近年来，我国水体富营养化趋势日益严峻，浮游藻类暴发性生长，形成蓝藻(Cyanobacteria)水华，导致水体生物多样性偏低，且养殖池塘水华主要优势种为微囊藻(Microcystis sp.)，占99%以上(常孟阳等, 2019)。微囊藻可释放毒素到水中，对水生生物、养殖水产品(鱼、虾)等造成危害(Rastogi et al, 2014; 沈明明等, 2017)。目前，为解决水华治理问题，提出许多物理、化学和生物方法，常用方法多为物理打捞和泼洒化学试剂等，但物理打捞费时费力，化学试剂容易造成污染，解决效果不尽人意，因此，水生植物的抑藻研究成为当今热点。沉水植物个体大、生命周期长、吸收和储存营养盐的能力强，大量研究表明，水生植物不仅可以与藻类竞争营养和光照，同时，水生植物能够向水中分泌克藻物质如萜类化合物、类固醇等，可有效抑制其生长或杀死藻类，从而控制“水华”的发生(Nakai et al, 2012; Zuo et al, 2015)。这些抑藻植物释放的化学物质在低浓度下可以起到抑制作用，具有良好的生态安全性(邹华等, 2012)。

目前，发现具有抑藻作用的沉水植物已有30多种(肖溪等, 2009)。鲜啟鸣等(2005)研究发现，金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、苦草(Vallisneria natans)等具有抑制铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的作用，其中，金鱼藻和篦齿眼子菜的抑藻效果相对较强。Hilt等(2008)研究发现，水剑叶(Stratiotes aloides)、水盾草(Cabomba caroliniana)等对水华藻类有很强的抑制作用。除此之外，黑藻(Hydrilla verticillata)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、菹草(Potamogeton crispus)、伊乐藻(Elodea canadensis)等都可以明显抑制水华藻类的生长(Zhu et al, 2010; 姚远等, 2016; Wang et al, 2017; 张之浩等, 2017)。

已有研究多集中于篦齿眼子菜和金鱼藻对水体氮、磷等营养盐的去除效果及沉水植物对单一优势藻类(如铜绿微囊藻)的影响。张帆等(2012)研究发现，篦齿眼子菜对水体中氮磷有较好的去除效果：总氮的去除率高达63.06%，对总磷的去除率高达96.63%。邢秀敏等(2018)研究了狐尾藻、金鱼藻及篦齿眼子菜3种沉水植物组合对水体的净化能力，发现狐尾藻加金鱼藻对水体营养盐有较好的去除效果。邢春玉等(2018)研究了水生植物群落对水华鱼腥藻(Anabaena flos-aquae)和铜绿微囊藻的化感抑制作用。但实际水体中藻类种类繁多，影响因素不一，关于沉水植物对水体中综合藻类影响的研究较少。本研究采用静态模拟野外实验的方法，以常见沉水植物金鱼藻和篦齿眼子菜为实验材料，研究其对养殖池塘浮游藻类的影响，旨在为控制养殖池塘水华的发生提供一定的理论依据。

金鱼藻、篦齿眼子菜均采自于河南师范大学养殖基地池塘(35°19′38.363″ N, 113°54′09.482″ E)，采回后用自来水洗净，去除杂质，在实验室进行驯化培养。实验水体取自河南师范大学养殖基地处于蓝藻水华暴发状态的养殖池塘。

从河南师范大学基地池塘同一处一次性取自然水样6 L，用量筒平均分到3个椭圆透明玻璃鱼缸(高12.5 cm，底部直径10 cm，最大直径20 cm)中，无底泥，设置3个实验组，第1组为空白对照(Control group, CG)；第2组放入长约8~12 cm、鲜重约9 g、生长状况良好、用蒸馏水洗净的金鱼藻植株(C. demersum treatment, CD)；第3组放入鲜重约9 g、生长良好、用蒸馏水洗净的篦齿眼子菜植株(P. pectinatus treatment, PP)；每组设置平行，植株投放量参考(Dong et al, 2018)得出，在4.5 g/L有最大影响为参考。实验平均光照强度为3000 lux，光暗比为12:12，水温为20℃~25℃，实验周期为21 d，实验期间每天(09:00、21:00)用玻璃棒混匀水体，每7 d取水样50 ml，分别用于藻细胞密度、种类、生物量和叶绿素a含量(Chl.a)的测定及种类鉴定等。

蓝藻水华水样处理：取样前用玻璃棒混匀水体，取出50 ml样品，加入1 ml鲁哥试剂进行固定，静置沉降48 h后，采用内径为3 mm的浓缩管，管头缠绕过滤布防止藻细胞流出，利用虹吸法(虹吸流速流量不宜过大，以成滴缓慢留下为宜)将沉淀上清液缓慢吸出，切不可搅动底部，剩下约10 ml沉淀物，倒入量筒测定体积，以备计数。

蓝藻水华水样中藻类计数及鉴定：将浓缩沉淀后的水样充分摇匀，使用移液枪吸出0.1 ml置于浮游植物计数框内，在10×40倍显微镜下观察计数，每个样品计数2次取其平均值，每次计数10~20格。同1个样品的2次计数结果和平均数之差不大于其平均数的±15%。取平均数作为计数结果。浮游植物鉴定参考《中国淡水藻类》(胡鸿钧等, 2006)，并以密度 > 5%浮游藻类总密度定义为优势种。

叶绿素a含量测定：采用乙醇分光光度计法(Lichtenthaler et al, 2001)，取3 ml样品放入10 ml离心管中，8000 r/min离心10 min，弃上清液后，向藻细胞中加入95%乙醇3 ml，在4℃冰箱中黑暗静置24~36 h充分提取(15 h左右时，上下摇动1次)。提取结束后，8000 r/min离心10 min，取上清液，采用分光光度计(整个过程需避光)分别测定665和649 nm波长下的吸光度(测定前用95%乙醇校零)。按下列公式计算叶绿素a含量(mg/L)：

水化指标测定：实验结束时对水体总磷(TP)、可溶性总磷(TDP)、总氮(TN)、可溶性总氮(TDN)、氨氮(${\rm{NH}}_4^ + $-N)、硝态氮(${\rm{NO}}_3^ - $-N)、化学需氧量(COD)等理化因子进行测定。水样营养盐测定方法参考《水和废水检测分析方法》第四版(魏复盛等, 2002)。化学需氧量(COD)的测定方法参考《养殖水环境化学实验》(雷衍之, 2006)。

密度和生物量的计算方法参考《水生生物学》 (赵文, 2005)。浮游藻类生物多样性采用Shannon- Weiner指数表示(Shannon et al, 1949)：

式中，S为物种数目，P_i为物种i的个体在全体个体中的比例，H为物种的多样性指数。

采用软件SPSS 22.0对数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，分析不同处理组之间的差异，并使用Tukey HSD检验进行多重比较，各项重复测量指标采用重复测量方差分析，组间多重比较采用LSD检验，使用Excel 2007进行作图。

实验初始，水样采自同一处，水体营养盐含量及理化指标相同，经过21 d培养后，实验组水体的理化性质发生明显改变，结果见图 1~图 4。相比对照组，加入沉水植物的实验组中，各形式存在的N含量均明显发生变化，TN含量显著减低，TDN含量同样有明显下降，${\rm{NH}}_4^ + $-N在不同处理组也有一定程度的下降，相反的，${\rm{NO}}_3^ - $-N在不同组中均有显著升高；同时，TP、TDP含量显著下降(P < 0.05)；实验组中化学需氧量也明显降低。研究表明，加入沉水植物(金鱼藻、篦齿眼子菜)可显著降低水体营养水平，且篦齿眼子菜对P的吸收较金鱼藻效果更明显。

图 1(Fig. 1)

图 1 不同处理组水体总氮、可溶性氮浓度变化 Fig.1 Changes in concentrations of TN and TDN in different treatment groups 同一指标中标有不同小写字母表示组间有显著性差异(P < 0.05)，标有相同小写字母者表示组间无显著性差异(P > 0.05)，下同 The means with different letters are significantly different at the 0.05 probability level, and the means with the same letters within the same column are not significantly different. The same as below

图 1(Fig. 1)

图 2 不同处理组水体氨氮、硝态氮浓度变化 Fig.2 Changes in concentrations of NH4+-N and NO3–-N in different treatment groups

图 1(Fig. 1)

图 3 不同处理组水体总磷、可溶性磷浓度变化 Fig.3 Changes in concentrations of TP and TDP in different treatment groups

图 1(Fig. 1)

图 4 不同处理组水体化学需氧量变化 Fig.4 Changes of COD in different treatment groups

实验期间，水体共鉴定出绿藻门(Chlorophyta)、硅藻门(Bacillariophyta)、蓝藻门(Cyanophyta) 3门13种(属)藻类；其中，绿藻门种数最多，共8种，占浮游植物总种数的61.5%；蓝藻门次之，为4种，占浮游植物总种数的30.8%；硅藻1种，占浮游植物总种数的7.7%。浮游藻类组成见表 1~表 3。从藻类优势地位分析，蓝藻门的颤藻和微囊藻始终处于优势地位，研究表明，对照组中，颤藻和微囊藻优势地位持续升高；实验组中，14 d和21 d颤藻和微囊藻优势地位显著下降。

表 1(Tab.1)

表 1 对照组浮游藻类组成及种类数变化 Tab.1 Temporal variation of phytoplankton in the control group during the experimental periods 浮游植物Phytoplankton 0 d 7 d 14 d 21 d 绿藻门Chlorophyta 爪哇栅藻 Scenedesmus javaensis ++ ++ ++ ++ 四尾栅藻 Scenedesmus quadricauda ++ ++ ++ ++ 斜生栅藻 Scenedesmus oblipuus ++ 盘星藻 Pediastrum sp. + + 空星藻 Coelastrum sp. + + 集星藻 Actinastrum sp. + 狭形纤维藻 Ankistrodesmus angustus 卵囊藻 Oocystis sp. + ++ ++ + 硅藻门Bacillariophyta 小环藻 Cyclotella sp. + + 蓝藻门Cyanophyta 微囊藻 Microcystis sp. ++++ ++++ ++++ ++++ 颤藻 Oscillatoria sp. ++++ +++++ +++++ +++++ 平裂藻 Merismopedia sp. + + 螺旋藻 Spirulina sp. 种类数 Species number 9 9 6 6 注：+: ×103 cell/ml；++: ×104 cell/ml；+++: ×105 cell/ml；++++: ×106 cell/ml；+++++: ×107 cell/ml

表 1 对照组浮游藻类组成及种类数变化 Tab.1 Temporal variation of phytoplankton in the control group during the experimental periods

表 2(Tab.2)

表 2 金鱼藻培养条件下浮游藻类组成及种类数变化 Tab.2 Temporal variation of phytoplankton in the presence of C. demersum during the experimental periods 浮游植物Phytoplankton 0 d 7 d 14 d 21 d 绿藻门Chlorophyta 爪哇栅藻 S. javaensis ++ ++ ++ ++ 四尾栅藻 S. quadricauda ++ ++ ++ +++ 斜生栅藻 S. oblipuus ++ 盘星藻 Pediastrum sp. + + 空星藻 Coelastrum sp. + 集星藻 Actinastrum sp. + 狭形纤维藻 A. angustus + 卵囊藻 Oocystis sp. + + ++ ++ 硅藻门Bacillariophyta 小环藻 Cyclotella sp. + 蓝藻门Cyanophyta 微囊藻 Microcystis sp. ++++ ++++ ++++ ++++ 颤藻 Oscillatoria sp. ++++ +++++ ++++ ++++ 平裂藻 Merismopedia sp. + 螺旋藻 Spirulina sp. + 种类数 Species number 9 8 5 7

表 2 金鱼藻培养条件下浮游藻类组成及种类数变化 Tab.2 Temporal variation of phytoplankton in the presence of C. demersum during the experimental periods

表 3(Tab.3)

表 3 篦齿眼子菜培养条件下浮游藻类组成及种类数变化 Tab.3 Temporal variation of phytoplankton in the presence of P. pectinatus during the experimental periods 浮游植物Phytoplankton 0 d 7 d 14 d 21 d 绿藻门Chlorophyta 爪哇栅藻 S. javaensis ++ ++ ++ ++ 四尾栅藻 S. quadricauda ++ ++ ++ ++ 斜生栅藻 S. oblipuus ++ 盘星藻 Pediastrum sp. ++ + + 空星藻 Coelastrum sp. 集星藻 Actinastrum sp. + 狭形纤维藻 A. angustus 卵囊藻 Oocystis sp. + + 硅藻门Bacillariophyta 小环藻 Cyclotella sp. + 蓝藻门Cyanophyta 微囊藻 Microcystis sp. ++++ ++++ ++++ ++++ 颤藻 Oscillatoria sp. ++++ +++++ +++ +++ 平裂藻 Merismopedia sp. + 螺旋藻 Spirulina sp. 种类数 Species number 9 6 5 5

表 3 篦齿眼子菜培养条件下浮游藻类组成及种类数变化 Tab.3 Temporal variation of phytoplankton in the presence of P. pectinatus during the experimental periods

结合浮游藻类变化(表 1~表 3)及优势种分析发现，主要优势种为蓝藻门的颤藻和微囊藻，分析不同沉水植物影响下，蓝藻门优势种藻类的变化(图 5)发现，对照组中，优势种藻类数量持续增多。实验组中，优势种藻类数量在14 d出现显著下降(P < 0.05)。实验进行到21 d，与对照组相比，金鱼藻培养组优势种藻类密度下降73.3%；篦齿眼子菜培养组下降93.3%。

图 1(Fig. 1)

图 5 不同培养条件对蓝藻门藻类密度的影响 Fig.5 Effects on dominant cyanobacteria density in the absence or presence of submerged macrophytes

由于蓝藻门的颤藻和微囊藻占水体的主要优势地位，因此，水体中藻细胞总密度与优势种变化情况一致，对照组藻细胞总密度持续增长，实验组藻细胞密度在14和21 d明显呈下降趋势。生物量与总密度趋势一致。实验进行至21 d，与对照组相比，金鱼藻培养组藻密度下降72.5%，生物量下降86.8%；篦齿眼子菜培养组藻密度下降93.6%，生物量下降98.9% (图 6~图 7)。金鱼藻和篦齿眼子菜这2种沉水植物对藻类生长都有抑制作用，且篦齿眼子菜对藻类生长显著抑制(P < 0.05)。

图 1(Fig. 1)

图 6 不同培养条件对浮游藻类总密度的影响 Fig.6 Effects on the total algal density in the absence or presence of submerged macrophytes

图 1(Fig. 1)

图 7 不同培养条件对藻细胞生物量的影响 Fig.7 Effects on the algal biomass in the absence or presence of submerged macrophytes

在不同培养条件下，叶绿素a含量变化情况见图 8。实验至14 d，金鱼藻培养组与篦齿眼子菜培养组叶绿素a含量显著低于对照组(P < 0.05)，实验进行至21 d，与对照组相比，金鱼藻培养组叶绿素a含量下降54.3%；篦齿眼子菜培养组叶绿素a含量下降60.5%。

图 1(Fig. 1)

图 8 不同培养条件对叶绿素a含量的影响 Fig.8 Effects on the Chl.a contents in the absence or presence of submerged macrophytes

浮游藻类生物多样性指数变化(图 9)，实验过程中，对照组浮游藻类生物多样性持续降低，实验组浮游植物生物多样性明显升高，实验进行至21 d，与对照组相比，金鱼藻培养组浮游藻类生物多样性升高98.4%；篦齿眼子菜培养组升高50.3%。在提高浮游藻类生物多样性方面，金鱼藻较篦齿眼子菜效果更显著(P < 0.05)。

图 1(Fig. 1)

图 9 不同培养条件对浮游藻类生物多样性的变化 Fig.9 Effects on the algal biodiversity in the absence or presence of submerged macrophytes

近些年来，利用水生植物抑制藻类生长引起了广泛关注，金鱼藻和篦齿眼子菜作为湖泊、河流常见的沉水植物，利用它们抑制水华藻类生长，分析沉水植物对藻类的化感抑制作用，对养殖池塘水华现象的治理有一定的现实意义。

本研究立足于为解决水华问题提供理论依据，研究了沉水植物金鱼藻和篦齿眼子菜对养殖水体的影响。营养盐对水生植物的生长有重要意义(韩婷婷等, 2018)，有大量研究发现，沉水植物可吸收水中营养盐，降低水体营养水平，关于常见沉水植物金鱼藻和篦齿眼子菜的研究也屡见不鲜。刘俊等(2012)研究发现，金鱼藻可去除水样90.01%的TN、35.13%的TP和72.67%的COD，促进水质由中富营养型转变为贫营养型。在张帆等(2012)的研究中，篦齿眼子菜对TN的去除率达63.06%，对TP的去除率达96.63%，对水体营养有明显的降低作用。本研究发现，金鱼藻和篦齿眼子菜可有效降低水体TN、TDN和${\rm{NH}}_4^ + $-N的含量，同时，${\rm{NO}}_3^ - $-N含量明显增加，NO₃是氧化分解的最终产物，随着水体有机物氧化分解的进行，水体逐渐达到自净效果，同时，金鱼藻和篦齿眼子菜显著降低TP、TDP和COD含量，水体营养水平大幅度降低，有利于蓝藻水华的消亡。

水生植物与藻类之间的作用是相互的，二者之间既有相互竞争、抢夺营养的关系，植物分泌的物质对藻类可能造成影响，同样藻类释放的分泌物也会对植物造成影响。本实验初期，浮游藻类密度、生物量及叶绿素a含量持续增长，可能由于沉水植物处于适应阶段，分泌至水体中的抑藻物质较少；14 d开始，实验组浮游藻类密度、生物量及叶绿素a含量显著下降(P < 0.05)，此时抑藻效果明显，21 d，浮游藻类密度、生物量及叶绿素a含量保持相对稳定，也许是因为抑藻物质损耗或分泌速率下降的原因(陈德辉等, 2004; 徐洁等, 2008)。至实验结束时，金鱼藻和篦齿眼子菜对养殖池塘水华水体浮游藻类有明显抑制作用，且篦齿眼子菜效果更显著(P < 0.05)。孙颖颖等(2012)研究显示，共生条件下，金鱼藻能显著抑制颤藻、水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)、衣藻(Chamydomonas sp.)、实球藻(Pandorina morum)和纤维藻(Ankistrodesmus sp.)5种水华微藻的生长。吴溶等(2010)研究表明，金鱼藻和狐尾藻能很好地抑制铜绿微囊藻的生长。姜小玉等(2018)研究发现，金鱼藻能显著抑制铜绿微囊藻的增殖。何宗祥等(2016)研究发现，金鱼藻与一定密度铜绿微囊藻共生时具有较好的抑藻作用。巨颖琳等(2011)研究中，发现眼子菜(Potamogeton lucens)对铜绿微囊藻的抑制作用比金鱼藻更好。这些与本研究结果一致。

与已有研究报道相似，沉水植物化感效应具有物种选择性。杨琳等(2008)研究发现，伊乐藻和篦齿眼子菜均对斜生栅藻的生长具有化感效应，都表现为“低促高抑”的现象，且篦齿眼子菜对斜生栅藻的抑制效果较伊乐藻好。郑耀辉等(2007)研究表明，金鱼藻种植水对铜绿微囊藻和纤细席藻(Phormidium tenue)有明显抑制作用，金鱼藻对小球藻(Chlorella sp.)有明显抑制作用，对四尾栅藻无明显抑制作用，反而有一定的促进作用。陈德辉等(2004)发现，篦齿眼子菜种植水对栅藻(Scenedesmus sp.)都有促进作用，对微囊藻有抑制作用。本研究中，养殖池塘水体藻类主要优势种为蓝藻门的颤藻和微囊藻，且始终处于优势地位，在共培养实验组中，由于篦齿眼子菜和金鱼藻的影响，颤藻和微囊藻优势地位显著下降(P < 0.05)，绿藻门栅藻逐渐增多，成为优势种群之一。本研究结果与相关报道结果一致：金鱼藻和篦齿眼子菜对蓝藻门颤藻和微囊藻有一定的抑制作用，对绿藻门栅藻有一定的促进作用。

从本实验浮游藻类种类组成及变化(表 1~表 3)来看，实验组中水华蓝藻(微囊藻、颤藻和平裂藻)的种类及数量持续下降，绿藻门爪哇栅藻、四尾栅藻、盘星藻、空星藻等其他有益藻种类及数量逐渐升高，表明沉水植物的存在可有效减少养殖水体中有害藻类的产生，促进有益藻类的生长。结合Shannon-Wiener多样性指数发现，实验组浮游藻类生物多样性指数明显升高，而且金鱼藻提高浮游藻类生物多样性能力是篦齿眼子菜的1.96倍，说明金鱼藻和篦齿眼子菜可以明显的增加物种的丰富度，同时可提高水体的清洁度(韩欢欢, 2012)。董淮晋等(2013)研究也表明，轮藻和金鱼藻组合能有效改善水体透明度，增加浮游藻类多样性，控制生物量。本研究表明，在养殖水体中适量放入金鱼藻、篦齿眼子菜等沉水植物对保持水体健康、水质清洁及保证养殖生物的安全性具有实际意义。