新型浮床對燈芯草生長的影響及對氨氮、總磷的去除研究

陳進樹

摘 要：以生化棉為植物定植基質構建一種新型的浮床，研究比較其對燈芯草生長特性的影響及對水中氨氮、總磷的去除效果。結果表明：新型浮床能顯著（P<0.05）增加燈芯草的分蘗數及重量，對水體中氨氮（NH3-N）、總磷（TP）的去除效果也顯著（P<0.05）強于普通浮床。

關鍵詞：浮床；燈芯草；生長特性；脫氮除磷

中圖分類號 S688.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）14-0077-03

Abstract： In order to improve purification efficiency of the floating-bed，a new type floating-bed was designed and applied. Difference in growth of Juncus effusus，ammonia（NH3-N），total phosphorus（TP）in eutrophic water were compared. The experimental results showed that：number and weight of tillers of Juncus effuses cultivated on the new type floating-bed were significantly greater than the traditional floating-bed（P<0.05）.The ammonia（NH3-N）and total phosphorus（TP） uptake ability of the new type floating-bed were significantly greater than the traditional floating-bed （P<0.05）.

Key words： Floating-bed；Juncus effusus；Growth characteristics；Nitrogen and phosphorus removal

隨著我國工農業迅速發展以及城鎮化進程產生的城區人口激增，對水資源的消耗與污染比以住更加的嚴重，而污染治理設施的建造與管理相對滯后，致使我國大部分江河湖泊呈現富營養化趨勢，特別是靠近城區環境的水體污染更為嚴重。據報導，我國85%湖泊出現不同程度的富營養化，因此水污染治理技術在國內得到很多的關注和研究。浮床去污技術作為一種具有原位修復、成本低廉及增加景觀功能的水體凈化技術，近年受到我國科研人員的重視，也取得很多的成就，但其去污效果易受季節和浮床植物量的限制，去污效果相對較低，因此，如何提高浮床的去污效果是近來研究的重點。以往對提高浮床去污效果的研究主要包括外在提高和內在提高2種方式：外在提高方式主要有細菌固定化技術[1]和增加溶解氧[2]，內在提高方式主要有篩選優勢植物[3]和提高浮床構造[4-6]。從以住報道的提高浮床構造研究中，在根系下部增加彈性材料的浮床能較強的提高水體的凈化效果，但結構較為復雜，植物的固定效果較差。針對以上存在的問題，本研究進行了新型浮床的設計建造，并栽植本地常見的燈芯草（Juncus effusus）進行研究，對比分析其在2種浮床上的生長特性及對水體中氨氮、總磷去除能力等方面的差異，以期為浮床技術的研究運用提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 新型生態浮島的設計建造 新型浮床的物理結構主要由浮力結構層和多孔彈性材料層（定植植物及附著微生物）2部分組成。浮力結構層以空心塑料、PVC管材或其它經濟耐用且不易對水體造成污染的浮力材料組成，多孔彈性材料層由彈性好、孔隙度合適且沒異味的生化棉組成；該浮床系統已申請且授權實用新型專利，專利號：ZL 2016 2 0899817.1；新型浮床的主體構造如圖1所示。

1.2 供試植物 試驗用的燈芯草（Juncus effusus）購自郊區的百花村水生植物園；它是一種多年生水生草本植物，分布廣泛，耐寒，對環境要求不嚴，生長較快，是一種較好的浮床栽植植物。

1.3 試驗方法 以塑料箱為容器進行燈芯草靜水栽培及水質凈化試驗，共設3種處理，分別為空白對照（生活污水）、傳統浮床（浮床+生活污水）和新型浮床（浮床+生化棉+生活污水）。試驗于10月開始，選取植株長勢良好、大小和重量相近的燈芯草分別植入新型浮床（植物根系長在生化棉上）和傳統浮床（植物根系直接進入水中），每試驗設置3組，每組20個分蘗。1個月后測量分析植物增加的分蘗數、重量增加量（不計根的重量，因為根扎在生化棉里測量不方便）及水中氨氮和總磷含量的變化；氨氮測定采用納氏試劑光度法，總磷的測定采用鉬銻抗光度法，用LH-NP2氨氮/磷分析儀進行測定；氨氮、總磷的去除率按下列公式計算：去除率（%）=[（Cs-Ce）/Cs]×100，式中Cs試驗開始時水體中的污染物濃度，Ce為試驗結束時水體中的污染物濃度。

1.4 數據統計分析 試驗結果用SPSS17.0進行分析，不同浮床對燈芯草生長特性的影響采用獨立樣本T檢驗（n=3），不同浮床對氨氮、總磷去除的試驗結果采用單因素方差分析（n=3，Duncan法），并對方差分析的結果用Excel 2010進行作圖表示。

2 結果與討論

2.1 不同浮床對燈芯草生長特性的影響 試驗結果用SPSS 17.0進行獨立樣本T檢驗（n=3），新型浮床與傳統浮床對燈芯草生長特性的影響如表1所示。

由表1可知，與傳統浮床對比，新型浮床對燈芯草的分蘗增加有明顯的促進作用（P<0.05），對燈芯草重量的增加也具有明顯的促進作用（P<0.05），這表明新型浮床對于燈芯草的生長有較好的促進作用。

2.2 不同處理對氨氮、總磷的去除效果 對新型浮床、傳統浮床和空白對照水體中氨氮、總磷進行測量計算，并用SPSS 17.0進行單因素方差分析（n=3，Duncan法），再經Excel 2010進行作圖，結果如圖2所示。

由圖2可知，對于水體中氨氮的去除效果，2種浮床強于空白對照組（P<0.05），新型浮床對水體中氨氮的去除效果（86.1%）最好，并且與傳統浮床（67.8%）對比差異顯著（P<0.05）；對于水體中總磷的去除效果也以新型浮床（58.8%）為最佳，與傳統浮床的去除效果（47.8%）比較差異也顯著（P<0.05）。

2.3 討論 新型浮床表現出對燈芯草的生長有較好的促進作用，產生這個結果的原因主要有：（1）新型浮床由于生化棉增加了微生物的附著面積，促進水體中營養物質的轉化分解并被燈芯草能較好的吸收，從而促進燈芯草的生長發育。（2）新型浮床植物的根系長在生化棉上，固定效果較好，根系比較靠近水面，具有較好的透氣性，能較好的滿足植物根系對氧的需要，促進植物根系的生長發育，也促進根系周圍的好氧微生物的繁殖，從而增強對水中的氮、磷轉化分解，最終被植物吸收從而促進了植物的生長發育。

新型浮床對水體中氨氮有較強的凈化作用；這與馬強等[7]進行的研究得出彈性立體材料能增加對水體的凈化能力一致，與陳亞男等[8]進行的填料掛膜能較好去除水中氨氮的研究結果相同。據朱靜平等[9]的研究表明浮床系統中根系微生物對水質的凈化貢獻最大，植物次之，沉淀、粘附和吸附作用相對較小。本研究構建的生態浮床系統，其主要特點是以彈性好、孔隙度合適、比表面積大的生化棉做為植物的定植基質及微生物的附著載體，這不僅增加了單位空間的微生物數量及種類，而且由于較靠近水面及植物的泌氧作用，使得其周周圍溶解氧較高，氧氣的充足有利于硝化細菌的生長和繁殖，從而增加硝化作用，促進硝酸鹽的形成并被植物吸收，這促進了植物的生長，從而也提高氨氮的去除效果。本研究的試驗結果表明氨氮的去除主要是浮床系統起主要作用，與周曉紅等[10]的研究結果略有不同，這是由于水體中氨氮的去除主要有氨揮發、硝化反應和植物的吸收作用，氨揮發與水體中的pH值密切相關；據Koottatep[11]的研究報道，當污水pH<8時，氨的揮發凈化基本上可忽略；本試驗的水體pH在7.3左右，而周曉紅等的研究其pH為8～9.4，所以氨的揮發程度不同。

新型浮床對水體中總磷也有較強的凈化作用。據蔣躍等[12]的研究報道，水中磷的去除主要有2方面：一是以磷酸鹽沉降并固結在載體或試驗箱壁上；二是植物對可溶性磷的吸收；在植物吸收可溶性磷方面，植物生長的好壞對其吸收能力是一個很重要的因素；據李文芬等[13]的研究報道，浮床植物生長狀況越好，其對水體中總磷的去除效果就越好；本試驗中，新型浮床系統上的植物生長較好，因此，其對磷的吸收能力也強于其他系統。水體中磷的去除轉化，還與解磷菌和聚磷菌的數量及活性密切相關，新型浮床對這類細菌是否有促進作用，由于條件所限，這方面的作用還有待于進一步的探索研究。

3 結論及展望

生態浮床對水體中營養物質的去除，主要有植物（包括浮床植物和水中藻類）吸收、微生物轉化及沉淀等作用。其中通過浮床植物的吸收和收割移除浮床植物是去除營養物質的主要因素，而且生長良好的植物可向水中釋放氧氣，促進相關微生物的生長繁殖，進一步促進水體中營養物質的轉化并被植物吸收，反過來促進植物的生長發育。本研究設計的新型生態浮床，以彈性好、孔隙度合適及比表面積大的生化棉做為植物的定植基質及微生物附著的載體，增大微生物的附著面積，增強浮床系統的硝化作用，經過和傳統浮床實驗對比，對燈芯草的萌蘗和重量增加具有明顯的促進作用，對水體中氨氮、總磷的去除明顯優于傳統浮床，并且構造簡單，可較好的應用于城市里公園水體的景觀美化及水體凈化。

在本試驗中還有一些問題尚未研究清楚，如附著的微生物種類、數量及作用還不清楚，有待于深入研究；另外，近年來應用細菌固定化技術在短期內提高浮床細菌數量，增強浮床系統凈化水體的能力，對于新型生態浮床如何與該技術結合應用，這也是下一步需要進一步研究的問題。

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