盘龙江青萍的磷污染指示性研究

兰 丹，苏 怀，常玉兰，李福姗，张亚楠，赵宏兵

(云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明 650500)



盘龙江青萍的磷污染指示性研究

兰 丹，苏 怀*，常玉兰，李福姗，张亚楠，赵宏兵

(云南师范大学旅游与地理科学学院，云南昆明 650500)

[目的]判断青萍是否可以作为盘龙江磷污染的指示性生物。[方法]以青萍作为研究对象，研究青萍对磷的耐受程度，分实验室培养和野外调查。[结果]实验室培养条件下，青萍可以在磷浓度0.1～15.0 mg/L的培养液中正常生长。野外调查盘龙江各采样点磷浓度(0.07～0.47 mg/L)的青萍分布情况：上游河段没有出现，中游河段有出现，下游河段多度增加。[结论]青萍至少可以指示2类水以上的水质，有青萍出现的水体已经受到磷污染。

青萍；磷质量浓度；鲜重；指示性物种；野外调查

随着人口的不断增长及工农业的迅速发展，滇池水体富营养化十分严重[1]。研究表明，磷是富营养化重要的污染因子[2]，对磷污染的监测是滇池污染治理的基础。盘龙江是汇入滇池的主要河流之一，对其水环境的有效监测和及时治理有利于减轻滇池的富营养化程度。

水环境监测方法主要包括化学监测、物理监测、生物监测3种。其中，物理监测和化学监测费时、设备昂贵，缺乏时空连续性和直观性，不能有效反映长期状况或平均状况。生物监测是利用群落、种群或生物个体对环境变化所产生的反应，通过生物学的方法来监测、评价环境质量及其变化，具有直观、灵敏度高、费用低、能够综合持续反映水质变化等优点。通过生物监测，能快速地判断出环境质量的平均状况，发现一般化学监测或理化监测所发现不了的环境问题[3]。

水生生物与水环境关系非常紧密，生物长势的变化可以作为水环境变化的指标[4]。 目前，藻类群落评价自然水域水质的方法已被广泛应用，比如北京怀沙河、怀九河[5]，上海丽娃河[6]，黄河兰州段[7]，贵州省锦江、红枫湖、黔灵湖、虹山水库、草海等水域[8-9]，广西省桂林市桂湖[10]，四川省赤城湖水域[11]，山东省济南地区的黑虎泉、趵突泉、珍珠泉、五龙潭泉和东平湖[12-13]，广东省广州市古廖涌河道[14]。通过利用藻类的环境指示作用，对以上水域的总体水质情况进行长期监测，均收到了较好的效果。经查阅资料，笔者发现这项工作在滇池流域中做得还不足，也没有将青萍作为指示性生物来监测水质变化的研究。以浮萍优势品种青萍(Lemnaminor)作为研究对象，研究青萍对磷的耐受程度，以此来判断它是否可以作为滇池流域盘龙江河道磷的指示性生物。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1试验材料。供试青萍于2015年3月16日采自云南省昆明市滇池流域盘龙江河道，取回的青萍在云南师范大学旅游与地理科学学院实验室内进行培养。首先，用清水清洗去掉杂质，然后筛选出长势良好的青萍，接着用2%次氯酸钠溶液清洗，去除附着在青萍上的细菌、藻类和其他微生物后备用[15]。

1.1.2植物培养液的配制。由于浮萍生长主要是吸收利用水中的无机氮磷等，故笔者利用人工培养液来模拟富含无机氮磷等营养物质的废水。供试培养液为改良版Hoagland营养液，配方见表1。

表1　供试Hoagland营养液配方

在配制储备液时，将每种盐类分别溶解，再将它们混合以免发生沉淀，置冰箱中保存。铁盐储备液保存于棕色玻璃瓶中。

1.2方法

1.2.1试验操作。试验前将青萍进行7 d的磷饥饿培养，培养所用的营养液为缺磷改良的1/10倍的Hoagland营养液(将营养液中所含的0.5 mg/L的KH2PO4替换为0.5 mg/L的KCl)。

试验于2015 年3月24日开始，试验培养时间为21 d。营养液(除了没有KH2PO4外，其他成分与表1中的配方一致)配好后，使用0.1 mol/L KOH或0.1 mol/L HCl溶液调节培养液pH到6.5左右。培养液中磷质量浓度设计为0.1、1.5、3.0、15.0、46.0 mg/L。选用250 mL玻璃烧杯(直径7 cm、高10 cm)作为试验容器，用黑色胶布缠绕外杯壁以避光，在5个杯中装入200 mL Hoagland营养液。

用滤水网斗将待测青萍从漂洗的蒸馏水中捞起，滤去自由水(无水滴出现)，将待测青萍平铺放置在吸水纸上，吸水5 min后，采用镊子从浮萍个体下方向上挑进行移取，保证浮萍个体的生长状态不受影响。再用精度为0.01 g的电子天平测定其鲜重[16]。分别在5个不同浓度培养液的玻璃杯中放入长势良好、质量相当的40片青萍，鲜重为0.4 g。所有青萍都置于室内自然光线均匀一致处培养观察，试验期间每隔3 d更换1次营养液。

1.2.2测定项目及方法。

1.2.2.1生物量。在试验结束后进行生物量(以鲜质量计)的测定，用滤水网斗将需要测定的浮萍从培养液中捞起，滤去自由水(无水滴出现)，将待测浮萍平铺放置在吸水的纸垫上，吸水 5 min后，用精度为0.01 g的电子天平进行测定，并记录不同浓度培养液下浮萍的鲜重(Fresh weight，FW)。青萍的生物量变化以相对生长量(Relative Growth Yield，RGY)表示：RGY=(W2-W1)/W1[17]。式中，W2为试验结束时所测的青萍鲜重(g)；W1为试验开始时所放入的青萍鲜重(g)。

1.2.2.2根长。经测量，放入前40片青萍的平均根长约为28 mm，试验结束后用直尺测量不同浓度下的青萍根长。

1.2.2.3成活率。放入前的青萍数量为40片，在试验结束后观察记录在不同浓度下青萍的成活数。成活率=成活的数量÷总数量×100%。

1.2.3统计分析。试验结果以平均值表示，利用Excel软件建立青萍在不同浓磷度下与其鲜重、相对生长量及根长变化的关系。

1.3野外采样点的确定及总磷(TP)含量的测定

1.3.1野外采样点的确定。研究主要对松华坝以下盘龙江河段的部分水生植物的种类、分布进行调查，沿盘龙江采集植物，并对其进行鉴定，得出部分植物名录。再根据典型取样的方法，从上游松华坝出水口至滇池入湖口分别设置调查，即龙川桥、大花桥、金水湾小区、罗丈村闸、第五污水处理厂、二环北路、南太桥、永平桥、二环南路、日新路、广福路、第二污水处理厂、苏家地、洪家村入湖口总共14个(图1)。

图1　盘龙江河段采样点分布Fig.1　Distribution of sampling points in Panglong River

1.3.2各采样点总磷(TP)含量的测定。采用钼锑抗分光光度法。该方法最低检出浓度为0.01 mg/L(吸光度A=0.01时所对应的浓度)；测定上限为0.60 mg/L。可适用于测定地表水、生活污水及化工、磷肥、有机加工金属表面磷化处理、农药、钢铁、焦化等行业的工业废水中的正磷酸盐分析。2结果与分析

2.1青萍对磷的耐受性试验以所测青萍鲜重、根长、成活率来判断不同磷浓度条件下该指示性生物的长势状况，并建立水体不同磷浓度与青萍的长势关系。

2.1.1不同质量浓度磷对青萍鲜重的影响(图2)。通过该研究可以看出，青萍可以生长在磷质量浓度范围很广的水体环境中，在磷浓度为0.1～15.0 mg/L时青萍的能正常生长，尤其是在3.0 mg/L的情况下，青萍长势最佳、鲜重最重；在磷浓度小于0.1 mg/L时青萍的鲜重发生的变化较小。磷质量浓度为46.0 mg/L时，确实由于磷质量浓度过高而对青萍造成了环境胁迫，抑制了青萍的生长，鲜重变化也较小。中国的大型湖泊和许多河流大部分发生了严重的富营养化，磷质量浓度超过0.2 mg/L的大型湖泊占48%[18]。而云南省昆明市滇池流域的盘龙江也属于富营养化较严重的河流，又是汇入滇池的主要干流，故要治理滇池必先对盘龙江进行监测。

图2　不同质量浓度磷对青萍鲜重的影响Fig.2　Effect of phosphorus mass concentration on fresh weight of Lemna minor

2.1.2不同质量浓度磷对青萍根长度的影响(图3)。根长随培养液中磷质量浓度的不同，表现出了十分明显的变化。在1.5～15.0 mg/L的生长环境中磷营养水平越低的条件下，青萍的根越长。

图3　不同质量浓度磷对青萍根长的影响Fig.3　Effect of phosphorus mass concentration on root length of Lemna minor

2.1.3不同质量浓度磷下青萍的成活率(表2)。高浓度磷酸盐会抑制青萍的生长，磷浓度达到46.0 mg/L时，青萍叶片变黄，根部变腐，有些植株已经死亡。

表2不同质量浓度磷对青萍成活率的影响

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

浓度Concentrationmg/L总株数Totalnumberofplants剩余存活株数Remainingplantssurvived成活率Survivalrate∥%0.140401001.540401003.0404010015.0404010046.0403690

2.1.4不同质量浓度磷对青萍相对生长量的影响(图4) 。当环境中磷浓度水平在0.1 mg/L时，不同初始磷浓度水平对青萍生长的影响不大。在1.5～3.0 mg/L范围内随着初始磷浓度的增大，青萍RGY有增加；当环境中磷浓度水平达到46.0 mg/L时，随着初始磷浓度的继续增大，青萍的RGY急剧下降。初始磷浓度为3.0 mg/L的处理，在培养21 d后，生物量由最初的0.40 g增加到0.85 g，相对生长量为1.125 g；初始磷浓度为46.0 mg/L的处理，生物量增加量最低，仅为0.225 g。在磷浓度为0.1 mg/L时，生物量变化不是十分明显，由0.40 g增加为0.57 g，相对生长量为0.425 g；在磷浓度为1.5和15.0 mg/L时的鲜重分别增加为0.75和0.76 g，相对生长量为0.875和0.900 g。

图4　不同质量浓度磷对青萍相对生长量的影响Fig.4　Effect of phosphorus mass concentration on relative growth of Lemna minor

2.2盘龙江各采样点磷浓度由表3可知，盘龙江水体的总磷浓度在0.07～0.47 mg/L。

2.3盘龙江优势水生植物的分布状况对上述的14个采样点的水生植物进行采集，收割时将植株连根拔起，然后洗净、去除残枝和其他杂质，分别称取各种植物植株的鲜重，计算出各植株占总重量的大小得到多度，并将优势度最高种类确定为该群落的优势种。对于物种较为单一的河段，我们可直接通过观察来确定优势种。

多度：总量设为50；A：15以上；B：11～14；C：6～10；D：1～5；E：小于1。

表3盘龙江各采样点总磷浓度

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

采样点SamplingpointTPmg/L采样点SamplingpointTPmg/L龙川桥LongchuanBridge0.08永平桥YongpingBridge0.09大花桥DahuaBridge0.07二环南路SouthSecondRingRoad0.11金水湾小区JinshuiwanCommunity0.07日新路RixinRoad0.13罗丈村闸LuozhangVil-lageDam0.08广福路GuangfuRoad0.13第五污水处理厂No.5SewageTreatmentPlant0.10第二污水处理厂No.2SewageTreatmentPlant0.13二环北路NorthSecondRingRoad0.11苏家地Sujiadi0.14南太桥NantaiBridge0.09洪家村入湖口Lakein-letinHongjiaVillage0.47

图5　盘龙江优势水生植物分布Fig.5　Distribution of dominant hydrophyte in Panlong River

由图5可见，青萍在上游河段没有出现，多度为E：0；在中游河段有出现，多度为D：3；在下游河段多度增加，为D：5。

3　结论与讨论

(1)青萍可以在磷浓度为0.1～15.0 mg/L 的水体中均可正常生长。 青萍生长的最适磷浓度为3.0 mg/L，在这个浓度下青萍长势最佳；但当磷达到46.0 mg/L的高浓度时，青萍生长受到抑制，叶片枯萎变黄，根部开始变腐脱落。根据室内培养以及野外调查的对比结果显示：青萍可以在高磷浓度的水体中生长，且长势较好。

(2)由青萍的磷耐受性研究可知，当培养液中磷浓度为0.1～15.0 mg/L时青萍均可正常生长。当培养液中磷浓度接近3.0 mg/L时，青萍的鲜重和相对生长量最大。当磷浓度达到46.0 mg/L时，青萍的生长受到抑制。根据盘龙江各个采样点的总磷浓度(0.07～0.47 mg/L)以及盘龙江优势水生植物的分布状况可知，青萍在上游河段没有出现，多度为E：0，总磷浓度<0.1 mg/L；在中游河段有出现，多度为D：3，总磷浓度在0.1 mg/L左右；在下游河段多度增加，为D：5，总磷浓度>0.1 mg/L。由野外调查结果对照实验室培养结果可知：在水体总磷浓度低于0.1 mg/L的时候，青萍的数量比较少；在水体总磷浓度大于0.1 mg/L时，青萍的数量明显增加，且呈现递增趋势。由上述可推测，青萍可以作为盘龙江磷污染的指示性水生植物，有青萍出现的水体已经受到磷污染。

表4　不同年份滇池草海、外海历年TP含量　mg/L

表5中国水环境保护标准目录(部分)

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

分类Class总磷(以P计)TP(asperP)分类Class总磷(以P计)TP(asperP)Ⅰ0.02(湖、库0.01)Ⅳ0.3(湖、库0.01)Ⅱ0.10(湖、库0.01)Ⅴ0.4(湖、库0.01)Ⅲ0.20(湖、库0.01)

根据研究结果并对照历年来滇池水体的TP含量(表4)[19]和中国水环境保护标准目录(表5)，推测出青萍可以用于对水体磷污染的指示，青萍至少可以指示Ⅱ类水以上的水质，有青萍出现的水体已经受到磷污染。

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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

云南师范大学大学生科研训练项目(ky2014-175)。

兰丹(1994- )，女，四川宜宾人，本科生，专业：地理科学。*通讯作者，副教授，硕士生导师，从事环境变化与区域管理研究。

2016-05-20

S 181.3

A

0517-6611(2016)19-053-04