浮萍的生長影響因素及生物能源價(jià)值

王昱瓔 張婷婷 邱瑋茜

摘要：浮萍作為世界上最小、生長速度最快的開花植物，可以在特定條件下快速積累淀粉，被視為生產(chǎn)清潔能源生物乙醇的優(yōu)良原料。本文主要概述了浮萍的定義，影響其生長的幾種因素，以及浮萍的能源價(jià)值。

關(guān)鍵詞：浮萍；生長影響因素；能源價(jià)值

1. 浮萍定義及生長影響因素

1.1 定義

浮萍（duckweed）是世界上最小、生長速度最快、形態(tài)最簡單的開花植物。浮萍，屬于被子植物門（Magnoliophyta），單子葉植物綱（Liliopsida），棕櫚亞綱（Arecidae），澤瀉目（Alismatales），天南星科（Araceae），浮萍亞科（Lemnoideae）[1]。浮萍亞科總共有5個屬，約40種，5個屬分別為：紫萍屬（Spirodela）、青萍屬（Lemma）、蕪萍屬（Wolffia）、扁無根萍屬（Wolffiella）以及少根紫萍屬（Landola）。浮萍分布廣泛。除過于寒冷、干燥、潮濕的地區(qū)之外，在全球大部分地區(qū)均有分布[2]。它們大多漂浮生長在水流相對平緩的湖泊河灣水面上，主要是通過根或葉狀體從水中吸收所需的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)。浮萍生長速度快，在營養(yǎng)充足的條件下，幾乎以指數(shù)級生長速率生長，其生長速度至少是其他高等植物生長速度的兩倍。浮萍體內(nèi)蛋白質(zhì)含量高，纖維素含量低，灰分含量高。

1.2 影響浮萍生長的因素

雖然浮萍能在極端惡劣的環(huán)境中生存，但是生存條件不同時(shí)，產(chǎn)量也會具有很大差異。從以往的研究來看影響浮萍生長的因素要有以下幾點(diǎn)：

（1）PH：當(dāng)pH為6.5～7.5時(shí)，浮萍的生長情況最佳。

（2）光照：不同的浮萍對光照有不同的要求，每種浮萍都有一個最佳光強(qiáng)，在這個強(qiáng)度下，浮萍生長狀況是最佳的[4]。研究表明，S.polyrhiza和L.punctata的最佳光照強(qiáng)度都80uEm-2S-1。其他的影響因素還包括光照時(shí)間和光照周期，無論品系如何，短日照均引起葉狀體生長速率下降。在高光強(qiáng)時(shí)，連續(xù)光照下的葉狀體增殖率大于長日光周期，生長在連續(xù)光照中的群體數(shù)比生長在光暗交替周期中的多。

（3）溫度：浮萍對溫度的適應(yīng)性很強(qiáng)，能夠存活于6～33℃的水體中，但能夠令其生長溫度范圍是18～30℃。Aziz等[5]在溫度達(dá)到30℃時(shí)，記錄到紫萍的最高產(chǎn)量。溫度過高會傷害浮萍植株，當(dāng)溫度達(dá)到30～34℃時(shí)，浮萍開始變黃，并且生長速率下降；浮萍對低溫的適應(yīng)能力較強(qiáng)，當(dāng)水溫低于5～7℃時(shí)，浮萍會進(jìn)入休眠狀態(tài)并沉入水底，直到水溫回升后重新恢復(fù)生機(jī)。

（4）水體中無機(jī)氮、磷化合物的含量：水體中硝態(tài)氮含量會影響浮萍體內(nèi)粗蛋白、脂肪、纖維、灰分的含量組成。粗蛋白含量會隨著水體中氮素含量的增加而增加，但是水體中如果有大量游離態(tài)的氨反而會對浮萍有毒害作用，所以浮萍生長水體中氨氮的濃度需控制得當(dāng)。而浮萍生長的最適磷濃度范圍為0.1～15.5mg/L，其中磷濃度在3.1mg/L左右的情況下，浮萍長勢最佳。

（5）生長密度與收割周期：浮萍的放養(yǎng)密度需維持在水體表面覆蓋率50-60%，大約210-280克鮮重每平方米，并且注意定期收割。

2. 浮萍的能源價(jià)值

自20世紀(jì)以來，全球人口日益增長，工業(yè)化進(jìn)程日益加快，能源消費(fèi)亦隨之穩(wěn)步增長。化石燃料——如原油和天然氣等——是目前優(yōu)勢能源，然而，其儲量有限，可以預(yù)測必將于不久的將來耗盡。對于確切的日期，學(xué)界莫衷一是；普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是，全球原油產(chǎn)量自2025年即將步入下降期。Campbell和Laherrere也做出類似的預(yù)測：在2050年，全球石油年產(chǎn)量將于目前的250億桶跌至5億桶左右。除此之外，能源的開采和使用過程中存在著二次污染問題。能源短缺問題有可能引發(fā)更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和政治問題，而在能源開采及使用過程中會產(chǎn)生全球氣候變暖、生態(tài)多樣性等環(huán)境問題，因此必須發(fā)展可替代的清潔能源。

生物質(zhì)能源可轉(zhuǎn)化為常用燃料，并且可以再生，被視為一種重要的替代能源。它的發(fā)展迅速，但是當(dāng)下的市場份額低于5%，在各類能源中占比很低。商業(yè)化的生物質(zhì)能源產(chǎn)品主要包括沼氣、生物丁醇和生物乙醇等。浮萍，生長速度快，體內(nèi)產(chǎn)生的淀粉能夠轉(zhuǎn)化為乙醇或丁醇，成為了清潔能源的一個可能的新來源。作為生物燃料，浮萍是一個很好的候選者之一，其生長迅速，產(chǎn)生五到六倍的淀粉玉米單位面積，并且不會導(dǎo)致全球變暖。不像化石燃料，浮萍移除大氣中的二氧化碳而不是增加。

通過調(diào)研可知，酸堿度、光照、溫度和水中無機(jī)物的含量會對浮萍的生長情況造成影響，作為世界上最小，生長速度最快的開花植物，其能源價(jià)值是可以作為生物質(zhì)能源，可以作為替代能源，具有極大的開發(fā)潛力。

參考文獻(xiàn)

[1]崔姜偉.不同植物生長調(diào)節(jié)劑對浮萍淀粉含量影響的機(jī)理研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2016.

[2]張芳.當(dāng)前能源形勢及解決能源問題的對策[J].科技傳播，2013（3）：49.

[3]顧夏聲，胡洪營，文湘華，王慧.水處理生物學(xué)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：10-20.

[4]侯文華，宋關(guān)玲，汪群慧.浮萍在水體污染治理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)研究，2004（A1）：70.

[5]黃明星，朱思思，張秋鴻.浮萍研究進(jìn)展[J].生物學(xué)雜志，2016，33（3）：92-98.

（作者單位：青島市環(huán)境監(jiān)測中心站）