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是指由于或外界的作用而失去或得到一个或几个使其达到为8个或2个（）或没有电子（四中子）的稳定结构。这一过程称为。电离过程所需或放出的称为。在中，失去最外层，原子得到电子，从而使参加反应的原子或原子团带上。带电荷的原子叫做离子，带正电荷的原子叫做阳离子，带负电荷的原子叫做阴离子。阴、阳离子由于静电作用而形成不带电性的。与分子、原子一样，离子也是构成物质的基本。如就是由离子和离子构成的。发现人人类
在中，原子或原子团得失电子后形成的带电微粒称作离子。带正电的称为，带负电的称为。
原子是由和核外电子构成，原子核带，绕核运动的电子则带相反的。原子的与核外相等，因此原子显电中性。如果原子从外获得的超过某个壳层电子的结合能，那么这个电子就可脱离原子的束缚成为。
原子核外第一层不能超过2个电子，最外层最多只能排8个。次外层不超过18个。
一般小于4的原子、或较大的原子，较易失去电子（一般为，如：K，Ca等)趋向达到相对稳定结构；而最外层电子数不少于4的原子（一般为，如：B，C等）则较易获得电子趋向达到相对稳定结构。
当原子的最外层电子轨道达到状态（第一2个电子、第二第三周期元素8个电子）时，性质最稳定，一般为(氦除外，最外层有2个电子，性质也很稳定)。
是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一个或几个电子使其达到最外层电子数为8个（如第一层是最外层，则为2个，若是，则没有外层电子）的稳定结构。这一过程称为。电离过程所需或放出的能量称为。
在中，失去最外层电子，原子得到电子，从而使参加反应的原子或带上电荷。带电荷的原子叫做离子，带正电荷的原子叫做，带负电荷的原子叫做。阴、阳离子由于作用而形成不带电性的。
与、原子一样，离子也是构成物质的基本。如就是由和构成的。当原子得到一个或几个电子时，质子数小于核外，且=核外电子数-所带电荷数，从而带负电荷，称为。
当原子失去一个或几个电子时，质子数大于核外电子数，且=核外+所带数，从而带，称为。
是指由某些分子、原子或阳离子通过与电或形成的复杂离子，例如。络离子本身可以属于阳离子或阴离子。在的原子间进行而生成离子的过程称为，电离过程所需或放出的能量称为。电离能越大，意味着原子越难失去电子。　，即阴、阳离子间以组成的化合物，如可溶于水的酸、碱、，当在水中并时，恒定条件下，处于离子状态的比例和处于分子状态的比例达到，称为（ion balance）。离子结构示意图与一样，人们可以用离子结构示意图来表示离子的和排布。小圈和圈内的数字分别表示和核内质子数，弧线表示电子层，弧线上的数字表示该层的。当然，在书写离子结构的时候需要注意离子核外电子一般为8电子（或2电子）的稳定结构。1887年，28岁的在前人研究的气体元素离子基础上提出了。但他的导师，著名科学家教授不认同他的观点，严厉抨击了他的论文，结果在数年后才受到公认。阿仑尼乌斯荣获1903年。后来物理学家对离子作了进一步研究并获得1936年。与气体放电：在绝对不为零的任何气体中。
气体元素离子
都有一定数量的原子被电离。在气体放电过程中以及受控装置产生的中，有大量的工作气体和杂质原子被剥离了最外层电子，成为离子。例如氧原子，若失去一个电子记作OⅡ，若失去两电子记作OⅢ，以此类推。
指的是通过用、、等方法鉴别离子的过程。SO42-(在溶液中)———先加入稀酸化，如果无沉淀生成、无气体产生（分别排除、根离子干扰）则在被测溶液中加入，生成白色沉淀则原被测液中含根离子。
CO32-(1)(或溶液)———在被测中加入稀酸溶液，如果产生能使澄清水变浑浊的气体，则原被测物质中含碳酸根离子。(2)(在溶液中)———在被测溶液中加入氯化钡或银溶液，如果产生能溶于硝酸的白色沉淀，且同时生成能使澄清的变浑浊的气体，则原被测溶液中含碳酸根离子。
NH4+ （溶液或固体）———在被测物质中加入如NaOH，研磨或加热，如果放出刺激性气体，且该气体能使湿润的变蓝，则原物质中含有离子。
Fe2+ （溶液）———在被测溶液中加入KSCN溶液，无现象，再加入新制，然后，如果产生血红色沉淀，则原被测溶液中含有。
Fe3+ (溶液中）———在被测物质中加入KSCN溶液，如果产生血红色沉淀，则原被测溶液中含有铁离子。
Na+ （固体或溶液）———用焰色反映检验，如果其为黄色，则原物质中含有钠离子。
K+ （固体或溶液）———用焰色反映检验，如果其火焰为紫色(透过蓝色，滤去黄光)，则原物质中含有。
负离子产品Cl-(在溶液中)———在被测溶液中加入稀硝酸酸化，然后加入溶液。如果生成白色沉淀，则原被测液中含氯离子。
Br- （溶液）———在被测溶液中加入硝酸银溶液,如果生成不溶于硝酸的浅黄色沉淀，则原被测液中含离子。
I- （溶液）———在被测溶液中加入硝酸银溶液，如果生成不溶于硝酸的黄色沉淀，则原被测液中含碘离子。
在鉴别离子时，用氯化钡溶液，不能用硝酸银或硝酸钡溶液，这是因为硫酸银为微溶性物质，使鉴别现象不明显；且硝酸根很可能将亚硫酸根氧化为硫酸根，造成结果不对。
检验硫酸根离子时在不能直接加入氯化钡溶液，若产生不溶于硝酸的白色沉淀，则原被测液中可能含银离子也可能含硫酸根离子，所以应先加盐酸酸化并排除银离子。
离子符号：在元素符号右上角表示出离子所带正、负电荷数的符号。 例如,钠原子失去一个电子后成为带一个单位正电荷的钠离子用“Na+”表示。硫原子获得二个电子后带元素符号：统一采取该元素的拉丁文名称第一个字母来表示元素的符号（往往正负电的数字写在的前面）。离子键
：使阴、结合成化合物的。
离子键是由电子转移（失去电子者为阳离子，获得电子者为阴离子）形成的。即和之间由于所形成的。离子既可以是单离子，如Na+、Cl-；也可以由形成；如SO42-，NO3-等。离子键的作用力强，无饱和性，无方向性。离子键形成的矿物总是以的形式存在。
研究认为，在分子或晶体中的原子决不是简单地堆砌在一起，而是存在着强烈的相互作用。化学上把这种分子或晶体中原子间（有时原子得失电子转变成离子）的强烈作用力叫做化学键。键的实质是一种力。所以有的又叫键力，或就叫键。
矿物都是由原子、分子或离子组成的，它们之间是靠化学键联系着的。
化学键主要有三种基本类型，即、和。
离子键的形成离子键的形成强，有饱和性与方向性。因为只有方向相反的电子才能配对成键，所以共价键有饱和性；另外，互相重叠时，必须满足对称条件和最大重叠条件，所以共价键有方向性。共价键又可分为三种：
1.非形成共价键的电子云正好位于键合的两个原子正中间，如金刚石的C—C键。
2.极性共价键 形成共价键的电子云偏于对电子引力较大的一个原子，如Pb—S 键，电子云偏于S一侧，可表示为Pb→S。
3.配价键 共享的电子对只有一个原子单独提供。如Zn—S键，共享的电子对由锌提供，Z：+ ¨．．S：=Z n→S 共价键可以形成两类晶体，即共价键与。的晶格结点上排列着原子。原子之间有共价键联系着。在分子晶体的结点上排列着分子（极性分子或非极性分子），在分子之间有作用着，在某些晶体中还存在着。
离子间的反应离子间的反应
凝固成、和（的晶体）。说明在分子之间还有一种存在着，这种作用力叫做分子间力（），有的叫。分子间力的分子的有关。有极性分子和非极性分子，其根据是分子中的正负电荷中心是否重合，重合者为非极性分子，不重合者为极性分子。 分子间力包括三种作用力，即力、和。
（1）当非极性分子相互靠近时，由于电子的不断运动和原子核的不断振动，要使每一瞬间正、负电荷中心都重合是不可能的，在某一瞬间总会有一个偶极存在，这种偶极叫做瞬时偶极。由于同极相斥，异极相吸，瞬时偶极之间产生的分子间力叫做。任何分子（不论极性或非极性）互相靠近时，都存在色散力。
（2）当极性分子和靠近时，除了存在色散力作用外，由于非极性分子受极性分子电场的影响产生诱导偶极，这种诱导偶极和极性分子的固有偶极之间所产生的吸引力叫做诱导力。同时诱导偶极又作用于极性分子，使其偶极长度增加。从而进一步加强了它们间的吸引。
（3）当相互靠近时，色散力也起着作用。此外，由于它们之间固有偶极之间的同极相斥，相吸，两个分子在空间就按异极相邻的状态取向，由于固有偶极之间的取向而引起的分子间力叫做。由于取向力的存在，使极性分子更加靠近，在相邻分子的固有偶极作用下，使每个分子的正、负电荷中心更加分开，产生了诱导偶极，因此极性分子之间还存在着。
总之，在非极性分子之间只存在着色散力，在极性分子和非极性分子之间存在着色散务和诱导力，在极性分子之间存在着色散力、诱导力和取向力。色散力、诱导力和的总和叫做分子间力。分子间力没有方向性与饱和性，键力较弱。离子是组成离子型化合物的。离子型化合物在任何状态下(晶体、、蒸气状态或溶液中)都是以离子的形式存在的。因此，离子的性质在很大程度上决定着离子化合物的性质。就是说，离子的性质，即离子的三种重要特征：离子的电荷、离子的半径、离子的电子层结构的类型(简称离子的)是决定离子型化合物的共性和特性的根本原因。
(1)离子的电荷
离子对于离子的性质以及所组成的离子型的性质，都有很大影响。即使是同一种元素，当形成不同电荷的离子时，由它们所组成的离子型化合物的性质也会有较大的差异。例如，铁元素能形成Fe2+、Fe3+两种离子，这两种离子及其化合物在性质上就大不相同。Fe3+比Fe2+的正电荷多，在一定条件下，Fe3+能夺取1个电子变成Fe2+，而相反，Fe2+则有失去1个电子变为Fe3+的倾向。Fe3+在溶液中能跟SCN-离子作用生成血红色的Fe(SCN)2+离子，而Fe2+则不发生这种反应；Fe3+在里呈黄色，Fe2+在水溶液里却呈浅绿色等。
(2)离子的电子构型
离子的电子层结构类型不同，对离子化合物的性质亦有一定的影响，例如，Na和Cu离子的电荷数相同，都是+1价的离子，它们的离子半径也很相近，Na的半径是0.095 nm，Cu的半径是0.096 nm，但它们相应的化合物的性质却有较大的差别：如易溶于水，而CuI不易溶于水。这主要是由于Na的(2s2p)和Cu的电子构型(3s3p3d)很不相同。
(3)离子的半径
原子或离子的绝对大小是无法确定的，因为原子核外电子并非在固定的轨道上运动。而通常说的是指离子的有效半径，它是通过各种结构分析实验测定两个异号离子A和B所组成的离子型化合物的核间距d求算出来的。而d等于A的半径r1与B的半径r2之和，即
由此可见，离子半径只能近似地反映离子的大小，离子半径随配位数、离子的价数等等而改变。
离子半径求算时，必须假设某个离子的r1为已知，然后依据r2=d-r1公式求出r2。1926年，戈尔德施米特由晶体结构数据确定了氟离子和氧离子的半径分别是0.133 nm和0.132 nm，然后以此为基准，一一推算出其他各离子的半径。
定义一：描述离子大小的参数。取决于所带电荷、和晶体结构型式
离子半径离子半径电荷、分布和结构型式。设r阳为阳，r阴为阴离子半径。r阳+r阴=。r阳/r阴与晶体类型有关。可从计算离子半径。一般采用Goldschmidt半径和Pauling半径，皆是NaCl型结构为6的数据。Shannon考虑了配位数和状态的影响，得到两套最新数据，其中一套数据，参考电子云密度图，阳离子半径比传统数据大14pm，阴离子小14pm，更接近晶体实际。 定义二：反映离子大小的一个量。离子可近似视为球体，的导出以正、半径之和等于这一为基础，从大量X射线分析实测键长值中推引出离子半径。的大小主要取决于离子所带电荷和离子本身的，但还要受离子化合物结构型式（如等）的影响，离子半径一般以配位数为6的氯化钠型晶体为基准，配位数为8时，半径值约增加3% ；配位数为4时，半径值下降约5%。负离子半径一般较大，约为1.3～2.5埃；正离子半径较小，约为0.1～1.7埃。根据正、负离子半径值可导出正、的半径和及，这是阐明和型式的两项重要因素。1.简单阳离子
　离子（II）
　铬离子（III）
　铬离子（VI）
　离子（II）
　钴离子（III）
　铜离子（III）
　离子（II）
　铅离子（IV）
　离子（II）
　离子（III）
　离子（IV）
　锰离子（VII）
　离子（II）
　亚镍离子（II）
　镍离子（III）
　亚锡离子（II）
　离子（IV）
　2.多原子阳离子
1.简单阴离子
叠氮根离子
过氧根离子
2. 含氧酸根
砷酸根离子
亚砷酸根离子
硼酸根离子
溴酸根离子
次溴酸根离子
碳酸根离子
碳酸氢根离子
氢氧根离子
氯酸根离子
高氯酸根离子
亚氯酸根离子
次氯酸根离子
铬酸根离子
二铬酸根离子
碘酸根离子
硝酸根离子
亚硝酸根离子
磷酸根离子
亚磷酸根离子
磷酸一氢根离子
磷酸一氢盐
磷酸二氢根离子
磷酸二氢盐
锰酸根离子
高锰酸根离子
硫酸根离子
硫代硫酸根离子
硫代硫酸盐
硫酸氢根离子
亚硫酸根离子
亚硫酸氢根离子
亚硫酸氢盐
过硫酸根离子
硅酸根离子
偏硅酸根离子
铝硅酸根离子
3. 有机酸根离子
乙酸根(醋酸根)离子
甲酸根离子
草酸根离子
草酸氢根离子
4. 其他阴离子
硫化氢根离子
氨基负离子
氰酸根离子
硫氰酸根离子
高锰酸根离子
锰酸根离子
铬酸根离子
重铬酸根离子
用实际参加反应的表示离子反应的式子。它不仅表示一定物质间的某个反应，而且表示了所有同一类型的离子反应的基本步骤为：
①、写出有关反应的。
②、可溶性的强(强酸、强碱、可溶性盐)用离子符号表示，其它难溶的物质、、水等仍用分子式表示。微溶的强电解质应看其是否主要以自由离子形式存在，例如，石灰水中的Ca(OH)2写离子符号，石灰乳中的Ca(OH)2用分子式表示。
③、删去方程式两边不参加反应的离子。
④、检查式子两边的各种原子的个数及电荷数是否相等。
各种类型的离子方程式可按下列方法书写：
①、珞和反应、盐类的水解反应应直接写离子方程式。例如，氯化铁溶液跟硫氰化钾溶液反应：Fe3++SCN-[Fe(SCN]2+ 碳酸钠水解：
②、简单的复分解反应可直接写出离子方程式。注意：当反应物一边或生成物一边有多种物质需用分子式表示时，应当写全，不可遗漏。例如，氢氧化钡与硫酸铵溶液共热：可溶性酸式盐跟强碱的反应比较复杂，应按基本步骤书写，否则易出错误。
③、还原类型的离子反应应按基本步骤书写，否则会出现多种错误。例如，铁跟氯化铁溶液反应，以下写法是错误的(两边电荷不等)：Fe+Fe3+=2Fe2+ 应先写出化学方程式： Fe+2FeCl3=3FeCl2 再删去未反应的Cl-：
Fe+2Fe3+=3Fe2+
离子液体(ILs)是完全由离子组成的在室温或使用温度下呈液态的盐,一般由较大的有机阳离子和较小的无机阴离子组成。离子液体的物化性质以及应用方面已有较多报道,但有关离子液体的负面影响直到最近才引起人们的注意。有报道指出:离子液体因没有蒸气压,在使用过程中本身不会形成挥发性有机物而被称为“绿色产品”,但离子液体本身并非“绿色”产品———某些离子液体甚至是有毒的。Jastorff等则指出离子液体在设计应用方面存在一定的危害,并提出应结合多学科知识对其潜在危害性进行综合评价。从离子液体的制备、再生和处置过程看:目前用于制备离子液体的主要原料(烷基取代咪唑、烷基取代吡啶、烷基取代盐和烷基取代铵盐等)大多是挥发性有机物;而离子液体的再生过程主要是采用具有挥发性的传统有机溶剂进行萃取的过程;某些离子液体本身是有毒且难以生物降解的。因此,在离子液体大规模应用前需对其应用风险进行评价[1]。
离子液体的毒性在其对生态环境的影响与应用风险评价方面起着极其重要的作用。近年来有关离子液体毒性方面的研究却远远滞后于离子液体物性及应用研究,直到最近才有少量报道[1]。离子液体毒性的相关研究,国外处于起步阶段,国内尚未见相关报道。从已有研究报道看,目前的研究工作主要集中在以下两个问题:一是ILs对生态系统中各类生物的毒性作用情况;二是ILs的各部分组成对ILs毒性的影响。ILs各组成部分对其毒性的影响主要包括如下方面: (1)阳离子核对ILs毒性的影响;(2)侧链取代基R1、R2的长度对ILs毒性的影响;(3)阴离子对ILs毒性的影响。研究方法以生物个体水平的毒性试验研究为主,并有少量分子、细胞水平的毒性试验以及SAR研究[1]。
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腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响83
第22卷??第10期2009年10月环??境??；Oct.,2009；腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响；王??博,叶??春,杨??劭,冯冠宇,洪??涛,；1.华中师范大学生命科学学院,湖北省城市水环境生；摘要:采用常见沉水植物黑藻为试验材料,引入太湖底；关键词:衰亡沉水植物;黑藻;生物量;有机碳源;反；中图分类号:X524??????文献标志码:A?；
第22卷??第10期2009年10月环??境??科??学??研??究ResearchofEnvironmentalSciencesVol.22,No.10Oct.,2009腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响王??博,叶??春,杨??劭,冯冠宇,洪??涛,赵良元1.华中师范大学生命科学学院,湖北省城市水环境生态学重点实验室,湖北武汉??4300792.中国环境科学研究院湖泊生态环境研究室,北京??100012摘要:采用常见沉水植物黑藻为试验材料,引入太湖底泥并设定上覆水初始??(硝态氮)为15mg??L,模拟初春沉水植物大规模腐烂时的温度,开展为期32d的黑藻腐解试验研究.结果显示,黑藻腐解对水体中??(氨氮)与??(硝态氮)之和的影响呈U字型,试验条件下黑藻腐解生物量为2??0g(相当于0??111kg??m2)时,水体中??(氨氮)与??(硝态氮)之和最低.随着黑藻的腐解,释放进入水体的有机质和氮素增加,但同时也提高了水体中的??(TOC)????(硝态氮)值,降低了Eh,提高了微生物的活性,因此有利于反硝化反应的发生.关键词:衰亡沉水植物;黑藻;生物量;有机碳源;反硝化作用中图分类号:X524??????文献标志码:A??????文章编号:09)10-1198-061,22*1221EffectofHydrillaverticillataDecompositionBiomassonNitrogenContentinWaterContainingHighConcentrationofNitrateWANGBo,YEChun,YANGShao,FENGGuan??yu,HONGTao,ZHAOLiang??yuan430079,China2.ResearchCenterofLakeEcologicalEnvironment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing??100012,ChinaAbstract:Adecompositionexperimentwithacommonsubmergedmacrophyte,Hydrillaverticillata,wascarriedoutforaperiodof32days,byintroducingsedimentsfromTaihuLakeat??(NO3-)contentof15mg??Lintheoverlyingwater.Thetemperatureofearlyspringwassimulatedwhensubmergedplantsweredecomposedinlarge??scale.TheresultsshowedthattheimpactofHydrillaverticillatadecompositiononnitrogenconcentration(??(NO3-)and??(NH4+))inwaterwasU??shaped.Thenitrogenconcentrationwaslowestundertheexperimentalconditionswhenbiomassdecompositionwas2??0g(equivalentto0??111kg??m2).WiththedecompositionofHydrillaverticillata,thereleaseoforganicmatterandnitrogenihowever,atthesametime,the??(TOC)????(NO3-)ratioincreased,Ehlowered,andmicrobialactivityincreased,whichwereconducivetotheoccurrenceofdenitrification.Keywords:submHdenitrification1,2212211.HubeiKeyLaboratoryofUrbanAquaticEnvironmentalEcology,CollegeofLifeScience,CentralChinaNormalUniversity,Wuhan??????控制湖泊富营养化是一项十分困难的系统工程,恢复湖泊生态系统是控制湖泊富营养化的有效途径之一.不少学者注意到水生植物的恢复以及重建对于湖泊生态系统的重要性.近年来我国进行了大量关于湖泊生态系统恢复的工作,其重点就是恢复沉水植物[3][2][1](即腐烂分解),但是由于冬季水温较低,沉水植物大规模腐解集中在初春时发生.沉水植物腐解对湖泊水质可能产生的影响受到广泛关注.部分研究者认为,将沉水植物通过物理方法移出水体是去除水[5]体营养负荷的有效手段之一.但是这种处理手段需要消耗大量的人力、物力、财力,因此沉水植物的处理处置也是一个很大的难题.事实上,针对衰亡水生植物已有大量研究,但是这些研究多集中在湿地衰亡水生植物上[6??7][4].在生境条件得到有效改善后沉水植物会大量繁殖,在秋冬季节沉水植物开始腐解收稿日期:??????修订日期:基金项目:国家水体污染与治理科技重大专项(-009)作者简介:王博(1983-),男,mygoddness@163??com.*责任作者,叶春(1970-),男,江西九江人,研究员,博士,主要从事,黑龙江齐齐哈尔人,,并且这些研究大部分都是[8]从衰亡水生植物释放营养盐对水体造成二次污染的角度入手,研究其对水体环境效应的影响,而有关衰亡水生植物对湖泊水体氮素循环影响方面的研究较少.由于太湖地区农业污染严重,化肥流失进第10期王??博等:腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响1199[10]入湖泊,导致水体硝态氮污染严重.因此,衰亡水生植物产生的有机碳对湖泊水体硝态氮的去除所起到的正效益,与大量衰亡沉水植物腐解导致营养物释放到水体之间,能否找到一个确定的生物量,以满足不造成水体二次污染的情况下有效去除水体内的硝态氮问题,对水生植物管理十分重要.笔者在实验室条件下,采用初春时太湖的平均温度进行模拟试验,模拟研究太湖常见的本地沉水植物??????黑藻在不同生物量条件下,其腐化分解过程中释放的有机碳等物质对水体中硝态氮等水质指标的影响,以期为水生植物的管理提供科学依据.采用经典重铬酸钾法测定[11];底泥中w(总氮)采用半微量开氏法,用KDY-9820型凯氏定氮仪测定.底泥脱氢酶活性使用氯化三苯基四氮唑[12??13](TTC)法进行测定.图表绘制采用OriginProv8.0724,数据分析采用统计分析软件SPSSv16??0??2??结果2.1??水体??(TOC),??(氨氮),??(硝态氮)以及Eh的变化由图1可见,包括空白在内的所有试验的??(TOC)在试验开始后逐渐上升,含有植物生物量!即m(植物样)?大的试验组水体??(TOC)上升迅速.8.0g植物样试验组的??(TOC)最大,其次是4??0g植物样试验组,这2组??(TOC)明显高于其他试验组,水体??(TOC)随着植物生物量的增大而增大.各试验组??(TOC)达到峰值后逐渐降低,4??0g和8??0g植物样试验组下降最为明显,其余各试验组??(TOC)缓慢降低但变化较小.8??0g植物样试验组在第16天时??(TOC)达到最大,而4??0g植物样试验组在第4天时达到最大,其余试验组在第2天时已经达到最大.1??材料和方法1.1??材料太湖常见本地沉水植物??????黑藻(Hydrillaverticillata)取自北京房山区一渡附近,将采集的植物样去杂质,105 干燥后转入65 至恒质量.底泥取自太湖梅梁湾董坞里湖滨区域,初始底泥的w(TOC)为2??09%,w(总氮)为3??05mg??kg.底泥的预处理:实验室粗筛底泥鲜样,除去底泥内植物残体以及杂物,保持底泥的均一性.放入不透明密封的容器内,封口保存在4 下备用.1.2??试验设计取3L塑料小桶作为反应器,内部放置底泥250g,缓慢加入去离子水2??5L,经测定上覆水面积为20??018m??将0??2,0??5,1??0,2??0,4??0和8??0g烘干植物样,使用孔径为30??m的网筛放入反应器中.设定空白对照组,空白对照组只放入底泥,不放置植物样.试验设7组,每组2个重复,共14个处理组.试验开始时,用KNO3调节上覆水??(NO3),设定每组反应器内初始上覆水??(NO3)为15mg??L.然后将各组反应器全部放入培养箱中,在避光,湿度为30%,温度为15 的条件下进行试验.分别在0,0??5,1,2,4,8,16和32d时取水样以及表层底泥样.水样测定指标为??(硝态氮),??(氨氮),??(TOC)和Eh.表层底泥样测定指标为脱氢酶活性(所测底泥湿质量均转换为干质量).试验结束后,将表层底泥取出,冷冻烘干,测定w(TOC)及w(总氮).1.3??分析方法水体??(氨氮)采用纳氏试剂光度法测定;水体??(硝态氮)采用紫外分光光度法测定;水体??(TOC)使用岛津TOC-VCPH型TOC仪测定;Eh[9]--m(植物样)??g:1??0;2??0??2;3??0??5;4??1??0;5??2??0;6??4??0;7??8??0图1??水体??(TOC)的变化Fig.1??TOCinwaterwithsubmergedmacrophytes由图2可见,各试验组的??(硝态氮)在试验开始后逐渐降低,4??0g及8??0g植物样试验组??(硝态氮)下降迅速,可以明显看出,伴随植物生物量的增大,水体的??(硝态氮)随之降低.含有4??0g和8??0g植物样试验组??(硝态氮)在2d内就降到极低值,并在其后的时间内仍有下降.其余各试验组除空白外均在第16天时达到最低值并基本维持稳定.由图3可见,试验开始后水体碳氮比!即??(TOC)????(硝态氮)?逐渐增大,其中以8??0g植物样1200环??境??科??学??研??究第22卷????(氨氮????)??很低????,接近水体初始??(氨氮).各试验组从试验开始到第16天时??(氨氮)始终增加并在第16天达到最大.由图5可见,包括空白在内的所有试验组的Eh在试验开始后均有所下降,其中含有较大植物生物量的试验组水体Eh下降迅速.2??0g,4??0g和8??0g植物样试验组Eh在第16天时降到最低,而其余试验组m(植物样)??g:1??0;2??0??2;3??0??5;4??1??0;5??2??0;6??4??0;7??8??0在第8天时Eh已达到最低,各试验组在随后的试验中Eh有一定的回升,但4??0g和8??0g植物样试验组在试验结束时其Eh仍明显低于其余试验组.图2??水体??(硝态氮)的变化Fig.2??NO3-inwaterwithsubmergedmacrophytesm(植物样)??g:1??0;2??0??2;3??0??5;m(植物样)??g:1??0;2??0??2;3??0??5;4??1??0;5??2??04??1??0;5??2??0;6??4??0;7??8??0图3????(TOC)????(硝态氮)的变化Fig.3????(TOC)????(NO3-)inwaterwithsubmergedmacrophytes图5??水体Eh的变化Fig.5??Ehinwaterwithsubmergedmacrophytes底泥中酶活性既可表征微生物的生理活性,又可指示水体的污染情况[14]试验组在第32天的碳氮比远远超出其余试验组,故未在图3显示.图4为植物衰亡过程中水体??(氨氮)的变化过程.由图4可见,随着植物生物量的增大,所释放的??(氨氮)随之增大,并且4??0g及8??0g植物样试验组所释放的量明显高于其余试验组.各试验组??(氨氮)在达到峰值后,随时间逐渐下降.其中,4??0g及8??0g植物样试验组在试验结束时水体内??(氨氮)仍明显高于初始水体,而其余试验组,脱氢酶活性水平直接关系到微生物的新陈代谢能力,可表征微生物的数量,并与微生物反硝化有着密切的联系.微生物反硝化作用可通过酶的合成体现出来,并可在一定程度上表征微生物的反硝化程度[15].由图6可见,加入的植物生物量越大,脱氢酶活性增加得越明显.8??0g植物样试验组底泥的脱氢酶活性明显要比其余试验组高.各试验组从试验开始到第16天时,脱氢酶的活性随着时间的变化而升高,第16天后,各试验组m(植物样)??g:1??0;2??0??2;3??0??5;4??1??0;5??2??0;6??4??0;7??8??0m(植物样)??g:1??0;2??0??2;3??0??5;4??1??0;5??2??0;6??4??0;7??8??0图4??水体内??(氨氮)的变化Fig.4??NH4+inwaterwithsubmergedmacrophytes图6??底泥脱氢酶活性的变化Fig.6??Theactivityofdehydrogenaseofthesediment第10期王??博等:腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响1201脱氢酶活性有所下降,但下降得并不明显.2.2??植物内TOC及总氮的释放量随着植物生物量的增大,水体中黑藻的TOC及总氮的释放量越来越大.植物生物量与其释放的总氮量之间以及植物生物量与其释放的TOC量之间均存在着极显著的线性正相关(P&0??01),其相关方程分别为y=0??0158x(R=0??9931)以及y=20??1347x(R=0??993),黑藻释放的总氮量与其含有的总氮量比例远远小于其释放的TOC量及其含有的TOC量比例,TOC的释放量远远大于总氮.水生植物生物量越大,总氮及TOC量所占比例越大,同时其释放的总氮量以及TOC量也越大.表1??植物TOC及总氮的释放量Table1??TOCandTNemissionswithsubmergedmacrophytes植物生物量??g0??20??51??02??04??08??0总氮总量0??0??02720??0??2176释放量0??0??01700??0??1305总量0????2320????856TOC释放量0??0??1??42w(总氮)伴随试验组植物生物量的增大而增大,且变化明显.含有8??0g植物样试验组最为明显,在试验结束时其底泥中w(总氮)达到最大的3??48mg??kg.分析表明,植物释放的有机碳以及氮素有部分进入到水体和底泥中,同时未分解的植物样沉于水体,增大了底泥的w(TOC)及w(总氮).g图8??底泥中w(总氮)的变化Fig.8??TNinsedimentattheendofexperiment3??分析与讨论3.1??黑藻腐解生物量对水体氮素的影响通过对黑藻内TOC及总氮释放量的结果分析可知,黑藻生物量与水体氮素以及TOC量间成正比,生物量越大,其释放氮素以及TOC的量也越大.由图1,2可见,黑藻有机质平均释放强度与水体平均??(硝态氮)呈极显著负相关(P&0??01).伴随着水体??(TOC)的增大,水体内的??(硝态氮)随之减小.由图1和4可见,试验组含有的植物生物量越大,其产生的氨氮及TOC量越大,并且TOC及氨氮的释放趋势相近.水体??(氨氮)变化与黑藻TOC释放量有密切关系.伴随黑藻分解,二者随时间产生相似的变化趋势.研究表明,当??(TOC)过高时氨氮将向有机氮的方向转化[16]2.3??底泥w(TOC)及w(总氮)的变化空白对照组表征的是初始底泥性状.由图7可见,与试验初始相比,试验结束时底泥中w(TOC)更高,可知初始底泥w(TOC)较低,向水体释放碳素有限,因此对水体反硝化作用影响不大.而各试验组底泥w(TOC)随着植物生物量的增大而升高,这主要是由于植物分解后沉于水体,增大了表层底泥的w(TOC).8??0g植物样试验组变化最为明显,在试验结束时其底泥中w(TOC)达到最大的2??74%.由图8可见,试验结束时底泥中w(总氮)均比试验开始有所增加,与w(TOC)的变化相类似,底泥??????????.但水生植物产生的??(TOC)是否会影响水体内的氨氮转化,则需要进一步的研究.黑藻生物量越大,其对水体内硝态氮的去除率也越大,但同时其释放产生的营养物也越多.那么如何确保在水生植物腐解释放营养物较少的同时,其释放的有机碳能对水体内氮素的去除起到一定的作用.能否在衰亡水生植物产生的有机碳对湖泊水体硝态氮的去除所起到的有效作用,与衰亡水生植物腐解导致营养物回到水体间找到一个生物量,满足不造成二次污染并能有效地去除水体硝态氮?这需要考虑留在水体内植物生物量的问题.在#腐解植物-底泥-上覆水?共同构成的系统中,植物腐解后产生的氮素主要以有机氮的形式进图7??底泥中w(TOC)的变化Fig.7??TOCinsedimentattheendofexperiment1202环??境??科??学??研??究第22卷氨氮,并通过硝化以及反硝化作用分别转化为硝态氮与亚硝态氮,最终转化为氮气及氧化二氮,并以气体形式离开系统.在以上过程中,氨氮以及硝态氮作为主要形态存在于水体中,而水体中的亚硝态氮量则较少.在考虑植物生物量不断增加的情况下,对第32天试验结束时??(硝态氮)与??(氨氮)之和进行分析(见图9)发现,2??0g植物样试验组??(硝态氮)与??(氨氮)之和在所有试验组中最小.同时,将试验末期与开始时的各项指标进行对比发现,在包含较低植物生物量(0??2~2??0g)的试验组中,其??(氨氮)在试验初始以及结束时接近,并且随着植物生物量的增大,对水体硝态氮的去除加大;而含有4??0g和8??0g植物样试验组虽然会大大降低水体内??(硝态氮),但是其植物生物量过大释放了更多的氨氮,给水体带来了污染.产生有机碳,增大了水体内的碳氮比,并且碳氮比随着植物生物量的增大而增大.碳氮比越大,水体内的??(硝态氮)越低.随着碳氮比的增大,脱氢酶的活性也随之增大,反硝化作用随之增强.在反硝化反应中,足够的碳源尤其是适宜的碳氮比,是保证有效的反硝化反应的必要条件.所谓适宜碳氮比是指在一定硝酸盐浓度下,接近完全反硝化所需的最小有机物与硝态氮之比.碳氮比降低,则碳源相对不足.作为关键制约因素,系统内碳源将直接影响其内部微生物的反硝化作用.水体内??(TOC)增加,将会增强水体反硝化作用,促使水体内硝态氮向亚硝态氮转化,进而移出水体,减少水体内总氮负荷,达到去除营养元素的作用[21].研究[22??23]表明,当碳氮比大于5时,硝态氮的去除率大于90%,与该研究结果类似.这是由于当碳氮比大于5时,微生物所需营养物充足,其活性高以及数量较大,促进反硝化作用.同样,Eh增大,给系统内部提供一个厌氧环境,有利于反硝化反应的进行.从水体??(硝态氮)的变化(见图2)可以得出,衰亡水生植物所提供的碳源能有效地去除水体内硝态氮.现已有通过在人工湿地中放置水生植物残体,利用水生植物释放有机碳促进区域内反硝化作用,以处理高硝态氮地下水的研究[24??26].图9??水体??(氨氮)+??(硝态氮)的变化Fig.9????(NH4+)+??(NO3-)inwaterwithsubmergedmacrophytes3.3??黑藻腐解生物量对微生物活性的影响水生植物死亡后在微生物作用下分解转化,一部分转化形成供微生物利用的有机碳,碳源不足将会影响到微生物的活性及数量,进而将降低微生物对水体中污染物的去除,影响水体的自净作用.由此可以看出微生物在上述过程中的重要性.该研究表明,随着植物生物量的增大,水体内以及底泥内有机质量的增大,表征微生物活性以及反硝化活动强弱的脱氢酶活性也随着植物生物量的增大而增大,脱氢酶活性的变化趋势与??(TOC)的变化趋势基本相同;同时,Eh随着植物生物量的增大而降低,为系统提供了一个厌氧环境,使微生物的数量以及活性增大,反映了微生物生理活性的增加以及反硝化程度的提高,水体内自净作用加强.经分析可知,黑藻有机物平均释放强度与底泥脱氢酶平均活性呈极显著相关(P&0??01).这充分说明了反硝化程度与沉水植物TOC释放量的密切关系.由于冬季温度较低,黑藻腐解缓慢,其在初春时才开始大规模腐解,因此该研究采用初春时的温度,由于水生植物生长的周期性,大量的水生植物腐解后,营养物释放到水体中,将有可能造成湖泊水[17??18]体的二次污染.现今国内大部分研究认为,对于湖泊生态系统来说,将衰亡水生植物通过物理方法全部移出水体,是衰亡水生植物的一项主要处理[19??20]手段.但分析表明,将一定量的衰亡水生植物留在水体中,可以有效地减少水体内硝态氮,进而减少水体氮素负荷,起到净化水体的作用.大范围去除衰亡水生植物必然会影响到湖泊水环境碳素循环,进而降低水体内氮素尤其是硝态氮的去除效果.因此在实际应用中,可以适当地保留衰亡水生植物于水体中.在该研究中,2??0g植物样条件下,水体??(氨氮)与??(硝态氮)之和最低,换算成单位面积下为0??111kg??m.3.2??黑藻腐解对水体碳氮比的影响由于TOC导致水体自净作用加强,很大一部分.由图和32包含各类专业文献、行业资料、幼儿教育、小学教育、中学教育、文学作品欣赏、外语学习资料、腐解黑藻生物量对高硝态氮水体氮素的影响83等内容。　
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