水蕹菜浮床在富營養化水體中的應用研究進展

摘要綜述水蕹菜浮床的生長特性、應用效果及其優化技術進展，初步探討其在富營養化水體應用中存在的問題，并對其應用前景作出展望。

關鍵詞水蕹菜；浮床；富營養化

中圖分類號S645文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）29-10111-03

基金項目浙江省重點科技創新團隊計劃資助項目（2011R50029）；現代農業產業技術體系建設專項（CARS4633）；杭州市科研院所技術開發研究專項（20132231E04）。

作者簡介林啟存（1976- ），男，浙江金華人，高級工程師，碩士，從事水生動物病害防治與水域生態改良技術研究。

人類活動導致的水體富營養化現象是當今世界水污染治理的難題，并已成為全球最重要的環境問題之一[1]。治理水體富營養化的措施一般可分為物理、化學和生物方法，生物修復方法具有無副作用、廉價和易操作等特點，是當前富營養化水體治理研究的熱點[2]。而作為一種新興的生物生態修復方法——植物浮床技術，由于它具有運行成本低、工程建設易行、效果良好、管理方便等優點，在日本、德國和美國等一些西方發達國家得到廣泛應用，目前國內也有越來越多的環境工作者開始研究和應用這種技術[3]。

植物浮床技術是以浮床為載體實現高等植物在水面的種植，并通過植物根部的吸收吸附作用和物種競爭相克機理，削減富營養化水體中的氮磷及有機物質，從而達到凈化水質的目的。在浮床系統中，植物處于核心地位，選擇何種植物或植物組合，對于去除氮、磷至關重要。據不完全統計，截至目前，已研究的用于凈化富營養化水體的高等植物近80余種，有糧食作物（水稻）、蔬菜（絲瓜、水芹菜、水雍菜、西洋菜、金針菜等）、花卉牧草（美人蕉、黑麥草、香根草、海芋等）等[4]。從眾多的研究結果看，水蕹菜（Ipomoea aquatica）適應強、生長快、氮磷去除率高。為更好地促進水蕹菜浮床技術在富營養化水體中的應用，筆者對水蕹菜浮床的試驗研究及存在的問題進行了總結。

1水蕹菜浮床的生長特性

水蕹菜俗稱空心菜、藤菜、通菜、竹葉菜等，為旋花科甘薯屬1年生草木植物，其根系發達，生長快，耐高溫高濕，抗病力強，在我國長江流域及以南地區普遍栽培，采收期從每年的4月開始可延續到11月。水蕹菜營養豐富，富含各維生素、礦物鹽，是夏季高溫時期極為重要的綠葉蔬菜，也是畜禽和魚類的優質青飼料，并具有良好的藥用價值，其味甘平無毒，有溫中通陽、理氣寬胸、散痰止痛之功效。

植物通過浮床栽種于水體，改變了其原有的生長環境，將會導致其生長特性改變。現有的研究結果顯示，浮床水蕹菜對富營化水體的適應性很強，試驗存活率可達99%，且根莖葉生長效果比土培更好（表1）[5]。

2水蕹菜浮床對富營養化水體的凈化作用

大多數植物都可以直接從水層或底泥吸收氮、磷，并同化為自身的結構組成物質（蛋白質和核酸），因此能對富營養化水體起到一定的修復效果[6]。水蕹菜浮床對受試水體中銨氮（NH4N）、總氮（TN）、總磷（TP）和COD的去除效果已有較多報道[7-14]，如表2所示。

由于研究條件不同，去除率指標無可比性，但從眾多的研究文獻可以看出，水蕹菜浮床對不同水體的TN、TP等污染物指標均有良好的去除效果。黃婧等研究水蕹菜浮床對湖北大學環境工程污水（沙湖水）TN的吸收量為73.06 g/m2，對TP的吸收量為20.21 g/m2[5]。唐林森研究水蕹菜浮島對武漢市郊帶有大量生活污水排入的池塘水TN的吸收量為82.95 g/m2，對TP的吸收量為11.58 g/m2[15]。可見，水蕹菜能通過自身的代謝改良水體環境，是一種可用于富營養化水體水質凈化的優良植物。

3水蕹菜浮床優化技術

3.1浮床載體的選擇生物浮床一般由浮床框體、浮床床

受試水來源水質試驗場所NH4N去除率TN去除率TP去除率COD去除率蘇州苗家河劣Ⅴ類塑料盆93.992.994.3037.00鎮江市玉帶河劣Ⅴ類塑料水箱92.1387.5887.9793.16江蘇洪澤鯽魚養殖水/養殖池塘19.23～46.349.04～36.5633.33～45.103.13～19.05魚塘水Ⅴ類塑料盒79.35～91.3962.30～68.9877.95～78.88/中華鱉養殖水/池子76.1268.3739.53/連云港泥鰍養殖水/玻璃缸75.7567.6362.2463.43松江區蝦塘養殖廢水劣Ⅴ類塑料缸93.6088.6568.0059.30蟹島度假村沼氣池出水/塑料盆98.37/91.4561.00

體、浮床基質、浮床植物4個部分組成。由于水蕹菜對水體的適應性很強，根系發達且依靠自身浮力能浮于水面，因此水蕹菜浮床對基質和床體的要求不嚴，修復應用中一般很少用基質，床體可選擇浮力較大的浮板，如塑料浮板、聚苯乙烯泡沫板等，也可用雙層網片、繩結當床體。從床體成本、可操作性及美化環境角度綜合考慮，雙層網片法是目前水產養殖等富營養化水體中應用較多的水蕹菜浮床種植方式。浮床框體是浮床床體的外部固定結構，材質一般要求堅固、耐用并具有一定的浮力，如PVC管、木材、毛竹等，PVC管無毒無污染、持久耐用、美觀度好，但價格稍高于木頭、毛竹。

3.2水蕹菜種類的篩選水蕹菜是我國以及亞洲地區常見的蔬菜，品種繁多，不同品種的水蕹菜具有不同的生理特性，對污染物的去除表現也不同。胡雄等運用浮床系統研究了華中地區4個常見水蕹菜品種（大葉青梗、細葉青梗、大葉白梗、柳葉白梗）在富營養池塘中的生長特性和對水體氮、磷的去除能力，發現大葉白梗在生長性能及去除氮磷方面都好于其他試驗材料，是4個品種中最佳的浮床材料，可廣泛用于池塘等相關富營養水體的修復[10]。

3.3水蕹菜種植密度及比例不同的栽植密度對植物的生長發育及產量會產生影響。趙泉等在校區生活污水池進行了水培蕹菜的7個栽種間隔（5、10、15、20、25、30、40 cm）密度試驗，結果顯示，蕹菜屬于密植類，在間隔為5 cm時仍然能存活生長，在間隔為20 cm時成活率達到最大，在間隔為10 cm時水培蕹菜的產量和經濟綜合效益可達到最大[16]。黃海平等研究了不同栽種密度水蕹菜對水桶內富營養水質的凈化特性及效果，結果表明，12 d時高密度組（10 g/L）水蕹菜生長效果最佳，對水體TN、TP等的去除效果也最大[17]。

浮床系統主要依靠植物、微生物等組成的綜合系統對水質起凈化作用。對特定的水域而言，浮床植物栽種面積若過小，系統的凈化效果不一定理想或明顯；相反地，浮床植物栽種面積若過大，系統的遮陰作用可能會對池塘水溫、溶解氧產生不利影響，還會增加投資成本，因此合理的覆蓋率對保證水蕹菜浮床凈水效果和提高生態效益非常重要。介子林等以鯉魚種養殖為對象，研究了不同比例的水培水蕹菜對養殖水質的凈化試驗，結果顯示，占水體面積5%水培水蕹菜可以有效地改善水質狀況[18]。陳家長等研究了浮床栽培水蕹菜對集約化養殖魚塘的凈化作用，結果表明，水蕹菜覆蓋率為10%和20%處理組通過收獲水蕹菜直接從1 hm2養殖池塘中移出的TN分別為27.51、52.35 kg，TP分別為2.83、5.39 kg；浮床的凈化效果與覆蓋率呈正相關關系，20%處理組對各營養因子的去除率最高，具有實用價值[9]。于津研究了不同梯度的水蕹菜對烏鱧魚池的消污作用，結果發現，20%的覆蓋率對TN和NH+4N的去除率最高，30%的覆蓋率對NO-2N亞硝酸鹽的去除率最高，烏鱧增長率也最高，依據水質理化、生物學指標結合水蕹菜、烏鱧種養綜合效益認為烏鱧池水蕹菜的適宜種植量為20%～30%[19]。

3.4水蕹菜刈割刈割作為一種農藝手段能提高作物和牧草地上部的再生能力，不同的刈割頻率、強度對牧草的群體結構、生理生態、品質、干物質分配、生物量和產量以及草地生態系統產生不同程度的影響[20]。合理的刈割頻度能促進牧草再生，從而提高地上部分的生物量和質量，但高頻度刈割反而抑制牧草地上部分和根系的生長。孫倩倩等在田間進行了刈割頻度對水蕹菜再生及飼草產量和品質的影響試驗，結果表明，再生生長期內刈割G3次處理，蕹菜再生草鮮草、干物質產量均比刈割G4次處理高[21]。賈悅等在過水河道條件下研究了浮床水蕹菜不同采收周期（14 d采收1次、21 d采收1次、28 d采收1次）和留茬高度（15、25、35 cm）組合對浮床植物生物產出的影響，結果表明，刈割后的浮床水蕹菜仍能夠適應過水河道環境，并在其生長周期內持續生長，綜合考慮產量、質量及浮床便捷管理，每21 d采收1次、留茬15 cm的采收方式效果最佳，此時新芽平均生長速率1.88 cm/d，平均莖葉比1，總生物量1 966 g/m2[22]。黃海平等研究了植物收割對植物生長和水質的影響，結果表明，短期內植物收割可促進水蕹菜的分蘗及對氮磷元素的吸收固定，并改善水體的DO，但對其生物量增長有抑制作用[17]。

4水蕹菜浮床技術應用和研究中存在的問題

4.1適用范圍每種植物都有適宜自己生長的環境條件，栽培水域一旦超過其適宜生長的范圍，將導致植物生長受阻，甚至枯萎、死亡。不同的污染水體，由于其污染物種類、濃度、存在狀態及水體的其他理化性質可能相差較大，因此，在實際應用中應考慮以上因素，選用適宜的水蕹菜品種，設計合理的種植面積，以提高修復效率或降低應用成本。

4.2季節搭配水蕹菜是暖季植物，在冬季低溫下會停止生長甚至枯萎死亡，直接影響浮床的凈化效能。因此，應篩選出一些低溫季節能夠生長且水質凈化能力高的植物與水蕹菜進行合理搭配，以提高作用水域常年的植物修復效果。

4.3勞動力效率目前，浮床制作或安裝、水蕹菜種植、收割等人工浮床技術操作大多需手工完成，勞動力效率很低，如能提高人工浮床技術機械化的程度，將有助于該技術的推廣。

4.4產品質量與安全將水蕹菜引入浮床種植已被證明是可行的，但關于不同富營養化水域生物浮床產出水蕹菜的質量及食品安全還有待于進一步調查和研究。

4.5凈化機制目前，國內對水蕹菜浮床系統的凈化效果研究雖較多，但對該技術的凈化機制研究還較缺乏，特別是浮床系統中植物、微生物和水生動物之間的相互作用有待于深入探究。

5展望

通過浮床種植水蕹菜，不僅可起到明顯的水質生態凈化作用，還可獲得大量浮床水蕹菜產出，如作用水域水質滿足無公害蔬菜的生產要求，將為水蕹菜的蔬菜栽培提供有效途徑，并改變以往水體污染物凈化只投入沒有產出的狀況，從而使這一技術具有更為廣闊的應用前景。隨著浮床技術研究的深入與水蕹菜栽培技術的成熟完善，水蕹菜浮床必將在水域生態修復應用中起到重要作用。

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