氮、磷是水生生物生长和再生所需的重要物质，但同时氮、磷过剩又是引起水体富营养化的主要原因。已有研究表明，在水体氮污染或氮素充足条件下，磷是造成水体富营养化的关键性限制因素，对水体富营养化的贡献尤为特殊［1－2］。采用各种综合整治措施控制磷污染是防治水域富营养化的有效方法［3－4］。近年来利用浮萍科植物去除污水中的氮和磷在国内外水处理领域得到广泛应用［5－8］。与浮萍对氮的吸收相比，反硝化细菌和氨的挥发对除氮的作用可能更大。因此，VERMAAT等［9］认为浮萍去除的营养物以磷为主。浮萍对水体中磷的去除易受环境及营养条件的影响。对浮萍科植物的研究也表明在不同的环境条件下，其除磷效率亦明显不同［10］。水体中氮的形态会对浮萍吸收磷产生影响。生长在NH+4-N环境下的浮萍长势和磷去除率均高于NO－3-N环境，浮萍在生长过程中优先吸收NH+4-N［11］。另外也有研究表明，污水中磷浓度不会影响浮萍的生长速率和磷转移能力，但会影响其转移磷的速率，并且浮萍的磷转移速率随污水中磷浓度的增大而升高［12－13］。在用Spirodelapunctata7776浮萍品种处理养猪场厌氧废水的夏季试验中，浮萍对磷的去除速率随污水稀释程度的增大而下降［14］。有些学者指出，就浮萍对磷的消耗总量而言，高浓度污水大于低浓度污水［15－16］;就消耗效率(营养消耗比)而言，低浓度污水却高于高浓度污水。因此，有必要就水体中磷浓度对浮萍磷吸收效率的影响展开深入研究。笔者以长江三角洲地区常见的紫萍为研究对象，通过不同磷初始浓度条件下紫萍对培养液中磷去除率试验，结合紫萍体内与磷素代谢密切相关的酸性磷酸酶(ACPase)活性变化，探讨水体磷浓度对紫萍磷吸收效率的影响，以期为利用紫萍进行富营养化水体生态修复提供理论指导。 1材料与方法 1.1试验材料 试验选用浮萍科(Lemnacea)紫萍属(Spirodela)紫背浮萍(Spirodelapolyrrhiza)为研究对象，该种浮萍植株饱和磷含量显著高于其他浮萍品种［17］。供试紫萍采自扬州市保障河河段(北纬32°25'24.4″，东经119°25'17.4″)，取回的紫萍置于生活污水中进行预培养〔生活污水水质:ρ(COD)=40.3mg•L－1，ρ(TN)=16.6mg•L－1，ρ(TP)=2.6mg•L－1〕，待生物量大量增加后用作试验材料。使用缺磷的Hoagland营养液(除不加KH2PO4外，其他成分相同)，通过加入不同量的KH2PO4，分别配制成不同磷浓度的培养液。依据自然水体中一般的磷浓度范围设计磷浓度水平分别为0.1、0.3、1.5、3.0、15.0和45.0mg•L－1。培养液配好后用0.1mol•L－1KOH和0.1mol•L－1HCl溶液调节营养液pH值至6.5。试验共设置6个磷浓度水平处理，每个处理重复3次。 1.2试验方法 1.2.1不同磷初始浓度对紫萍生长和磷吸收效率的影响 试验于2010年10月16日开始，选用250mL玻璃烧杯(直径7cm，高10cm)为试验容器，用黑色胶布缠绕外杯壁以避光，装入200mL不同磷浓度的培养液，挑选经扩大培养的健康浮萍植株，经自来水漂洗去除污垢和杂质后，每个烧杯中初始投入20个紫萍叶状体(表面覆盖率约为10%)。在人工气候培养箱内连续培养20d。设置培养箱内条件:［光］照度2500～3000lx，温度25℃，t(光)∶t(暗)为16h∶8h。每个处理重复3次。试验过程中，每天用去离子水补充烧杯中蒸发的水分，使水样体积维持在约200mL;由于烧杯中溶液pH值会随着浮萍培养进程而产生变化，因此在试验过程中，每隔1d用pH计测定烧杯中溶液pH值，并用0.1mol•L－1KOH和0.1mol•L－1HCl溶液调节，使pH值维持在约6.5。培养结束时捞出全部浮萍，称量浮萍生物量，计算生物量增加量和相对生长率(RGR，Rr，g)并测定烧杯中剩余培养液的磷浓度。浮萍生物量(以鲜质量计)测定方法为:用滤水网斗将漂洗好的浮萍捞起，滤去自由水至无水滴出现，将待测浮萍平铺在吸水纸垫上，吸水5min后，用精度为0.001g的电子天平称量［10］。用相对生长率Rr，g来衡量浮萍的生长繁殖能力。相同时间内，浮萍的Rr，g越大，种群增长越快。当Rr，g＜0时，表明植株已受到毒害，逐渐死亡;Rr，g≥0时，表明植株对所设置条件能耐受。Rr，g=(lnNt－lnN0)/t，其中，Nt为t时刻种群生物量，g;N0为初始时刻种群生物量，g;t为种群增长时间，d［8］。紫萍对培养液中磷的去除率计算公式为:磷去除率=(磷初始浓度－磷剩余浓度)/磷初始浓度×100%。用单位鲜质量浮萍吸磷量(mg•g－1)来表示浮萍对磷吸收能力的大小。 1.2.2不同磷初始浓度条件下紫萍酸性磷酸酶活性差异 选用250mL玻璃烧杯(直径7cm，高10cm)为试验容器，用黑色胶布缠绕外杯壁以避光，在烧杯中装入不同磷浓度的培养液200mL。紫萍初始投放量为0.366g(投放密度约为60%，投放密度采用标准采样器采样并根据完全覆盖采样器表面的萍体质量换算后确定)。将装有培养液和浮萍的烧杯放入三腔式光温培养箱中进行培养。设置培养条件为:［光］照度2500～3000lx，温度25℃，t(光)∶t(暗)为16h∶8h。每天用去离子水补充烧杯中蒸发的水分，每隔1d调节1次pH值，使之维持在6.5。连续培养30d，分别在培养的第10、20和30天，取各磷浓度处理下的紫萍叶状体，采用南京建成生物工程研究所的试剂盒分别测定紫萍体内蛋白质含量和酸性磷酸酶活性，酸性磷酸酶活性单位的定义为1min内生成1μmol产物酚所需要的酶量，μmol•min－1•g－1。 1.3统计方法 试验结果以平均值±标准差表示。用SPSS13.0统计软件进行单因素方差分析，采用最小显著差数(LSD)检验法比较不同磷初始浓度处理间紫萍对磷吸收效率的差异显著性。 2结果与分析 2.1不同磷初始浓度对紫萍生长的影响 由图1可知，当培养液中初始ρ(磷)≤1.5mg•L－1时，随着磷初始浓度的增大，紫萍相对生长率略有增加;当初始ρ(磷)为3.0mg•L－1时，紫萍的相对生长率最高，达0.15d－1。当初始ρ(磷)＞3.0mg•L－1时，随着磷初始浓度的继续增大，紫萍的相对生长率急剧下降。#p#分页标题#e# 2.2不同磷初始浓度条件下紫萍对培养液中磷的去除率 由图2可知，当培养液中初始ρ(磷)为0.3～3.0mg•L－1时，磷初始浓度水平与紫萍对水体磷去除率的关系不大。无论是低于还是高于该浓度范围，紫萍对水体磷的去除率均明显下降。当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，紫萍对水体磷的去除率仅约为3.72%。 2.3不同磷初始浓度对紫萍磷吸收效率的影响 由表1可见，紫萍累积吸磷量随着磷初始浓度的升高而升高，但是当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，其累积吸磷量显著下降。紫萍的磷吸收能力受磷初始浓度的影响趋势与累积吸磷量相似，随着磷初始浓度的升高，单位鲜质量紫萍吸磷量增加，但当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，单位鲜质量紫萍吸磷量明显下降。 2.4不同磷初始浓度对紫萍体内蛋白质含量的影响 由图3可知，高磷浓度(≥3.0mg•L－1)处理紫萍体内蛋白质含量总体上高于低磷浓度(≤1.5mg•L－1)处理。其中，在低磷浓度处理中，0.3mg•L－1磷浓度处理紫萍体内蛋白质含量最低;在高磷浓度处理中，3.0mg•L－1磷浓度处理紫萍体内蛋白质含量最高，之后随着磷初始浓度继续升高，紫萍体内蛋白质含量逐渐下降。 2.5不同磷初始浓度对紫萍体内酸性磷酸酶活性的影响 由图4可见，随着培养时间的推移，低磷浓度处理紫萍体内酸性磷酸酶活性总体上呈下降趋势，而高磷浓度处理则呈先下降后上升的趋势。培养10和20d后，低磷浓度处理紫萍体内酸性磷酸酶活性均高于高磷浓度处理，而在培养30d后，各磷浓度处理之间的差异减小，紫萍体内酸性磷酸酶活性无太大差异。 3讨论 上述试验结果显示，当培养液中初始ρ(磷)接近3.0mg•L－1时，紫萍的生物量增加量和相对生长率最大。当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，紫萍相对生长率虽然显著低于低磷浓度处理，但仍为正值，表明紫萍能耐受高磷浓度环境。从紫萍累积吸磷量和磷吸收能力来看，在一定磷浓度范围内，紫萍累积吸磷量随着磷初始浓度的升高而增大，当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，紫萍累积吸磷量显著下降，单位鲜质量紫萍吸磷量也表现出类似的规律。因此可以推断，45.0mg•L－1磷浓度已经超出了紫萍生长和磷吸收的最适磷浓度范围。试验结果还表明，在不同磷浓度环境中，紫萍酸性磷酸酶活性存在差异:当初始ρ(磷)≤1.5mg•L－1时，在受到短期低磷胁迫后，紫萍体内酸性磷酸酶活性高于磷营养充足时。随着低磷胁迫时间的延长，低磷条件和高磷条件之间的这种差异减小，其原因可能是在长期供磷不足情况下紫萍的生长受到抑制所致。环境中磷营养水平可直接影响植物体内各种营养和生理代谢过程［18－19］，进而间接影响植物体内酸性磷酸酶的形成和向体外分泌。上述研究结果表明，紫萍对磷的适应性很强，在ρ(磷)为0.1～45.0mg•L－1的水体中均可生长，在ρ(磷)为0.3～3.0mg•L－1的水体中磷去除率均可达70%以上，说明紫萍不仅可以用于富营养化严重的景观水体修复，也能用于氮、磷浓度较高的生活污水和农业废水的综合治理。但同时也应看到，大量紫萍覆盖水面将破坏水体景观，如不进行定期打捞，植物体还会在水中腐烂，易导致氮、磷重新进入水体而产生污染。因此，若要提高紫萍的磷吸收效率，将紫萍污水净化技术进一步推广应用，还需结合科学的管理策略。 4结论 (1)在初始ρ(磷)为3.0mg•L－1时，紫萍的相对生长率最高，生长繁殖速度最快;当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，紫萍的相对生长率急剧降低，生长受到抑制。(2)当初始ρ(磷)为0.3～3.0mg•L－1时，紫萍对水体中磷的去除率可高达70%以上，低于或高于该磷浓度范围，去除率均明显下降。(3)当初始ρ(磷)为0.1～15.0mg•L－1时，紫萍累积吸磷量和单位鲜质量紫萍吸磷量均随着磷初始浓度的升高而增加;当初始ρ(磷)达到45.0mg•L－1时，其累积吸磷量和单位鲜质量紫萍吸磷量均明显下降。(4)高磷浓度处理紫萍体内蛋白质含量总体上高于低磷浓度处理。当初始ρ(磷)为3.0mg•L－1时，紫萍体内蛋白质含量最高，之后随着磷初始浓度的继续升高，紫萍体内蛋白质含量逐渐下降。(5)在培养的前20d，当初始ρ(磷)≤1.5mg•L－1时，紫萍体内酸性磷酸酶活性高于高磷浓度处理，但随着低磷胁迫时间的延长，紫萍由于长期缺乏磷营养，生长受到抑制，培养后期低磷条件和高磷条件之间酸性磷酸酶活性的差异减小。