沉水植物黑藻对沉积物氨氮吸附释放特征的影响[j]

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1、王娟等：沉水植物黑藻对沉积物氨氮吸附/释放特征的影响341沉水植物黑藻对沉积物氨氮吸附/释放特征的影响王娟1，王圣瑞2，金相灿2*，张跃进1，朱书全11.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京100083；2.中国环境科学研究院国家环境保护湖泊污染控制重点实验室，北京100012摘要：氮素是主要的湖泊营养盐，而沉水植物作为湖泊生态系统主要的组成部分，对系统中氮素的跨界面迁移有着重要的影响。在实验室模拟条件下，通过沉积物氨氮释放动力学、吸附热力学和吸附动力学实验，研究了沉水植物黑藻（Hydrillaverticilla）对沉积物氨氮吸附/释放特征的影响，得到如下结论：（1）一级动力

2、学反应模型能较好地拟合沉积物氨氮释放的动力学过程，种植沉水植物没有影响氨氮释放的趋势，但增强了沉积物释放氨氮的能力；（2）分别用多个模型对沉积物氨氮吸附热力学和动力学过程进行拟合，结果均表明种植沉水植物以后，沉积物对氨氮吸附的趋势没有影响，但吸附强度有所下降。关键词：沉水植物；黑藻；氨氮；热力学；动力学中图分类号：X131.2文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）02-0336-06王娟等：沉水植物黑藻对沉积物氨氮吸附/释放特征的影响341浅水湖泊沉积物中氨氮、硝氮等在沉积物-水体界面间的迁移和转化是一个复杂的生物化学过程[1]，以前这方面的研究多集中于物理和化学过程[

3、2]，对生物过程相对重视不够[3]。而水生植物占据了湖泊上覆水和沉积物的主要界面，是水体两大营养库间的有机结合部，是浅水湖泊生态系统主要的初级生产者，对维持生态系统的结构和功能具有重要作用[4]，特别是沉水植物，作为浅水湖泊生态系统的主要高等植物，对生态系统物质和能量的循环和传递起调控作用[5-6]。但目前关于沉水植物主要是从水质净化[7]和景观设计[8]的角度开展了一些工作，很少从沉积物-水-沉水植物系统的角度研究沉水植物对营养盐在系统间迁移和转化特征的影响。因此本文利用沉积物来培养黑藻（Hydrillaverticilla），研究了不同时期黑藻对沉积物中氨氮释放和吸附动力学特征以及

4、等温吸附特征的影响，试图进一步揭示沉水植物在沉积物-水界面氮交换过程中的作用机理。1材料与方法1.1材料本研究所用黑藻取自北京房山区拒马河，在温室内预培养7d，选取生长良好长势一致的植株顶枝20cm做试验材料。沉积物取自环科院湖泊（HK），将之混匀过筛去除杂质，营养状况如表1所示。实验设2个试验组，一组用沉积物HK来培养黑藻（HK组），另一组作无植物对照组（CK组）。每组在1m×1m×0.8m的玻璃缸内设16个小桶（高20cm，直径20cm）。每桶装3kg沉积物，栽10株黑藻，用自来水培养。玻璃缸内定期补充培养水，使水深保持一致。培养4个月，分别在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）取沉积物4次。将沉积物冷冻干燥，研磨过100目筛后，贮存在带塞的玻璃瓶中备用。表1沉积物营养环境状况Table1Environmentalconditionsofsediments项目w(有机质)/%w(总氮)/(g·kg-1)w(总磷)/(mg·kg-1)w(无机磷)/(mg·kg-1)w(有机磷)/(mg·kg-1)HK2.411.24687.62578.68108.491.2试验方法1.2.1释放动力学实验称取沉积物干样0.5g若干份，置于100mL聚乙烯离心

6、管中，加入0.02mol·L-1中性KCl溶液50mL，在室温下振荡（200r·min-1）。每隔一定时间间隔（5、10、30、60、90、120、180、300min），取出离心管在5000r·min-1条件下离心5min，取上清液过0.45μm滤膜抽滤。测定滤液中NH4+离子的浓度[9]。1.2.2吸附热力学实验称取沉积物干样0.5g若干份，置于100mL聚乙烯离心管中，分别加入一系列质量浓度（0、3、5、10、40、80、120、180mg·L-1）的NH4Cl溶液50mL，在室温下振荡（200r·min-1）2h后，取出离心管在5000r·min-1条件下离心5min，取上清液

7、过0.45μm滤膜抽滤。测定滤液中NH4+离子的质量浓度。原液中NH4+量减去所测NH4+王娟等：沉水植物黑藻对沉积物氨氮吸附/释放特征的影响341量即为沉积物吸附的NH4+量。1.2.3吸附动力学实验称取沉积物干样0.5g若干份，置于100mL聚乙烯离心管中，加入10mg·L-1的NH4Cl溶液50mL，在室温下振荡（200r·min-1）。每隔一定时间间隔（5、10、30、60、90、120、150、180min），取出离心管在5000r·