青萍對富營養(yǎng)化水體氮、磷的去除效果

雷鈞鎰　李猛　馬旭洲　王武

摘要：以網(wǎng)箱內(nèi)優(yōu)勢植物青萍為研究對象，研究其在不同濃度富營養(yǎng)化水體中對N、P的去除效果。結(jié)果表明，在總氮（TN）、總磷（TP）初始濃度分別為6.13～18.72 mg/L和0.40～1.57 mg/L的3種富營養(yǎng)化水體中，經(jīng)12 d凈化，TN、TP濃度分別降至2.94～7.00 mg/L和0.17～0.47 mg/L；青萍對N、P的吸收量分別為62.24～171.13 mg和16.35～5162 mg；青萍對水體N去除的貢獻(xiàn)率分別為65.74%、54.17%、51.27%，青萍對水體P去除的貢獻(xiàn)率分別為8832%、8306%、78.79%。青萍對水體氮、磷具有較好的去除效果，在富營養(yǎng)化水體中種植青萍可起到改善水質(zhì)的作用。

關(guān)鍵詞：青萍；富營養(yǎng)化水體；氮；磷；去除貢獻(xiàn)

中圖分類號： X524文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2014）01-0325-04

收稿日期：2013-05-18

基金項目：上海市重點學(xué)科建設(shè)項目（編號：Y1101）；歐盟FP7亞歐水產(chǎn)平臺項目（編號：245020）；上海高校知識服務(wù)平臺項目（編號：ZF1206）；上海海洋大學(xué)校企橫向課題。

作者簡介：雷鈞鎰（1986—），男，湖北荊州人，碩士研究生，主要從事環(huán)保型生態(tài)網(wǎng)箱研究。E-mail：718559687@qq.com。

通信作者：馬旭洲（1965—），男，博士，副教授。E-mail：xzma@shou.edu.cn。隨著人類對環(huán)境資源開發(fā)利用活動的日益增加，富營養(yǎng)化已成為世界范圍內(nèi)水環(huán)境保護(hù)中的重大環(huán)境問題[1]。為了高效、低耗地控制水體富營養(yǎng)化，以利用水生植物為主的污水處理和水體修復(fù)生態(tài)工程技術(shù)一直是水處理領(lǐng)域的研究熱點[2-5]。漂浮生長的浮萍科植物因具有生長快、周期短、生活周期長[6]、適應(yīng)性強(qiáng)、易收獲、易加工處理[7]、蛋白質(zhì)含量高、處理系統(tǒng)設(shè)計簡單等優(yōu)點，近年來得到廣泛研究和應(yīng)用[8-12]，利用浮萍去除污水中的氮、磷成為國內(nèi)外水處理領(lǐng)域的研究熱點[13-20]。但關(guān)于青萍（Lemna minor）同時去除氮、磷的基礎(chǔ)研究還未見報道。網(wǎng)箱養(yǎng)魚是一種高密度、集約化的養(yǎng)殖方式，將大水體優(yōu)越的環(huán)境條件與高產(chǎn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術(shù)相結(jié)合，可促進(jìn)水產(chǎn)品養(yǎng)殖的優(yōu)質(zhì)、高效，提高其市場競爭力。但網(wǎng)箱養(yǎng)殖是一種人工營養(yǎng)型高密度、集約化的養(yǎng)殖系統(tǒng)，越來越多的網(wǎng)箱養(yǎng)殖使水體污染日益嚴(yán)重[21]。降低網(wǎng)箱養(yǎng)魚對水體的污染，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，探求環(huán)保型生態(tài)網(wǎng)箱，成為當(dāng)前必須面對的課題。

青萍為浮萍科，別名水瓢、綠米、卵萍，長橢圓形，左右不對稱，上表面具稀疏排列的小突起，腹面有不明顯的三脈紋，兩面均為綠色，根鞘有2片明顯的翅狀附屬物，根細(xì)絲狀，先端尖形。本研究以網(wǎng)箱內(nèi)優(yōu)勢植物青萍為供試材料，測定不同程度富營養(yǎng)化水體中青萍自身氮、磷含量及其對水體氮、磷的去除量，旨在為提高網(wǎng)箱養(yǎng)殖的凈化能力提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

選用宜昌英武長江生態(tài)漁業(yè)有限公司養(yǎng)殖基地的網(wǎng)箱采集青萍。先用自來水將青萍洗凈，再用蒸餾水清洗2次，然后放置在曝氣的自來水中馴養(yǎng)7 d，選擇健康、生長良好的青萍植株，用蒸餾水沖洗干凈后使用。試驗容器為60 cm×45 cm×50 cm，容量為70 L的半透明塑料箱，試驗水體積為30 L，青萍初始投放量為30.03±0.03 g/箱。

1.2試驗設(shè)計

2012年8月1日開始在宜昌英武長江生態(tài)漁業(yè)有限公司基地實驗室內(nèi)進(jìn)行室內(nèi)靜態(tài)試驗，試驗用水是在長江水中加入硝酸銨（NH4NO3）和磷酸二氫鉀（KH2PO4）配制成3種不同程度的富營養(yǎng)化水體（表1）。處理I的水質(zhì)已嚴(yán)重富營養(yǎng)化，處理Ⅱ、Ⅲ的水質(zhì)分別達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠一級A、B出水的氮、磷濃度。江水取自湖北省宜昌市三峽大壩夷陵區(qū)江段（30°46′N，111°19′E）。試驗期間室內(nèi)氣溫為21.5～375 ℃，日平均光照強(qiáng)度為5 130 lx。

3種處理均設(shè)空白對照組，每個處理3個對照。試驗期間每隔4 d取1次水樣，取樣時間為08：00，采集水樣前充分?jǐn)嚢杷w，試驗期間通過添加蒸餾水使箱內(nèi)水位穩(wěn)定，試驗開始和結(jié)束時撈出全部青萍，測定其鮮重和干重，然后將植株剪碎后置于105 ℃烘箱烘干，磨碎后備用，用以測定組織內(nèi)氮、磷含量。

1.3測定項目及方法

青萍鮮重測定：用撈網(wǎng)將青萍撈起，待無水滴出現(xiàn)用濾紙吸干水分后稱其鮮重；干重測定：先對樣品進(jìn)行殺青，然后烘干后測其干重。用H2SO4-H2O2消煮青萍樣品后，采用凱式定氮法測定TN，采用釩鉬黃比色法測定TP。定時采集水樣，充分?jǐn)嚢杷w后，采用紫外分光光度法（過硫酸鉀氧化）測定TN，采用鉬酸銨分光光度法測定TP。

1.4計算方法

特定生長率（SGR）=（lnmt-lnm0）/t×100%（1）

氮磷去除率=（C0-Ct）/C0×100%（2）

青萍對氮、磷的吸收量=Pt×mt-P0×m0（3）

式中：mt為試驗第t天時青萍重量；m0為初始青萍重量；t為試驗持續(xù)時間；C0為水樣氮、磷初始值；Ct為水樣氮、磷終值；Pt為最終青萍全株氮、磷含量；P0為初始青萍全株氮、磷含量。

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPASS 19.0軟件中One-Way ANOVA方差分析、Duncan多重比較法及Excel 軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所有試驗數(shù)據(jù)采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2結(jié)果與分析

2.1不同程度富營養(yǎng)化水體中青萍的生長特性

青萍在3種不同程度富營養(yǎng)化水體中均能正常生長。青萍初始投放量為29.99～30.08 g/箱時，經(jīng)12 d生長，青萍鮮重為50.78～77.67 g/箱，干重為3.92～6.47 g/箱（表2）。處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的鮮重、干重均有顯著差異（P<0.05），處理Ⅲ的青萍鮮重分別較處理Ⅰ、Ⅱ增加了52.95%、16.88%，處理Ⅲ的青萍干重分別較處理Ⅰ、Ⅱ增加了65.05%、22.77%。處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的青萍鮮重、干重的特定生長率均有顯著差異（P<0.05），處理Ⅲ青萍鮮重的特定生長率分別較處理Ⅰ、Ⅱ提高了65.05%、22.77%，處理Ⅲ青萍干重的特定生長率分別較處理Ⅰ、Ⅱ提高了89.11%、25.25%。endprint

2.2青萍對不同程度富營養(yǎng)化水體的氮、磷去除效果

青萍對3種富營養(yǎng)化水體中的N、P均表現(xiàn)出較好的去除效果。在TN、TP初始濃度分別為6.13～18.72 mg/L和040～1.57 mg/L的3種富營養(yǎng)化水體中，經(jīng)12 d凈化，TN、TP濃度分別降至2.94～7.00 mg/L和0.17～0.47 mg/L；青萍對3種富營養(yǎng)化水體的TN、TP去除率分別為52.01%～6131%和57.56%～70.14%（表3、表4）。

處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在試驗后4、8 d的TN去除率上無顯著差異（P>0.05）；處理Ⅰ和Ⅱ、處理Ⅱ和Ⅲ在試驗第12天的TN去除率上無顯著差異（P>0.05），處理Ⅰ和Ⅲ在試驗第12天的TN去除率上有顯著差異（P<0.05）。處理Ⅱ、Ⅲ在試驗第12天的TN去除率分別較處理Ⅰ提高了25.64%、1600%。各空白對照在試驗后4、8、12 d的TN去除率均無顯著差異（P>0.05）（表3）。

由表4可見，關(guān)于試驗4、8、12 d的TP去除率，處理Ⅲ顯著高于處理Ⅰ（P<0.05），處理Ⅰ與Ⅱ間均無顯著差異（P>0.05）；試驗后8、12 d處理Ⅲ空白對照的TP去除率顯著高于處理Ⅰ、Ⅱ（P<0.05）。

2.3青萍在不同程度富營養(yǎng)化水體中的氮、磷吸收量

根據(jù)青萍全株干重及其體內(nèi)N、P含量，計算出青萍在不同程度富營養(yǎng)化水體中的N、P吸收量。青萍體內(nèi)N、P含量隨水體N、P濃度的增大而增加，這與李猛等在大薸對水體氮、磷去除效果的研究結(jié)果[22]一致。處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的青萍N含量無顯著差異（P>0.05）；關(guān)于青萍P含量，處理Ⅰ與Ⅱ間無顯著差異（P>0.05），處理Ⅰ與Ⅲ間差異顯著（P<0.05）。青萍在3種富營養(yǎng)化水體中的N、P吸收量分別為62.64～171.13 mg和16.35～51.62 mg，各處理間均差異顯著（P<005）。青萍對N、P的吸收量均隨水體富營養(yǎng)化程度的增加而升高（表5），這與黃蕾等[23]、張志勇等[24]、李猛等[22]的研究結(jié)果相似。表5青萍在不同程度富營養(yǎng)化水體中的氮、磷吸收量

2.4青萍對不同程度富營養(yǎng)化水體N、P去除的貢獻(xiàn)

由表6可見，青萍在3種富營養(yǎng)化水體中的N、P去除量分別為95.80～333.40 mg和28.70～55.80 mg，各處理間均差異顯著（P<0.05）。根據(jù)水體的N、P去除量和青萍對N、P的吸收量，可計算出青萍通過吸收作用對水體N、P去除的貢獻(xiàn)率。在TN、TP初始濃度分別為6.13～18.72 mg/L和 0.40～1.57 mg/L 的3種富營養(yǎng)化水體中，青萍對水體N去除的貢獻(xiàn)率分別為65.74%、54.17%、51.27%，青萍對水體P去除的貢獻(xiàn)率分別為88.32%、83.06%、78.79%，各處理間青萍對水體N、P去除的貢獻(xiàn)率均無顯著差異（P>0.05）。由此可知，青萍對水體中的氮、磷營養(yǎng)均有較高的吸收富集效率。氮、磷濃度的降低速率隨水體中氮、磷濃度的增大而升高，而對氮、磷的去除率隨水體中氮、磷濃度的增大而降低。表6青萍對不同程度富營養(yǎng)化水體N、P去除的貢獻(xiàn)

處理1總?cè)コ浚╩g）1總吸收量（mg）1貢獻(xiàn)率（%）N1P1N1P1N1PⅠ195.80±9.56a128.70±6.61a162.64±6.85a116.35±1.04a165.74±8.89a188.32±5.83aⅡ1221.00±20.85b148.40±5.44b1119.56±9.12b134.48±3.86b154.17±1.28a183.06±6.17aⅢ1333.40±28.50c155.80±14.06c1171.13±19.28c151.62±6.54c151.27±2.54a178.79±13.55a

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

青萍耐污能力較好，在氮、磷濃度較大的情況下也能正常生長，生長速度隨著氮、磷濃度的增大而增加，在TN、TP初始濃度分別為6.13～18.72 mg/L和0.40～1.57 mg/L的3種富營養(yǎng)化水體中，青萍初始投放量為29.99～30.08 g/箱，經(jīng)12 d生長，青萍鮮重的特定生長率可達(dá)到7.92%/d，干重的特定生長率可達(dá)到8.68%/d。

青萍的存在顯著提高了水體N、P的去除率，青萍處理的TN、TP去除率顯著高于空白對照（P<0.05）。在TN、TP初始濃度分別為6.13～18.72 mg/L和0.40～1.57 mg/L的3種富營養(yǎng)化水體中，經(jīng)12 d凈化，TN、TP濃度分別降至 2.94～7.00 mg/L 和0.17～0.47 mg/L。

青萍體內(nèi)N、P含量隨水體N、P濃度的增大而增加，青萍對N、P的吸收量均隨水體富營養(yǎng)化程度的增加而升高，青萍在3種富營養(yǎng)化水體中的N、P去除量分別為95.80～333.40 mg 和28.70～55.80 mg，青萍對水體N去除的貢獻(xiàn)率分別為65.74%、54.17%、51.27%，青萍對水體P去除的貢獻(xiàn)率分別為88.32%、83.06%、78.79%。

3.2討論

金樹權(quán)等指出，水生植物的凈增生物量是決定水生植物水質(zhì)凈化能力的一個重要因素[25]；孫宜敏比較了紫萍、少根浮萍和青萍的種群生長，認(rèn)為青萍在3種浮萍中生長速度最快，種群結(jié)構(gòu)合理，具備較好的增長能力[26]。本研究中，青萍在3種富營養(yǎng)化程度的水體均表現(xiàn)出良好的凈化效果，經(jīng) 12 d 凈化，3種富營養(yǎng)化水體青萍的N、P吸收量分別為6224～171.13 mg和16.35～51.62 mg。試驗條件下，青萍能適應(yīng)較高氮、磷濃度的富營養(yǎng)化水體，青萍屬對N、P耐污能力高，增長速度快于浮萍屬[26]。在自然條件下，容易形成大片群落，具有競爭性。

大薸和鳳眼蓮等其他漂浮植物容易造成生態(tài)入侵[25]，浮萍是一種小型漂浮植物，屬于我國本土品種，生長速度快，易于收獲，不會對水體造成太大影響，生活周期較其他維管束植物更長，在水溫5～7 ℃、氣溫 1～3 ℃的低溫情況下，浮萍科植物仍能正常生長[26]。浮萍科植物的蛋白質(zhì)含量可以與大豆相媲美[10]，產(chǎn)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大豆，必需氨基酸的平衡性也好，而且類胡蘿卜素含量極高，粗纖維素含量低，細(xì)胞壁不含木質(zhì)素，易被消化[27]，蛋白質(zhì)成本明顯優(yōu)于大豆餅和魚粉等傳統(tǒng)飼料蛋白質(zhì)源，可作為高蛋白飼料，也可與草魚養(yǎng)殖結(jié)合起來直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，采用浮萍科植物飼喂草魚[28]、團(tuán)頭魴[29]等都取得過高產(chǎn)，有較好的經(jīng)濟(jì)收益和環(huán)境效益。在網(wǎng)箱內(nèi)栽培青萍凈化水質(zhì)時，必須加強(qiáng)管理，對網(wǎng)箱內(nèi)的青萍進(jìn)行定期打撈、清除，并在網(wǎng)箱外面加層圍隔防止外逃。本研究中的富營養(yǎng)化水體均為人工配制的水體，與天然水體的氮、磷形態(tài)存在差異，青萍對其他氮、磷形態(tài)的去除效果還有待進(jìn)一步研究。endprint

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