3種浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體中藻類的抑制效果

周真明,梅玉龍,葉青,沈春花,趙志領(lǐng)

(1.華僑大學(xué)土木工程學(xué)院,福建泉州 362021; 2.綠城東方建筑設(shè)計有限公司,浙江杭州 310012)

3種浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體中藻類的抑制效果

周真明1,梅玉龍2,葉青1,沈春花1,趙志領(lǐng)1

(1.華僑大學(xué)土木工程學(xué)院,福建泉州 362021; 2.綠城東方建筑設(shè)計有限公司,浙江杭州 310012)

以葉綠素a、藻類密度表征水體藻類含量,通過靜態(tài)試驗,研究風(fēng)車草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus ca lam us)和富貴竹(Dracaena sanderiana)3種浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體中藻類的抑制效果.結(jié)果表明:風(fēng)車草、菖蒲和富貴竹對葉綠素a的平均抑制率分別為42.6%,36.7%和18.7%,對藻類密度的平均抑制率分別為45.4%,39.9%和23.3%;3種浮床植物系統(tǒng)對葉綠素a、藻類密度的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05).風(fēng)車草對藍(lán)藻、綠藻、硅藻和銅綠微囊藻的平均抑制率分別40.1%,24.8%, 32.3%和29.8%;而菖蒲則分別為38.2%,34.2%,30.1%和27.6%.

富營養(yǎng)化;浮床植物系統(tǒng);藻類;抑制效應(yīng)

浮床植物系統(tǒng)修復(fù)富營養(yǎng)化的水域,具有投資少、風(fēng)險小、不產(chǎn)生再次污染等優(yōu)點,從而受到了人們的青睞[1].浮床植物系統(tǒng)抑藻的途徑主要有遮光,減少水體中的營養(yǎng)鹽和化感作用[2].操家順等[3]研究表明,水雍菜(Ipom oea aquatica)對重污染河道水體中藻類抑制率為88.8%.鮮啟鳴等[4]研究表明,金魚藻(Ceratophy llum demersumL.)、微齒眼子菜(Potamogeton maackianusA.Benn)和枯草(Vallisneria spiralisL.)具有較強的克藻效應(yīng).李磊等[5]研究表明,荷花(Nelumbo nucifera)和睡蓮(N ymphaea tetragona)對銅綠微囊藻有一定的抑制作用.張維昊等[6]研究表明,菖蒲(Acorus calamus)對銅綠微囊藻有較好的抑制效果.劉佳等[7]研究表明,水葫蘆(Eichhornia crassipes)、金魚藻(Ceratophy llum demersum)和浮萍(Lem na m inor)都具有較好的抑制藻類生長作用.目前,這方面的研究主要集中在對藻類總體或某一特定藻的抑制效果,但對藍(lán)藻、綠藻、硅藻抑制效果的研究鮮見報道.因此,本文通過靜態(tài)試驗,考察3種浮床植物系統(tǒng)對藍(lán)藻、綠藻、硅藻以及水華發(fā)生常見的銅綠微囊藻的抑制效果.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用風(fēng)車草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus calam us)和富貴竹(D racaena sanderiana)3種浮床植物.所有的植物來自土培苗,苗高15 cm左右,經(jīng)除土洗凈后移植到試驗水體中.實驗水箱材料為塑料,使用前用原水浸泡數(shù)天.

1.2 試驗設(shè)計

試驗在實驗水箱中進(jìn)行,實驗水箱尺寸為80 cm×60 cm×80 cm(長×寬×高),水箱中盛放試驗原水,水深為75 cm,水樣體積為360 L.每個水箱水面上放置一塊75 cm×55 cm,厚5 cm的可降解聚苯乙烯泡沫塑料板作為浮床.在浮床上以20 cm×20 cm的間距開12個直徑為5 cm的定植孔,每個定植孔中定植1～2株植物,并用海綿輔助固定.

1.3 試驗方法

試驗共設(shè)4組水箱:第1組為只有浮床而無植物的水箱的空白對照組;第2,3,4組分別為風(fēng)車草、菖蒲、富貴竹單元.試驗于2008年3—4月間進(jìn)行,試驗時間為35 d,試驗期間水溫為24～30℃,平均水溫為27℃,水溫適合植物和藻類生長,試驗原水來自于福建泉州華僑大學(xué)秋中湖湖水.

試驗期間,每隔7 d在水箱水面下10 cm處取樣一次,每次每組測定3個樣品,能滿足差異性統(tǒng)計檢驗要求.測定水樣中的藻類密度、葉綠素a時,定期補充自來水以消除水分蒸發(fā)損失對試驗效果的影響.試驗均在自然光照和溫度下進(jìn)行,遇到雨天時,需用透明塑料薄膜遮擋.

1.4 測定方法

采用魯哥氏液固定、目鏡視野法[8]測定藻類密度;采用萃取光度法[8-9],以0.45μm醋酸纖維膜過濾,測定葉綠素a的質(zhì)量濃度.

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用方差分析植物單元系統(tǒng)與空白對照單元系統(tǒng)之間抑制葉綠素a和藻類密度效果的差異.浮床植物系統(tǒng)對葉綠素a和藻類密度的抑制率為

式中:ρ0,i,ρi分別為第i天時,空白對照單元和植物單元系統(tǒng)水體中的葉綠素a的質(zhì)量濃度或藻類密度.

1.6 原水水質(zhì)指標(biāo)[10]

原水水質(zhì)指標(biāo):水溫為27℃;p H值為7.8;高錳酸鹽指數(shù)為13.97 mg·L-1;化學(xué)耗氧量(CODcr)為45.17 mg·L-1;總氮(TN)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.8 mg·L-1;總磷(TP)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.26 mg·L-1;葉綠素a的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為224.6μg·L-1;藻類密度為18.2×107個·L-1.從水質(zhì)指標(biāo)可以知道,試驗原水屬于富營養(yǎng)化水體.

2 結(jié)果與分析

2.1 單元系統(tǒng)對葉綠素a的抑制效果

不同單元系統(tǒng)水體中葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化及對葉綠素a的抑制效果,如表1所示.表1中:ρch為葉綠素a的質(zhì)量濃度;ηch為植物單元系統(tǒng)對葉綠素a的抑制率.由表1可知道,風(fēng)車草、菖蒲、富貴竹3種植物單元系統(tǒng)對葉綠素a的平均抑制率分別為42.6%,36.7%和18.7%.

表1 不同單元系統(tǒng)對葉綠素a抑制效果Tab.1 Inhibito ry effects of chlorophyll-a by different unit system

結(jié)合文獻(xiàn)[10]的結(jié)果可知,3種植物對葉綠素a抑制率隨著植物根系生物量的增加有加大趨勢.說明生長快、生物量變化大、根系發(fā)達(dá)的植物與藻類競爭營養(yǎng)物質(zhì)能力強,遮光效果越明顯,從而抑藻效果越明顯.方差分析結(jié)果表明,3種浮床植物系統(tǒng)對葉綠素a的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05),說明植物的存在顯著提高了系統(tǒng)抑制藻類生長的能力.

試驗第1周,水體中的葉綠素a明顯下降,主要是由于水體環(huán)境(靜態(tài)和水體變小等)的驟變使得水體藻類迅速減少;從第2周開始,藻類繁殖生長,其數(shù)量迅速增加,水體中葉綠素a明顯增加;從第3周開始,由于浮床植物系統(tǒng)抑制藻類生長,使得水體中藻類數(shù)量逐漸減少.

2.2 單元系統(tǒng)對藻類密度的抑制效果

不同單元系統(tǒng)水體中藻類密度變化及對藻類密度抑制效果,如表2所示.表2中:ρal為藻類密度;ηal為植物單元系統(tǒng)對藻類密度的抑制率.

由表2可知,風(fēng)車草、菖蒲、富貴竹3種植物單元系統(tǒng)對藻類密度的平均抑制率為45.4%,39.9%和23.3%,風(fēng)車草、菖蒲對藻類抑制效果好于富貴竹.方差分析結(jié)果表明,3種浮床植物系統(tǒng)對藻類密度的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05),說明植物的存在顯著提高了系統(tǒng)抑制藻類生長的能力.

結(jié)合文獻(xiàn)[10]的結(jié)果可知,由于風(fēng)車草根系最發(fā)達(dá),菖蒲次之,富貴竹最差,而植物生長越快,根系越發(fā)達(dá),與藻類競爭營養(yǎng)物質(zhì)能力越強,遮光效果越明顯,從而抑制藻類能力越強[11-12].

表2 不同單元系統(tǒng)對藻類密度抑制效果Tab.2 Inhibito ry effects of algae density by different unit system

2.3 單元系統(tǒng)對不同藻種的抑制效果

富營養(yǎng)化水體中藻類大多以藍(lán)藻、綠藻、硅藻共存,藍(lán)藻約占71%、綠藻約占10%、硅藻約占15%,而藍(lán)藻中的銅綠微囊藻約占74%.以藻類密度表征水體中各種藻的含量,著重考察不同浮床植物對藍(lán)藻、綠藻、硅藻及銅綠微囊藻4種藻類的抑制效果(ηal),如表3所示.

由表3可以知道,風(fēng)車草對藍(lán)藻、硅藻、銅綠微囊藻抑制效果最好,菖蒲次之,富貴竹最差;而菖蒲對綠藻抑制效果最好,風(fēng)車草次之,富貴竹最差.風(fēng)車草、菖蒲對富營養(yǎng)化水體中不同的藻種都有較好的抑制效果.

不同植物單元系統(tǒng)對不同藻種抑制效果不同,主要是由于不同植物與藻類間化感作用的生物活性物質(zhì)不同[11],以及不同植物單元系統(tǒng)對水體中N,P去除效果不同[10].因此,在遴選植物種類時應(yīng)根據(jù)原水藻種、地區(qū)氣候特征選擇最佳的植物.

表3 不同單元系統(tǒng)對不同藻種的抑制效果Tab.3 Inhibito ry effectsof different algae species by different unit system %

3 討論

空白對照單元系統(tǒng)抑藻主要途經(jīng)是,浮床的遮光和水體自凈減少了水體中營養(yǎng)鹽.浮床植物單元系統(tǒng)抑藻的主要原因有3點:(1)浮床對光照遮蔽效應(yīng),減少了藻類的滋生;(2)植物減少水體中N,P營養(yǎng)鹽,導(dǎo)致藻類營養(yǎng)不足而數(shù)量減少;(3)可能存在的植物化感作用(此機理有待后續(xù)進(jìn)一步研究).

實驗結(jié)果表明,風(fēng)車草、菖蒲和富貴竹浮床植物系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體中葉綠素a抑制率范圍分別為33.2%～47.1%,25.5%～41.7%,15.4%～21.4%,對藻類密度抑制率范圍分別為35.1%～48.3%, 30.1%～45.4%,16.1%～26.0%.此外,3種浮床植物系統(tǒng)對葉綠素a、藻類密度的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05).

風(fēng)車草和菖蒲對富營養(yǎng)化水體中不同藻種都有較好的抑制效果,風(fēng)車草對藍(lán)藻、硅藻、銅綠微囊藻抑制效果比菖蒲好,而菖蒲對綠藻抑制效果最比風(fēng)車草好.因此,風(fēng)車草和菖蒲可作為富營養(yǎng)化水體治理的優(yōu)良物種而推廣使用.

研究結(jié)果可為后續(xù)的浮床植物系統(tǒng)修復(fù)富營養(yǎng)化水體的動態(tài)試驗及實際應(yīng)用提供理論依據(jù).

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(責(zé)任編輯:陳志賢英文審校:劉源崗)

Study on Algae Inhibitory Effects by Three Floating-Bed Plan t Systems in Eutrophic Water

ZHOU Zhen-ming1,M EI Yu-long2,YE Qing1, SHEN Chun-hua1,ZHAO Zhi-ling1
(1.College of Civil Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China; 2.Greentown Oriental A rchitects,Hangzhou,310012,China)

Using chlorophyll-a and algae density to quantify algae,the algae inhibitory effects by floating-bed plant systems ofCyperus alternifolius,Acorus calamusandD racaena sanderianain eutrophic water were investigated through static experiment.Results show that the average inhibitory rates of chlorophyll-a by three plants are 42.6%,36.7%and 18.7%respectively,and the average inhibitory rates of algae density are 45.4%,39.9%and 23.3%respectively.The algae inhibitory effects of the floating-bed systems in chlo rophyll-a and algae density are significantly different(P<0.05) for three plants and the blank control.The average inhibitory rates of cyanophyta,green algae,diatom andMicrocystis aeruginosabyCyperus a lternifoliusare 40.1%,24.8%,32.3%and 29.8%respectively,and these byAcorus ca lam usare 38.2%,34.2%,30.1%and 27.6%respectively.

eutrophication;p lanted float system;algae;inhibitory effect

X171.4;Q 949.99

A

1000-5013(2011)03-0309-04

2010-10-21

周真明(1981-),男,講師,主要從事微污染水源水質(zhì)控制技術(shù)與富營養(yǎng)化水體控制技術(shù)的研究.E-mail: zhenming@hqu.edu.cn.

福建省自然科學(xué)基金資助項目(2008J0196);福建省青年人才科研基金資助項目(2007F301040091);華僑大學(xué)科研基金資助項目(07HZR05)