碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(vallisneria natans) 胁迫的作用

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1、窦艳艳等：碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisnerianatans)胁迫的作用1585碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisnerianatans)胁迫的作用窦艳艳1，王保忠1，张浏1，尹大强1,2*1.污染控制与资源化研究国家重点实验室//南京大学环境学院，江苏南京210093；2.长江水环境教育部重点实验室//同济大学环境科学与工程学院，上海200092摘要：富营养化湖泊沉水植物严重退化，可溶性无机碳DIC(DissolvedInorganicCarbon)缺少是一个重要因素。本实验选择碳

2、酸氢根形态DIC(HCO3--DIC)对苦草进行处理，设计了不同的HCO3--DIC添加量(0、10、20mg·L-1)和营养水平N、P(N0.96、1.92、2.88、3.84mg·L-1，NH4+-N:NO3--N=1:3，N:P=27)的交叉实验，研究不同营养水平下HCO3--DIC对苦草(Vallisnerianatans)的生理生态影响。实验证明，苦草幼苗在生长过程中可以不断吸收水体中的DIC，经15d培养，培养液中DIC从16.91mg·L-1下降到6.27mg·L-1。21d的实验结果显示，

3、相同营养条件下高质量浓度HCO3--DIC组苦草相对生长率RGR(RelativeGrowthRate)高于其他组；无外加HCO3--DIC组过氧化物酶POD(peroxidase)活性随营养水平增加，从2.01U·mg-1增至4.03U·mg-1，相同营养水平下POD活性随HCO3--DIC增加而降低，说明水体营养水平的增高加剧了对苦草生长的胁迫，而HCO3--DIC大大减少和缓解了这种胁迫作用；中营养条件下，较低水平的HCO3--DIC质量浓度已经满足苦草叶绿素合成，而在重富营养时较高质量浓度的HCO

4、3--DIC可以促进苦草叶绿素合成，缓解营养胁迫的黄化效应。研究揭示，水体HCO3--DIC增加可以缓解富营养化对沉水植物的胁迫作用。关键词：可溶性无机碳；苦草(Vallisnerianatans)；富营养；HCO3--DIC；胁迫中图分类号：Q178.1；X524文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）04-1581-05窦艳艳等：碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisnerianatans)胁迫的作用1585我国湖泊富营养现象日趋严重，2007年太湖蓝藻大规模爆发引发了一系列危机问题

5、。科学家认为太湖问题的根源是富营养的污水和农业用水的过多排入和积累[1-2]。但除了主要因素N、P营养过多外，无机碳缺少造成的影响不可忽视。对太湖草型湖区-东太湖和藻型湖区-梅梁湾湖水可溶性无机碳(DIC)调查显示，东太湖DIC为17.0mg·L-1，梅梁湾的DIC为10.0mg·L-1[3]，说明蓝藻快速生长和繁殖利用大量无机碳致使水体DIC降低成为沉水植物退化的一个原因，也为湖泊沉水植物恢复提出一个难题。富营养化湖泊水体无机碳引起沉水植物退化的原因可以归结为：藻类爆发使水体pH升高，导致水体容纳自由态

6、CO2能力下降；大量繁殖的藻类竞争无机碳源；沉水植物表面大量的附生生物增加了水生植物叶片的胞外扩散层厚度，从而抑制沉水植物光合作用[4]。可见，研究富营养化湖泊水体无机碳对水生植物生理和生长的影响对于揭示水生植物的退化机理具有重要意义。DIC在水体中的3种形态游离CO2、HCO3-和CO32-中，各个成分的比重主要由pH决定，随着pH升高，水体游离CO2浓度逐渐降低，HCO3-和CO32-的浓度逐渐升高。富营养湖泊的pH大于7，甚至达到9以上，因此富营养湖泊占主导的DIC形态是HCO3--DIC。3种形态

7、DIC中，游离CO2可以被所有水生植物利用，且是原生质体首选的无机碳形式[5]。HCO3--DIC可以被大多数沉水植物利用，这些沉水植物主要是固着根茎直立分枝植物(elodeid)，而莲座状植物(isoetid)则不能利用HCO3--DIC[6-7]。CO32–形式无机碳不是主要的无机碳源。Maberly等学者的研究显示，大多数沉水植物可以适应低CO2环境的原因，是由于其可以利用HCO3--DIC，典型沉水植物苦草、菹草(Potamogetoncrispus)和马来眼子菜(Potamogetonmalai

8、anus)等都可以利用HCO3--DIC[8-9]。本实验选择太湖常见的可以利用HCO3--DIC的典型沉水植物苦草作为受试植物，设计进行N、P营养和HCO3--DIC的正交实验，通过实验室静态模拟研究，向富营养水体中添加外来HCO3--DIC以观察苦草生理与生长的特征变化，从而揭示HCO3--DIC对富营养化湖泊胁迫环境的缓解机理。1材料与方法1.1实验材料窦艳艳等：碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisnerianat