旱傘草與粉綠狐尾藻化感抑藻效果比較

旱傘草與粉綠狐尾藻化感抑藻效果比較

利用簡(jiǎn)易、高效、低成本的特點(diǎn)，富營(yíng)養(yǎng)化水體的恢復(fù)已在國(guó)內(nèi)外廣泛共識(shí)。水生植物處理水體主要形成三個(gè)植物系統(tǒng)：浮浮、直水和水下。新興植物可以有效吸收水體中的氮、磷等養(yǎng)分。浮游植物可以通過(guò)影響藻類的光合作用來(lái)保護(hù)水體。水中的植物可以分泌消藻化感覺。目前，對(duì)這三種植物系統(tǒng)的修復(fù)進(jìn)行了廣泛的研究。例如，孫瑞蓮比較了八個(gè)新興植物對(duì)污染水體的脫氮和磷處理效果。田琦等人研究了五種水生植物處理對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果。李秀嶺等人使用浮游植物研究了超富營(yíng)養(yǎng)化海水的總氮總磷去除性能和抗藻效應(yīng)。三個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)研究主要集中在特定植物系統(tǒng)中，浮游生物和水下植物的結(jié)合形成了空間三維植物組合，很少用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的恢復(fù)。旱傘草(Cyperusalternifolius)是較為常見的水生觀賞植物,近年來(lái)在園林水景工程中應(yīng)用廣泛,適應(yīng)性強(qiáng),性喜溫暖,在南方無(wú)霜期地區(qū)可栽植.粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum)是多年生沉水草本植物,適應(yīng)生境能力強(qiáng),其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程可去除多種污染物且觀賞效果較好,是水體富營(yíng)養(yǎng)化植物修復(fù)或水華生物控制工程中的有效物種,近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于污染水體的生態(tài)修復(fù).這兩種植物已被單獨(dú)應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù),尤其是粉綠狐尾藻被證實(shí)具有強(qiáng)烈的化感抑藻(銅綠微囊藻)效果,但關(guān)于這兩種植物共同栽植對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的作用效應(yīng)還未見報(bào)導(dǎo).旱傘草-粉綠狐尾藻的立體組合充分利用了水體空間,且旱傘草的傘狀莖葉保障了粉綠狐尾藻對(duì)水中光的需求.本文研究了旱傘草-粉綠狐尾藻的立體組合生態(tài)效應(yīng),即該立體組合是否對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的藻類數(shù)量、種類及群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響;同時(shí)通過(guò)研究水中有機(jī)物組成變化,確定該組合是否能促進(jìn)水體中有機(jī)物的降解和吸收,及能否產(chǎn)生潛在的化感抑藻物質(zhì).以期為南方富營(yíng)養(yǎng)化淡水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供新的植物聯(lián)合應(yīng)用途徑.1實(shí)驗(yàn)1.1材料來(lái)源及分組旱傘草及粉綠狐尾藻取自合肥環(huán)城公園,實(shí)驗(yàn)開始前24h將受試植物浸于清水中,清除植物上殘存的藻類,并摘掉植物上枯萎的莖葉.水樣取自合肥環(huán)城水系,將受試植物與含藻水共培于2000mL大燒杯中.取一杯無(wú)植物作為對(duì)照組,模擬植物遮光量,按其他植物加入量投入塑料植物.粉綠狐尾藻按平均5g/L,旱傘草按平均12.5～15g/L,共同種植入水樣中并置于光照培養(yǎng)箱內(nèi),恒溫培養(yǎng),溫度為(25士1)℃,12h光照(光強(qiáng)度為25001x).實(shí)驗(yàn)共4組,為對(duì)照、旱傘草、粉綠狐尾藻、粉綠狐尾藻+旱傘草藻植共生組.為防止水分蒸發(fā)造成的水位降低,定期用再生水(合肥環(huán)城水系補(bǔ)水)補(bǔ)足燒杯內(nèi)因蒸發(fā)而失去的水分,使試驗(yàn)用水體積保持在2L.1.2藻類鑒定.取水樣之前,先將受試植物取出,然后用玻璃棒將水樣攪拌,使藻類在水中分布均勻,迅速取出100mL水樣用于藻類鑒定、計(jì)數(shù)及葉綠素的測(cè)定.藻種鑒定參考文獻(xiàn),分類法鑒定到種或?qū)?并按種類計(jì)數(shù),計(jì)算出藻類的相對(duì)豐度、藻細(xì)胞密度與多樣性指數(shù).1.3gc-ms-ms分析將對(duì)照、旱傘草、粉綠狐尾藻及粉綠狐尾藻+旱傘草的種植水樣1L用H2SO4調(diào)節(jié)pH=2,分別用50mL二氯甲烷萃取兩次,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將100mL二氯甲烷濃縮到大約5mL,然后用氮吹濃縮到0.1mL.GC-MS分析儀采用安捷倫6890GC-5973MSD,色譜柱采用HP-5MS毛細(xì)柱(30m*0.25mm*0.25μm),進(jìn)樣溫度280℃,接口溫度280℃,采取程序升溫的方法,45℃(3min)由10℃/min升至200℃(10min),再由25℃/min升至310℃(10min),載氣為He,恒定流速1mL/min,采用電子轟擊源(EI),離子源溫度230℃,四極桿溫度150℃,離子化能量70eV,質(zhì)量掃描范圍:全掃描,掃描m/z范圍15～750.2結(jié)果與討論2.1旱傘草建群延遲期各種植水樣中浮游藻類的葉綠素a和藻類密度的變化見圖1.圖1(a)為對(duì)照組的葉綠素a和藻類生物量變化圖;在培養(yǎng)初期,因無(wú)外來(lái)因素干擾,生物量穩(wěn)定增長(zhǎng),所用的時(shí)間為9d.接著進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)階段,生物量在一段時(shí)間內(nèi)快速增加,在建群的第13天左右,生物量達(dá)到第一個(gè)峰值,BP(peakbiomass)=2.14×108/L,其中生物量達(dá)到峰值所需的時(shí)間(timetopeakbiomass,tPB)是13d.群落在經(jīng)過(guò)短暫的成熟穩(wěn)定期(第13～17天)后,群落未迅速衰退,而后進(jìn)入了二次生長(zhǎng)期,最終藻密度達(dá)到4.48×108/L.圖1(b)顯示了旱傘草種植水樣中葉綠素a和藻類生物量的變化.與對(duì)照組相比,建群延遲期較短,為5d左右;之后進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期,并在第13天出現(xiàn)峰值,BP=1.15×108/L.峰值之后,藻類迅速衰退,生物量呈下降趨勢(shì).在17d后,藻類群落進(jìn)入二次生長(zhǎng)期,但最終藻密度降至6.12×107/L.從圖1(c)可見,粉綠狐尾藻種植水樣中,經(jīng)歷短暫的藻類群落建群延遲期后,生物量迅速增加,但生物量達(dá)到峰值時(shí)間較長(zhǎng),為17d,BP=2.03×108/L,指數(shù)生長(zhǎng)期后直接進(jìn)入衰亡期,群落逐漸衰退,生物量減少,藻類密度也隨之下降.而粉綠狐尾藻+旱傘草種植水樣中藻類建群延遲期很短,幾乎直接進(jìn)入指數(shù)生長(zhǎng)期,生物量增長(zhǎng)較快,但數(shù)值均小于其他水樣中的藻類密度值,可見這兩種植物復(fù)合對(duì)藻類有良好的抑制作用.其中BP=2.4×107/L,tPB=13d.峰值之后,在13～17d時(shí),水樣中的藻類群落進(jìn)入衰亡期,生物量呈下降的趨勢(shì).在17d后,藻類群落略有增長(zhǎng),但最終藻密度值僅為2.65×107/L(見圖1(d)).藻類生物量與葉綠素之間具有較好的相關(guān)性,藻類生物量變化的趨勢(shì)與葉綠素a質(zhì)量濃度變化基本一致.對(duì)照水樣及粉綠狐尾藻種植水樣中,葉綠素質(zhì)量濃度最終達(dá)1200mg/L左右,而粉綠狐尾藻+旱傘草種植水樣中葉綠素質(zhì)量濃度僅為230mg/L.2.2浮物群早期生物量的變化本實(shí)驗(yàn)開始前,對(duì)合肥環(huán)城水系水體中浮游藻類的鑒定及定量分析發(fā)現(xiàn)了多種浮游藻類,如綠藻門的Scenedesmusdenticulatus、S.quadricauda(Scenedesmusquadricauda)、Pediastrumboryanum、G.paucispina(Golenkiniapaucispina)、Chlorella和絲狀的UlothriximplexaKtltz;硅藻門的Navicula,均為建群早期的先鋒種類.經(jīng)植物種植作用后,浮游藻類群落發(fā)生變化,G.paucispina一直保持優(yōu)勢(shì)地位,S.quadricauda逐漸成為各水樣中的優(yōu)勢(shì)種,但相對(duì)豐度差別較大(見圖2).在無(wú)植物作用的對(duì)照水樣中,建群初期共20種浮游藻類,隨著群落的發(fā)展,G.paucispina作為先鋒藻類的相對(duì)豐富度逐漸降低,S.quadricauda逐漸演化成為優(yōu)勢(shì)種并在第13天達(dá)到峰值,相對(duì)豐富度高達(dá)46.5%,且在4個(gè)水樣中,這兩種藻類生物量最高(見圖2(a)).相比之下,旱傘草作用的水樣中,S.quadricauda和G.paucispina從17種藻類中緩慢演化成優(yōu)勢(shì)種并在第13天生物量達(dá)到峰值,相對(duì)豐富度分別為17.32%及61.17%(見圖2(b)).而在粉綠狐尾藻種植水樣,G.paucispina、Navicula和S.quadricauda這3種藻密度呈上升的趨勢(shì),逐漸成為該實(shí)驗(yàn)組中的優(yōu)勢(shì)種,S.quadricauda與Navicula的藻密度持續(xù)緩慢增長(zhǎng)(見圖2(c)).在旱傘草+粉綠狐尾藻作用水樣的建群初期,浮游藻類即減少到12種,由于旱傘草+粉綠狐尾藻復(fù)合分泌出的化感物質(zhì)的積累,G.paucispina的生物量在建群早期短時(shí)間的升高之后迅速衰退,S.quadricauda的藻密度雖持續(xù)增加,但卻比其他3個(gè)水樣少一個(gè)數(shù)量級(jí);而4個(gè)實(shí)驗(yàn)組中,只有該實(shí)驗(yàn)組藻密度增長(zhǎng)與藻類相對(duì)豐度的變化趨勢(shì)相一致,說(shuō)明該組藻類生物量增長(zhǎng)較少,且其他藻類所占比例較小(見圖2(d)).2.3理化性質(zhì)及微生物化合物的種類經(jīng)過(guò)23d的培養(yǎng),對(duì)4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的藻植共培水樣中所含有機(jī)物進(jìn)行了分析,總離子流圖見圖3.無(wú)植物的水樣中化合物種類最多為131種,且各物質(zhì)豐度值較高(見圖3(a));在粉綠狐尾藻的單獨(dú)種植水體中,有機(jī)物種類減少至121種,且各物質(zhì)豐度值均比無(wú)植物水樣中豐度略有減小(見圖3(b));在旱傘草的單獨(dú)種植水體中,有機(jī)物質(zhì)種類減少至90種,與粉綠狐尾藻水樣相比,各物質(zhì)豐度更低(見圖3(c));在旱傘草+粉綠狐尾藻組合種植水樣中,化學(xué)物質(zhì)的種類減少至75種,且各物質(zhì)豐度值為4種水樣中最小(見圖3(d)),空白水樣中烷類19種、苯類24種、胺類11種、酮類11種、嘧啶類3種、酯類8種、醇類14種、烯類6種、酚類6種、醛類1種、萘類7種及其他種類化合物21種.與空白水樣比較,在旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中嘧啶及醛類未檢出,烷類消失了11種,苯類消失了14種,烯及酚消失了4種,說(shuō)明旱傘草+粉綠狐尾藻對(duì)上述物質(zhì)進(jìn)行了有效的吸收.與空白水樣比較,在旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中出現(xiàn)的化合物為:1-(2-羥苯基)乙烷、十五烷、二十烷、4-甲基-癸烷、1-乙烷基-2,4-二甲基苯、9-乙烷基-9氫咔唑-3-胺、丙酮合氰化氫、磷酸三乙酯、己二酸,雙(2-乙基己基)酯、莰烯、4-甲基苯酚、1,5-二甲基萘、二氫化茚、甲基丙烯酸酐等共15種.通過(guò)與粉綠狐尾藻及旱傘草單獨(dú)水樣中化合物的比較,只存在于旱傘草+粉綠狐尾藻水樣中的化合物有4種,分別為丙酮合氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及4-甲基苯酚.丙酮氰醇有毒性且為制殺蟲劑的中間體;磷酸三乙酯可用于制備農(nóng)藥,也可用于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑;莰烯屬雙環(huán)單萜烯類化合物且效應(yīng)為具有吸引性味覺或氣味,也可用于合成農(nóng)藥及毒殺芬等物質(zhì);4-甲基苯酚有腐蝕性和毒性.目前初步認(rèn)為:丙酮氰醇、磷酸三乙酯、莰烯及對(duì)甲基苯酚很可能為潛在的抑藻化感物質(zhì),但有待于進(jìn)一步研究.3旱傘草+粉綠15種植物群的組合種植1)通過(guò)旱傘草、粉綠狐尾藻、旱傘草+粉綠狐尾藻