3種陸生浮床植物在富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體中的生長(zhǎng)研究

焦云紅，邢浩春，王 磊，付 偉，徐 暉，栗 萍

(1.邯鄲學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，河北邯鄲 056005；2.河北省邯鄲市環(huán)境保護(hù)局，河北邯鄲 056000)

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3種陸生浮床植物在富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體中的生長(zhǎng)研究

焦云紅1，邢浩春1，王 磊1，付 偉1，徐 暉2，栗 萍2

(1.邯鄲學(xué)院生命科學(xué)與工程學(xué)院，河北邯鄲 056005；2.河北省邯鄲市環(huán)境保護(hù)局，河北邯鄲 056000)

摘要[目的]研究降糖草、草莓、吊蘭3種植物在富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體中的生長(zhǎng)狀況，為利用浮床技術(shù)種植陸生植物處理污水奠定良好基礎(chǔ)。[方法]采用室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行植物對(duì)供試水樣中氮、磷的去除率測(cè)定，選用根長(zhǎng)、株高、鮮重、常見(jiàn)病害、蟲害5個(gè)指標(biāo)對(duì)其在室外水體中的自然生長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行同步記錄，整理分析后進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。[結(jié)果]3種植物對(duì)氮、磷的吸收與室外水體中自然生長(zhǎng)適應(yīng)性表現(xiàn)出高度的正相關(guān)，氮、磷的去除效果上表現(xiàn)為降糖草>草莓>吊蘭，自然生長(zhǎng)適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)表現(xiàn)為降糖草>草莓>吊蘭；浮床植物的病蟲害發(fā)生率較低，這與生態(tài)環(huán)境的變遷致使病菌及蟲害失去了原有滋生環(huán)境、水體的生態(tài)隔離切斷了病蟲害的傳播途徑有關(guān)。[結(jié)論]可以對(duì)降糖草作為浮床植物繼續(xù)深化研究，并對(duì)陸地植物進(jìn)行廣泛篩選，為綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展及水體生態(tài)修復(fù)提供新思路。

關(guān)鍵詞浮床植物；景觀水體；總氮；總磷；生長(zhǎng)指標(biāo)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展和現(xiàn)代生活水平的提高，我國(guó)建設(shè)了大量城市景觀水體以改善城市環(huán)境，這些水體多為靜止、封閉的人工水體，堤岸大都已經(jīng)硬化，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)失去了依附的土壤，水體流動(dòng)性小且自凈能力差，污染大多十分嚴(yán)重，處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，嚴(yán)重影響了周邊的自然環(huán)境和人文環(huán)境的協(xié)調(diào)性，喪失了水體的觀賞價(jià)值[1-2]。從20世紀(jì)80年代我國(guó)就開(kāi)始了有關(guān)利用植物浮床進(jìn)行水體凈化方面的研究，主要集中在試驗(yàn)條件下植物對(duì)氮、磷的吸收原理及凈化效果的評(píng)價(jià)上等方面，研究手段和技術(shù)已經(jīng)基本成熟[3-4]。對(duì)浮床植物的篩選也逐漸從水生植物、近水生植物擴(kuò)大到陸生植物[5]。目前，已有的研究多側(cè)重于浮床植物對(duì)污染物的去除效果[6]，而有關(guān)浮床植物的生長(zhǎng)特性及吸收能力的研究鮮有報(bào)道，鑒于此，筆者采用室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)與室外水體種植觀測(cè)相結(jié)合的方法，對(duì)降糖草(Hypoglycemicgrass)、草莓(Fragariaananassa)、吊蘭(Chlorophytumcomosum)3種植物在富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體中的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行比較和分析，以期為利用浮床技術(shù)種植陸生植物處理污水奠定良好基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料供試水樣選擇城市某人工景觀水體，對(duì)供試水樣進(jìn)行初測(cè)，其中總氮含量為4.3 mg/L，超過(guò)國(guó)家地表水環(huán)境Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)的2.1倍；總磷含量為7.6 mg/L，超過(guò)國(guó)家地表水環(huán)境Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)19.0倍；水樣均屬劣Ⅴ類水。供試植物為降糖草、草莓、吊蘭，均為市購(gòu)。

1.2試驗(yàn)方法采用室內(nèi)試驗(yàn)檢測(cè)與室外景觀水體種植觀測(cè)相結(jié)合，試驗(yàn)時(shí)間為28 d，期間不施用任何農(nóng)藥和化肥，盡量減少人為干擾。將長(zhǎng)勢(shì)良好、整齊的降糖草、草莓、吊蘭3種植株的根部土壤洗凈放入供試水樣中。為避免風(fēng)、雨、溫度等自然因素對(duì)植物吸收氮、磷結(jié)果的干擾，3種植物對(duì)供試水樣氮、磷的去除率主要以室內(nèi)同步試驗(yàn)為主，每隔7 d取1次水樣。采用堿性過(guò)硫酸鉀分光光度國(guó)標(biāo)法測(cè)定總氮含量，采用過(guò)硫酸鉀消解-鉬酸銨分光光度國(guó)標(biāo)法測(cè)定總磷含量，計(jì)算平均值，最終得出在室內(nèi)環(huán)境中3種植物對(duì)氮、磷的去除率，并對(duì)植物的凈化能力進(jìn)行評(píng)價(jià)[7-8]。將另一部分同等長(zhǎng)勢(shì)的3種植物利用浮床技術(shù)種植在選定的室外景觀水體中，為方便室外觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)，選用根長(zhǎng)、株高、鮮重、常見(jiàn)病害、蟲害5個(gè)指標(biāo)，每隔7 d進(jìn)行觀察并記錄、分析；重點(diǎn)對(duì)其在開(kāi)放的自然環(huán)境水體中的生長(zhǎng)趨勢(shì)進(jìn)行總體評(píng)價(jià)。

2結(jié)果與分析

2.13種植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體中總氮、總磷的去除率由表1可以看出，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)經(jīng)降糖草、草莓、吊蘭3種植物處理后水體的總氮含量分別降低為0.4、0.7、2.5 mg/L，3種植物對(duì)總氮的去除率分別為90.7%、83.7%、41.9%，總磷含量分別降低為0.2、0.6、4.2 mg/L，對(duì)總磷去除率分別為97.4%、92.1%、44.7%。其中降糖草的吸收效果最好，草莓次之，吊蘭最差。供試水樣經(jīng)過(guò)水培降糖草處理后總磷指標(biāo)可從地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)劣Ⅴ類降低至Ⅲ類，總氮指標(biāo)可降至地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類；經(jīng)草莓處理后總氮指標(biāo)達(dá)到地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類，總磷也大幅度降低。降糖草和草莓凈化效果最明顯，而吊蘭對(duì)氮、磷的去除率均在50%以下，凈化效果并不理想，這可能與試驗(yàn)中選用的吊蘭品種適應(yīng)性差有關(guān)。

表1　3種植物對(duì)景觀水體中總氮、總磷的去除率

注：供試水樣的初始總氮、總磷含量分別為4.3、7.6 mg/L。

Note：TN，TP content in tested water sample was 4.3，7.6 mg/L.

2.23種植物在室外景觀水體中的生長(zhǎng)觀測(cè)

2.2.1生長(zhǎng)指標(biāo)。從根長(zhǎng)、株高、鮮重3個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)上分析，降糖草的長(zhǎng)勢(shì)最好，其根長(zhǎng)、鮮重、株高均呈快速增長(zhǎng)，綜合增長(zhǎng)率為52.5%(表2)；觀測(cè)記錄顯示，降糖草在初期便長(zhǎng)出了白色細(xì)長(zhǎng)水生根，整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)其不斷抽出綠色新葉，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)始終旺盛，未出現(xiàn)枯葉或病死現(xiàn)象，植株長(zhǎng)勢(shì)健康，植株色澤鮮綠，觀賞品相好，對(duì)水生環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)(圖1a)。草莓的綜合增長(zhǎng)率為35.7%(表2)；觀測(cè)記錄顯示，草莓鮮重增長(zhǎng)較快，主要是在試驗(yàn)中后期草莓由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)入繁殖生長(zhǎng)結(jié)出成熟的果實(shí)所致(圖1b)，說(shuō)明草莓在適應(yīng)水生生活后能夠開(kāi)花結(jié)果并順利完成整個(gè)生活周期。但草莓完成生活史后，逐漸變黃干枯死亡，觀賞品相較差，如果不及時(shí)清理，容易造成對(duì)水質(zhì)的二次污染。吊蘭氣生根生根能力較強(qiáng)，能夠較好地適應(yīng)水生生活，但試驗(yàn)中選用的品種具有大量的土生肉質(zhì)根，因而其生長(zhǎng)不盡如人意，總體呈現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，綜合生長(zhǎng)率為-2.9%(表2)；觀測(cè)記錄顯示，試驗(yàn)過(guò)程中吊蘭發(fā)生大面積的根腐病，后期根部全部腐爛(圖1c)，葉片枯黃死亡，生長(zhǎng)停滯，導(dǎo)致水體發(fā)黑、發(fā)臭，水質(zhì)的二次污染十分嚴(yán)重，這也是造成試驗(yàn)中吊蘭對(duì)氮、磷的去除效果不理想的主要原因。出現(xiàn)這樣的結(jié)果可能與吊蘭的土生肉質(zhì)根對(duì)水環(huán)境的適應(yīng)性較差或是對(duì)土生根清洗過(guò)程中處理不當(dāng)造成損傷引起細(xì)菌感染有關(guān)。

2.2.2病蟲害。與陸地種植病蟲害發(fā)生率相比，浮床植物的病蟲害發(fā)生率較低，在試驗(yàn)期內(nèi)對(duì)室外種植的浮床植物進(jìn)行抽檢，并未發(fā)生同期陸地環(huán)境中抽檢出的常見(jiàn)蟲害(如紅蜘蛛、蚜蟲、蠐螬、地老虎、盲椿、根腐線蟲、芽線蟲、介殼蟲、粉虱、菜青蟲等)；在病害方面，除了吊蘭肉質(zhì)根發(fā)生大范圍的根腐病外，未發(fā)現(xiàn)其他在陸地環(huán)境中常見(jiàn)的病害癥狀(如青枯病、炭疽病、細(xì)菌性葉斑病等)。這主要是因?yàn)槔酶〈布夹g(shù)將陸生植物種植在水面上，使植物遠(yuǎn)離了原先的陸生環(huán)境，生態(tài)環(huán)境的變遷致使病菌及蟲害失去了原有滋生環(huán)境，遠(yuǎn)離陸地的生態(tài)隔離切斷了病菌及蟲害傳播的途徑，從而減少了病蟲害的發(fā)生。

2.3室內(nèi)、外試驗(yàn)的相關(guān)性綜合分析3種植物對(duì)氮、磷的吸收與室外生長(zhǎng)適應(yīng)性表現(xiàn)出高度的正相關(guān)，氮、磷的吸收效果表現(xiàn)為降糖草>草莓>吊蘭，生長(zhǎng)適應(yīng)性的觀測(cè)綜合評(píng)價(jià)表現(xiàn)為降糖草>草莓>吊蘭。植物適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)良好，對(duì)氮、磷的吸收率自然就高，因此對(duì)水體中氮、磷的去除率也就高。這也說(shuō)明陸生植物只要能適應(yīng)水生環(huán)境且正常健康生長(zhǎng)，均能有效吸收水中的氮、磷，因此，可嘗試對(duì)陸地植物進(jìn)行廣泛地水培篩選，充分利用浮床技術(shù)修復(fù)水體。

表2　3種植物在景觀水體中綜合觀測(cè)結(jié)果

注：a.降糖草；b.草莓；c.吊蘭。Note：a.Hypoglycemic grass；b.Fragaria ananassa；c.Chlorophytum comosum. 圖1　3種植物在室外景觀水休中的生長(zhǎng)表現(xiàn)Fig.1　The growth of three plants in outdoor landscape water

3結(jié)論

(1)從3種植物的氮、磷吸收，生長(zhǎng)走勢(shì)，景觀效果及管理等多因素綜合考慮，建議可以降糖草作為浮床植物繼續(xù)深化研究。

(2)與陸地種植病蟲害發(fā)生率相比，浮床植物的病蟲害發(fā)生率較低，這與生態(tài)環(huán)境的變遷致使病菌及蟲害失去了原有滋生環(huán)境、水體的生態(tài)隔離切斷了病菌及蟲害的傳播途徑有關(guān)。

(3)陸生植物只要能適應(yīng)水生環(huán)境且正常健康生長(zhǎng)，均能有效吸收水中的氮、磷，并且利用浮床種植植物可減少病蟲害的發(fā)生，從而避免農(nóng)藥使用對(duì)植物及水環(huán)境的污染，因此建議對(duì)陸地植物進(jìn)行廣泛篩選，在治理操作層面上進(jìn)行更多有益的嘗試，為綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展及水體生態(tài)修復(fù)提供新思路[9]。

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基金項(xiàng)目河北省教育廳計(jì)劃項(xiàng)目(Z2014156)；河北省邯鄲市科技計(jì)劃項(xiàng)目(1323109083-2，1423109105)。

作者簡(jiǎn)介焦云紅(1968-)，女，河北邢臺(tái)人，副教授，碩士，從事野生資源植物開(kāi)發(fā)與利用研究。

收稿日期2016-04-13

中圖分類號(hào)S 181

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)13-102-03

Study on Growth of Three Kinds of Terrestrial Floating Bed Plants in Eutrophic Landscape Water

JIAO Yun-hong, XING Hao-chun, WANG Lei et al

(College of Life Science and Engineering, Handan University, Handan, Hebei 056005)

Abstract[Objective] The aim was to study the growth status of Hypoglycemic grass, Fragaria ananassa,Chlorophytum comosum in eutrophic landscape water, to lay a good foundation for the treatment of sewage by floating bed technology. [Method] The removal efficiency of total nitrogen and phosphorus were detected in indoor experiment. The natural growth trend were recorded synchronously using the index of root length, plant height, fresh weight, common diseases and insect pests, and the data were analyzed and evaluated comprehensively. [Result] The results showed that the sequence of removal rate of nitrogen and phosphorus which have high relativity with the three plants’ adaptability was Hypoglycemic grass,Fragaria ananassa and Chlorophytum comosum in turn digressively, and the same on comprehensive evaluation of natural growth adaptability. Meanwhile the floating plants exhibited the decline of disease and insect pests, and this may be due to the transition of ecological environment which makes disease and insect pests lost their growth condition and ecological isolation of water which cut down the transmission route of that. [Conclusion] This research can use Hypoglycemic grass as floating plant for further study and more land plants can be isolated. The results can provide new ideas about developing green eco-agriculture and ecological restoration of water environment.

Key wordsFloating bed plant; Landscape water; TP; TN; Growth index