水剂对凤眼莲鲜重的减少效果，以各浓度脱水剂处理的样品初始的鲜重作为参考值，比较8～12 d后鲜重与相应参考值的比值大小来衡量凤眼莲鲜重的变化情况，发现脱水剂对江河样品的脱水效果更好.在12 d后，对照组的鲜重变化与处理组的鲜重变化差值约为100%，即脱水处理12 d的江河地区凤眼莲脱去了75%的水分（图4（a））;而池塘地区的凤眼莲样品脱去了约125%的水分（图4（b））.并且发现，各浓度脱水剂对凤眼莲的脱水效果差异不大（图4（c）、4（d））.因此，可以选择低浓度的脱水剂，以减少成本和对环境的影响.

不同浓度脱水剂处理下凤眼莲样品的氮磷含量变化

用1.2.2节所述方法对池塘样品的氮含量进行了检测，表1为池塘凤眼莲样品氮磷质量分数变化情况分析.由表1可知：经60 μL∙m和120 μL∙m浓度脱水剂处理12 d后，其氮质量分数下降了约27%，但较未处理过的凤眼莲（下降50%），经脱水剂处理过的凤眼莲氮含量变化相对较小;未经脱水处理的池塘凤眼莲样品的磷质量分数在12 d后下降了44.44%，而经不同浓度脱水剂处理的池塘凤眼莲样品在12 d后最多只下降了36.11%.总体来说，经脱水剂处理后，池塘地区的凤眼莲样品仍然保留了较高的氮磷含量.

总而言之，在用60 μL∙m和120 μL∙m脱水剂处理4 d后，池塘凤眼莲样品的磷含量有显著变化，而在12 d左右，江河凤眼莲样品的磷含量发生显著性变化，这说明脱水剂可能对江河地区凤眼莲的磷流失有较好的遏制作用.也有其他相关文献报道：用切割法处理可以实现凤眼莲脱水的功效，但切割处理3 d后的凤眼莲硝态氮含量急剧下降，随后增加，6周后达到最大值;可溶性正磷酸盐在切割处理的凤眼莲中也显示出高浓度.综上所述，用一定浓度的脱水剂处理不会导致凤眼莲植物体内富集的氮和磷元素向外界流失;对不同品种的凤眼莲样品也有不同的处理效果，特别是氮磷含量较多的江河凤眼莲更易处理，可以选择脱水剂处理12 d后进行打捞.

3  讨 论

WANG等的研究结果表明：凤眼莲植株含水量高达90%以上，脱水处理是其后续资源化、无害化利用的关键，也是制约其后续处理的瓶颈.本研究将一种新的脱水剂应用于凤眼莲脱水处理，发现该脱水剂对上海地区普遍存在在池塘以及江河区域生长的凤眼莲有较好的脱水效果，经30 μL∙m浓度的脱水剂处理12 d后，凤眼莲的含水量至少降低约60%;对于含水量过高的江河地区的凤眼莲的脱水效果略低于池塘地区的凤眼莲（表2，3）.

对经不同浓度脱水剂处理的所有样品的氮磷含量进行测定后发现：处理前后，凤眼莲的氮磷含量都没有降低的趋势，这说明用该脱水剂处理凤眼莲不会对外部环境造成如氮磷富集等二次污染. 该脱水剂作为一种低磷低氮的激素类试剂，可能是通过抑制植物体内相关生长素的合成，负调控植物体内气孔相关基因的表达，从而影响植物根系细胞的生长，使植物萎蔫，出现细胞中液泡变小、吸水能力减弱，进而出现凤眼莲脱水老化、干化的现象，这可能也与凤眼莲鲜重下降密切相关，其具体的作用机理有待进一步研究.

研究表明：有计划地对凤眼莲实施规模化控制性种养、机械化采收，并科学合理地进行后续处置，可以有效改善水体富营养化以及规避二次污染的风险. 不过机械化采收面临回收快但成本昂贵的问题.因此，在凤眼莲打捞期间或上岸后通过降低植株体内的含水量来缩减其体积，才是行之有效的方法.而本文所采用的脱水剂既可以有效减少凤眼莲的鲜重又可避免氮磷富集污染的发生.

4  结 论

采用一种新型脱水剂对上海普遍存在的江河和池塘地区的凤眼莲进行脱水，结果表明该脱水剂对凤眼莲有较好的脱水效果. 此外，通过对脱水处理组和对照组氮磷含量的测定和分析，发现在脱水规程中凤眼莲的氮磷含量并未显著下降，因此不会对环境造成氮磷富集的二次污染，是一种安全有效的脱水方法.在后续工作中将探索它的最大脱水率，并通过转录组分析来挖掘其分子机制.

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（責任编辑：顾浩然，郁慧）

收稿日期： 2021-09-21

基金项目： 北京三联致纯环境科技有限公司横向课题

作者简介： 马成昊（1997—），男，硕士研究生，主要从事水生生态学及分子育种方面的研究. E-mail： 609262440@qq.com

* 通信作者： 明 凤（1971—），女，教授，主要从事植物生理学、花卉种质资源创新以及水稻抗病分子机制等方面的研究.E-mail： fming@fudan.edu.cn

引用格式： 马成昊， 姜胜行， 李博文， 等. 不同浓度脱水剂处理对凤眼莲脱水效果及氮磷元素的影响 [J]. 上海师范大学学报（自然科学版），2022，51（1）：39‒46.

 MA C H， JIANG S H， LI B W， et al. Effects of different concentrations of dehydrating agent on dehydration effect and nitrogen and phosphorus elements of  [J]. Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences），2022，51（1）：39‒46.