水葫蘆在海水中的馴化及其對氨氮的去除能力研究

許澤昊 胡海燕

摘要?[目的]研究水葫蘆在海水馴化條件下對氨氮的去除能力。[方法]設置不同鹽度試驗組對水葫蘆進行馴化，采用納氏試劑法測定水體中氨氮濃度。[結果]1∶2和1∶5試驗組比1∶0和1∶1試驗組更快到達平穩期，且去除氨氮效果更好。1∶0、1∶1、1∶2和1∶5試驗組氨氮去除率分別為49.79%、66.45%、70.65%和77.43%。[結論]水葫蘆可以在較低鹽度生長且氨氮去除率高，通過海水馴化可以使得水葫蘆更加適應海水環境，并為治理近海海域水體富營養化提供可靠的理論基礎。

關鍵詞?水葫蘆;馴化;富營養化;氨氮;去除能力

中圖分類號?X52文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）22-0065-02

Abstract?[Objective]The research aimed to study the ability of Eichhornia crassipes to remove ammonia nitrogen under seawater domestication conditions.[Method]The experimental group with different salinity was used to acclimate Eichhornia crassipes，and the ammonia nitrogen concentration in water was determined by Nessler's reagent method.[Result]The 1∶2 and 1∶5 experimental groups reached the stationary phase faster than the 1∶0 and 1∶1 experimental groups，and the effect of removing ammonia nitrogen was better.The ammonia nitrogen removal rates of the 1∶0，1∶1，1∶2，and 1：5 experimental groups were 49.79%，66.45%，70.65% and 77.43%，respectively.[Conclusion]Eichhornia crassipes can grow at lower salinity and high ammonia nitrogen removal rate.Water domestication can make Eichhornia crassipes more adapt to seawater environment and provide a reliable theoretical basis for the treatment of eutrophication in offshore waters.

Key words?Eichhornia crassipes;Acclimation;Eutrophication;Ammoina nitrogen;Removal ability

近幾十年來，內陸居民農藥化肥的濫用，工業革命以來的化石燃料的燃燒等人類活動使得海洋環境中營養鹽陸地輸入的總量不斷增加，近海海域中水體富營養化現象日益嚴重[1]。海洋赤潮的不斷暴發正是近海海域水體富營養化最為突出的表現，并且暴發頻率持續增加、暴發區域不斷擴大[2]。

水葫蘆，又稱為鳳眼蓮[3]，屬于被子植物門、單子葉植物綱、粉狀胚乳目、雨久花亞目、雨久花科、鳳眼藍屬、鳳眼藍種[4]。由于水葫蘆利用水體中營養鹽的能力強，在1901年引進我國時常作為水體凈水植物來擴大培育。水葫蘆能夠很好地吸收水體中的氨氮，從而達到凈化水體的目的。水葫蘆有2種繁殖方式：有性繁殖和通過葡旬莖增殖的無性繁殖[5]。無性繁殖使得水葫蘆更快地擴大種群優勢，占領生態位，壓迫其他生物的生存環境[6]。水葫蘆具有廣泛的溫度適應性，且在25～35 ℃繁殖速度最快[7-8]。若能將水葫蘆進行鹽度馴化，可以使得利用水葫蘆治理近海海域水體富營養化成為可能。筆者通過設置不同鹽度試驗組和對照組，對水葫蘆進行馴化，測定水體中的氨氮濃度隨時間的變化，考察水葫蘆在海水介質中馴化的可能性及其對氨氮的吸收能力。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

水葫蘆取自浙江舟山臨城街道附近水道，選取長勢良好的植株，將附著于其上的浮萍等其他水生植物及其他雜質洗凈后進行培養。

海水取自浙江海洋大學附近海域，并以0.45 μm孔徑濾膜過濾抽濾后備用。將抽濾好的海水與淡水分別按照1∶5、1∶2、1∶1、1∶0的比例混合至10 L，分別放入4個水桶中，并貼好標簽。然后分別稱取葡萄糖10.00 g、磷酸氫二鉀7.50 g、磷酸二氫鈉2.50 g、碳酸氫鈉10.00 g、硫酸鎂0.20 g、氯化銨0.38 g，溶解于4組不同比例的10 L水樣中。

1.2?試驗方法

1.2.1?水葫蘆的馴化。從處理好的水葫蘆樣本中挑選出生長狀態良好的植株，用吸水紙吸干表面水分。然后將等株數的水葫蘆分別放入4個水桶中，加入量以能夠均勻鋪滿桶表面為準，放入前先稱量每株的重量。定期測定和觀察水葫蘆的生長狀況，包括側根分支情況、凈重及其植株的高度。

1.2.2?氨氮的測定。

采用納氏試劑分光光度法測定氨氮濃度。每隔24 h從4個桶中分別移取1 mL置于50?mL具塞比色管，加蒸餾水至標線，加入 1.0?mL 酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，再加入納氏試劑1.0 mL，搖勻。放置10 min 后，在波長420 nm下測定水樣的吸光度，依工作曲線計算氨氮含量。

1.3?數據處理?試驗所得數據用IBM SPSS Statistics 24和Origin 8.5分析和處理。

2?結果與分析

2.1?水葫蘆生長狀況

從前期培養的水葫蘆中分別挑選出3株生長狀況良好的水葫蘆，分別標為1、2、3，用吸水紙吸干，測量每一株的重量和高度，并觀察其分支情況，做好記錄，然后將其分別放入已配好培養液的水桶中進行馴化試驗。水葫蘆的初始生長狀況如表1所示。之后每隔3 d將水葫蘆從水桶中拿出，用吸水紙吸干后測定其生長狀況，其重量的變化情況如表2所示。

從表1、2可看出，在最初的階段各組水葫蘆的重量都有小幅度增加，之后開始有所減小，且大株的水葫蘆重量變化趨勢較為明顯，而小株的水葫蘆重量變化不大。1∶0試驗組為全海水，其各株水葫蘆減少的質量最多，而1∶5試驗組海水比例最小，其各株水葫蘆質量幾乎沒有減小，一直呈增加的趨勢，只是增加的幅度變得很小，其余兩組差距不明顯。總體來說，水葫蘆的質量變化不大，各組之間的區別也不是很明顯。

在培養3～4 d后，水葫蘆邊上葉子的外圍一圈開始脫水發黃，變得干枯，之后開始漸漸枯萎，中間的葫蘆開始干癟。而1∶0試驗組中的水葫蘆在第2天有些葉子就開始出現脫水現象，葉子周圍細細的一圈開始發黃。各組水葫蘆的分支均沒有增加，高度變化也不明顯。

可見在海水與淡水混合配制的培養液中，由于鹽度較高，水葫蘆的生長狀況并不是很理想，很短的時間便開始出現脫水現象。特別是在1∶0試驗組中，水葫蘆的脫水現象最為明顯，海水濃度低的又相對好一些。

2.2?氨氮的濃度變化

由圖1可知，1∶0試驗組的氨氮濃度在開始5 d呈下降趨勢，在第6天突然回升，之后下降慢慢趨于穩定;1∶1試驗組的氨氮濃度在下降后的第6天有很明顯的一個回升，之后慢慢穩定;1∶2試驗組中氨氮濃度變化較之前兩組相對穩定，第7天后呈現穩定趨勢;1∶5試驗組中海水含量最少，第5天后氨氮濃度變化相對穩定。各組水葫蘆的氨氮濃度總體呈下降趨勢，且均在第1天到第2天降低最快。1∶5試驗組在第5天后氨氮濃度便趨于穩定，1∶2試驗組的氨氮濃度在第8天后趨于穩定，1∶1的氨氮濃度在第9天后趨于穩定，1∶0試驗組是在第9天后慢慢穩定;且趨于穩定后1∶5試驗組的氨氮濃度最低，之后依次是1∶2、1∶1、1∶0試驗組以及1∶0和1∶1試驗組的氨氮濃度相近，無顯著性差別;在第13天時，1∶0、1∶1、1∶2和1∶5試驗組氨氮去除率分別為49.79%、66.45%、70.65%和77.43%。由此可知，水葫蘆對水體中的氨氮具有較強的吸收能力。鹽度越低時，水葫蘆對氨氮的吸收效果更好，且更快到達平穩期。當鹽度升高時，鹽度對水葫蘆具有鹽脅迫作用，抑制水葫蘆生長，因此水葫蘆對氨氮的吸收效果不穩定。

3?結論與討論

該研究通過設置鹽度對照試驗組探究了不同鹽度下水葫蘆的氨氮去除率。鹽度對水葫蘆具有脅迫作用，抑制水葫蘆生長，但是低鹽度對水葫蘆抑制作用不明顯，水葫蘆生長狀況與吸收氨氮濃度的能力相關，因此在低鹽度下水葫蘆吸收氨氮能力強于高鹽度。

有研究表明，水葫蘆對水體中的營養鹽具有較強的富集作用[9]，水葫蘆通過根系吸收水體中的氮磷等營養鹽加快自身繁殖和生長[10]。水葫蘆的根部為許多活性微生物提供了良好的生存環境，微生物和水葫蘆形成了良好的共生關系[11]。因此對水葫蘆的馴化可以使得水葫蘆更好地適應高鹽環境、更好地生長，從而得到更高的氨氮去除率。

參考文獻

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