水蕹菜浮床在富營(yíng)養(yǎng)化水體中的應(yīng)用研究進(jìn)展

摘要綜述水蕹菜浮床的生長(zhǎng)特性、應(yīng)用效果及其優(yōu)化技術(shù)進(jìn)展，初步探討其在富營(yíng)養(yǎng)化水體應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并對(duì)其應(yīng)用前景作出展望。

關(guān)鍵詞水蕹菜；浮床；富營(yíng)養(yǎng)化

中圖分類號(hào)S645文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）29-10111-03

基金項(xiàng)目浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2011R50029）；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS4633）；杭州市科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)研究專項(xiàng)（20132231E04）。

作者簡(jiǎn)介林啟存（1976- ），男，浙江金華人，高級(jí)工程師，碩士，從事水生動(dòng)物病害防治與水域生態(tài)改良技術(shù)研究。

人類活動(dòng)導(dǎo)致的水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象是當(dāng)今世界水污染治理的難題，并已成為全球最重要的環(huán)境問(wèn)題之一[1]。治理水體富營(yíng)養(yǎng)化的措施一般可分為物理、化學(xué)和生物方法，生物修復(fù)方法具有無(wú)副作用、廉價(jià)和易操作等特點(diǎn)，是當(dāng)前富營(yíng)養(yǎng)化水體治理研究的熱點(diǎn)[2]。而作為一種新興的生物生態(tài)修復(fù)方法——植物浮床技術(shù)，由于它具有運(yùn)行成本低、工程建設(shè)易行、效果良好、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，在日本、德國(guó)和美國(guó)等一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)也有越來(lái)越多的環(huán)境工作者開(kāi)始研究和應(yīng)用這種技術(shù)[3]。

植物浮床技術(shù)是以浮床為載體實(shí)現(xiàn)高等植物在水面的種植，并通過(guò)植物根部的吸收吸附作用和物種競(jìng)爭(zhēng)相克機(jī)理，削減富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮磷及有機(jī)物質(zhì)，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。在浮床系統(tǒng)中，植物處于核心地位，選擇何種植物或植物組合，對(duì)于去除氮、磷至關(guān)重要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，已研究的用于凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的高等植物近80余種，有糧食作物（水稻）、蔬菜（絲瓜、水芹菜、水雍菜、西洋菜、金針菜等）、花卉牧草（美人蕉、黑麥草、香根草、海芋等）等[4]。從眾多的研究結(jié)果看，水蕹菜（Ipomoea aquatica）適應(yīng)強(qiáng)、生長(zhǎng)快、氮磷去除率高。為更好地促進(jìn)水蕹菜浮床技術(shù)在富營(yíng)養(yǎng)化水體中的應(yīng)用，筆者對(duì)水蕹菜浮床的試驗(yàn)研究及存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。

1水蕹菜浮床的生長(zhǎng)特性

水蕹菜俗稱空心菜、藤菜、通菜、竹葉菜等，為旋花科甘薯屬1年生草木植物，其根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)快，耐高溫高濕，抗病力強(qiáng)，在我國(guó)長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)普遍栽培，采收期從每年的4月開(kāi)始可延續(xù)到11月。水蕹菜營(yíng)養(yǎng)豐富，富含各維生素、礦物鹽，是夏季高溫時(shí)期極為重要的綠葉蔬菜，也是畜禽和魚(yú)類的優(yōu)質(zhì)青飼料，并具有良好的藥用價(jià)值，其味甘平無(wú)毒，有溫中通陽(yáng)、理氣寬胸、散痰止痛之功效。

植物通過(guò)浮床栽種于水體，改變了其原有的生長(zhǎng)環(huán)境，將會(huì)導(dǎo)致其生長(zhǎng)特性改變?，F(xiàn)有的研究結(jié)果顯示，浮床水蕹菜對(duì)富營(yíng)化水體的適應(yīng)性很強(qiáng)，試驗(yàn)存活率可達(dá)99%，且根莖葉生長(zhǎng)效果比土培更好（表1）[5]。

2水蕹菜浮床對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用

大多數(shù)植物都可以直接從水層或底泥吸收氮、磷，并同化為自身的結(jié)構(gòu)組成物質(zhì)（蛋白質(zhì)和核酸），因此能對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體起到一定的修復(fù)效果[6]。水蕹菜浮床對(duì)受試水體中銨氮（NH4N）、總氮（TN）、總磷（TP）和COD的去除效果已有較多報(bào)道[7-14]，如表2所示。

由于研究條件不同，去除率指標(biāo)無(wú)可比性，但從眾多的研究文獻(xiàn)可以看出，水蕹菜浮床對(duì)不同水體的TN、TP等污染物指標(biāo)均有良好的去除效果。黃婧等研究水蕹菜浮床對(duì)湖北大學(xué)環(huán)境工程污水（沙湖水）TN的吸收量為73.06 g/m2，對(duì)TP的吸收量為20.21 g/m2[5]。唐林森研究水蕹菜浮島對(duì)武漢市郊帶有大量生活污水排入的池塘水TN的吸收量為82.95 g/m2，對(duì)TP的吸收量為11.58 g/m2[15]?？梢?jiàn)，水蕹菜能通過(guò)自身的代謝改良水體環(huán)境，是一種可用于富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)凈化的優(yōu)良植物。

3水蕹菜浮床優(yōu)化技術(shù)

3.1浮床載體的選擇生物浮床一般由浮床框體、浮床床

受試水來(lái)源水質(zhì)試驗(yàn)場(chǎng)所NH4N去除率TN去除率TP去除率COD去除率蘇州苗家河劣Ⅴ類塑料盆93.992.994.3037.00鎮(zhèn)江市玉帶河劣Ⅴ類塑料水箱92.1387.5887.9793.16江蘇洪澤鯽魚(yú)養(yǎng)殖水/養(yǎng)殖池塘19.23～46.349.04～36.5633.33～45.103.13～19.05魚(yú)塘水Ⅴ類塑料盒79.35～91.3962.30～68.9877.95～78.88/中華鱉養(yǎng)殖水/池子76.1268.3739.53/連云港泥鰍養(yǎng)殖水/玻璃缸75.7567.6362.2463.43松江區(qū)蝦塘養(yǎng)殖廢水劣Ⅴ類塑料缸93.6088.6568.0059.30蟹島度假村沼氣池出水/塑料盆98.37/91.4561.00

體、浮床基質(zhì)、浮床植物4個(gè)部分組成。由于水蕹菜對(duì)水體的適應(yīng)性很強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)且依靠自身浮力能浮于水面，因此水蕹菜浮床對(duì)基質(zhì)和床體的要求不嚴(yán)，修復(fù)應(yīng)用中一般很少用基質(zhì)，床體可選擇浮力較大的浮板，如塑料浮板、聚苯乙烯泡沫板等，也可用雙層網(wǎng)片、繩結(jié)當(dāng)床體。從床體成本、可操作性及美化環(huán)境角度綜合考慮，雙層網(wǎng)片法是目前水產(chǎn)養(yǎng)殖等富營(yíng)養(yǎng)化水體中應(yīng)用較多的水蕹菜浮床種植方式。浮床框體是浮床床體的外部固定結(jié)構(gòu)，材質(zhì)一般要求堅(jiān)固、耐用并具有一定的浮力，如PVC管、木材、毛竹等，PVC管無(wú)毒無(wú)污染、持久耐用、美觀度好，但價(jià)格稍高于木頭、毛竹。

3.2水蕹菜種類的篩選水蕹菜是我國(guó)以及亞洲地區(qū)常見(jiàn)的蔬菜，品種繁多，不同品種的水蕹菜具有不同的生理特性，對(duì)污染物的去除表現(xiàn)也不同。胡雄等運(yùn)用浮床系統(tǒng)研究了華中地區(qū)4個(gè)常見(jiàn)水蕹菜品種（大葉青梗、細(xì)葉青梗、大葉白梗、柳葉白梗）在富營(yíng)養(yǎng)池塘中的生長(zhǎng)特性和對(duì)水體氮、磷的去除能力，發(fā)現(xiàn)大葉白梗在生長(zhǎng)性能及去除氮磷方面都好于其他試驗(yàn)材料，是4個(gè)品種中最佳的浮床材料，可廣泛用于池塘等相關(guān)富營(yíng)養(yǎng)水體的修復(fù)[10]。

3.3水蕹菜種植密度及比例不同的栽植密度對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生影響。趙泉等在校區(qū)生活污水池進(jìn)行了水培蕹菜的7個(gè)栽種間隔（5、10、15、20、25、30、40 cm）密度試驗(yàn)，結(jié)果顯示，蕹菜屬于密植類，在間隔為5 cm時(shí)仍然能存活生長(zhǎng)，在間隔為20 cm時(shí)成活率達(dá)到最大，在間隔為10 cm時(shí)水培蕹菜的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)綜合效益可達(dá)到最大[16]。黃海平等研究了不同栽種密度水蕹菜對(duì)水桶內(nèi)富營(yíng)養(yǎng)水質(zhì)的凈化特性及效果，結(jié)果表明，12 d時(shí)高密度組（10 g/L）水蕹菜生長(zhǎng)效果最佳，對(duì)水體TN、TP等的去除效果也最大[17]。

浮床系統(tǒng)主要依靠植物、微生物等組成的綜合系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)起凈化作用。對(duì)特定的水域而言，浮床植物栽種面積若過(guò)小，系統(tǒng)的凈化效果不一定理想或明顯；相反地，浮床植物栽種面積若過(guò)大，系統(tǒng)的遮陰作用可能會(huì)對(duì)池塘水溫、溶解氧產(chǎn)生不利影響，還會(huì)增加投資成本，因此合理的覆蓋率對(duì)保證水蕹菜浮床凈水效果和提高生態(tài)效益非常重要。介子林等以鯉魚(yú)種養(yǎng)殖為對(duì)象，研究了不同比例的水培水蕹菜對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)的凈化試驗(yàn)，結(jié)果顯示，占水體面積5%水培水蕹菜可以有效地改善水質(zhì)狀況[18]。陳家長(zhǎng)等研究了浮床栽培水蕹菜對(duì)集約化養(yǎng)殖魚(yú)塘的凈化作用，結(jié)果表明，水蕹菜覆蓋率為10%和20%處理組通過(guò)收獲水蕹菜直接從1 hm2養(yǎng)殖池塘中移出的TN分別為27.51、52.35 kg，TP分別為2.83、5.39 kg；浮床的凈化效果與覆蓋率呈正相關(guān)關(guān)系，20%處理組對(duì)各營(yíng)養(yǎng)因子的去除率最高，具有實(shí)用價(jià)值[9]。于津研究了不同梯度的水蕹菜對(duì)烏鱧魚(yú)池的消污作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20%的覆蓋率對(duì)TN和NH+4N的去除率最高，30%的覆蓋率對(duì)NO-2N亞硝酸鹽的去除率最高，烏鱧增長(zhǎng)率也最高，依據(jù)水質(zhì)理化、生物學(xué)指標(biāo)結(jié)合水蕹菜、烏鱧種養(yǎng)綜合效益認(rèn)為烏鱧池水蕹菜的適宜種植量為20%～30%[19]。

3.4水蕹菜刈割刈割作為一種農(nóng)藝手段能提高作物和牧草地上部的再生能力，不同的刈割頻率、強(qiáng)度對(duì)牧草的群體結(jié)構(gòu)、生理生態(tài)、品質(zhì)、干物質(zhì)分配、生物量和產(chǎn)量以及草地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響[20]。合理的刈割頻度能促進(jìn)牧草再生，從而提高地上部分的生物量和質(zhì)量，但高頻度刈割反而抑制牧草地上部分和根系的生長(zhǎng)。孫倩倩等在田間進(jìn)行了刈割頻度對(duì)水蕹菜再生及飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響試驗(yàn)，結(jié)果表明，再生生長(zhǎng)期內(nèi)刈割G3次處理，蕹菜再生草鮮草、干物質(zhì)產(chǎn)量均比刈割G4次處理高[21]。賈悅等在過(guò)水河道條件下研究了浮床水蕹菜不同采收周期（14 d采收1次、21 d采收1次、28 d采收1次）和留茬高度（15、25、35 cm）組合對(duì)浮床植物生物產(chǎn)出的影響，結(jié)果表明，刈割后的浮床水蕹菜仍能夠適應(yīng)過(guò)水河道環(huán)境，并在其生長(zhǎng)周期內(nèi)持續(xù)生長(zhǎng)，綜合考慮產(chǎn)量、質(zhì)量及浮床便捷管理，每21 d采收1次、留茬15 cm的采收方式效果最佳，此時(shí)新芽平均生長(zhǎng)速率1.88 cm/d，平均莖葉比1，總生物量1 966 g/m2[22]。黃海平等研究了植物收割對(duì)植物生長(zhǎng)和水質(zhì)的影響，結(jié)果表明，短期內(nèi)植物收割可促進(jìn)水蕹菜的分蘗及對(duì)氮磷元素的吸收固定，并改善水體的DO，但對(duì)其生物量增長(zhǎng)有抑制作用[17]。

4水蕹菜浮床技術(shù)應(yīng)用和研究中存在的問(wèn)題

4.1適用范圍每種植物都有適宜自己生長(zhǎng)的環(huán)境條件，栽培水域一旦超過(guò)其適宜生長(zhǎng)的范圍，將導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受阻，甚至枯萎、死亡。不同的污染水體，由于其污染物種類、濃度、存在狀態(tài)及水體的其他理化性質(zhì)可能相差較大，因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮以上因素，選用適宜的水蕹菜品種，設(shè)計(jì)合理的種植面積，以提高修復(fù)效率或降低應(yīng)用成本。

4.2季節(jié)搭配水蕹菜是暖季植物，在冬季低溫下會(huì)停止生長(zhǎng)甚至枯萎死亡，直接影響浮床的凈化效能。因此，應(yīng)篩選出一些低溫季節(jié)能夠生長(zhǎng)且水質(zhì)凈化能力高的植物與水蕹菜進(jìn)行合理搭配，以提高作用水域常年的植物修復(fù)效果。

4.3勞動(dòng)力效率目前，浮床制作或安裝、水蕹菜種植、收割等人工浮床技術(shù)操作大多需手工完成，勞動(dòng)力效率很低，如能提高人工浮床技術(shù)機(jī)械化的程度，將有助于該技術(shù)的推廣。

4.4產(chǎn)品質(zhì)量與安全將水蕹菜引入浮床種植已被證明是可行的，但關(guān)于不同富營(yíng)養(yǎng)化水域生物浮床產(chǎn)出水蕹菜的質(zhì)量及食品安全還有待于進(jìn)一步調(diào)查和研究。

4.5凈化機(jī)制目前，國(guó)內(nèi)對(duì)水蕹菜浮床系統(tǒng)的凈化效果研究雖較多，但對(duì)該技術(shù)的凈化機(jī)制研究還較缺乏，特別是浮床系統(tǒng)中植物、微生物和水生動(dòng)物之間的相互作用有待于深入探究。

5展望

通過(guò)浮床種植水蕹菜，不僅可起到明顯的水質(zhì)生態(tài)凈化作用，還可獲得大量浮床水蕹菜產(chǎn)出，如作用水域水質(zhì)滿足無(wú)公害蔬菜的生產(chǎn)要求，將為水蕹菜的蔬菜栽培提供有效途徑，并改變以往水體污染物凈化只投入沒(méi)有產(chǎn)出的狀況，從而使這一技術(shù)具有更為廣闊的應(yīng)用前景。隨著浮床技術(shù)研究的深入與水蕹菜栽培技術(shù)的成熟完善，水蕹菜浮床必將在水域生態(tài)修復(fù)應(yīng)用中起到重要作用。

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