鳳眼蓮在溫山嚇村池塘水體中的生長特性及氮磷富集能力

譚建萍，徐 斌，鄒富楨，金生英，余江勇

(廣東東籬環(huán)境股份有限公司，廣東 廣州 510335)

1 引言

農(nóng)村池塘(簡稱村塘)是人造池塘的一種，通常位于農(nóng)村居民生活區(qū)或附近，并廣泛存在于我國的南方地區(qū)[1]。村塘景觀是我國南方地區(qū)，尤其是華南地區(qū)的一種傳統(tǒng)的聚落格局，幾乎每個村落都有村塘3口以上。僅廣州市，目前就有1100多個村莊，即廣州至少還有3300多口村塘。村塘建在村前，形成前塘后村的總體布局方式。在20世紀60、70年代到80年代，塘中蓄水，農(nóng)閑時，可以養(yǎng)魚養(yǎng)鴨、種藕養(yǎng)蓮；農(nóng)忙時，可作農(nóng)田、菜地澆灌；日?？梢韵床?、洗衣、滅火，甚至作為飲用水飲用[2]。在維護局部生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)小氣候和改善人類經(jīng)濟文化活動等方面，扮演了十分重要的角色。

隨著現(xiàn)代生產(chǎn)、生活方式的變化，村塘在人們生活中的作用不斷被弱化，村塘慢慢變成生活污水、生活垃圾、工業(yè)污水、工業(yè)廢水等的匯集處，甚至逐漸成為水體富營養(yǎng)化污染的關(guān)鍵源匯區(qū)。位于城鄉(xiāng)過渡區(qū)的塘更是成為城市擴張用地的犧牲品和人類生產(chǎn)生活污染物排放累積的場所。并且，村塘水體流動性差，自凈化能力較弱，又經(jīng)過長期生活垃圾和枯枝落葉的腐爛累積和沉淀氧化，且長期無人進行清淤、翻塘、暴曬、換水等處理，使村塘底泥也成為了嚴重的污染源。

國內(nèi)外研究人員對富營養(yǎng)化水體的凈化和修復進行了許多研究[3]，其中就有利用不同水生植物對水體的凈化和修復研究。鳳眼蓮(Eichhornia crassipes(Mart.) Solms)對氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)具有較強的去除能力[4]和對環(huán)境的廣泛適應性[5]。研究證明，鳳眼蓮在多種水生植物中管理方便，去污效果良好，表現(xiàn)突出[6]。

本次試驗是在溫山嚇村不同的池塘水體中構(gòu)建圍欄控制性種養(yǎng)鳳眼蓮，研究不同污染程度的村塘水體中鳳眼蓮的生長特性，氮磷富集能力及其在此種生長環(huán)境下，鳳眼蓮生長的影響因素，以期為高效利用鳳眼蓮治理農(nóng)村池塘水體提供理論支撐和實踐參考。

2 材料與方法

2.1 試驗村塘概況

溫山嚇村位于廣州市增城區(qū)小樓鎮(zhèn)慶東村，目前沒有具規(guī)模的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)活動，也沒有大規(guī)模的家禽、家畜養(yǎng)殖場，村莊內(nèi)的水系相對封閉，無工業(yè)水污染。村內(nèi)目前有3口村塘，村塘無明顯進水口，主要靠自然降水和降雨后東北方向山林處的地表徑流以及少量的地下泉水補充。村塘水污染主要以生活污染、徑流污染和經(jīng)過多年累積的底泥污染為主。雨季，受雨水的影響，村塘水污染程度會大大減輕，但在少雨季節(jié)，水質(zhì)惡化的程度會更加嚴重。

如圖1所示，在溫山嚇村選擇3個試驗點，其中1、2號村塘位于村口位置，3號村塘位于村子中部位置，3個村塘的位置分別為23°21′24.43″N、113°49′74″E，23°21′24.71″N、113°49′47.58″E，23°21′,31.44″N、113°49′54.39″E。村塘1長期放養(yǎng)草魚、羅非魚等，開挖時間較早，村塘2放養(yǎng)少量花鰱，開挖于2010年，村塘3放養(yǎng)有草魚、鯉魚等，開挖于2014～2015年，常放養(yǎng)鴨子，3口村塘的水質(zhì)特征見表1。村塘1、村塘2、村塘3由道路和耕地分隔開，水體之間基本無交換。

圖1 溫山嚇村鳳眼蓮控制性種養(yǎng)試驗水體分布示意圖

2.2 試驗材料

鳳眼蓮植株購買自廣州市花地花鳥魚蟲批發(fā)市場。

表1 試驗初期鳳眼蓮種養(yǎng)水體水質(zhì)理化特征 mg/L

2.3 試驗方法

采用種養(yǎng)圍欄設(shè)施控制性種養(yǎng)鳳眼蓮，種養(yǎng)圍欄由5個1 m×4 m的圍網(wǎng)組成，每個圍網(wǎng)為一個區(qū)組，每個區(qū)組內(nèi)放養(yǎng)12 kg鳳眼蓮，即初始放養(yǎng)量為3 kg/m2。試驗于2018年6月19日至8月13日進行。在各試驗點鳳眼蓮種養(yǎng)區(qū)和對照區(qū)，對照區(qū)距離圍欄超過5 m。

放養(yǎng)鳳眼蓮前，隨機測定了鳳眼蓮的生長特性，包括株高、根長和濕重。每2周測定一次鳳眼蓮的生長特性，每次選擇3個區(qū)組進行監(jiān)測。以株高、根長、分蘗數(shù)、生物量積累為指標，計算生物量的生長速率。于各試驗點分別采集3份鳳眼蓮植株樣，殺青烘干后稱量干質(zhì)量，粉碎制樣后測定干物質(zhì)及氮、磷含量。不同試驗水體分別采集水樣，各采集3個平行樣，用于檢測水體TN、TP、氨氮、DO和COD。

放養(yǎng)鳳眼蓮前，采集初始水樣。試驗期間對村塘水體進行了5次水樣采集。由于此次試驗在實際村塘水體開展，鳳眼蓮種養(yǎng)區(qū)與對照區(qū)域并未進行分隔，水體可自然流動。因此，表3中列出了各試驗點水體5次采樣得到的pH值、DO值、TN值、TP值和Chl-a值的均值，并為后續(xù)水體相關(guān)指標分析提供背景值。

鳳眼蓮對氮磷的富集能力用鳳眼蓮對氮/磷的吸收總量來表示，計算方法為：鳳眼蓮對氮/磷的吸收總量=累積生物量×鳳眼蓮植株干物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)×鳳眼蓮植株TN/TP 質(zhì)量分數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同村塘水體水質(zhì)狀況

《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838)給出了地表水環(huán)境質(zhì)量標準，見表2。由表1可知，3個村塘的水體pH值分別為6.28、6.51、6.33，3口村塘水體的溶解氧含量均高于Ⅴ類水標準限值，村塘1、村塘2水體的TN含量均高于Ⅴ類水標準限值；水體呈酸性。村塘1和村塘3的DO含量較高，大于Ⅳ類標準限值。

表2 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》水質(zhì)標準標準 mg/L

3.2 不同村塘水體鳳眼蓮生長狀況

由表3、表4和圖2可知，村塘1水體中氮磷含量較高，村塘3水體的氮磷含量較低。第3次采樣(7月19日)時3口村塘水體中的鳳眼蓮的生長速率均達到了最大值，分別為628.16 g/(m2·d)、470.65 g/(m2·d)、278.41 g/(m2·d)，第4次采樣時，由于圍欄面積有限，鳳眼蓮生長迅速，導致單位面積內(nèi)群體密度過大，鳳眼蓮出現(xiàn)現(xiàn)蕾、開花現(xiàn)象，且老葉變黃并慢慢腐爛。

村塘1試驗前期生長速率較高，累積生物量達到16.040 kg/m2；村塘3試驗前期生長速率較低，累積生物量為10.440 kg/m2。

表3 不同村塘水體鳳眼蓮種養(yǎng)區(qū)和對照區(qū)水質(zhì)狀況

注：表中數(shù)據(jù)為各試驗點5次采樣的均值。

在第3次和第4次采樣期間，村塘1水體內(nèi)藍藻急劇爆發(fā)，試驗期間水體Chl-a密度為7453.81μg/L。與高密度的藍藻相比，試驗區(qū)組內(nèi)的鳳眼蓮生物量較小，難以形成優(yōu)勢種群與藍藻進行生物競爭。

試驗后期，由于鳳眼蓮植株衰老腐爛，第4次采樣時，3口村塘水體種養(yǎng)的鳳眼蓮均出現(xiàn)生長速率負值，尤以村塘1表現(xiàn)得最為明顯。

第5次采樣時，村塘1、村塘2、村塘3水體中的鳳眼蓮株高分別為19.33 cm、20.33 cm、18.67 cm，分蘗速率為0.36 m2/d、-0.7 m2/d、-0.03 m2/d。村塘2 、村塘3中水質(zhì)較好，鳳眼蓮的分蘗速率相對較慢，加之后期植株老化腐爛，分蘗數(shù)相對試驗初期反而有所減少。

圖2 不同村塘水體鳳眼蓮生長速率

通過對比可知，鳳眼蓮在3口村塘水體中的生長特性明顯不同，村塘1水質(zhì)污染嚴重，試驗前期鳳眼蓮生長迅速，株高，分蘗速率和生長速率明顯高于其他2口村塘，但由于藍藻的爆發(fā)，后期株高、根長和生長速率都相對較慢。從累積生物量來看，村塘2最大，有7.101 kg/m2，村塘3次之，為6.207 kg/m2，村塘1為4.668 kg/m2。

3.3 不同村塘水體中鳳眼蓮的氮磷富集能力

鳳眼蓮植株在不同村塘水體中的氮磷含量變化結(jié)果，見表5。由表4可知，村塘1水體中的鳳眼蓮植株莖干粗壯，葉片肥大，根冠比(鮮重)為0.43，即莖葉部分質(zhì)量約占整個植株的69.93 %，而莖、葉是鳳眼蓮植株對氮、磷吸收的主要積累部位。因此，村塘1中鳳眼蓮對水體的富集能力較強，鳳眼蓮植株中TN、TP含量最高。村塘2水體的pH值略高于村塘1，TN、TP濃度低于村塘1，鳳眼蓮植株中的TN、TP含量也低于村塘1。

表4 不同村塘水體鳳眼蓮生長特性

注：各試驗點累積生物量為鳳眼蓮平均生長速率與理論生長天數(shù)(60d)的乘積

表5 不同村塘水體鳳眼蓮植株氮磷富集能力

村塘1 水體(對照區(qū))TN、TP 在3口村塘中的含量相對較高，分別為2.222 mg/L、0.486 mg/L，鳳眼蓮植株氮磷含量也相對較高，但由于高密度的藍藻爆發(fā)，試驗后期鳳眼蓮的生長受到了嚴重的影響，鳳眼蓮的累積生物量遠低于村塘2和村塘3中的鳳眼蓮。村塘2、村塘3的水質(zhì)較好，尤其是村塘3，開挖年限較短，受生活污水影響較小，鳳眼蓮植株TN、TP含量明顯低于另外2口村塘，分別為2.0 g/kg和0.8 g/kg，植株莖干和葉片瘦長，分蘗較少、根系發(fā)達、根冠(鮮重)比0.76，即莖葉部分占整個植株的56.8%，根系部分約占43.2%，說明氮磷濃度較低時會使鳳眼蓮根系生長增加，以增大根系對水體中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。

通過對比可知，水體中氮、磷含量越高，鳳眼蓮的生長速率越快，鳳眼蓮富集氮磷的能力越強。村塘1、村塘2水體中的鳳眼蓮對氮的富集能力相當，村塘1和村塘3水體中的鳳眼蓮對磷的富集能力相差不大(表5)。

4 討論

試驗中，水體氮磷濃度會直接影響鳳眼蓮的生長。村塘1為Ⅴ類水，水體氮磷濃度較高，水中鳳眼蓮試驗前期生長快，但后期受藍藻爆發(fā)的影響，且試驗區(qū)組內(nèi)的鳳眼蓮占村塘1的面積較小，生物競爭優(yōu)勢較小，生長受到較大影響，株高、分蘗數(shù)和累積生物量都低于村塘2、村塘3。這與其他的研究結(jié)果表現(xiàn)一致，在缺乏氮磷的條件下，鳳眼蓮生長會受到明顯抑制，且水體氮含量是限制鳳眼蓮生長的最主要因素，磷的影響相對較弱。

村塘1、村塘2面積較小，面積約為100～150 m2，水深平均為3～5 m、1～1.5 m；村塘3面積相對較大，約為400～500 m2，水深約3 m。多數(shù)情況下，村塘1、村塘2、村塘3風平浪靜，鳳眼蓮生長良好，魚群也會在鳳眼蓮下自然游弋。臺風天氣時，村塘受暴風驟雨影響的同時，圍欄內(nèi)鳳眼蓮的生長狀況也會受到較大影響。由于水面的劇烈波動，部分鳳眼蓮會被掀翻，發(fā)生植株和根系的損傷，導致植株后期生長瘦弱。其中，尤以面積最大、受林木遮擋較少的村塘3水體中的鳳眼蓮受影響最大。

鳳眼蓮適宜生長的水體pH值為6.0～9.0，此次試驗水體的pH值接近中性，因此試驗水體酸堿度對鳳眼蓮的生長影響較小。本次試驗中，村塘2的生物累積量最大，對氮磷的富集效果最好。因此，在利用鳳眼蓮凈化村塘污水時，應選擇受風浪影響較小、水面波動小、水質(zhì)污染相對嚴重的位置進行種養(yǎng)。而且由于鳳眼蓮生長迅速，在圍欄內(nèi)生長到一定程度后會開花、衰老、腐爛，可以定期對鳳眼蓮進行打撈。打撈后的鳳眼蓮可由家禽啄食，可以替代部分飼料，也可以避免二次污染的產(chǎn)生。

GrowthCharacteristicsandNitrogenandPhosphorusEnrichmentCapacityofEichhorniacrassipes(Mart.)SolmsinRuralPondWaterinWenshanxiaVillage

Tan Jianping, Xu Bin, Zou Fuzhen, Jin Shengying, Yu Jiangyong

(DongleeEnvironmentalCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong, 510335,China)

Abstract: Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms has strong water purification ability. In this experiment, three ponds in Wenshan scare village of Zengcheng District, Guangzhou City were selected as test sites, and the foliar facility was used to control the cultivation of Eichhorniacrassipes (Eichhorniacrassipes (Mart. Solms), research and analysis of the growth characteristics and nitrogen and phosphorus enrichment ability of Eichhorniacrassipes in different rural ponds in Wenshan scare village.The results showed that the concentration of N and P was higher in the water of the village pond 1, followed by the village pond 2.And the concentration of N and P was less in the water of the village pond 3.The largest biomass in the whole experiment was village pond 2, which was 71.01 t/hm2.The most nitrogen and phosphorus absorbed in the water was village pond 2, which was 0.227 t/hm2and 0.077 t/hm2.

Keywords: Eichhorniacrassipes(Mart.) Solms; rural ponds;nitrogen;phosphorus