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摘 要：选取4种长潭水库消落带上常见的湿地水生植物水芹、菖蒲、水蓼、莎草，研究其对水库水体中氨态氮和硝态氮的降解能力。结果表明，4种水生植物对NH4-N和NO3-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NH4-N和NO3-N浓度都显著降低，但各植物对水体中NH4-N和NO3-N的降解率相差较大。其中，以水芹对水体中NH4-N和NO3-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草处理水体NH4-N和NO3-N的降解率最低。并且在实验期间的后15d，各处理水体中NH4-N和NO3-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓。 结果可为浙江省水库消落带植物群落的构建和湿地生态系统的恢复以及水库富营养化治理提供依据。
关键词：水库;消落带;水生植物;NH4-N;NO3-N;降解
中图分类号 S564.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）24-0102-2
水库消落带是指水库中由于季节性水位涨落和人为调控水库水位涨落，致使被水淹没的土地周期性出露水面，是一种特殊的季节性水陆交替湿地生态系统。水库消落带作为水库和地表水的分界面，其在控制水库水质、减少水库污染方面具有重要作用[1]。
水库富营养化指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象[2]。随着大量的不合理施用的化肥、农药所造成农业面源污染的随机排放，导致了湖泊、河流和水库的富营养化。浙江省的水库大多是饮用水水库。在水库的富营养化治理的各种措施中，利用消落带中的水生植物吸收水体中氨态氮和硝态氮等营养物质、降解水库中污染物指标是一种高效低成本的治理措施。本研究选取4种长潭水库消落带上常见的湿地水生植物，分别是水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus L.） 、水蓼（Polygonum hydropiper L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）。研究其对水体中氨态氮和硝态氮的降解能力，从中筛选出对水库水体水质净化效果好的植物，为水库消落带植物群落的构建和湿地生态系统的恢复提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试植物 选取在浙江省黄岩长潭水库消落带上自然生长的、生长良好且生长一致的4种湿地水生植物各100g，分别是水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus L.） 、水蓼（Polygonum hydropiper L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）。
1.2 实验方法 实验于2017年5月10日至6月10日在浙江省长潭水库管理局塑料大棚内进行。水生植物种植在直径40cm、高45cm的桶，容积都为56L。桶的底部放置厚度为10cm的砾石。实验采用人工配置污水的方式，水体主要成分为（NH4）SO4、KNO3，和KH2PO4，其余营养成分根据Hoagland营养液进行配置。模拟污水中N、P元素初始浓度是根据对浙江省长潭水库的实 际测定值来确定的。每桶种植一种植物，每处理设3个重复。实验期间每天添加水库里的水补充水面蒸发和植物蒸腾所损失的水分，以保持桶里的水位而不被降低。
1.3 测定指标 于5月25日和6月10日对每个桶内的水质进行一次取样，测定其NH4-N、NO3-N、TN、TP值。水样中NH4-N采用纳氏试剂光度法（GB 7479-87），NO3-N采用酚二磺酸光度法（GB7480-87）[3]。
2 结果与分析
2.1 消落带水生植物对水体中NH4-N的降解效应 如表1和表2所示，4种水生植物对NH4-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NH4-N浓度都显著降低。由实验开始时的2.54～2.65mg·L-1降低到1.37～1.87mg·L-1，4种植物的降解率为28.03%～46.48%。但各植物对水体中NH4-N的降解率相差较大，以水芹对水体中NH4-N的降解率最大，水体中NH4-N浓度由实验开始时的2.56（mg·L-1）降到15d后的1.37mg·L-1，降解率为46.48%。其次是菖蒲，水体中NH4-N浓度由实验开始时的2.61mg·L-1下降到15d后的1.76mg·L-1，降解率为32.57%。以莎草处理水体NH4-N的降解率最低，由实验开始时的2.54mg·L-1下降到15d后的1.83mg·L-1，降解率只有28.03%。
从表2可看出，在实验期间的后15d，各处理水体中NH4-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓，4种植物的降解率为16.12%～22.41%，比前15d4种植物对NH4-N降解率的28.03%～46.48%明显减少。这期间各植物对水体中NH4-N的降解率还是有区别的。同样的，以水芹对水体中NH4-N的降解率最大，降解率为22.41%。其次是菖蒲，降解率为21.59%。以莎草处理水体NH4-N降解率最低，降解率只有16.12%。
2.2 消落带水生植物对水体中NO3-N的降解效应 如表3和表4所示，4种水生植物对NO3-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NO3-N浓度都显著降低。由实验开始时的1.98～2.12mg·L-1下降到1.21～1.41mg·L-1，4种植物的降解率为30.36～41.26%。
但各植物对水体中NO3-N的降解率相差较大。以水芹对水体中NO3-N的降解率最大，水体中NO3-N浓度由实验开始时的2.06mg·L-1下降到15d后的1.21mg·L-1，降解率為41.26%。其次是菖蒲，水体中NO3-N浓度由实验开始时的2.12mg·L-1降到15d后的1.37mg·L-1，降解率为35.61%。以莎草处理水体NO3-N降解率最低，由实验开始时的2.03mg·L-1下降到15d后的1.41mg·L-1，降解率只有30.36%。 从表4还可看出，在实验期间的后15d，各处理水体中NO3-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓，4种植物的降解率为20.19%～23.14%。比前15d4种植物对NO3-N降解率的30.36%～41.26%要明显减少。但这期间各植物对水体中NO3-N的降解率还是有区別的。同样的，以水芹对水体中NO3-N的降解率最大，降解率为23.14%。其次是菖蒲，降解率为22.12%。以莎草处理的水体NO3-N降解率最低，降解率只有20.19%。
3 讨论
（1）在有水生植物存在的水库消落带湿地生态系统中，水生植物通过光合作用释放氧气，以及通过通气组织将氧气从空气中输送到植物的根系，这样植物根际周围会产生硝化细菌群落，水库水体中的NH4+在植物根际发生硝化作用而产生NO3-。水生植物非根际区域由于处在淹水条件下氧气含量较低。厌氧环境促使NO3-进行反硝化作用而产生气态的N2和N2O散失到大气中去。植物根系的这种分泌氧气的特性还使水库消落带湿地生态系统中的底泥产生氧化层和还原层，从而使得硝化作用和反硝化作用交替进行而脱氧，从而使得水库水体中的总氮得到降解[4]。
（2）利用水生植物进行水库水体富营养化治理具有投资少、风险小、效率高等优势。但很多水生植物到冬季就停止生长，容易产生二次污染。因此，今后在水生植物降污研究上，应注意筛选能安全越冬且能高效净化水体的植物种类，以使水库水体能周年得到净化。
4 结论
（1）浙江省山区水库消落带湿地中常见的水生植物水芹、菖蒲、水蓼、莎草4种水生植物对NH4-N都具有良好的降解效果，但各植物对水体中NH4-N的降解率相差较大。其中，以水芹对水体中NH4-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草处理水体NH4-N降解率最低。并且在实验期间的后15d，各处理水体中NH4-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓。
（2）4种水生植物对NO3-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NO3-N浓度都显著降低，但各植物对水体中NO3-N的降解率相差较大。其中，以水芹对水体中NO3-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草处理水体NO3-N降解率最低。并且在实验期间的后15d，各处理水体中NO3-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓。
（3）在浙江省山区水库恢复和重建水芹、菖蒲等水生植物作为消落带的建群种，是治理水库富营养化、防止蓝藻暴发的有效措施。
参考文献
[1]陈翠翠，于洪贤，姚允龙，等.西泉眼水库消落带水生植物群落及分布特点[J].东北林业大学学报，2012，40（1）：110-113.
[2]钟一铭，曹瑛杰.土地利用方式对浙江省长潭水库富营养化程度的影响[J].江西农业学报，2010，22（5）：110-113.
[3]国家环境保护总局《水和废水监测方法》编委会，水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002：243-257.
[4]韩潇源，宋志文，李培英.高效净化氮磷污水的湿地水生植物筛选与组合[J].湖泊科学，2008，20（6）：741-747.
（责编：张宏民）
关键词：水库;消落带;水生植物;NH4-N;NO3-N;降解
中图分类号 S564.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）24-0102-2
水库消落带是指水库中由于季节性水位涨落和人为调控水库水位涨落，致使被水淹没的土地周期性出露水面，是一种特殊的季节性水陆交替湿地生态系统。水库消落带作为水库和地表水的分界面，其在控制水库水质、减少水库污染方面具有重要作用[1]。
水库富营养化指的是水体中N、P等营养盐含量过多而引起的水质污染现象[2]。随着大量的不合理施用的化肥、农药所造成农业面源污染的随机排放，导致了湖泊、河流和水库的富营养化。浙江省的水库大多是饮用水水库。在水库的富营养化治理的各种措施中，利用消落带中的水生植物吸收水体中氨态氮和硝态氮等营养物质、降解水库中污染物指标是一种高效低成本的治理措施。本研究选取4种长潭水库消落带上常见的湿地水生植物，分别是水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus L.） 、水蓼（Polygonum hydropiper L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）。研究其对水体中氨态氮和硝态氮的降解能力，从中筛选出对水库水体水质净化效果好的植物，为水库消落带植物群落的构建和湿地生态系统的恢复提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试植物 选取在浙江省黄岩长潭水库消落带上自然生长的、生长良好且生长一致的4种湿地水生植物各100g，分别是水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus L.） 、水蓼（Polygonum hydropiper L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）。
1.2 实验方法 实验于2017年5月10日至6月10日在浙江省长潭水库管理局塑料大棚内进行。水生植物种植在直径40cm、高45cm的桶，容积都为56L。桶的底部放置厚度为10cm的砾石。实验采用人工配置污水的方式，水体主要成分为（NH4）SO4、KNO3，和KH2PO4，其余营养成分根据Hoagland营养液进行配置。模拟污水中N、P元素初始浓度是根据对浙江省长潭水库的实 际测定值来确定的。每桶种植一种植物，每处理设3个重复。实验期间每天添加水库里的水补充水面蒸发和植物蒸腾所损失的水分，以保持桶里的水位而不被降低。
1.3 测定指标 于5月25日和6月10日对每个桶内的水质进行一次取样，测定其NH4-N、NO3-N、TN、TP值。水样中NH4-N采用纳氏试剂光度法（GB 7479-87），NO3-N采用酚二磺酸光度法（GB7480-87）[3]。
2 结果与分析
2.1 消落带水生植物对水体中NH4-N的降解效应 如表1和表2所示，4种水生植物对NH4-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NH4-N浓度都显著降低。由实验开始时的2.54～2.65mg·L-1降低到1.37～1.87mg·L-1，4种植物的降解率为28.03%～46.48%。但各植物对水体中NH4-N的降解率相差较大，以水芹对水体中NH4-N的降解率最大，水体中NH4-N浓度由实验开始时的2.56（mg·L-1）降到15d后的1.37mg·L-1，降解率为46.48%。其次是菖蒲，水体中NH4-N浓度由实验开始时的2.61mg·L-1下降到15d后的1.76mg·L-1，降解率为32.57%。以莎草处理水体NH4-N的降解率最低，由实验开始时的2.54mg·L-1下降到15d后的1.83mg·L-1，降解率只有28.03%。
从表2可看出，在实验期间的后15d，各处理水体中NH4-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓，4种植物的降解率为16.12%～22.41%，比前15d4种植物对NH4-N降解率的28.03%～46.48%明显减少。这期间各植物对水体中NH4-N的降解率还是有区别的。同样的，以水芹对水体中NH4-N的降解率最大，降解率为22.41%。其次是菖蒲，降解率为21.59%。以莎草处理水体NH4-N降解率最低，降解率只有16.12%。
2.2 消落带水生植物对水体中NO3-N的降解效应 如表3和表4所示，4种水生植物对NO3-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NO3-N浓度都显著降低。由实验开始时的1.98～2.12mg·L-1下降到1.21～1.41mg·L-1，4种植物的降解率为30.36～41.26%。
但各植物对水体中NO3-N的降解率相差较大。以水芹对水体中NO3-N的降解率最大，水体中NO3-N浓度由实验开始时的2.06mg·L-1下降到15d后的1.21mg·L-1，降解率為41.26%。其次是菖蒲，水体中NO3-N浓度由实验开始时的2.12mg·L-1降到15d后的1.37mg·L-1，降解率为35.61%。以莎草处理水体NO3-N降解率最低，由实验开始时的2.03mg·L-1下降到15d后的1.41mg·L-1，降解率只有30.36%。 从表4还可看出，在实验期间的后15d，各处理水体中NO3-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓，4种植物的降解率为20.19%～23.14%。比前15d4种植物对NO3-N降解率的30.36%～41.26%要明显减少。但这期间各植物对水体中NO3-N的降解率还是有区別的。同样的，以水芹对水体中NO3-N的降解率最大，降解率为23.14%。其次是菖蒲，降解率为22.12%。以莎草处理的水体NO3-N降解率最低，降解率只有20.19%。
3 讨论
（1）在有水生植物存在的水库消落带湿地生态系统中，水生植物通过光合作用释放氧气，以及通过通气组织将氧气从空气中输送到植物的根系，这样植物根际周围会产生硝化细菌群落，水库水体中的NH4+在植物根际发生硝化作用而产生NO3-。水生植物非根际区域由于处在淹水条件下氧气含量较低。厌氧环境促使NO3-进行反硝化作用而产生气态的N2和N2O散失到大气中去。植物根系的这种分泌氧气的特性还使水库消落带湿地生态系统中的底泥产生氧化层和还原层，从而使得硝化作用和反硝化作用交替进行而脱氧，从而使得水库水体中的总氮得到降解[4]。
（2）利用水生植物进行水库水体富营养化治理具有投资少、风险小、效率高等优势。但很多水生植物到冬季就停止生长，容易产生二次污染。因此，今后在水生植物降污研究上，应注意筛选能安全越冬且能高效净化水体的植物种类，以使水库水体能周年得到净化。
4 结论
（1）浙江省山区水库消落带湿地中常见的水生植物水芹、菖蒲、水蓼、莎草4种水生植物对NH4-N都具有良好的降解效果，但各植物对水体中NH4-N的降解率相差较大。其中，以水芹对水体中NH4-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草处理水体NH4-N降解率最低。并且在实验期间的后15d，各处理水体中NH4-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓。
（2）4种水生植物对NO3-N都具有良好的降解效果，在实验期间前15d，各处理水体中NO3-N浓度都显著降低，但各植物对水体中NO3-N的降解率相差较大。其中，以水芹对水体中NO3-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草处理水体NO3-N降解率最低。并且在实验期间的后15d，各处理水体中NO3-N浓度与前15d相比下降幅度明显迟缓。
（3）在浙江省山区水库恢复和重建水芹、菖蒲等水生植物作为消落带的建群种，是治理水库富营养化、防止蓝藻暴发的有效措施。
参考文献
[1]陈翠翠，于洪贤，姚允龙，等.西泉眼水库消落带水生植物群落及分布特点[J].东北林业大学学报，2012，40（1）：110-113.
[2]钟一铭，曹瑛杰.土地利用方式对浙江省长潭水库富营养化程度的影响[J].江西农业学报，2010，22（5）：110-113.
[3]国家环境保护总局《水和废水监测方法》编委会，水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002：243-257.
[4]韩潇源，宋志文，李培英.高效净化氮磷污水的湿地水生植物筛选与组合[J].湖泊科学，2008，20（6）：741-747.
（责编：张宏民）