1 材料與方法1.1 試驗材料
試驗材料粉綠狐尾藻采自華中農業大學生態基地培養池, 供試水體和底泥取自華中農業大學南湖池塘.污水和底泥的基本理化性質：污水總氮濃度為0.70 mg?L-1, 銨態氮濃度為0.52 mg?L-1, 硝態氮濃度為0.06 mg?L-1, 總磷濃度為0.12 mg?L-1, 溶解氧濃度為6.45 mg?L-1, pH為6.97, 底泥全氮含量為3.58g?kg-1.試驗于夏季自然光照條件下在華中農業大學資源與環境學院校內實習基地進行, 時間為2016年6月19日至2016年7月25日, 期間測定水溫為21.9~32.0℃, 室溫為21.5~33.2℃.
1.2 試驗處理
試驗采用高40 cm, 桶口直徑35 cm, 體積為20 L的塑料桶, 每個塑料桶盛裝污水的體積為18 L, 底泥過篩且每桶盛裝重量為5 kg, 厚度約為5 cm.試驗設置3個污水氮濃度和3個NH4+/NO3-比, 總磷的濃度均調節為15.9 mg?L-1, 共9個處理, 水體的銨態氮用NH4Cl補充, 硝態氮用KNO3補充, 總磷用KH2PO4補充.試驗開始前粉綠狐尾藻用清水馴化7 d, 選取生長旺盛, 形態大小均勻的粉綠狐尾藻剪取cm長的莖, 每個處理生物量為g, 重復4次.每天定時用純水補充蒸發水量以保證體積恒定.
1.3 監測指標與方法
試驗期間分別于7、14、21、28、35 d測定粉綠狐尾藻的生物量以及水體總氮、銨態氮、硝態氮; 采集不同處理植物樣和底泥用于氮含量測定; 35 d收獲后測定氮在植物體內的主要存在形態.總氮采用過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定; 銨態氮用納氏試劑比色法測定; 硝態氮用紫外分光光度法測定; 粉綠狐尾藻體氮含量用濃H2SO4-H2O2消化-半微量蒸餾法測定; 底泥中全氮用凱氏-蒸餾法測定; 蛋白質含量用考馬斯亮藍G-250法測定; 硝態氮含量用比色法測定; 氨基態氮含量用茚三酮試劑顯色法測定.
1.4 數據（data)分析
采用Excel 2013軟件統計數據, 用Sigmaplot 10.0繪制圖表, 采用SPSS 18.0軟件對試驗數據進行方差分析和顯著性分析.
2 結果與分析2.1 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻生物量的影響
粉綠狐尾藻的生物量和生物量增長速率隨時間因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.不同處理粉綠狐尾藻的生物量均在0~14 d增長最快, 其中0~7 d生物量增長速率最大約為7~14 d的1.79~3.14倍, 氮濃度200 mg?L-1的不同NH4+/NO3-比處理在14~21 d仍具有相對較高的生長速率, 其它處理14 d后生物量增長速率顯著降低.氮濃度20 mg?L-1、100 mg?L-1時以NH4+/NO3-=
1:0的生物量最大, 且氮濃度20 mg?L-1的不同NH4+/NO3-比處理生物量均在28 d達到最大; 氮濃度200 mg?L-1時以NH4+/NO3-=0.
5:0.5處理生物量最大, 且生物量均在21 d達到最大.粉綠狐尾藻在氮濃度為20 mg?L-1、100 mg?L-1時, 可能主要以銨態氮作為氮源供給植物生長的需求, NH4+/NO3-=
1:0的生物量顯著高于NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理, 而氮濃度為200 mg?L-1時, 銨態氮和硝態氮平衡更有利于粉綠狐尾藻的生長.由此說明, 氮濃度200 mg?L-1時, 粉綠狐尾藻以NH4+/NO3-=0.
5:0.5處理生長最好, 銨態氮和硝態氮的平衡更有利于其生長, 且由于氮供應充足不同NH4+/NO3-比處理生物量均在21 d達到最大; 氮濃度20 mg?L-1、100 mg?L-1時, 可能以銨態氮作為主要氮源, 生物量均以NH4+/NO3-=
1:0處理最大.
表 1 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻生物量的影響1)/g
表 2 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻生物量增長速率的影響/g?d-1
2.2 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻去氮能力和效果的影響2.2.1 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻總氮去除能力的影響
不同處理總氮濃度隨粉綠狐尾藻處理時間增長而降低, 且因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.氮濃度20 mg?L-1的不同NH4+/NO3-比處理, 0~7 d總氮的去除率為85.2%~93.3%, 其中以NH4+/NO3-=
1:0的處理去除率最高, 14 d后總氮濃度均保持在較低的水平, 35 d時去除率為95.1%~95.4%, 且不同NH4+/NO3-比處理間總氮濃度無顯著差異; 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1的不同NH4+/NO3-比處理, 0~7d總氮的去除率分別為75.9%~96.7%、63.2%~91.8%, 且均以NH4+/NO3-=0:1處理去除率最高, 35 d時去除率分別為95.1%~98.5%、82.7%~99.3%.不同處理總氮的去除速率均在0~7 d最高, 去除速率隨總氮濃度而升高而增加.氮濃度20 mg?L-1時, NH4+/NO3-=
1:0處理去除速率最高; 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, NH4+/NO3-=0:1處理去除速率最高. 7 d后不同處理總氮去除速率隨時間降低, 且氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, NH4+/NO3-=
1:0處理篩除速率顯著高于其它處理, 28~35 d水體總氮的濃度基本保持穩定（解釋:穩固安定；沒有變動).綜上所述, 不同氮濃度和NH4+/NO3-比污水總氮均在0~7 d去除速率最高, 且能夠達到較高的去除率, 總氮的去除速率隨氮濃度的升高而增加, 氮濃度20 mg?L-1時, 以NH4+/NO3-=
1:0篩除率和去除速率最高, 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, 以NH4+/NO3-=0:1去除率和去除速率最高.不同處理總氮的去除速率隨時間逐漸降低, 其中氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, NH4+/NO3-=
1:0處理總氮濃度呈持續下降的趨勢. 35 d時除氮濃度200 mg?L-1的NH4+/NO3-=
1:0處理, 不同處理總氮的去除率均達到95%以上, 粉綠狐尾藻對污水中總氮的去除受污水氮濃度和NH4+/NO3-比的影響(influence).
表 3 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻總氮去除能力的影響1)/mg?L-1
2.2.2 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻銨態氮去除能力的影響
不同處理銨態氮濃度隨粉綠狐尾藻處理時間增長而降低, 且因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.處理7 d時, 氮濃度20、100、200 mg?L-1的NH4+/NO3-為
1:0、0.
5:0.5的處理銨態氮的去除率分別為91.7%和96.3%、68.2%和95.9%、72.0%和93.2%; 35 d時除氮濃度200 mg?L-1的NH4+/NO3-=
1:0處理銨態氮去除率為87.36%, 其它處理去除率基本均達到100%.不同氮濃度時, NH4+/NO3-=0:1處理銨態氮濃度均出現增長, 但試驗期間一直維持在較低的水平.不同處理銨態氮的去除速率均在0~7 d最高, 且去除速率隨銨態氮濃度的升高而增加即以NH4+/NO3-=
1:0最高, 隨后隨時間逐漸降低.氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, NH4+/NO3-=
1:0處理在7~21 d仍具有較高的去除速率, 21~35 d銨態氮的濃度保持穩定.由上可知, 不同氮濃度的NH4+/NO3-為
1:0和0.
5:0.5時, 處理7 d時銨態氮均能達到較高的去除率, 且0~7 d銨態氮的去除速率均以NH4+/NO3-=
1:0最高, 隨后去除速率逐漸下降; 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1的NH4+/NO3-=
1:0處理在7~21 d仍具有較高的去除速率, 其它處理7 d后銨態氮濃度基本保持穩定, 35 d時不同處理銨態氮的去除率均接近100%.粉綠狐尾藻對銨態氮的去除能力受污水氮濃度和NH4+/NO3-的影響.
表 4 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻銨態氮去除能力的影響1)/mg?L-1
2.2.3 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻硝態氮去除能力的影響
不同氮濃度和NH4+/NO3-比污水硝態氮濃度隨粉綠狐尾藻處理時間而增長降低（reduce).氮濃度20、100、200 mg?L-1時, NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理在7 d時硝態氮的去除率分別為93.9%和91.5%、86.2%和97.8%、94.6%和94.8%, 去除率均接近100%.氮濃度20 mg?L-1的NH4+/NO3-=
1:0處理, 硝態氮的濃度有所升高, 但保持在較低的濃度范圍內; 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, 該處理硝態氮的濃度呈先升高后降低的趨勢.硝態氮的去除速率隨水體硝態氮濃度的升高而增加, 不同氮濃度時NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理均在0~7 d硝態氮的去除速率最高, 7 d后去除速率顯著降低, 21 d后硝態氮的濃度保持在較低的濃度范圍.綜上所述, 不同氮濃度時NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理硝態氮在7 d時去除率超過90%, 且去除速率均在0~7 d最大, 硝態氮的去除速率隨硝態氮濃度的升高而增加.氮濃度20 mg?L-1時NH4+/NO3-=
1:0處理硝態氮濃度有所升高但維持在相對較低的濃度水平, 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時NH4+/NO3-=
1:0的處理硝態氮的濃度呈先升高后降低的趨勢.粉綠狐尾藻對硝態氮去除能力受污水氮濃度和NH4+/NO3-的影響.
表 5 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻硝態氮去除能力的影響1)/mg?L-1
2.3 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻氮含量和氮積累的影響2.3.1 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻氮含量的影響
粉綠狐尾藻氮含量隨時間因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.不同處理粉綠狐尾藻氮含量在0~7 d顯著增加, 7 d后隨時間變化不大, 氮含量隨氮濃度的升高而增加. 7~35 d期間, 氮濃度20 mg?L-1、100 mg?L-1時, 粉綠狐尾藻氮含量分別為1.94%~2.96%、3.45%~4.16%, 平均氮含量均以NH4+/NO3-=0.
5:0.5最高; 氮濃度200 mg?L-1時, 氮含量為4.36%~6.03%, 7~35 d平均氮含量以NH4+/NO3-=
1:0最高.綜上所述, 粉綠狐尾藻氮含量受污水氮濃度和NH4+/NO3-的影響, 0~7 d增長最快可能與試驗前粉綠狐尾藻受馴化處理, 體內營養物質極度缺乏有關, 氮含量隨污水氮濃度的升高而增加, 且因NH4+/NO3-比的變化而不同.
表 6 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻氮含量的影響/%1)
2.3.2 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻不同部位氮含量的影響
粉綠狐尾藻不同部位氮含量因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.粉綠狐尾藻水上部分和水下部分氮含量隨氮濃度的升高顯著增加.氮濃度20 mg?L-1的不同NH4+/NO3-比處理, 粉綠狐尾藻水上部分和水下部分干物質氮含量無顯著差異; 氮濃度100 mg?L-1時, NH4+/NO3-=0.
5:0.5處理水上部分氮含量顯著高于NH4+/NO3-為
1:0和0:1的處理, 水下部分氮含量無顯著差異; 200 mg?L-1時, NH4+/NO3-為
1:0和0.
5:0.5的處理水上部分氮含量顯著高于NH4+/NO3-=0:1處理, 水下部分氮含量無顯著差異.不同處理水上部分的氮含量均高于水下部分, 水上部分氮含量/水下部分氮含量之比均以NH4+/NO3-=
1:0最大, 且其比值（兩數相比所得的值)隨氮濃度的升高而降低.綜上所述, 粉綠狐尾藻水上部分和水下部分氮含量均隨氮濃度升高而增加, 且因NH4+/NO3-比的變化不同, 同一氮濃度的不同NH4+/NO3-比處理水下部分氮含量無顯著差異.水上部分氮含量/水下部分氮含量之比隨氮濃度升高和銨態氮比例的降低而減小, 氮的分配機制可能發生變化, 氮在植物體內更趨于均勻化分配.
表 7 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻不同部位氮含量的影響1)
2.3.3 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻干物質氮積累量的影響
粉綠狐尾藻氮積累量隨時間因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.不同處理粉綠狐尾藻氮積累量均在0~7 d增長最快, 氮積累量和積累速率隨氮濃度的升高而增加, 期間氮濃度20、100、200 mg?L-1的不同NH4+/NO3-比處理干物質氮積累平均速率分別為0.037~0.059、0.057~0.067和0.090~0.171 g?d-1; 35 d期間氮積累平均速率分別為0.012~0.016 g?d-1、0.022~0.026 g?d-1和0.031~0.049 g?d-1.氮濃度20 mg?L-1時, NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理在7~28 d氮積累量緩慢增長, 且在28 d時達到最大, NH4+/NO3-=
1:0處理氮積累增長速率在0~14 d顯著高于其它處理, 且氮積累量在35 d時達到最大; 氮濃度100 mg?L-1時, 不同NH4+/NO3-比處理在7~21 d氮積累量增長緩慢, 21 d后出現顯著增長, NH4+/NO3-=0:1處理在28 d時氮積累量達到最大, NH4+/NO3-為
1:0和0.
5:0.5的處理氮積累量則在35 d時達到最大; 氮濃度200 mg?L-1時, 不同時間NH4+/NO3-=0.
5:0.5處理氮積累量均高于NH4+/NO3-為
1:0和0:1的處理, 且在35 d時達到最大, NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理氮積累量則在28 d時達到最大.綜上所述, 不同處理粉綠狐尾藻氮積累量均在0~7 d增長最快, 積累速率最大, 這可能與試驗前粉綠狐尾藻受馴化處理, 粉綠狐尾藻生物量和氮含量快速增長有關; 7 d后氮含量變化不大, 氮積累量隨粉綠狐尾藻生物量和含水率的變化而增加.粉綠狐尾藻氮積累量和積累速率隨氮濃度升高而增加且因NH4+/NO3-比的變化而不同.
圖 1 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對粉綠狐尾藻氮積累量的影響
2.4 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對底泥氮沉降和釋放的影響
底泥氮含量隨粉綠狐尾藻處理時間因污水氮濃度和NH4+/NO3-比的變化而不同.氮濃度20 mg?L-1時, 底泥氮含量隨時間無顯著變化, 但由于水體氮濃度較低, 底泥會向水體中釋放氮供給粉綠狐尾藻的生長需求, 底泥中氮含量隨時間呈降低的趨勢, 且降低速率在0~7 d最大, 35 d時底泥氮釋放量NH4+/NO3-=
1:0>NH4+/NO3-=0:1>NH4+/NO3-=0.
5:0.5.氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時, 氮通過沉降作用進入底泥, 底泥氮含量在0~7 d增長顯著, 7 d后底泥逐漸向水體釋放氮, 28~35 d時底泥氮的增加量最小; 35 d時, 氮濃度100 mg?L-1時, 底泥全氮的增加量NH4+/NO3-=0.
5:0.5>NH4+/NO3-=
1:0>NH4+/NO3-=0:1, 而氮濃度200 mg?L-1時, NH4+/NO3-為
1:0和0.
5:0.5的處理底泥全氮含量均有所降低, 且底泥全氮含量NH4+/NO3-=0.
5:0.5NH4+/NO3-=
1:0>NH4+/NO3-=0.
5:0.5.
表 8 不同氮濃度和NH4+
