沉水植物黑藻對(duì)沉積物氨氮吸附釋放特征的影響[j]

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1、王娟等：沉水植物黑藻對(duì)沉積物氨氮吸附/釋放特征的影響341沉水植物黑藻對(duì)沉積物氨氮吸附/釋放特征的影響王娟1，王圣瑞2，金相燦2*，張躍進(jìn)1，朱書全11.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京100083；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100012摘要：氮素是主要的湖泊營(yíng)養(yǎng)鹽，而沉水植物作為湖泊生態(tài)系統(tǒng)主要的組成部分，對(duì)系統(tǒng)中氮素的跨界面遷移有著重要的影響。在實(shí)驗(yàn)室模擬條件下，通過(guò)沉積物氨氮釋放動(dòng)力學(xué)、吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究了沉水植物黑藻（Hydrillaverticilla）對(duì)沉積物氨氮吸附/釋放特征的影響，得到如下結(jié)論：（1）一級(jí)動(dòng)力

2、學(xué)反應(yīng)模型能較好地?cái)M合沉積物氨氮釋放的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，種植沉水植物沒(méi)有影響氨氮釋放的趨勢(shì)，但增強(qiáng)了沉積物釋放氨氮的能力；（2）分別用多個(gè)模型對(duì)沉積物氨氮吸附熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行擬合，結(jié)果均表明種植沉水植物以后，沉積物對(duì)氨氮吸附的趨勢(shì)沒(méi)有影響，但吸附強(qiáng)度有所下降。關(guān)鍵詞：沉水植物；黑藻；氨氮；熱力學(xué)；動(dòng)力學(xué)中圖分類號(hào)：X131.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-2175（2007）02-0336-06王娟等：沉水植物黑藻對(duì)沉積物氨氮吸附/釋放特征的影響341淺水湖泊沉積物中氨氮、硝氮等在沉積物-水體界面間的遷移和轉(zhuǎn)化是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程[1]，以前這方面的研究多集中于物理和化學(xué)過(guò)程[

3、2]，對(duì)生物過(guò)程相對(duì)重視不夠[3]。而水生植物占據(jù)了湖泊上覆水和沉積物的主要界面，是水體兩大營(yíng)養(yǎng)庫(kù)間的有機(jī)結(jié)合部，是淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)主要的初級(jí)生產(chǎn)者，對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用[4]，特別是沉水植物，作為淺水湖泊生態(tài)系統(tǒng)的主要高等植物，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的循環(huán)和傳遞起調(diào)控作用[5-6]。但目前關(guān)于沉水植物主要是從水質(zhì)凈化[7]和景觀設(shè)計(jì)[8]的角度開(kāi)展了一些工作，很少?gòu)某练e物-水-沉水植物系統(tǒng)的角度研究沉水植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽在系統(tǒng)間遷移和轉(zhuǎn)化特征的影響。因此本文利用沉積物來(lái)培養(yǎng)黑藻（Hydrillaverticilla），研究了不同時(shí)期黑藻對(duì)沉積物中氨氮釋放和吸附動(dòng)力學(xué)特征以及

4、等溫吸附特征的影響，試圖進(jìn)一步揭示沉水植物在沉積物-水界面氮交換過(guò)程中的作用機(jī)理。1材料與方法1.1材料本研究所用黑藻取自北京房山區(qū)拒馬河，在溫室內(nèi)預(yù)培養(yǎng)7d，選取生長(zhǎng)良好長(zhǎng)勢(shì)一致的植株頂枝20cm做試驗(yàn)材料。沉積物取自環(huán)科院湖泊（HK），將之混勻過(guò)篩去除雜質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)狀況如表1所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)2個(gè)試驗(yàn)組，一組用沉積物HK來(lái)培養(yǎng)黑藻（HK組），另一組作無(wú)植物對(duì)照組（CK組）。每組在1m×1m×0.8m的玻璃缸內(nèi)設(shè)16個(gè)小桶（高20cm，直徑20cm）。每桶裝3kg沉積物，栽10株黑藻，用自來(lái)水培養(yǎng)。玻璃缸內(nèi)定期補(bǔ)充培養(yǎng)水，使水深保持一致。培養(yǎng)4個(gè)月，分別在7月18日(HK7.18、CK7.18

5、)、8月19日（HK8.19、CK8.19）、9月8日（HK9.8、CK9.8）和9月29日（HK9.29、CK9.29）取沉積物4次。將沉積物冷凍干燥，研磨過(guò)100目篩后，貯存在帶塞的玻璃瓶中備用。表1沉積物營(yíng)養(yǎng)環(huán)境狀況Table1Environmentalconditionsofsediments項(xiàng)目w(有機(jī)質(zhì))/%w(總氮)/(g·kg-1)w(總磷)/(mg·kg-1)w(無(wú)機(jī)磷)/(mg·kg-1)w(有機(jī)磷)/(mg·kg-1)HK2.411.24687.62578.68108.491.2試驗(yàn)方法1.2.1釋放動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)稱取沉積物干樣0.5g若干份，置于100mL聚乙烯離心

6、管中，加入0.02mol·L-1中性KCl溶液50mL，在室溫下振蕩（200r·min-1）。每隔一定時(shí)間間隔（5、10、30、60、90、120、180、300min），取出離心管在5000r·min-1條件下離心5min，取上清液過(guò)0.45μm濾膜抽濾。測(cè)定濾液中NH4+離子的濃度[9]。1.2.2吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)稱取沉積物干樣0.5g若干份，置于100mL聚乙烯離心管中，分別加入一系列質(zhì)量濃度（0、3、5、10、40、80、120、180mg·L-1）的NH4Cl溶液50mL，在室溫下振蕩（200r·min-1）2h后，取出離心管在5000r·min-1條件下離心5min，取上清液

7、過(guò)0.45μm濾膜抽濾。測(cè)定濾液中NH4+離子的質(zhì)量濃度。原液中NH4+量減去所測(cè)NH4+王娟等：沉水植物黑藻對(duì)沉積物氨氮吸附/釋放特征的影響341量即為沉積物吸附的NH4+量。1.2.3吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)稱取沉積物干樣0.5g若干份，置于100mL聚乙烯離心管中，加入10mg·L-1的NH4Cl溶液50mL，在室溫下振蕩（200r·min-1）。每隔一定時(shí)間間隔（5、10、30、60、90、120、150、180min），取出離心管在5000r·