幾種生態(tài)浮床常用水生植物的水質(zhì)凈化能力研究

茅孝仁，周金波

(1.浙江省慈溪市天元鎮(zhèn)農(nóng)辦，浙江 慈溪 315325;2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 生態(tài)環(huán)境研究所，浙江 寧波 315040)

近年來，浙江省的農(nóng)村地區(qū)河道呈現(xiàn)水體富營養(yǎng)化日益嚴(yán)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(yǎng)化的主要原因［1］。生態(tài)浮床是以水生植物為主體，運(yùn)用無土栽培技術(shù)原理，以毛竹、泡沫等材料為載體建立的高效人工生態(tài)系統(tǒng)，是目前治理水體富營養(yǎng)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(yǎng)物質(zhì)，而且能輸送氧氣到根區(qū)為微生物的生長、繁殖和污染物降解創(chuàng)造適宜條件，水生植物的選擇是生態(tài)浮床技術(shù)的關(guān)鍵。本研究選取大聚藻、美人蕉、黃菖蒲和鳶尾等4種生態(tài)浮床常用水生植物為研究對象，在室內(nèi)靜水條件下通過植物生物量、植株氮磷含量、水質(zhì)氮磷降解率等多方面研究明確生態(tài)浮床常用水生植物的水質(zhì)凈化能力。

1 材料與方法

1.1 研究概況

試驗(yàn)在寧波市農(nóng)業(yè)高新技術(shù)實(shí)驗(yàn)園區(qū)大棚內(nèi)進(jìn)行，選用長×寬×高為70 cm×60 cm×50 cm的塑料桶進(jìn)行盆栽試驗(yàn)。首先在塑料桶底部鋪設(shè)20～30 cm的細(xì)黃沙供水生植物扎根，試驗(yàn)用水為農(nóng)田溝渠水加入 (NH4)2SO4和 KH2PO4配制而成的富營養(yǎng)化水。試驗(yàn)選擇4種生態(tài)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(shè)3個(gè)重復(fù)另外設(shè)3個(gè)無水生植物的空白對照。在2008年9月將供試植物移入桶內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)和越冬，從2009年2月中旬開始進(jìn)行試驗(yàn)。

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(jī)粉碎，過孔徑0.25 mm篩后保存，用于測定植物氮、磷含量。試驗(yàn)期內(nèi)每月取樣測定水質(zhì)總氮 (TN)、總磷 (TP)，因取樣、植物吸收和蒸發(fā)損失水分用蒸餾水進(jìn)行補(bǔ)充，水質(zhì)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(yù)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(zhì)凈化能力以及水生植物氮磷吸收在水質(zhì)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(zhì)氮、磷濃度的基礎(chǔ)上進(jìn)行水體氮、磷去除率 η1、水生植物氮、磷吸收貢獻(xiàn)率η2以及其他作用氮、磷降解貢獻(xiàn)率η3的計(jì)算。

式中 C1，C2和 Q1，Q2分別表示水質(zhì)的起始終止?jié)舛?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(jié)果與分析

2.1 水生植物生物量和氮磷含量變化

經(jīng)過4個(gè)月的生長，4種水生植物的凈增生物量產(chǎn)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(shí)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(zhì)起始氮磷濃度較高有關(guān)，也可能因?yàn)樗参锏纳L初期植株氮磷含量相對較高有關(guān);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(zhì)凈化效果。

2.2 水生植物氮磷吸收和水質(zhì)凈化能力

不同水生植物的水質(zhì)凈化能力存在較大差異(表3)，4種水生植物的水質(zhì)氮去除率為38.6% ～89.9%，水質(zhì)磷去除率為29.3% ～75.3%。水體中磷主要以植物吸收、底質(zhì)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(fā)、硝化和反硝化等途徑［5］。本研究將水質(zhì)氮磷去除作用分為植物吸收和其他作用2部分進(jìn)行研究。從表3可以看出，水生植物的氮吸收貢獻(xiàn)率為46.3%～75.8%，其他作用氮降解貢獻(xiàn)率為24.1%～53.7%;水生植物的磷吸收貢獻(xiàn)率為54.3%～92.0%，其他作用磷降解貢獻(xiàn)率為8.0%～45.7%。與相關(guān)研究進(jìn)行比較［6-7］，本研究中水生植物氮、磷吸收的貢獻(xiàn)率相對較高，這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)在靜水條件下進(jìn)行，吸附于底質(zhì)和根系的氮、磷由于水質(zhì)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(xiàn)率的比較來看，其他作用氮降解貢獻(xiàn)率要明顯高于其他作用磷降解貢獻(xiàn)率，這是因?yàn)樗w中磷的去除除了植物吸收外只有依靠底質(zhì)和根系吸附去除，而氮的去除還存在氨的揮發(fā)、硝化和反硝化等途徑，水生植物能輸送氧氣到根區(qū)，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(xiàn)率

從水生植物的凈增生物量、植株氮磷含量和水質(zhì)凈化能力等各個(gè)方面分析，大聚藻和美人蕉有較大的生物凈增量和較強(qiáng)的水質(zhì)凈化能力，因此可作為優(yōu)選的生態(tài)浮床水生植物。黃菖蒲和鳶尾雖然水質(zhì)凈化效果一般，但這2種挺水植物具有較強(qiáng)的耐寒性，在我國南方地區(qū)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(xù)凈水能力和景觀效果。

3 小結(jié)

本研究在2009年2月中旬至6月中旬在室內(nèi)靜水條件下對4種生態(tài)浮床常用的水生植物進(jìn)行了水質(zhì)凈化能力研究，可以得出如下結(jié)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(zhì)凈化能力相差較大，4種水生植物的水質(zhì)氮去除率為38.6%～89.9%，水質(zhì)磷去除率為29.3%～75.3%。大聚藻和美人蕉可作為優(yōu)選的生態(tài)浮床水生植物，黃菖蒲和鳶尾由于其較強(qiáng)的耐寒性可進(jìn)行組配使用。

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