沉水植物分别采用苦草 Vallisneria natans、金鱼藻 Ceratophyllum demersum、轮叶黑藻 Hydrilla verticillata、狐尾藻 Myriophyllum verticillatum、伊乐藻 Elodea canadensis和菹草 Potamogeton crispus 6种。均为中南地区常见的水生景观植物，分别购置于湖北洪湖某育苗基地或采于湖南长沙某人工湿地，后于苗圃开放空间内的玻璃缸中进行扩大培养。

用于耐污与去污能力比较的实验所采用的原水取自某大学校区生活污水，稀释到预设浓度范围后加入容器备用。为凸显低浓度暴露实验下沉水植物对蓝绿藻生长的抑制效应，原水中加入采自于某景观塘的富营养化水 ^[15-16]，以提供蓝绿藻，其主要污染物浓度如表1所示。

表1 原水主要污染物浓度
Table 1 Pollutant concentration of experimental wastewater (mg/L)

实验采用玻璃水箱的规格为 60 cm×50 cm× 40 cm，植物试样苦草、金鱼藻、轮叶黑藻、狐尾藻、伊乐藻和菹草各设置 3个重复，生物浓度设置为 10 g/L。空白对照组 3个重复，共 7组 21个处理。植物先在清水中种植，每天加入等量原水以提供营养，经耐污培养，观察植物生长正常后开始取水样测定。

实验在苗圃内的开放空间进行，实验周期内气温保持在 14～ 25 ℃范围内。实验开始一周左右测定其耐性生理酶指标：脯氨酸、丙二醛，完成一个试验周期后，测定植物生物量、株高、根系长度与数量。实验过程中，每隔 7天（7、14、 21、28 d）取样一次，测定指标包括： TN、TP、 COD、SS、NH₃-N和叶绿素 a（mg/L）值、气温、 pH值、DO等数据。为消除水分蒸发对试验效果的影响，实验各阶段采样后均以纯水补充，以保证各组水箱水位相同。

沉水植物生长适应性指标（株高、根系数和根系长度）将采用 3株植物的平均值计算；耐性生理特性指标：脯氨酸用电位滴定法测定、 MDA用 TBA法测定。常规水质指标： pH值和 DO用便携检测仪现场测定， COD、TN、TP、NH₃-N 、 SS和叶绿素 a均采用国标法在实验室检测。实验数据采用了Microsoft Excel 2007软件统计及计算，单因素方差分析采用 SPSS 19.0统计软件计算，绘制图表采用 Sigma Plot12.5软件。

脯氨酸和丙二醛（ MDA）含量是植物抗性生理研究中的常用指标，可以作为沉水植物耐污能力比较的重要指标 ^[17]。从脯氨酸的含量来看（见图1），初始浓度较高的是金鱼藻，黑藻、狐尾藻和伊乐藻，苦草和菹草脯氨酸的初始浓度较低；试验后期，金鱼藻脯氨酸的含量降幅最大，其次是苦草、狐尾藻和黑藻，而菹草的脯氨酸含量较初始浓度有较大增幅。从丙二醛的含量来看，狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻均保持较高水平，后期降幅较大的是狐尾藻、黑藻和苦草。综合来看，实验初期金鱼藻和黑藻对水体富营养胁迫有较高的耐性（即抗逆性），苦草和狐尾藻次之；而到了实验末期，狐尾藻、苦草、金鱼藻和黑藻的脯氨酸和 MDA含量均出现大幅下降，表现出良好的适应性。而菹草的脯氨酸和丙二醛指标含量均呈上升趋势，表现为对污水环境的不适应性。

植物生长情况（见图2）也是衡量植物对污水适宜性的一个重要指标。从沉水植物的整体生物量增加来看，狐尾藻、轮叶黑藻、苦草增加量最大：狐尾藻为 414.1 g，轮叶黑藻为 359.8 g，苦草为 353.7 g。从植物株高变化来看，金鱼藻、菹草和黑藻增加量最大，金鱼藻为 1.67倍、菹草为

1.62倍，黑藻为 1.58倍。从根系长度来看，金鱼藻、黑藻和狐尾藻的根系长度净增量最明显，分别是

图1 6种沉水植物的脯氨酸和丙二醛含量
Fig.1 The praline and MDA content of 6 species of aquatic plants

图2 6种水生植物的生长适应性比较
Fig.2 Comparison of growth adaptability of six species of aquatic plants

由图3可知， 6种沉水植物对种植水体中 COD的去除效果均比较明显，且在实验后期与对照组形成显著差异。而 6种沉水植物之间 COD的去除效果差异不大，其中金鱼藻、黑藻和狐尾藻对 COD的去除果较好，分别为 67.11%、66.85%

和 66.44%。

由图4可知， 6种沉水植物对种植水体中 NH₃-N的去除率均明显高于对照组，且去除过程较为一致。由图可以看出，在实验开始阶段（ 0～ 7 d）6种沉水植物对 NH₃-N的去效率更为明显，之后（ 7～ 28 d）由于原水中 NH₃-N浓度的降低使得对其的去除效率也渐放缓，其中去除率最高的 3种沉水植物分别是黑藻 81.31%、苦草 81.20%和金鱼藻 80.58%。

由图5可以看出， TN的浓度随时间的变化与 NH₃-N的曲线相似，实验初期（ 0～ 7 d）即开始急剧下降，在后期（ 21～ 28 d）到达相对稳定的

图3 各处理对 COD的净化效果
Fig.3 The purification efficiency of COD under each treatment

图4 各处理对 NH3-N的净化效果
Fig.4 The purification efficiency of NH3-N under each treatment

图5 各处理对 TN的净化效果
Fig.5 The purification efficiency of TN under each treatment

80.16%、苦草 75.81%和金鱼藻 75.55%。图6是不同处理下原水中 TP浓度的去除曲线。由图可以看出，前半阶段（ 0～ 14 d）实验组与对照组均表现出对 TP相似的去除效果，到实验后期实验组的去除效果显著优于对照组，但实验组组间的差异不大。去除效果表现较好的 3种沉水植物分别是苦草 88.13%、黑藻 86.98%和伊乐藻

85.96%。

图6 各处理对 TP的净化效果
Fig.6 The purification efficiency of TP under each treatment

图7 各处理对 SS的净化效果
Fig.7 The purification efficiency of SS under each treatment

图8 各处理下的 pH值
Fig.8 The pH value under each treatment

叶绿素 a是一种衡量富营养化水体中藻类光合作用潜力的指标，可反映水体中藻类生物量的

图9 各处理下的 DO
Fig.9 The DO under each treatment

图 10 各处理中浮游藻类的叶绿素 a浓度
Fig.10 The chlorophyll a content of phytoplankton under each treatment

6组试样生长适应性及耐污能力排序为：藻＞苦草＞狐尾藻＞金鱼藻＞伊乐藻＞菹草。 6组试样去污能力能力排序为：黑藻＞苦草＞金鱼藻＞狐尾藻＞伊乐藻＞菹草。 6组试样抑藻效率排序为：苦草＞黑藻＞狐尾藻＞金鱼藻＞菹草＞伊乐藻； 6组试样抑藻效果的稳定性排序为：狐尾藻＞黑藻＞苦草＞金鱼藻＞菹草＞伊乐藻。

图 11 各处理中浮游藻类的相对生长速率曲线
Fig.11 The RGR curve of phytoplankton under each treatment

目前，利用组合水生植物进行污水原位修复的技术受到普遍重视，而沉水植物的去污抑藻效应的应用研究却相对薄弱。因此本研究设计了自然条件下的低浓度暴露实验，重点关注沉水植物本身的耐污能力和生长状况外，还对NH₃-N 等主要水质污染指标的去除效率和藻类抑制功能进行了对比研究，具有较高的工程应用价值。

实验初期，各沉水植物被迫调节自身的脯氨酸和丙二醛含量以适应原水中较高浓度的污染物环境，因此在实验初期，6 种沉水植物的脯氨酸和丙二醛含量均保持了较高的水平，表现出适应性抗逆反应。经过一个试验周期的适应，加之原水中污染物浓度在逐渐降低，狐尾藻、轮叶黑藻、金鱼藻、苦草和伊乐藻这5 种植物的脯氨酸、丙二醛含量均有所下降，这表明试验后期上述5 种植物已适应污水生长环境。

结合6 种植物在富营养化条件下的生长情况表现发现：在一个试验周期内，狐尾藻和苦草生长状态良好，其脯氨酸和丙二醛的含量水平较之其他沉水植物相对较低且后期降幅较大，这说明狐尾藻和苦草耐污能力较强，适宜在污染较重、营养物质含量多的水环境中生长；黑藻和金鱼藻也表现出良好的生长状态，其脯氨酸和丙二醛的含量水平较之其他沉水植物较高且后期也出现大幅降低，这说明黑藻和金鱼藻能在污水环境下产生适应性抗逆反应并逐渐适应，表现出较好的生长状态；而伊乐藻和菹草生长几乎停滞，尤其是菹草，其脯氨酸、丙二醛含量在实验末期还保持升高态势，充分说明这两种沉水植物耐污染适应性能力弱，不适宜在污染较重的水环境中生长。

通过在相同浓度污水里沉水植物对水质净化能力的对比研究发现：在一个实验观测周期内，实验水体的溶解氧（DO）含量得到明显的增加，pH 值维持在7.0 ～ 8.5 之间。污水中COD、NH₃-N、TN、TP、SS 等常规污染指标均明显下降，且植物对各污染物去除效率较高的阶段均出现在实验初期，后期去除效率逐步放缓。这一趋势应该是由沉水植物生长状况造成的：初期，植物不适应富营养化水体环境，生长状态不佳，故对COD、NH₃-N、TN、TP 等的去除率不高；经过一定的适应期后，植物生理代谢活动正常，能直接从水体中吸收营养物质，或依靠根系的微环境中微生物的代谢使水体中的COD、NH₃-N、TN 和TP 逐步降低，直至平衡。根据相同浓度生活污水条件下的综合比较发现：综合净化能力较好的沉水植物分别是黑藻、苦草、金鱼藻和狐尾藻，这与李泽等人^_[19] 的实验结果相吻合。

在自然生长环境下，苦草、黑藻、狐尾藻和金鱼藻4 种沉水植物种植水中的叶绿素a 浓度逐步降低并显著低于对照组，说明供试沉水植物通过营养和光的竞争，加之释放的化感物质，有效抑制了周边浮游藻类的生长。从种植水中浮游藻类的RGR 动态变化来看，除金鱼藻的实时速率变化波动较大外，狐尾藻、黑藻和苦草曲线表明随着种植时间的延长，植物向水中释放的化感物质浓度越高，抑藻效果越好。由于“低促高抑”现象的存在，菹草和伊乐藻向周围水体分泌的化感物质较少，致使其试样水体中浮游藻类的相对生长速率在某一时期出现上升。因此，在实际工程应用中，合理配置水生植物在水体中的密度或频度是保障良好抑藻效应的关键。至于同一种化感物质针对不同藻类是否起作用，亦或是每种藻类是否均有专一的化感物质，植物之间是否也存在强烈的化感效应，则有待通过气质联用技术_^[20-22]鉴定具体的化感物质和开展植物组合实验来进行深入研究。