盤(pán)龍江青萍的磷污染指示性研究

蘭 丹，蘇 懷，常玉蘭，李福姍，張亞楠，趙宏兵

(云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650500)

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盤(pán)龍江青萍的磷污染指示性研究

蘭 丹，蘇 懷*，常玉蘭，李福姍，張亞楠，趙宏兵

(云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南昆明 650500)

[目的]判斷青萍是否可以作為盤(pán)龍江磷污染的指示性生物。[方法]以青萍作為研究對(duì)象，研究青萍對(duì)磷的耐受程度，分實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和野外調(diào)查。[結(jié)果]實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下，青萍可以在磷濃度0.1～15.0 mg/L的培養(yǎng)液中正常生長(zhǎng)。野外調(diào)查盤(pán)龍江各采樣點(diǎn)磷濃度(0.07～0.47 mg/L)的青萍分布情況：上游河段沒(méi)有出現(xiàn)，中游河段有出現(xiàn)，下游河段多度增加。[結(jié)論]青萍至少可以指示2類水以上的水質(zhì)，有青萍出現(xiàn)的水體已經(jīng)受到磷污染。

青萍；磷質(zhì)量濃度；鮮重；指示性物種；野外調(diào)查

隨著人口的不斷增長(zhǎng)及工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化十分嚴(yán)重[1]。研究表明，磷是富營(yíng)養(yǎng)化重要的污染因子[2]，對(duì)磷污染的監(jiān)測(cè)是滇池污染治理的基礎(chǔ)。盤(pán)龍江是匯入滇池的主要河流之一，對(duì)其水環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)和及時(shí)治理有利于減輕滇池的富營(yíng)養(yǎng)化程度。

水環(huán)境監(jiān)測(cè)方法主要包括化學(xué)監(jiān)測(cè)、物理監(jiān)測(cè)、生物監(jiān)測(cè)3種。其中，物理監(jiān)測(cè)和化學(xué)監(jiān)測(cè)費(fèi)時(shí)、設(shè)備昂貴，缺乏時(shí)空連續(xù)性和直觀性，不能有效反映長(zhǎng)期狀況或平均狀況。生物監(jiān)測(cè)是利用群落、種群或生物個(gè)體對(duì)環(huán)境變化所產(chǎn)生的反應(yīng)，通過(guò)生物學(xué)的方法來(lái)監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量及其變化，具有直觀、靈敏度高、費(fèi)用低、能夠綜合持續(xù)反映水質(zhì)變化等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)生物監(jiān)測(cè)，能快速地判斷出環(huán)境質(zhì)量的平均狀況，發(fā)現(xiàn)一般化學(xué)監(jiān)測(cè)或理化監(jiān)測(cè)所發(fā)現(xiàn)不了的環(huán)境問(wèn)題[3]。

水生生物與水環(huán)境關(guān)系非常緊密，生物長(zhǎng)勢(shì)的變化可以作為水環(huán)境變化的指標(biāo)[4]。 目前，藻類群落評(píng)價(jià)自然水域水質(zhì)的方法已被廣泛應(yīng)用，比如北京懷沙河、懷九河[5]，上海麗娃河[6]，黃河蘭州段[7]，貴州省錦江、紅楓湖、黔靈湖、虹山水庫(kù)、草海等水域[8-9]，廣西省桂林市桂湖[10]，四川省赤城湖水域[11]，山東省濟(jì)南地區(qū)的黑虎泉、趵突泉、珍珠泉、五龍?zhí)度蜄|平湖[12-13]，廣東省廣州市古廖涌河道[14]。通過(guò)利用藻類的環(huán)境指示作用，對(duì)以上水域的總體水質(zhì)情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，均收到了較好的效果。經(jīng)查閱資料，筆者發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)工作在滇池流域中做得還不足，也沒(méi)有將青萍作為指示性生物來(lái)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化的研究。以浮萍優(yōu)勢(shì)品種青萍(Lemnaminor)作為研究對(duì)象，研究青萍對(duì)磷的耐受程度，以此來(lái)判斷它是否可以作為滇池流域盤(pán)龍江河道磷的指示性生物。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1試驗(yàn)材料。供試青萍于2015年3月16日采自云南省昆明市滇池流域盤(pán)龍江河道，取回的青萍在云南師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)。首先，用清水清洗去掉雜質(zhì)，然后篩選出長(zhǎng)勢(shì)良好的青萍，接著用2%次氯酸鈉溶液清洗，去除附著在青萍上的細(xì)菌、藻類和其他微生物后備用[15]。

1.1.2植物培養(yǎng)液的配制。由于浮萍生長(zhǎng)主要是吸收利用水中的無(wú)機(jī)氮磷等，故筆者利用人工培養(yǎng)液來(lái)模擬富含無(wú)機(jī)氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的廢水。供試培養(yǎng)液為改良版Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，配方見(jiàn)表1。

表1　供試Hoagland營(yíng)養(yǎng)液配方

在配制儲(chǔ)備液時(shí)，將每種鹽類分別溶解，再將它們混合以免發(fā)生沉淀，置冰箱中保存。鐵鹽儲(chǔ)備液保存于棕色玻璃瓶中。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)操作。試驗(yàn)前將青萍進(jìn)行7 d的磷饑餓培養(yǎng)，培養(yǎng)所用的營(yíng)養(yǎng)液為缺磷改良的1/10倍的Hoagland營(yíng)養(yǎng)液(將營(yíng)養(yǎng)液中所含的0.5 mg/L的KH2PO4替換為0.5 mg/L的KCl)。

試驗(yàn)于2015 年3月24日開(kāi)始，試驗(yàn)培養(yǎng)時(shí)間為21 d。營(yíng)養(yǎng)液(除了沒(méi)有KH2PO4外，其他成分與表1中的配方一致)配好后，使用0.1 mol/L KOH或0.1 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH到6.5左右。培養(yǎng)液中磷質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)為0.1、1.5、3.0、15.0、46.0 mg/L。選用250 mL玻璃燒杯(直徑7 cm、高10 cm)作為試驗(yàn)容器，用黑色膠布纏繞外杯壁以避光，在5個(gè)杯中裝入200 mL Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。

用濾水網(wǎng)斗將待測(cè)青萍從漂洗的蒸餾水中撈起，濾去自由水(無(wú)水滴出現(xiàn))，將待測(cè)青萍平鋪放置在吸水紙上，吸水5 min后，采用鑷子從浮萍個(gè)體下方向上挑進(jìn)行移取，保證浮萍個(gè)體的生長(zhǎng)狀態(tài)不受影響。再用精度為0.01 g的電子天平測(cè)定其鮮重[16]。分別在5個(gè)不同濃度培養(yǎng)液的玻璃杯中放入長(zhǎng)勢(shì)良好、質(zhì)量相當(dāng)?shù)?0片青萍，鮮重為0.4 g。所有青萍都置于室內(nèi)自然光線均勻一致處培養(yǎng)觀察，試驗(yàn)期間每隔3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液。

1.2.2測(cè)定項(xiàng)目及方法。

1.2.2.1生物量。在試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行生物量(以鮮質(zhì)量計(jì))的測(cè)定，用濾水網(wǎng)斗將需要測(cè)定的浮萍從培養(yǎng)液中撈起，濾去自由水(無(wú)水滴出現(xiàn))，將待測(cè)浮萍平鋪放置在吸水的紙墊上，吸水 5 min后，用精度為0.01 g的電子天平進(jìn)行測(cè)定，并記錄不同濃度培養(yǎng)液下浮萍的鮮重(Fresh weight，F(xiàn)W)。青萍的生物量變化以相對(duì)生長(zhǎng)量(Relative Growth Yield，RGY)表示：RGY=(W2-W1)/W1[17]。式中，W2為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)所測(cè)的青萍鮮重(g)；W1為試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)所放入的青萍鮮重(g)。

1.2.2.2根長(zhǎng)。經(jīng)測(cè)量，放入前40片青萍的平均根長(zhǎng)約為28 mm，試驗(yàn)結(jié)束后用直尺測(cè)量不同濃度下的青萍根長(zhǎng)。

1.2.2.3成活率。放入前的青萍數(shù)量為40片，在試驗(yàn)結(jié)束后觀察記錄在不同濃度下青萍的成活數(shù)。成活率=成活的數(shù)量÷總數(shù)量×100%。

1.2.3統(tǒng)計(jì)分析。試驗(yàn)結(jié)果以平均值表示，利用Excel軟件建立青萍在不同濃磷度下與其鮮重、相對(duì)生長(zhǎng)量及根長(zhǎng)變化的關(guān)系。

1.3野外采樣點(diǎn)的確定及總磷(TP)含量的測(cè)定

1.3.1野外采樣點(diǎn)的確定。研究主要對(duì)松華壩以下盤(pán)龍江河段的部分水生植物的種類、分布進(jìn)行調(diào)查，沿盤(pán)龍江采集植物，并對(duì)其進(jìn)行鑒定，得出部分植物名錄。再根據(jù)典型取樣的方法，從上游松華壩出水口至滇池入湖口分別設(shè)置調(diào)查，即龍川橋、大花橋、金水灣小區(qū)、羅丈村閘、第五污水處理廠、二環(huán)北路、南太橋、永平橋、二環(huán)南路、日新路、廣福路、第二污水處理廠、蘇家地、洪家村入湖口總共14個(gè)(圖1)。

圖1　盤(pán)龍江河段采樣點(diǎn)分布Fig.1　Distribution of sampling points in Panglong River

1.3.2各采樣點(diǎn)總磷(TP)含量的測(cè)定。采用鉬銻抗分光光度法。該方法最低檢出濃度為0.01 mg/L(吸光度A=0.01時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度)；測(cè)定上限為0.60 mg/L。可適用于測(cè)定地表水、生活污水及化工、磷肥、有機(jī)加工金屬表面磷化處理、農(nóng)藥、鋼鐵、焦化等行業(yè)的工業(yè)廢水中的正磷酸鹽分析。2結(jié)果與分析

2.1青萍對(duì)磷的耐受性試驗(yàn)以所測(cè)青萍鮮重、根長(zhǎng)、成活率來(lái)判斷不同磷濃度條件下該指示性生物的長(zhǎng)勢(shì)狀況，并建立水體不同磷濃度與青萍的長(zhǎng)勢(shì)關(guān)系。

2.1.1不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍鮮重的影響(圖2)。通過(guò)該研究可以看出，青萍可以生長(zhǎng)在磷質(zhì)量濃度范圍很廣的水體環(huán)境中，在磷濃度為0.1～15.0 mg/L時(shí)青萍的能正常生長(zhǎng)，尤其是在3.0 mg/L的情況下，青萍長(zhǎng)勢(shì)最佳、鮮重最重；在磷濃度小于0.1 mg/L時(shí)青萍的鮮重發(fā)生的變化較小。磷質(zhì)量濃度為46.0 mg/L時(shí)，確實(shí)由于磷質(zhì)量濃度過(guò)高而對(duì)青萍造成了環(huán)境脅迫，抑制了青萍的生長(zhǎng)，鮮重變化也較小。中國(guó)的大型湖泊和許多河流大部分發(fā)生了嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化，磷質(zhì)量濃度超過(guò)0.2 mg/L的大型湖泊占48%[18]。而云南省昆明市滇池流域的盤(pán)龍江也屬于富營(yíng)養(yǎng)化較嚴(yán)重的河流，又是匯入滇池的主要干流，故要治理滇池必先對(duì)盤(pán)龍江進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖2　不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍鮮重的影響Fig.2　Effect of phosphorus mass concentration on fresh weight of Lemna minor

2.1.2不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍根長(zhǎng)度的影響(圖3)。根長(zhǎng)隨培養(yǎng)液中磷質(zhì)量濃度的不同，表現(xiàn)出了十分明顯的變化。在1.5～15.0 mg/L的生長(zhǎng)環(huán)境中磷營(yíng)養(yǎng)水平越低的條件下，青萍的根越長(zhǎng)。

圖3　不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍根長(zhǎng)的影響Fig.3　Effect of phosphorus mass concentration on root length of Lemna minor

2.1.3不同質(zhì)量濃度磷下青萍的成活率(表2)。高濃度磷酸鹽會(huì)抑制青萍的生長(zhǎng)，磷濃度達(dá)到46.0 mg/L時(shí)，青萍葉片變黃，根部變腐，有些植株已經(jīng)死亡。

表2不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍成活率的影響

Table 2The survival rate of Lemna minor under different phosphorus mass concentration

濃度Concentrationmg/L總株數(shù)Totalnumberofplants剩余存活株數(shù)Remainingplantssurvived成活率Survivalrate∥%0.140401001.540401003.0404010015.0404010046.0403690

2.1.4不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍相對(duì)生長(zhǎng)量的影響(圖4) 。當(dāng)環(huán)境中磷濃度水平在0.1 mg/L時(shí)，不同初始磷濃度水平對(duì)青萍生長(zhǎng)的影響不大。在1.5～3.0 mg/L范圍內(nèi)隨著初始磷濃度的增大，青萍RGY有增加；當(dāng)環(huán)境中磷濃度水平達(dá)到46.0 mg/L時(shí)，隨著初始磷濃度的繼續(xù)增大，青萍的RGY急劇下降。初始磷濃度為3.0 mg/L的處理，在培養(yǎng)21 d后，生物量由最初的0.40 g增加到0.85 g，相對(duì)生長(zhǎng)量為1.125 g；初始磷濃度為46.0 mg/L的處理，生物量增加量最低，僅為0.225 g。在磷濃度為0.1 mg/L時(shí)，生物量變化不是十分明顯，由0.40 g增加為0.57 g，相對(duì)生長(zhǎng)量為0.425 g；在磷濃度為1.5和15.0 mg/L時(shí)的鮮重分別增加為0.75和0.76 g，相對(duì)生長(zhǎng)量為0.875和0.900 g。

圖4　不同質(zhì)量濃度磷對(duì)青萍相對(duì)生長(zhǎng)量的影響Fig.4　Effect of phosphorus mass concentration on relative growth of Lemna minor

2.2盤(pán)龍江各采樣點(diǎn)磷濃度由表3可知，盤(pán)龍江水體的總磷濃度在0.07～0.47 mg/L。

2.3盤(pán)龍江優(yōu)勢(shì)水生植物的分布狀況對(duì)上述的14個(gè)采樣點(diǎn)的水生植物進(jìn)行采集，收割時(shí)將植株連根拔起，然后洗凈、去除殘枝和其他雜質(zhì)，分別稱取各種植物植株的鮮重，計(jì)算出各植株占總重量的大小得到多度，并將優(yōu)勢(shì)度最高種類確定為該群落的優(yōu)勢(shì)種。對(duì)于物種較為單一的河段，我們可直接通過(guò)觀察來(lái)確定優(yōu)勢(shì)種。

多度：總量設(shè)為50；A：15以上；B：11～14；C：6～10；D：1～5；E：小于1。

表3盤(pán)龍江各采樣點(diǎn)總磷濃度

Table 3Total phosphorus(TP)concentration of each sampling point in Panlong River

采樣點(diǎn)SamplingpointTPmg/L采樣點(diǎn)SamplingpointTPmg/L龍川橋LongchuanBridge0.08永平橋YongpingBridge0.09大花橋DahuaBridge0.07二環(huán)南路SouthSecondRingRoad0.11金水灣小區(qū)JinshuiwanCommunity0.07日新路RixinRoad0.13羅丈村閘LuozhangVil-lageDam0.08廣福路GuangfuRoad0.13第五污水處理廠No.5SewageTreatmentPlant0.10第二污水處理廠No.2SewageTreatmentPlant0.13二環(huán)北路NorthSecondRingRoad0.11蘇家地Sujiadi0.14南太橋NantaiBridge0.09洪家村入湖口Lakein-letinHongjiaVillage0.47

圖5　盤(pán)龍江優(yōu)勢(shì)水生植物分布Fig.5　Distribution of dominant hydrophyte in Panlong River

由圖5可見(jiàn)，青萍在上游河段沒(méi)有出現(xiàn)，多度為E：0；在中游河段有出現(xiàn)，多度為D：3；在下游河段多度增加，為D：5。

3　結(jié)論與討論

(1)青萍可以在磷濃度為0.1～15.0 mg/L 的水體中均可正常生長(zhǎng)。 青萍生長(zhǎng)的最適磷濃度為3.0 mg/L，在這個(gè)濃度下青萍長(zhǎng)勢(shì)最佳；但當(dāng)磷達(dá)到46.0 mg/L的高濃度時(shí)，青萍生長(zhǎng)受到抑制，葉片枯萎變黃，根部開(kāi)始變腐脫落。根據(jù)室內(nèi)培養(yǎng)以及野外調(diào)查的對(duì)比結(jié)果顯示：青萍可以在高磷濃度的水體中生長(zhǎng)，且長(zhǎng)勢(shì)較好。

(2)由青萍的磷耐受性研究可知，當(dāng)培養(yǎng)液中磷濃度為0.1～15.0 mg/L時(shí)青萍均可正常生長(zhǎng)。當(dāng)培養(yǎng)液中磷濃度接近3.0 mg/L時(shí)，青萍的鮮重和相對(duì)生長(zhǎng)量最大。當(dāng)磷濃度達(dá)到46.0 mg/L時(shí)，青萍的生長(zhǎng)受到抑制。根據(jù)盤(pán)龍江各個(gè)采樣點(diǎn)的總磷濃度(0.07～0.47 mg/L)以及盤(pán)龍江優(yōu)勢(shì)水生植物的分布狀況可知，青萍在上游河段沒(méi)有出現(xiàn)，多度為E：0，總磷濃度<0.1 mg/L；在中游河段有出現(xiàn)，多度為D：3，總磷濃度在0.1 mg/L左右；在下游河段多度增加，為D：5，總磷濃度>0.1 mg/L。由野外調(diào)查結(jié)果對(duì)照實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)結(jié)果可知：在水體總磷濃度低于0.1 mg/L的時(shí)候，青萍的數(shù)量比較少；在水體總磷濃度大于0.1 mg/L時(shí)，青萍的數(shù)量明顯增加，且呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。由上述可推測(cè)，青萍可以作為盤(pán)龍江磷污染的指示性水生植物，有青萍出現(xiàn)的水體已經(jīng)受到磷污染。

表4　不同年份滇池草海、外海歷年TP含量　mg/L

表5中國(guó)水環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)目錄(部分)

Table 5China’s water environment protection standard directory(selective) mg/L

分類Class總磷(以P計(jì))TP(asperP)分類Class總磷(以P計(jì))TP(asperP)Ⅰ0.02(湖、庫(kù)0.01)Ⅳ0.3(湖、庫(kù)0.01)Ⅱ0.10(湖、庫(kù)0.01)Ⅴ0.4(湖、庫(kù)0.01)Ⅲ0.20(湖、庫(kù)0.01)

根據(jù)研究結(jié)果并對(duì)照歷年來(lái)滇池水體的TP含量(表4)[19]和中國(guó)水環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)目錄(表5)，推測(cè)出青萍可以用于對(duì)水體磷污染的指示，青萍至少可以指示Ⅱ類水以上的水質(zhì)，有青萍出現(xiàn)的水體已經(jīng)受到磷污染。

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Lemna Minor Indicative of Phosphorus Pollution in Panlong River

LAN Dan, SU Huai*, CHANG Yu-lan et al

(School of Tourism and Geographical Science, Yunnan Normal University, Kunming, Yunnan 650500)

[Objective] To study the lemna minor indicative of phosphorus pollution in Panlong River. [Methods] Laboratory cultivation and field survey were carried. [Results] In laboratory cultivation condition: lemna minor can grow normally in culture solution with phosphorus concentration of 0.1 mg/L to 15 mg/L. In field survey condition, the phosphorus concentration at each sampling point in Panlong River was 0.07 mg/L to 0.47 mg/L. Distribution of lemna minor: no distribution in upper reaches, slight distribution in middle reaches, more abundance in low reaches. [Conclusion] Lemma minor can indicate the water quality above grade II, and water with appearance of lemna minor indicates phosphorus pollution.

Lemna minor; Phosphorus concentration; Fresh weight; Indicative species; Field survey

云南師范大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目(ky2014-175)。

蘭丹(1994- )，女，四川宜賓人，本科生，專業(yè)：地理科學(xué)。*通訊作者，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事環(huán)境變化與區(qū)域管理研究。

2016-05-20

S 181.3

A

0517-6611(2016)19-053-04