3個荷花品種對富營養水體和底泥中氮、磷去除能力比較研究

江 君，李 欣，徐 飛，徐 君，姜紅衛

（1.江蘇太湖地區農業科學研究所，江蘇蘇州215155；2.江蘇省蘇州市吳中區農技植保推廣站，江蘇蘇州215104）

城市湖泊、河道等濕地景觀水體富營養化是目前城市突出的環境問題之一，直接影響到市民健康和生活質量的提高。水生植物對氮、磷有很強的吸收和利用作用，同時發達的根系扎根在底泥中，防止底泥上浮，控制了內源營養鹽釋放，減少水體二次污染［1－2］，水生植物富集氮、磷的利用是治理、調節和抑制水體富營養化的有效途徑［3－6］。不同植物對氮、磷的去除效果有很大的差別，去除率變化范圍為20%～98%，植物修復水體是一種簡單、經濟、可持續的水體修復手段，在富營養化水體治理中得到廣泛應用［7－8］。

荷花（Nelumbo nucifera）是中國傳統十大名花，分布面積廣，易成活，在很多濕地系統中都作為優勢水生植物，對水體中的氮、磷有很好的凈化效果［9－10］。荷花在凈化水體的同時可以豐富植物的景觀配置，兼具生態和經濟價值。國內現有荷花品種達上千種之多，根據對荷花的認知和需求不同，荷花又分成禠蓮、藕蓮、花蓮三大類型，各類型品種間性狀差異明顯，生態、經濟價值也各不相同［11］。目前對荷花凈化能力的研究報道中，利用的荷花品種比較單一，且大多集中在對水體中氮、磷去除效果的研究，較少關注底泥中氮、磷的去除效果。本研究以籽蓮型品種太空蓮36號、花蓮型品種秦淮花燈和荷塘情深為試驗材料，研究種植3個荷花品種的富營養化底泥和水體中氮、磷含量的變化規律，比較不同品種對氮、磷的去除效果，旨在為推進不同荷花品種在受污染水體修復及人工濕地景觀配置中的應用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試荷花品種太空蓮36號、秦淮花燈、荷塘情深，均來自江蘇太湖地區農業科學研究所荷花種質資源圃。供試荷花品種基本性狀見表1。

表1 供試荷花品種基本性狀

1.2 試驗方法

試驗在江蘇太湖地區農業科學研究所塑料大棚中進行，采用靜態避雨栽培方式。2016年6月初每個品種挑選大小一致、生長健壯的種藕1支，移栽入口徑為70 cm、高度為65 cm的荷花缸中，試驗用水和底泥來自蘇州市受污染的水塘，荷花生長過程中蒸發的水分用自來水進行補充，每個品種3個重復。在荷花的幾個主要生育期進行取樣分析。

1.3 測定內容與方法

采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量，氫氧化鈉熔融－鉬銻抗比色法測定全磷含量。植物樣品采用硫酸－雙氧水消解凱氏定氮法測定全氮含量；鉬銻抗比色法測全磷含量。采用靛酚藍比色法測定水中銨態氮含量；紫外分光光度計測定水中硝態氮含量；鉬酸銨分光光度法測定水中總磷含量；堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定水中總氮含量。采用Excel 2007進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 3個荷花品種地上部分生長狀況及養分含量

在富營養化條件下，3個荷花品種生長狀況良好，在荷花生育期結束時，對地上部分生物量烘干稱質量，計算干物質量。由表2可知，3個品種的生物量和株高均表現為太空蓮36號＞荷塘情深＞秦淮花燈，品種間株高無顯著差異。太空蓮36號地上部分干物質量顯著高于另外2個品種。籽蓮型品種太空蓮36號的蓮籽干物質量顯著高于花蓮型品種荷塘情深和秦淮花燈。秦淮花燈蓮蓬不結實，地上部分生物量最小。

表2 3個荷花品種生長狀況

由圖1可知，3個荷花品種不同部位氮、磷含量差異較大。葉片和蓮籽中的氮含量高于莖稈中的氮含量，品種間無顯著差異。磷含量表現為蓮籽＞葉片＞莖稈，秦淮花燈和太空蓮36號葉片中磷含量顯著高于荷塘情深；3個品種莖稈中的磷含量差異顯著，太空蓮36號最高，荷塘情深最低；太空蓮36號和荷塘情深蓮籽中的磷含量無顯著差異。

2.2 底泥中氮、磷濃度變化

從圖2可以看出，種植不同荷花品種的底泥中總氮、總磷濃度的變化趨勢較為一致，隨著荷花的生長，底泥中總氮、總磷濃度逐漸降低。從移栽期至始花期（6月9日至8月11日），荷花快速生長需要大量的養分，通過根部吸收底泥中的氮、磷元素，因此底泥中總氮、總磷濃度降低幅度較大。太空蓮36號和荷塘情深的底泥中總氮含量在生育后期仍有較大幅度的降低，可能是在生育后期蓮籽膨大，積累營養物質所致。整個生育期種植秦淮花燈的底泥中，總氮濃度從1.94 g／L降低至1.35 g／L，總磷濃度從 419.33 mg／L降低至270.82 mg／L；種植荷塘情深的底泥中總氮濃度從 1.98 g／L降低 至 1.35 g／L，總 磷 濃 度 從 417.35 mg／L降 低 至267.11 mg／L；種植太空蓮 36號的底泥中總 氮濃度 從2.01 g／L降低至1.25 g／L，總磷濃度從 406.66 mg／L降低至224.46 mg／L。

2.3 水體中氮、磷濃度變化

由圖3可以看出，種植3個荷花品種的水體中總氮、總磷濃度隨著時間的延長不斷降低，末花期（9月30日）后，水體中總氮、總磷濃度降低幅度趨于平緩。整個生育期，種植秦淮花燈的水體中總氮濃度從 43.57 mg／L降低至22.29 mg／L，總磷濃度從0.61 mg／L降低至 0.22 mg／L；種植荷塘情深的水體中總氮濃度從 49.07 mg／L降低至 18.83 mg／L，總磷濃度從0.63 mg／L降低至0.15 mg／L；種植太空蓮 36號的水體中總氮濃度從49.55 mg／L降低至 14.67 mg／L，總磷濃度從0.64 mg／L降低至 0.13 mg／L。

NH4＋－N濃度與總氮濃度變化趨勢相同，從移栽期至盛花期（6月9日至9月6日），NH4＋－N濃度大幅度降低，9月6日以后NH4＋－N濃度變化趨于穩定，整個生育期，秦淮花燈、荷塘情深、太空蓮36號的NH4＋－N濃度分別從21.54、23.38、25.49 mg／L降低至 0.16、0.16、0.17 mg／L。

NO3－N濃度變化趨勢與總氮、NH4＋－N濃度變化不同，呈現先升高后降低的趨勢，出現這種現象可能與底泥及水體中存在大量的微生物有關，前期水體中NH4＋－N濃度較高，經過硝化作用轉化為NO3－N，此時硝化作用的強度大于反硝化作用，因此造成了 NO3－N的積累。荷花生育后期NO3－N的濃度保持穩定，整個生育期種植3個荷花品種的水體中NO3－N濃度略微降低。

表3 3個荷花品種對底泥中氮、磷去除率

表4 3個荷花品種對水體中氮、磷去除率

2.4 3個荷花品種對底泥及水體凈化效果分析

從表3可以看出，至荷花生育期結束，3個荷花品種對底泥中總氮、總磷的去除率均表現為太空蓮36號＞荷塘情深＞秦淮花燈。其中太空蓮36號對底泥中總氮、總磷的去除率要顯著高于其余2個品種。秦淮花燈和荷塘情深對底泥中總氮、總磷的去除率無顯著差異。

從表4可以看出，3個荷花品種對水體中總氮、總磷的去除率表現為太空蓮36號＞荷塘情深＞秦淮花燈。太空蓮36號顯著高于秦淮花燈，荷塘情深與另外2個品種相比無顯著差異。3個荷花品種對水體中NH4＋－N和NO3－N的去除率無顯著差異；對NH4＋－N的去除率均達到了99%以上，說明荷花可以有效的去除富營養化水體中的銨態氮；對NO3－N的去除率在10%左右，去除效果較差。

3 結論與討論

本研究中3個荷花品種間的株高和生物量不同，均表現為太空蓮36號＞荷塘情深＞秦淮花燈。荷花的不同部位氮、磷含量不同，葉片和蓮籽中氮、磷含量較高，莖稈中氮、磷含量較低。不同品種葉片和蓮籽中的氮、磷含量無顯著差異，莖稈中的磷含量品種間有一定的差異。

3個荷花品種對富營養化水體和底泥中的氮、磷均具有較好的去除效果。對底泥中的總氮去除率為30.24% ～37.90%，總磷去除率為35.37% ～44.71%。對水體中總氮去除率為 48.88% ～70.50%，總磷去除率為 64.39% ～80.16%。對NH4＋－N去除率可以達到99%以上。對供試的3個品種凈化效果比較得出，太空蓮36號的凈化效果最好。

底泥和水體是河道、湖泊等濕地生態系統的重要組成部分，其中底泥不僅可以間接反映水體的污染情況、水動力狀態，且在外界水動力因素制約下向上覆水體釋放營養成分，影響水質和富營養化過程［12］。有研究顯示，蘇州河污水截流后，污染物排放大幅度削減，但河流水質并未出現預期的改善程度［13］。河流和湖泊內源污染物的釋出，類似于非點源污染，釋放面積大，釋放時間、途徑和釋放量具有不確定性［14］。在底泥氮、磷污染嚴重情況下，通過置換上覆水雖然能在短期內能降低上覆水氮、磷濃度，但污染底泥有持續釋放氮、磷的能力，釋放的氮、磷足以維持富營養化需求［15］。

不同類型水生植物在濕地凈化中對污染物的去除能力存在較大的差別。荷花屬于大型挺水植物，其發達的地下莖扎根在底泥中，不僅對水體中的氮、磷具有較高的去除率，還能有效地吸附底泥中氮、磷，同時荷花有豐富的觀賞價值，在河道、湖泊等生態治理方面具有較高的應用價值。荷花根據經濟價值不同分為藕蓮、籽蓮、花蓮，品種成百上千，如何挖掘不同類型、不同品種荷花的經濟及生態功能，值得進一步研究探討。

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