1 材料與方法1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)材料粉綠狐尾藻采自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)基地培養(yǎng)池, 供試水體和底泥取自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)南湖池塘.污水和底泥的基本理化性質(zhì)：污水總氮濃度為0.70 mg?L-1, 銨態(tài)氮濃度為0.52 mg?L-1, 硝態(tài)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(yàn)于夏季自然光照條件下在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院校內(nèi)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行, 時(shí)間為2016年6月19日至2016年7月25日, 期間測(cè)定水溫為21.9~32.0℃, 室溫為21.5~33.2℃.
1.2 試驗(yàn)處理
試驗(yàn)采用高40 cm, 桶口直徑35 cm, 體積為20 L的塑料桶, 每個(gè)塑料桶盛裝污水的體積為18 L, 底泥過(guò)篩且每桶盛裝重量為5 kg, 厚度約為5 cm.試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)污水氮濃度和3個(gè)NH4+/NO3-比, 總磷的濃度均調(diào)節(jié)為15.9 mg?L-1, 共9個(gè)處理, 水體的銨態(tài)氮用NH4Cl補(bǔ)充, 硝態(tài)氮用KNO3補(bǔ)充, 總磷用KH2PO4補(bǔ)充.試驗(yàn)開(kāi)始前粉綠狐尾藻用清水馴化7 d, 選取生長(zhǎng)旺盛, 形態(tài)大小均勻的粉綠狐尾藻剪取cm長(zhǎng)的莖, 每個(gè)處理生物量為g, 重復(fù)4次.每天定時(shí)用純水補(bǔ)充蒸發(fā)水量以保證體積恒定.
1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法
試驗(yàn)期間分別于7、14、21、28、35 d測(cè)定粉綠狐尾藻的生物量以及水體總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮; 采集不同處理植物樣和底泥用于氮含量測(cè)定; 35 d收獲后測(cè)定氮在植物體內(nèi)的主要存在形態(tài).總氮采用過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法測(cè)定; 銨態(tài)氮用納氏試劑比色法測(cè)定; 硝態(tài)氮用紫外分光光度法測(cè)定; 粉綠狐尾藻體氮含量用濃H2SO4-H2O2消化-半微量蒸餾法測(cè)定; 底泥中全氮用凱氏-蒸餾法測(cè)定; 蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定; 硝態(tài)氮含量用比色法測(cè)定; 氨基態(tài)氮含量用茚三酮試劑顯色法測(cè)定.
1.4 數(shù)據(jù)（data)分析
采用Excel 2013軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 用Sigmaplot 10.0繪制圖表, 采用SPSS 18.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性分析.
2 結(jié)果與分析2.1 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對(duì)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(zhǎng)速率隨時(shí)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(zhǎng)最快, 其中0~7 d生物量增長(zhǎng)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(duì)較高的生長(zhǎng)速率, 其它處理14 d后生物量增長(zhǎng)速率顯著降低.氮濃度20 mg?L-1、100 mg?L-1時(shí)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(dá)到最大; 氮濃度200 mg?L-1時(shí)以NH4+/NO3-=0.
5:0.5處理生物量最大, 且生物量均在21 d達(dá)到最大.粉綠狐尾藻在氮濃度為20 mg?L-1、100 mg?L-1時(shí), 可能主要以銨態(tài)氮作為氮源供給植物生長(zhǎng)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(shí), 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮平衡更有利于粉綠狐尾藻的生長(zhǎng).由此說(shuō)明, 氮濃度200 mg?L-1時(shí), 粉綠狐尾藻以NH4+/NO3-=0.
5:0.5處理生長(zhǎng)最好, 銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的平衡更有利于其生長(zhǎng), 且由于氮供應(yīng)充足不同NH4+/NO3-比處理生物量均在21 d達(dá)到最大; 氮濃度20 mg?L-1、100 mg?L-1時(shí), 可能以銨態(tài)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(duì)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(duì)粉綠狐尾藻生物量增長(zhǎng)速率的影響/g?d-1
2.2 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對(duì)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(duì)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(shí)間增長(zhǎng)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(shí)去除率為95.1%~95.4%, 且不同NH4+/NO3-比處理間總氮濃度無(wú)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(shí)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(shí), NH4+/NO3-=
1:0處理去除速率最高; 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時(shí), 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(shí)間降低, 且氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時(shí), 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(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒(méi)有變動(dòng)).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(dá)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(shí), 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(shí), 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(shí)間逐漸降低, 其中氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時(shí), NH4+/NO3-=
1:0處理總氮濃度呈持續(xù)下降的趨勢(shì). 35 d時(shí)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(dá)到95%以上, 粉綠狐尾藻對(duì)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(duì)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(duì)粉綠狐尾藻銨態(tài)氮去除能力的影響
不同處理銨態(tài)氮濃度隨粉綠狐尾藻處理時(shí)間增長(zhǎng)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(shí), 氮濃度20、100、200 mg?L-1的NH4+/NO3-為
1:0、0.
5:0.5的處理銨態(tài)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(shí)除氮濃度200 mg?L-1的NH4+/NO3-=
1:0處理銨態(tài)氮去除率為87.36%, 其它處理去除率基本均達(dá)到100%.不同氮濃度時(shí), NH4+/NO3-=0:1處理銨態(tài)氮濃度均出現(xiàn)增長(zhǎng), 但試驗(yàn)期間一直維持在較低的水平.不同處理銨態(tài)氮的去除速率均在0~7 d最高, 且去除速率隨銨態(tài)氮濃度的升高而增加即以NH4+/NO3-=
1:0最高, 隨后隨時(shí)間逐漸降低.氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時(shí), 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(tài)氮的濃度保持穩(wěn)定.由上可知, 不同氮濃度的NH4+/NO3-為
1:0和0.
5:0.5時(shí), 處理7 d時(shí)銨態(tài)氮均能達(dá)到較高的去除率, 且0~7 d銨態(tài)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(tài)氮濃度基本保持穩(wěn)定, 35 d時(shí)不同處理銨態(tài)氮的去除率均接近100%.粉綠狐尾藻對(duì)銨態(tài)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(duì)粉綠狐尾藻銨態(tài)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(duì)粉綠狐尾藻硝態(tài)氮去除能力的影響
不同氮濃度和NH4+/NO3-比污水硝態(tài)氮濃度隨粉綠狐尾藻處理時(shí)間而增長(zhǎng)降低（reduce).氮濃度20、100、200 mg?L-1時(shí), NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理在7 d時(shí)硝態(tài)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(tài)氮的濃度有所升高, 但保持在較低的濃度范圍內(nèi); 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時(shí), 該處理硝態(tài)氮的濃度呈先升高后降低的趨勢(shì).硝態(tài)氮的去除速率隨水體硝態(tài)氮濃度的升高而增加, 不同氮濃度時(shí)NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理均在0~7 d硝態(tài)氮的去除速率最高, 7 d后去除速率顯著降低, 21 d后硝態(tài)氮的濃度保持在較低的濃度范圍.綜上所述, 不同氮濃度時(shí)NH4+/NO3-為0.
5:0.5和0:1的處理硝態(tài)氮在7 d時(shí)去除率超過(guò)90%, 且去除速率均在0~7 d最大, 硝態(tài)氮的去除速率隨硝態(tài)氮濃度的升高而增加.氮濃度20 mg?L-1時(shí)NH4+/NO3-=
1:0處理硝態(tài)氮濃度有所升高但維持在相對(duì)較低的濃度水平, 氮濃度100 mg?L-1、200 mg?L-1時(shí)NH4+/NO3-=
1:0的處理硝態(tài)氮的濃度呈先升高后降低的趨勢(shì).粉綠狐尾藻對(duì)硝態(tài)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(duì)粉綠狐尾藻硝態(tài)氮去除能力的影響1)/mg?L-1
2.3 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對(duì)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(duì)粉綠狐尾藻氮含量的影響
粉綠狐尾藻氮含量隨時(shí)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(shí)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(shí), 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(shí), 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(zhǎng)最快可能與試驗(yàn)前粉綠狐尾藻受馴化處理, 體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)極度缺乏有關(guān), 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(duì)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(duì)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(zhì)氮含量無(wú)顯著差異; 氮濃度100 mg?L-1時(shí), 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(wú)顯著差異; 200 mg?L-1時(shí), 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(wú)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(shù)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(wú)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(tài)氮比例的降低而減小, 氮的分配機(jī)制可能發(fā)生變化, 氮在植物體內(nèi)更趨于均勻化分配.
表 7 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對(duì)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(duì)粉綠狐尾藻干物質(zhì)氮積累量的影響
粉綠狐尾藻氮積累量隨時(shí)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(zhǎng)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(zhì)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(shí), 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(zhǎng), 且在28 d時(shí)達(dá)到最大, NH4+/NO3-=
1:0處理氮積累增長(zhǎng)速率在0~14 d顯著高于其它處理, 且氮積累量在35 d時(shí)達(dá)到最大; 氮濃度100 mg?L-1時(shí), 不同NH4+/NO3-比處理在7~21 d氮積累量增長(zhǎng)緩慢, 21 d后出現(xiàn)顯著增長(zhǎng), NH4+/NO3-=0:1處理在28 d時(shí)氮積累量達(dá)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(shí)達(dá)到最大; 氮濃度200 mg?L-1時(shí), 不同時(shí)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(shí)達(dá)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(shí)達(dá)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(zhǎng)最快, 積累速率最大, 這可能與試驗(yàn)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(zhǎng)有關(guān); 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(duì)粉綠狐尾藻氮積累量的影響
2.4 污水氮濃度和NH4+/NO3-比對(duì)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(shí)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(shí), 底泥氮含量隨時(shí)間無(wú)顯著變化, 但由于水體氮濃度較低, 底泥會(huì)向水體中釋放氮供給粉綠狐尾藻的生長(zhǎng)需求, 底泥中氮含量隨時(shí)間呈降低的趨勢(shì), 且降低速率在0~7 d最大, 35 d時(shí)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(shí), 氮通過(guò)沉降作用進(jìn)入底泥, 底泥氮含量在0~7 d增長(zhǎng)顯著, 7 d后底泥逐漸向水體釋放氮, 28~35 d時(shí)底泥氮的增加量最小; 35 d時(shí), 氮濃度100 mg?L-1時(shí), 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(shí), 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+
