蓝藻分解所释放营养盐在沉水植被区的归趋

摘要

随着社会经济的高速发展和人类活动的加剧,湖泊生态系统受到的影响日趋明显,其中,富营养化及其所引发的蓝藻水华成为最为普遍、危害最大的湖泊环境问题。在富营养湖泊中,一旦水文条件适合,蓝藻会大规模暴发,并且会在风及湖流的推动下,向下风处的沿岸带堆积；堆积的蓝藻水华很快开始死亡,形成大量有机碎屑,同时腐烂分解,在短时间内释放大量的可溶性营养成分,包括氮、磷和有机碳等,这些物质将显著改变水体中的营养盐形态及其含量。
　　 湖泊沿岸带是典型的水陆交互作用地带,是水生植物生存的主要环境,一方面水生植物特别是沉水植物的存在,可以缓解蓝藻碎屑分解对水体生态系统产生的影响；另一方面蓝藻碎屑分解所释放的营养物质也将作为内源营养盐为水生植物生长所利用。
　　 本研究首先模拟太湖梅梁湾水华重度堆积时(叶绿素浓度1600μg·L-1),蓝藻死亡所形成碎屑在水中的分解速率及其营养盐释放情况；其次,研究蓝藻释放的不同形态氮磷在有沉水植物(苦草、伊乐藻)水体中的含量变化,从而阐明沉水植被在降低营养盐快速大量增加时的功能和效率；最后,将15N标记后的蓝藻碎屑均匀撒入有沉水植物的模拟水生态系统中,分析植物不同部位15N的增量及其随时间的变化,从而研究沉水植物对蓝藻释放的营养盐的吸收利用情况。结果表明:
　　 (1)蓝藻碎屑在水体中有较高的分解速率,2天内即分解掉41.9％的生物量；蓝藻碎屑磷释放速率要高于氮,但其导致的水体中溶解性总氮(TDN)浓度的升高则较溶解性总磷(TDP)持续时间更长；实验前4天,溶解性无机氮(DIN)和有机氮(DON)浓度均有升高,之后DIN趋于稳定,而DON则持续升高；DIN中主要以铵态氮(NH+4-N)为主,硝态氮(NO-3-N)、亚硝态氮(NO-2-N)含量较低；DON中尿素氮(Urea-N)比例仅为3％,说明其不是蓝藻分解释放的主要有机氮形式；溶解性无机磷(DIP)、溶解性有机磷(DOP)浓度在前4天均有升高,之后DOP逐渐转化为DIP并趋于稳定。
　　 (2)沉水植物通过降低水体中的NH+4-N的浓度,从而有效降低蓝藻分解营养盐释放导致的水体氮营养盐浓度的升高。蓝藻分解释放至水中的DIP无论是在有沉水植物的组别中还是对照组中,其浓度均很快降低,而沉水植物的存在可以有效降低水体中PP的浓度。加入蓝藻碎屑后19天后,有沉水植物的组别特别是种植有伊乐藻的组别,TN水平恢复至初始值,而对照组则显著高于初始值,无论是实验组还是对照组在19天后磷营养盐浓度均恢复至初始水平,其中有沉水植物的组别磷营养盐在结束时甚至低于初始值。说明,沉水植物的存在既可以有效降低蓝藻碎屑分解释放的高营养盐浓度,同时也可以缩短蓝藻碎屑分解释放所造成的水体高营养盐浓度状态持续时间。
　　 (3)来自太湖的两种沉水植物-苦草(Vallisneria spiralis)和伊乐藻(Elodeanuttallii)根、茎叶等部位的δ15N随时间变化迅速增加,显示这两种植物均能快速地吸收利用蓝藻碎屑分解所释放的氮营养盐,其中对蓝藻碎屑分解释放氮营养盐的吸收能力,伊乐藻茎叶>苦草叶>伊乐藻根>苦草根；沉水植物对蓝藻释放营养盐的快速吸收利用,是蓝藻释放营养盐在沉水植被区迅速下降的一个重要原因。
　　 以上研究结果表明:蓝藻死亡分解将释放大量营养,而在沉水植物区,沉水植物的存在可以有效的降低这一部分营养盐存在的时间和强度,其中部分营养盐被沉水植物吸收及利用是这一现象的原因之一。