浮床栽培雪里蕻凈化冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體研究

桑連海，黃 薇，張 勁，殷大聰

（長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢430010）

浮床栽培雪里蕻凈化冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體研究

桑連海，黃 薇，張 勁，殷大聰

（長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所，武漢430010）

通過(guò)水面浮床栽培試驗(yàn)，研究了雪里蕻植株的生長(zhǎng)特性，及其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮、磷物質(zhì)的吸收能力。結(jié)果表明：浮床雪里蕻植株的平均鮮量30 g，平均株高15 cm，平均根系長(zhǎng)35 cm，其對(duì)氮、磷的直接吸收量分別達(dá)到67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。雪里蕻能夠在水中安全越冬并完成整個(gè)生育周期，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體也具有一定的凈化效果，可作為冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體治理的一種浮床栽培植物。

雪里蕻；浮床栽培；生長(zhǎng)特性；水質(zhì)凈化

在我國(guó)污染水域中，90%以上是因水體中氮、磷含量過(guò)高引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化。這些由水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的問(wèn)題給人類的生活與生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失，同時(shí)也帶來(lái)了諸多的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。水體富營(yíng)養(yǎng)化的治理，就目前形勢(shì)來(lái)看，還沒(méi)有一種行之有效的方法，但從資源利用的角度來(lái)看，水體中超標(biāo)的氮磷物質(zhì)卻是植物生長(zhǎng)過(guò)程中不可缺少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此，利用植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體是一種經(jīng)濟(jì)可行的生態(tài)方法［1］。近年，我國(guó)的一些科研工作者嘗試在原位生態(tài)條件下，以生物浮床為載體，在河流和富營(yíng)養(yǎng)湖泊水體中種植親水性陸生植物，以治理修復(fù)其水生態(tài)系統(tǒng)的可行性研究，取得了不少研究成果［2－6］。但受低溫條件限制，冬季凈水植物資源較匱乏［7］，影響了植物生態(tài)技術(shù)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的周年凈化。本試驗(yàn)研究了抗寒性較強(qiáng)的青島雪里蕻在冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體中的生長(zhǎng)特性，及其對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力，以期對(duì)冬季浮床植物的選擇提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物

本試驗(yàn)選用的雪里蕻（Brassica juncea Coss.var.crispifolia Bailey）為葉用芥菜的一種。雪里蕻又稱雪菜，具有分蘗力強(qiáng)、生物量大、抗寒性強(qiáng)等特點(diǎn)。既可鮮食、亦可腌制，為冬春佳菜。孕蕾、抽薹、開(kāi)花結(jié)果需要經(jīng)過(guò)低溫春化和長(zhǎng)日照條件。中國(guó)南北各地均以秋播為主。長(zhǎng)江流域及西南、華南各地于冬季或次春收獲，北方于霜凍前收獲。

1.2 浮床構(gòu)建

本浮床單元主體是由PVC管與PVC彎頭粘結(jié)連接為一體的四邊形浮體框架，在四邊形浮體框架之中設(shè)置有用漁繩相互交織而成的網(wǎng)床平面，網(wǎng)床平面中均勻設(shè)置簡(jiǎn)易瓶栽植物機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)由截切下部形成空缺的塑料植物定植瓶和植物組成，植物定植瓶的瓶頸外圍套接在網(wǎng)床平面的網(wǎng)孔之中，且由四周的繩活結(jié)固定之，植物連同莖部包裹的海綿一并套接且固定在植物定植瓶的瓶頸之內(nèi)。將栽培好植物的浮床單元放入受試水體中，用軟繩或鐵絲將浮床單元一座座連接起來(lái)，浮床整體組裝完成后，四周固定，浮床即構(gòu)建完畢。

1.3 受試水體

試驗(yàn)地點(diǎn)選在武漢市江夏區(qū)嚴(yán)家村當(dāng)?shù)匾晦r(nóng)用池塘，水域面積約1 000 m2（水深0.5～1.3 m），水源來(lái)自當(dāng)?shù)亟涤旰偷乇韽搅?，主要用于養(yǎng)魚和洗旱菜，水體已呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，2010年1月12日監(jiān)測(cè)得到的主要理化性狀：懸浮物（SS）為37 mg／L，總氮（TN）為2.37 mg／L，總磷（TP）為0.13 mg／L，化學(xué)需氧量（COD）為43 mg／L。

1.4 試驗(yàn)方法

供試植物雪里蕻于2009年10月23日露地播種育苗，11月5日移栽到水面栽培，移栽時(shí)植株平均高度20 cm（地上部分，以下同）。試驗(yàn)共設(shè)置10座浮床單元（規(guī)格1 m×2 m），每座浮床單元栽植雪里蕻104棵，浮床單元之間用鐵絲或軟繩連接固定，形成2 m×10 m規(guī)格的長(zhǎng)方形浮床群體，四周用竹竿插入池塘底泥中固定。

試驗(yàn)持續(xù)127 d，于次年3月11日取樣，常規(guī)方法測(cè)定植株高度、根系長(zhǎng)度、總鮮質(zhì)量，植株氮、磷含量和含水率的檢測(cè)方法依據(jù)分別為《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》（GB／T 5009.5－2003）、ICP法和《食品中水分的測(cè)定》（GB／T 5009.3－2003）。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮床雪里蕻的生長(zhǎng)特性

雪里蕻的土培苗移栽到水面上后，老根逐漸枯萎死去，一周后植株會(huì)重新生出適應(yīng)于水環(huán)境的白色水生根。這種根部組織結(jié)構(gòu)松散、細(xì)胞大、通氣性強(qiáng)，對(duì)氧氣具有縱向運(yùn)輸功能，能把植株枝葉部分所吸收的氧氣及時(shí)輸送給泡于水中的根系。

經(jīng)觀察，在冬季低溫條件下，浮床雪里蕻能夠在水中存活，且安全越冬后，于次年4－5月陸續(xù)開(kāi)花、結(jié)籽，完成整個(gè)生育周期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，整個(gè)試驗(yàn)期間，浮床雪里蕻成活率高達(dá)95%以上；根系長(zhǎng)度達(dá)到了35 cm，與浮床移栽初始時(shí)對(duì)照，增長(zhǎng)了28 cm；植株高度較之浮床移栽初始時(shí)縮短了5 cm，但長(zhǎng)勢(shì)健壯；單科植株平均鮮重達(dá)到了30 g，植株生長(zhǎng)量超過(guò)1.25 kg／m2。將水培雪里蕻與土培雪里蕻對(duì)照比較，二者的植株真葉數(shù)相仿，但根系長(zhǎng)度水培是土培的2倍以上，而植株高度土培是水培的2.5倍以上，鮮重后者接近前者的2倍。根據(jù)分析可知，水培雪里蕻在試驗(yàn)期間出現(xiàn)了“矮化”，可能是因水中的營(yíng)養(yǎng)元素缺乏引起的營(yíng)養(yǎng)不良現(xiàn)象，也不排除是由于生長(zhǎng)環(huán)境條件改變后引起的一種生理矮化現(xiàn)象；由于水中的營(yíng)養(yǎng)元素具有均化分布的特點(diǎn)，較之土壤中的肥分，水培雪里蕻根系附近水域的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度要低很多，這是促使水培雪里蕻根系發(fā)達(dá)形成的原因之一，須根呈向水面分布而不向地性，增加了吸收面積，有利于對(duì)水體中氮、磷等養(yǎng)分及氧氣的充分吸收。不同栽培條件對(duì)雪里蕻生長(zhǎng)特性的影響見(jiàn)表1。

表1 浮床栽培與陸地栽培對(duì)雪里蕻生長(zhǎng)特性的影響Table 1 Effects of different cu ltivating m ethods on grow ing characteristics of potherb m ustard

2.2 浮床雪里蕻的含水率及氮、磷含量

不同栽培條件下，雪里蕻植株氮磷含量及含水率見(jiàn)表2。

表2 不同栽培條件下雪里蕻植株氮磷含量及含水率Table 2 The content of water，nitrogen and phosphorus in potherb mustard by different cultivatingmethods

從含水率來(lái)看，水培和土培雪里蕻含水率相仿，大約在90%左右。說(shuō)明雪里蕻在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水分的需求量較大；同時(shí)也反映了在水分充足的條件下，雪里蕻植株的含水率與環(huán)境水分條件相關(guān)性不強(qiáng)。從水培雪里蕻水面上下2部分的含水率來(lái)看，水上部分（莖葉等）的含水率略高于水下部分（根系）的，雖然水分主要集中在植物體莖葉部分，但與土培雪里蕻相比，水培雪里蕻具有發(fā)達(dá)的水生根系，這種水生根系大多為白色疏松的薄壁組織，細(xì)胞大，通氣性強(qiáng)，含水量較豐富。

從含氮量來(lái)看，水培雪里蕻高于土培的，單位干物質(zhì)二者含氮量相差10.5 mg。表明土培雪里蕻經(jīng)水體誘變后，更容易從水中吸收氮，而氮素具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)和增加植物產(chǎn)量的作用，但從試驗(yàn)樣品來(lái)看，此時(shí)的水培雪里蕻仍處于植物矮化時(shí)期，其生物量?jī)H為土培雪里蕻生物量的一半左右，二者的生物量與植株體內(nèi)的氮含量的不一致性可能存在其他方面的原因，有待進(jìn)一步的深入研究。從水培雪里蕻各組分的含氮量來(lái)看，水上部分的含氮量大于水下部分的，因?yàn)樗喜糠值那o和葉是植物進(jìn)行新陳代謝和光合作用的主要場(chǎng)所，而氮是構(gòu)成光合作用中光能主要吸收體——葉綠素的必需組分，也是植物體內(nèi)生物催化劑——酶的組成部分。

與雪里蕻含氮量的情況正好相反，土培雪里蕻的含磷量高于水培雪里蕻的，單位干物質(zhì)二者含磷量相差1.2 mg。表明土培雪里蕻經(jīng)水體誘變后，對(duì)磷元素的需求量減少了。磷對(duì)提高植物的抗病性、抗旱性有著良好的作用，磷還有促進(jìn)根系發(fā)育、增強(qiáng)植物抗倒伏能力的作用。浮床雪里蕻在水培環(huán)境下萌生的根系組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，較土壤栽培條件下的根系，組織結(jié)構(gòu)疏松、細(xì)胞較大、細(xì)胞壁變薄，增強(qiáng)了吸收和輸送功能，但失去了支撐植物體的功能；同時(shí)與土培環(huán)境相比，水培環(huán)境下生長(zhǎng)的雪里蕻無(wú)需另施化肥，病蟲害發(fā)生的概率較低，對(duì)植物的抗病性、抗旱性要求較低，以上可能是水培雪里蕻含磷量低的2個(gè)原因。

2.3 浮床雪里蕻凈化水體的環(huán)境效益

如果對(duì)浮床雪里蕻直接計(jì)算從水體中吸收的氮、磷量，則根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)：雪里蕻植株的平均鮮量為30 g，單位面積的植株數(shù)為52株／m2，雪里蕻植株的含氮量以3.82%計(jì)，含磷量以0.27%計(jì)，理論上雪里蕻對(duì)氮、磷的直接吸收量可達(dá)67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。

根據(jù)中國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從Ⅴ類水質(zhì)凈化到Ⅲ類水質(zhì)，需要從水體中去除1 mg／L氮和0.15 mg／L磷。若以總氮計(jì)，每公頃浮床雪里蕻至少可以把6.7×104m3的富營(yíng)養(yǎng)化水體由Ⅴ類凈化為Ⅲ類；以總磷計(jì)，每公頃浮床雪里蕻凈化水量至少為3.2×104m3。根據(jù)資料記載［8］，浮床植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）的去除效果見(jiàn)表3。

表3 水培植物的氮、磷含量（干重）Table 3 The content of nitrogen and phosphorus in some water-cultivated p lants（dry weight）

從表3可以看出，浮床雪里蕻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮元素具有較高的富集能力，在所列出的8種植物中，僅次于蕹菜，但對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的磷元素的富集效果一般，僅高于美人蕉和荻。因此，在進(jìn)行浮床植物配置時(shí)，將雪里蕻與除磷效果好的植物進(jìn)行搭配，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體將會(huì)有更好的凈化效果。

3 結(jié) 論

在冬季低溫條件下，浮床雪里蕻能夠在水中存活，且安全越冬后，于次年4 5月份陸續(xù)開(kāi)花、結(jié)籽，完成整個(gè)生育周期。

水培雪里蕻對(duì)水體中的氮、磷物質(zhì)具有一定的吸收效果，理論吸收量可達(dá)67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。與一般水生植物相比，雪里蕻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮具有較強(qiáng)的吸收能力，而對(duì)磷元素的吸收效果一般，因此，在進(jìn)行浮床植物配置時(shí)，將雪里蕻與除磷效果好的植物進(jìn)行搭配，對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體將會(huì)有更好的凈化效果。

雪里蕻土培苗經(jīng)水體誘變后，雖然能夠在水中完成整個(gè)生育周期，但水培雪里蕻的產(chǎn)量明顯低于土培雪里蕻的，現(xiàn)場(chǎng)取樣稱量顯示，前者的生物量?jī)H為后者的1／2。從經(jīng)濟(jì)效益的角度來(lái)講，雪里蕻水培后的利潤(rùn)優(yōu)勢(shì)不明顯，但作為一種能夠在水中安全越冬的凈水植物，其具有的環(huán)境效益是不容忽視的，可作為冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體治理的一種浮床植物資源。

［1］ 朱 斌，陳飛星，陳增奇.利用水生植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究進(jìn)展［J］.上海環(huán)境科學(xué)，2002，22（9）：564－567.（ZHU Bin，CHEN Fei-xing，CHEN Zeng-qi.Study Progress on Purification of Eutrophic Water by A-quatic Macrophytes［J］.Shanghai Environmental Sciences，2002，22（9）：564－567.（in Chinese））

［2］ 桑連海，黃 薇，陳 進(jìn)，等.水培芹菜的植物學(xué)特征及環(huán)境效益分析［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2009，26（7）：11－13.（SANG Lian-hai，HUANGWei，CHEN Jin，et al.Analysis on Botany Characteristics and Environment Benefits forWater-cultured Oenanthe Javanica［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2009，26（7）：11－13.（in Chinese））

［3］ 周小平，徐曉峰，王建國(guó)，等.3種植物浮床對(duì)冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體氮磷的去除效果研究［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，15（4）：102－104.（ZHOU Xiao-ping，XU Xiao-feng，WANG Jian-guo，et al.Nitrogen and Phosphorus Removal Performance by Three Planted Floats in Eutrophic Water Bodies in Winter［J］.Chinese Journal of Eco-agriculture，2007，15（4）：102－104.（in Chinese））

［4］ 李欲如，操家順.冬季低溫條件下浮床植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果［J］.環(huán)境污染與防治，2005，27（7）：505－508.（LI Yu-ru，CAO Jia-shun.Purification Effects of Floating Bed Plants on Eutrophic Water Body Under Low Temperature in Winter［J］.Environmental Pollution＆Control，2005，27（7）：505－508.（in Chinese））

［5］ 呂錫武，宋海亮.水培蔬菜法對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮磷的去除特性研究［J］.江蘇環(huán)境科技，2004，17（2）：1－3.（LV Xi-wu，SONG Hai-liang.Study on the Removal Characters of Nitrogen and Phosphorus in Eutrophicated Stream Water by Aquatic Vegetables［J］.Jiangsu Environmental Science and Technology，2004，17（2）：1－3.（in Chinese））

［6］ 周振興，黃 田，張 勁.浮床栽培茭白的生物學(xué)特征及水質(zhì)凈化作用研究［J］.四川環(huán)境，2007，26（5）：1－4.（ZHOU Zhen-xing，HUANG Tian，ZHANG Jin.Research on the Biological Features of Zizania Caduciflora Planted at the Floating-Bed and Its EffectonWater Purification［J］.Sichuan Environment，2007，26（5）：1－4.（in Chinese））［7］ 王國(guó)祥，濮培民，張圣照.冬季水生高等植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖水的凈化作用［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1999，19（2）：106－109.（WANG Guo-xiang，PU Pei-min，ZHANG Sheng-zhao.The Purification Ability of Aquatic Macrophytes for Eutrophic Lake Water in Winter［J］.China Environmental Science，1999，19（2）：106－109.（in Chinese））

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（編輯：劉運(yùn)飛）

Purification of Eutrophic W ater Body in W inter by Potherb M ustard Planted on Floating-Bed

SANG Lian-hai，HUANGWei，ZHANG Jin，YIN Da-cong
（Water Resources Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Experiments on potherb mustard planted on floating-bed were performed to study the growth characteristic of potherb mustard and its capacity of absorbing Nitrogen and Phosphorus from eutrophic water body.Results showed that the potherb mustard on floating-bed had a fresh weight of30 g，culm heightof15cm and root length of 35 cm on average per plant.The amount of directly absorbed Nitrogen and Phosphorus amounted to 67.3 kg／hm2and 4.8 kg／hm2respectively.The results suggested that potherbmustard could grow well throughout thewinter and was effective for eutrophic water purification.It is a new and alternative approach for the treatment of eutrophic water body in winter.

potherb mustard；cultivation on floating-bed；growth characteristic；water purification

X171.4

A

1001－5485（2011）12－0036－03

2011-10-21

農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目（2011GB23320005）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（YWF201004）

桑連海（1976-），男，吉林九臺(tái)人，高級(jí)工程師，主要從事水生態(tài)與節(jié)水研究，（電話）027-82926456（電子信箱）hlsang1017＠yahoo.com.cn。