幾種生態浮床常用水生植物的水質凈化能力研究

茅孝仁，周金波

(1.浙江省慈溪市天元鎮農辦，浙江 慈溪 315325;2.寧波市農業科學研究院 生態環境研究所，浙江 寧波 315040)

近年來，浙江省的農村地區河道呈現水體富營養化日益嚴重的趨勢，而河道水體中過高的氮、磷濃度是引起水體富營養化的主要原因［1］。生態浮床是以水生植物為主體，運用無土栽培技術原理，以毛竹、泡沫等材料為載體建立的高效人工生態系統，是目前治理水體富營養化的有效措施之一［2］。水生植物不但能直接吸收水體中的營養物質，而且能輸送氧氣到根區為微生物的生長、繁殖和污染物降解創造適宜條件，水生植物的選擇是生態浮床技術的關鍵。本研究選取大聚藻、美人蕉、黃菖蒲和鳶尾等4種生態浮床常用水生植物為研究對象，在室內靜水條件下通過植物生物量、植株氮磷含量、水質氮磷降解率等多方面研究明確生態浮床常用水生植物的水質凈化能力。

1 材料與方法

1.1 研究概況

試驗在寧波市農業高新技術實驗園區大棚內進行，選用長×寬×高為70 cm×60 cm×50 cm的塑料桶進行盆栽試驗。首先在塑料桶底部鋪設20～30 cm的細黃沙供水生植物扎根，試驗用水為農田溝渠水加入 (NH4)2SO4和 KH2PO4配制而成的富營養化水。試驗選擇4種生態浮床常用的水生植物，包括大聚藻 (Myriophyllum aquaticum)、美人蕉 (Canna indica)、黃菖蒲 (Iris pseudacorus)、鳶尾 (Iris tectorum)。每種水生植物設3個重復另外設3個無水生植物的空白對照。在2008年9月將供試植物移入桶內進行培養和越冬，從2009年2月中旬開始進行試驗。

1.2 分析方法

在2009年2月和6月中旬用重量法測定水生植物的起始和終止生物量，烘干后的植物樣品用碾磨機粉碎，過孔徑0.25 mm篩后保存，用于測定植物氮、磷含量。試驗期內每月取樣測定水質總氮 (TN)、總磷 (TP)，因取樣、植物吸收和蒸發損失水分用蒸餾水進行補充，水質TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 (GB 11894—89)，TP采用鉬酸銨分光光度法 (GB11893—89)測定［3］。植株氮、磷含量在 2009年2月中旬和6月中旬各測定1次，預處理好的植物樣品采用濃硫酸-過氧化氫法消解，消解完成后植株TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法 (GB 11894—89)，植株 TP采用鉬酸銨分光光度法(GB11893—89)測定。

為明確4種水生植物的水質凈化能力以及水生植物氮磷吸收在水質凈化過程中的作用，本研究在測定植物生物量、植株氮、磷含量、水質氮、磷濃度的基礎上進行水體氮、磷去除率 η1、水生植物氮、磷吸收貢獻率η2以及其他作用氮、磷降解貢獻率η3的計算。

式中 C1，C2和 Q1，Q2分別表示水質的起始終止濃度(mg·L-1)和水量 (L);P1和B1分別表示2009年2月中旬水生植物植株莖葉部或根部的氮、磷含量(mg·g-1)和生物量 (g);P2和 B2分別表示2009年6月中旬水生植物植株莖葉部或根部的氮、磷含量(mg·g-1)和生物量 (g)。

2 結果與分析

2.1 水生植物生物量和氮磷含量變化

經過4個月的生長，4種水生植物的凈增生物量產生差異 (表1)，變化范圍為313.8～1214.1 g·m-2(干重)，凈增生物最高的大聚藻是最低的黃菖蒲的3.87倍，大聚藻和美人蕉的凈增生物量顯著高于黃菖蒲和鳶尾。

不同水生植物的植株氮磷含量相差較少(表 2)。

表1 4種水生植物的生物量變化

表2 4種水生植物的植株氮、磷含量情況

不同時期不同植物部位的植物含氮量為16.0～26.4 mg·g-1，植株含磷量為 1.4 ～2.4 mg·g-1。2月中旬的植株氮磷含量均大于6月中旬的植株氮磷含量，這可能與水質起始氮磷濃度較高有關，也可能因為水生植物的生長初期植株氮磷含量相對較高有關;從植株不同部位氮磷含量上看，同一水生植物莖葉部的氮磷含量大于根部的氮磷含量，莖葉部的植物氮磷含量越高越有利于通過收割植物去除氮磷，如美人蕉的莖葉部生物量和氮磷含量均較高，定期收割可大大提高水質凈化效果。

2.2 水生植物氮磷吸收和水質凈化能力

不同水生植物的水質凈化能力存在較大差異(表3)，4種水生植物的水質氮去除率為38.6% ～89.9%，水質磷去除率為29.3% ～75.3%。水體中磷主要以植物吸收、底質和根系吸附等途徑去除［4］，而水體氮的去除除了這些途徑外，還存在氨的揮發、硝化和反硝化等途徑［5］。本研究將水質氮磷去除作用分為植物吸收和其他作用2部分進行研究。從表3可以看出，水生植物的氮吸收貢獻率為46.3%～75.8%，其他作用氮降解貢獻率為24.1%～53.7%;水生植物的磷吸收貢獻率為54.3%～92.0%，其他作用磷降解貢獻率為8.0%～45.7%。與相關研究進行比較［6-7］，本研究中水生植物氮、磷吸收的貢獻率相對較高，這可能是因為本試驗在靜水條件下進行，吸附于底質和根系的氮、磷由于水質氮、磷濃度的降低而再次釋放到水體而被植物吸收。從其他作用氮、磷降解貢獻率的比較來看，其他作用氮降解貢獻率要明顯高于其他作用磷降解貢獻率，這是因為水體中磷的去除除了植物吸收外只有依靠底質和根系吸附去除，而氮的去除還存在氨的揮發、硝化和反硝化等途徑，水生植物能輸送氧氣到根區，為微生物的硝化反硝化提供適宜條件從而提高水體中氮的去除效率。

表3 4種水生植物的氮、磷去除率及各作用的貢獻率

從水生植物的凈增生物量、植株氮磷含量和水質凈化能力等各個方面分析，大聚藻和美人蕉有較大的生物凈增量和較強的水質凈化能力，因此可作為優選的生態浮床水生植物。黃菖蒲和鳶尾雖然水質凈化效果一般，但這2種挺水植物具有較強的耐寒性，在我國南方地區冬季低溫條件下能正常生長，因此可將這2種挺水植物與其他水生植物組配使用，以提高冬季條件下的持續凈水能力和景觀效果。

3 小結

本研究在2009年2月中旬至6月中旬在室內靜水條件下對4種生態浮床常用的水生植物進行了水質凈化能力研究，可以得出如下結論。

不同水生植物的凈增生物量差異較大，變化范圍為313.8～1214.1 g·m-2，凈增生物最高的大聚藻是最低的黃菖蒲的3.87倍;不同水生植物的氮磷含量差異較小，4種水生植物的植物含氮量為16.0～26.4 mg·g-1，植 株 含 磷 量 為 1.4～2.4 mg·g-1。

不同水生植物的氮磷含量差異較小，4種水生植物的植物含氮量為16.0～26.4 mg·g-1，植株含磷量為 1.4 ～2.4 mg·g-1。

不同水生植物的水質凈化能力相差較大，4種水生植物的水質氮去除率為38.6%～89.9%，水質磷去除率為29.3%～75.3%。大聚藻和美人蕉可作為優選的生態浮床水生植物，黃菖蒲和鳶尾由于其較強的耐寒性可進行組配使用。

［1］金樹權，朱曉麗，周金波，等.寧波農村地區典型河流氮磷污染特征分析 ［J］.水土保持學報，2010，24(1):105-108.

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［3］國家環境保護總局 《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法 ［M］.4版.北京:中國環境科學出版社，2002.

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［6］蔣躍平，葛瀅，岳春雷，等.人工濕地植物對觀賞水中氮、磷去除的貢獻 ［J］.生態學報，2004，24(8):1718-1723.

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