劍湖金魚藻不同形態氮含量的季節性變化

李靖 敖新宇 李寧云 等

摘要：金魚藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）是劍湖廣泛分布的沉水植物，對不同采樣點不同生長季節金魚藻體內的總氮、硝態氮和氨態氮含量進行了測定和比較。結果顯示，環境中的氮源直接影響金魚藻對氮素的吸收利用，在污染嚴重的永豐河入湖口，金魚藻體內的總氮和氨態氮含量較高。在污染相對較小的格美江入湖口，金魚藻體內的硝態氮含量較高，環境中高濃度的氨態氮會抑制金魚藻對硝態氮的吸收利用。金魚藻體內氮素水平隨季節變化明顯，３～５月金魚藻體內不同形態氮含量均高于７月。

關鍵詞：金魚藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）；總氮；硝態氮；氨態氮

中圖分類號：Ｘ１７３文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3190-03

Seasonal Change of Nitrogen Content of Ceratophyllum demersum in Jian Lake

ＬＩ Ｊｉｎｇ１，ＡＯ Ｘｉｎ-ｙｕ１，ＬＩ Ｎｉｎｇ-ｙｕｎ２，ＬＥＩ Ｒａｎ１，ＣＨＥＮ Ｙｕ-ｈｕｉ１

（１．Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４，Ｃｈｉｎａ；２．Ｙｕｎｎａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２０４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ wａｓ ｗｉｄｅｌｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｉｎ Ｊｉａｎ Ｌａｋｅ ｉｎ Ｙｕｎｎａｎ pｒｏｖｉｎｃｅ． Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ， ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｆ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｉｔｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｅａｓｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｏｆ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ． Ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ｈｉｇｈ ｉｎ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｉｎ Ｙｏｎｇｆｅｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｐｏｌｌｕｔｅｄ． Ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ｈｉｇｈ ｉｎ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｉｎ Ｇｅｍｅｉ Ｒｉｖｅｒ． Ｈｉｇｈ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｉｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｉｎｈｉｂｉｔ ｕｐｔａｋｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ． Ｔｈｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｌｅｖｅｌ ｉｎ Ｃ． ｄｅｍｅｒｓｕｍ ｃｈａｎｇｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｅａｓｏｎｓ； ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｏｒｍｓ ｗas ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ Ｍａｒｃｈ ｔｏ Ｍａｙ ｔｈａｎ ｉｎ Ｊｕｌｙ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄs： Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ； ｔｏｔａｌ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ｎｉｔｒａｔｅ ｎｉｔｒｏｇｅｎ； ａｍｍｏｎｉａ ｎｉｔｒｏｇｅｎ

沉水植物在水生生態系統中發揮著重要作用。利用沉水植物進行富營養化水體生態修復是目前研究的熱點［１-４］。金魚藻是世界上廣泛分布的一種沉水植物，屬金魚藻科金魚藻屬。由于在其主要的生活周期中沉水生長，生理上極端依賴于水環境，因而對水質變化的反應十分敏感，同時金魚藻移栽極易成活，是研究富營養化對沉水植物影響的好材料。近年來，利用金魚藻進行富營養化水體生態修復的相關報道較多［５-７］。

劍湖位于云南省西部大理州劍川縣城東南３ ｋｍ處，地處東經９９°５５′、北緯２６°２８′，海拔２ １８６ ｍ，屬云南省高原重要的濕地類型［８］。選取劍湖沉水植物優勢種金魚藻為研究對象，通過對不同時期不同采樣點金魚藻體內各形態氮含量進行測定和比較研究，以了解它們在不同環境條件下利用氮素的能力，為其凈水機理的闡述和在淺水湖泊、人工濕地等中的合理利用提供理論依據。

１材料與方法

１．１材料

金魚藻（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌｕｍ ｄｅｍｅｒｓｕｍ）采自云南大理劍川劍湖的格美江入湖口和永豐河入湖口。于２０１１年３月下旬、５月下旬和７月中旬在兩個樣點分別采集樣品２０株，同時于２０１１年５月（劍湖平水期）在取樣點取３份水樣作水質分析。樣品材料采集后先用自來水將表面洗干凈，再用去離子水沖洗后吸干表面水分，選擇生長較好的整株材料切碎后混勻，一部分用于含水量、硝態氮和氨態氮的測定；一部分放入烘箱里烘干粉碎后用于總氮測定。每種指標的測定設３個重復。

１．２方法

１．２．１采樣點水樣總氮含量的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法［９］。水樣采集后立即加入幾滴濃硫酸，酸化到ｐＨ小于２。測定時用氫氧化鈉調節ｐＨ至５～９，取１０ ｍＬ待測樣品，加入５ ｍＬ堿性過硫酸鉀溶液，消解４０ ｍｉｎ，加１ ｍＬ稀釋１０倍的濃鹽酸，用無氨水稀釋至２５ ｍＬ，混勻，分別在波長２２０ ｎｍ與２７５ ｎｍ處測定吸光度，在標準曲線上查出相應的含氮量（μｇ）。根據公式ｃ＝ｍ／V計算總氮含量。式中：ｃ 為總氮含量（ｍｇ／Ｌ）；ｍ為測出含氮量（μｇ）；V為測定樣品體積（ｍＬ）。

１．２．２采樣點水樣氨態氮含量的測定采用納氏試劑比色法［１０］。取５０．０ ｍＬ預處理后（過濾）的水樣加１．０ ｍＬ酒石酸鉀鈉溶液， 再加１．５ ｍＬ納氏試劑，混勻，在２５ ℃恒溫水浴鍋中顯色２０ ｍｉｎ后，于４２０ ｎｍ波長處測定吸光度值。以無氨水代替水樣做空白測定。水樣測得的吸光度減去空白試驗的吸光度后，從標準曲線上查得氨態氮量（ｍｇ），計算公式：ｃ１＝ｍ１／V１×１ ０００，式中，ｃ１為氨態氮含量（ｍｇ／Ｌ），ｍ１為由標準曲線查得的氨態氮量（ｍｇ）；V１為水樣體積（ｍＬ）。

１．２．３金魚藻硝態氮含量的測定參照《植物生理生化試驗指導》［１１］的方法并做相應改進。準確稱取２．０ ｇ的材料放入試管中，加入１０．０ ｍＬ去離子水，置入沸水浴中提取３０ ｍｉｎ。冷卻后過濾至２５ ｍＬ容量瓶中，并反復沖洗殘渣，最后定容至刻度。共設３個重復。

吸取樣品液１．０ ｍＬ于試管中，加入５％水楊酸-硫酸溶液０．４ ｍＬ，混勻后置室溫下２０ ｍｉｎ，再慢慢加入８．６ ｍＬ ８％ ＮａＯＨ溶液，待冷卻至室溫后，以去離子水作參比，于４１０ ｎｍ波長下測其吸光度值。根據樣品液所測得的吸光度值，在標準曲線上查得硝態氮量（μｇ）。硝態氮含量的計算公式：樣品中硝態氮含量［μｇ／ｇ（FW）］＝［硝態氮量（ｇ）×樣品提取液總體積（ｍＬ） ］／［樣品鮮重（ｇ）×測定時樣品液用量（ｍＬ）］。

１．２．４金魚藻氨態氮含量的測定采用納氏試劑比色法［１０］。準確稱取２．０ ｇ的材料，置于研缽中，加入適量的ｐＨ為１的Ｈ２ＳＯ４研細，在３ ５００ ｒ／ｍｉｎ下離心２０ ｍｉｎ，取出上清液定容至１００ ｍＬ。取５０ ｍＬ量程的比色管，分別加入５．０ ｍＬ樣品液，１．５ ｍＬ納氏試劑，１．０ ｍＬ ５００ ｇ／Ｌ的酒石酸鉀試劑，定容至刻度，混勻后置室溫下顯色２０ ｍｉｎ，于４２０ ｎｍ波長處測定吸光度值。根據樣品液所測得的吸光度值，從標準曲線上查出氨態氮量（μｇ）。氨態氮含量的計算公式：樣品中氨態氮含量［μｇ／ｇ（FW）］＝［氨態氮量（μｇ）×提取液總體積（ｍＬ）］／［樣品鮮重（ｇ）×測定時樣品液用量（ｍＬ）］。

１．２．５金魚藻總氮含量的測定采用凱氏定氮法［１２］。準確稱取處理好的金魚藻樣品０．１ ｇ放入消化管中，加５．０ ｇ的催化劑和８．０ ｍＬ濃硫酸后放入消化爐中消化（在２００ ℃消化３０ ｍｉｎ后再在４２０ ℃消化１．５ ｈ），每個樣品設３個平行消化好的樣品，待其冷卻后，采用Kｊｅｌｔｅｃ ２３００全自動定氮儀進行總氮測定，并記錄數據。

２結果與分析

２．１取樣點水質測定結果

２０１１年５月對兩個取樣點進行水質分析，結果顯示永豐河入湖口水中總氮含量為（４．７１±０．１１）ｍｇ／Ｌ，氨態氮含量為（２．３１±０．０８）ｍｇ／Ｌ；格美江入湖口水中總氮含量為（０．９５±０．０７）ｍｇ／Ｌ，氨態氮含量為（０．３８±０．１０）ｍｇ／Ｌ。根據地表水環境質量標準，以總氮為參考標準，永豐河入湖口處的水質為劣Ⅳ類水（總氮≥２．０ ｍｇ／Ｌ），格美江入湖口處為Ⅲ類水（總氮≤１．０ ｍｇ／Ｌ）；以氨態氮為參考標準，永豐河入湖口處的水質為劣Ⅳ類水（氨態氮≥２．０ ｍｇ／Ｌ），格美江入湖口處為Ⅱ類水（氨態氮≤０．５ ｍｇ／Ｌ）。綜合以上結果，永豐河入湖口為劣Ⅳ類水，格美江入湖口為Ⅱ～Ⅲ類水，不同水質環境下均有金魚藻的分布。

２．２不同采樣點金魚藻總氮含量的季節性變化

在不同采樣季節及不同采樣點，金魚藻總氮含量變化不明顯（圖１）。３月份永豐河入湖口的金魚藻體內總氮含量較高。５月份永豐河入湖口金魚藻內總氮含量略高于格美江入湖口。７月份兩個采樣點金魚藻的總氮含量無明顯差異。

２．３不同采樣點金魚藻硝態氮含量的季節性變化

在不同采樣季節及不同采樣點，金魚藻硝態氮含量變化較明顯（圖２）。格美江入湖口的金魚藻硝態氮含量在3月份和5月份高于永豐河入湖口，7月份相差不大，且二者在３月份和５月份金魚藻的硝態氮含量比７月份高。

２．４不同采樣點金魚藻氨態氮含量的季節性變化

不同采樣季節及不同采樣點的金魚藻氨態氮含量變化明顯（圖３）。總的來說，永豐河入湖口的金魚藻氨態氮含量明顯高于格美江入湖口，且３月份金魚藻的氨態氮含量最高。格美江入湖口金魚藻氨態氮含量隨季節變化趨勢和永豐河入湖口相同。

３討論

永豐河是城內居民生活污水的主要排放河流，永豐河入湖口的水質為劣Ⅳ類水，是劍湖一個重要的污染源。格美江是劍湖的另一主要水源，其源頭為高山泉水，途中經過幾個小村莊，有少量生活污水、農藥等的排入，格美江入湖口為Ⅱ～Ⅲ類水，其對劍湖水質也有一定的影響。在兩種不同水質條件下，均有金魚藻的廣泛分布。試驗結果顯示，在不同生長點及不同季節金魚藻體內不同形態氮含量存在差異。

金魚藻體內的總氮和氨態氮含量和環境水質有明顯的相關性。永豐河入湖口水中的總氮和氨態氮均高于格美江入湖口，因此其植物體內的總氮和氨態氮含量也相應較高。在格美江入湖口，金魚藻體內的硝態氮含量較高。硝態氮是植物最重要的氮源，硝態氮在進入植物體后一部分被還原成氨態氮，并在細胞質中進行代謝，其余部分可積累在細胞的液泡中且有時達到較高的濃度也不會對植物產生不良影響，所以硝態氮在植物體內的積累實際上是氮素貯備。植物硝態氮含量的高低可在一定程度上反映植物在特定環境下對硝態氮的吸收和保存能力［１３］。結果表明在污染較小的環境條件下，金魚藻對硝態氮的吸收和保存能力較強。而在污染嚴重的永豐河入湖口，金魚藻體內的硝態氮含量較低，說明環境中高濃度的氨態氮會抑制金魚藻對硝態氮的吸收利用。

金魚藻體內氮素水平隨季節變化明顯，３～５月金魚藻體內不同形態氮含量均高于７月。３～５月為金魚藻生長旺盛期，因此對氮素的吸收利用能力強。另一方面，７月為劍湖豐水期，降雨量較大，對水體起到稀釋作用，導致環境中氮素含量降低。要想進一步證明金魚藻對不同形態氮的吸收和轉化能力還需要結合室內模擬試驗。

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