浮床栽培雪里蕻凈化冬季富營養化水體研究

桑連海，黃 薇，張 勁，殷大聰

（長江科學院水資源綜合利用研究所，武漢430010）

浮床栽培雪里蕻凈化冬季富營養化水體研究

桑連海，黃 薇，張 勁，殷大聰

（長江科學院水資源綜合利用研究所，武漢430010）

通過水面浮床栽培試驗，研究了雪里蕻植株的生長特性，及其對富營養化水體中氮、磷物質的吸收能力。結果表明：浮床雪里蕻植株的平均鮮量30 g，平均株高15 cm，平均根系長35 cm，其對氮、磷的直接吸收量分別達到67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。雪里蕻能夠在水中安全越冬并完成整個生育周期，對富營養化水體也具有一定的凈化效果，可作為冬季富營養化水體治理的一種浮床栽培植物。

雪里蕻；浮床栽培；生長特性；水質凈化

在我國污染水域中，90%以上是因水體中氮、磷含量過高引起的水體富營養化。這些由水體富營養化導致的問題給人類的生活與生產帶來巨大的損失，同時也帶來了諸多的生態環境問題。水體富營養化的治理，就目前形勢來看，還沒有一種行之有效的方法，但從資源利用的角度來看，水體中超標的氮磷物質卻是植物生長過程中不可缺少的營養物質，因此，利用植物修復富營養化水體是一種經濟可行的生態方法［1］。近年，我國的一些科研工作者嘗試在原位生態條件下，以生物浮床為載體，在河流和富營養湖泊水體中種植親水性陸生植物，以治理修復其水生態系統的可行性研究，取得了不少研究成果［2－6］。但受低溫條件限制，冬季凈水植物資源較匱乏［7］，影響了植物生態技術對富營養化水體的周年凈化。本試驗研究了抗寒性較強的青島雪里蕻在冬季富營養化水體中的生長特性，及其對富營養化水體中氮磷營養物質的吸收能力，以期對冬季浮床植物的選擇提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物

本試驗選用的雪里蕻（Brassica juncea Coss.var.crispifolia Bailey）為葉用芥菜的一種。雪里蕻又稱雪菜，具有分蘗力強、生物量大、抗寒性強等特點。既可鮮食、亦可腌制，為冬春佳菜。孕蕾、抽薹、開花結果需要經過低溫春化和長日照條件。中國南北各地均以秋播為主。長江流域及西南、華南各地于冬季或次春收獲，北方于霜凍前收獲。

1.2 浮床構建

本浮床單元主體是由PVC管與PVC彎頭粘結連接為一體的四邊形浮體框架，在四邊形浮體框架之中設置有用漁繩相互交織而成的網床平面，網床平面中均勻設置簡易瓶栽植物機構。該機構由截切下部形成空缺的塑料植物定植瓶和植物組成，植物定植瓶的瓶頸外圍套接在網床平面的網孔之中，且由四周的繩活結固定之，植物連同莖部包裹的海綿一并套接且固定在植物定植瓶的瓶頸之內。將栽培好植物的浮床單元放入受試水體中，用軟繩或鐵絲將浮床單元一座座連接起來，浮床整體組裝完成后，四周固定，浮床即構建完畢。

1.3 受試水體

試驗地點選在武漢市江夏區嚴家村當地一農用池塘，水域面積約1 000 m2（水深0.5～1.3 m），水源來自當地降雨和地表徑流，主要用于養魚和洗旱菜，水體已呈現富營養化狀態，2010年1月12日監測得到的主要理化性狀：懸浮物（SS）為37 mg／L，總氮（TN）為2.37 mg／L，總磷（TP）為0.13 mg／L，化學需氧量（COD）為43 mg／L。

1.4 試驗方法

供試植物雪里蕻于2009年10月23日露地播種育苗，11月5日移栽到水面栽培，移栽時植株平均高度20 cm（地上部分，以下同）。試驗共設置10座浮床單元（規格1 m×2 m），每座浮床單元栽植雪里蕻104棵，浮床單元之間用鐵絲或軟繩連接固定，形成2 m×10 m規格的長方形浮床群體，四周用竹竿插入池塘底泥中固定。

試驗持續127 d，于次年3月11日取樣，常規方法測定植株高度、根系長度、總鮮質量，植株氮、磷含量和含水率的檢測方法依據分別為《食品中蛋白質的測定》（GB／T 5009.5－2003）、ICP法和《食品中水分的測定》（GB／T 5009.3－2003）。

2 結果與討論

2.1 浮床雪里蕻的生長特性

雪里蕻的土培苗移栽到水面上后，老根逐漸枯萎死去，一周后植株會重新生出適應于水環境的白色水生根。這種根部組織結構松散、細胞大、通氣性強，對氧氣具有縱向運輸功能，能把植株枝葉部分所吸收的氧氣及時輸送給泡于水中的根系。

經觀察，在冬季低溫條件下，浮床雪里蕻能夠在水中存活，且安全越冬后，于次年4－5月陸續開花、結籽，完成整個生育周期。據統計，整個試驗期間，浮床雪里蕻成活率高達95%以上；根系長度達到了35 cm，與浮床移栽初始時對照，增長了28 cm；植株高度較之浮床移栽初始時縮短了5 cm，但長勢健壯；單科植株平均鮮重達到了30 g，植株生長量超過1.25 kg／m2。將水培雪里蕻與土培雪里蕻對照比較，二者的植株真葉數相仿，但根系長度水培是土培的2倍以上，而植株高度土培是水培的2.5倍以上，鮮重后者接近前者的2倍。根據分析可知，水培雪里蕻在試驗期間出現了“矮化”，可能是因水中的營養元素缺乏引起的營養不良現象，也不排除是由于生長環境條件改變后引起的一種生理矮化現象；由于水中的營養元素具有均化分布的特點，較之土壤中的肥分，水培雪里蕻根系附近水域的營養物質濃度要低很多，這是促使水培雪里蕻根系發達形成的原因之一，須根呈向水面分布而不向地性，增加了吸收面積，有利于對水體中氮、磷等養分及氧氣的充分吸收。不同栽培條件對雪里蕻生長特性的影響見表1。

表1 浮床栽培與陸地栽培對雪里蕻生長特性的影響Table 1 Effects of different cu ltivating m ethods on grow ing characteristics of potherb m ustard

2.2 浮床雪里蕻的含水率及氮、磷含量

不同栽培條件下，雪里蕻植株氮磷含量及含水率見表2。

表2 不同栽培條件下雪里蕻植株氮磷含量及含水率Table 2 The content of water，nitrogen and phosphorus in potherb mustard by different cultivatingmethods

從含水率來看，水培和土培雪里蕻含水率相仿，大約在90%左右。說明雪里蕻在生長過程中對水分的需求量較大；同時也反映了在水分充足的條件下，雪里蕻植株的含水率與環境水分條件相關性不強。從水培雪里蕻水面上下2部分的含水率來看，水上部分（莖葉等）的含水率略高于水下部分（根系）的，雖然水分主要集中在植物體莖葉部分，但與土培雪里蕻相比，水培雪里蕻具有發達的水生根系，這種水生根系大多為白色疏松的薄壁組織，細胞大，通氣性強，含水量較豐富。

從含氮量來看，水培雪里蕻高于土培的，單位干物質二者含氮量相差10.5 mg。表明土培雪里蕻經水體誘變后，更容易從水中吸收氮，而氮素具有促進植物生長和增加植物產量的作用，但從試驗樣品來看，此時的水培雪里蕻仍處于植物矮化時期，其生物量僅為土培雪里蕻生物量的一半左右，二者的生物量與植株體內的氮含量的不一致性可能存在其他方面的原因，有待進一步的深入研究。從水培雪里蕻各組分的含氮量來看，水上部分的含氮量大于水下部分的，因為水上部分的莖和葉是植物進行新陳代謝和光合作用的主要場所，而氮是構成光合作用中光能主要吸收體——葉綠素的必需組分，也是植物體內生物催化劑——酶的組成部分。

與雪里蕻含氮量的情況正好相反，土培雪里蕻的含磷量高于水培雪里蕻的，單位干物質二者含磷量相差1.2 mg。表明土培雪里蕻經水體誘變后，對磷元素的需求量減少了。磷對提高植物的抗病性、抗旱性有著良好的作用，磷還有促進根系發育、增強植物抗倒伏能力的作用。浮床雪里蕻在水培環境下萌生的根系組織結構發生了變化，較土壤栽培條件下的根系，組織結構疏松、細胞較大、細胞壁變薄，增強了吸收和輸送功能，但失去了支撐植物體的功能；同時與土培環境相比，水培環境下生長的雪里蕻無需另施化肥，病蟲害發生的概率較低，對植物的抗病性、抗旱性要求較低，以上可能是水培雪里蕻含磷量低的2個原因。

2.3 浮床雪里蕻凈化水體的環境效益

如果對浮床雪里蕻直接計算從水體中吸收的氮、磷量，則根據實驗所得數據：雪里蕻植株的平均鮮量為30 g，單位面積的植株數為52株／m2，雪里蕻植株的含氮量以3.82%計，含磷量以0.27%計，理論上雪里蕻對氮、磷的直接吸收量可達67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。

根據中國《地表水環境質量標準》（GB3838－2002）中的相關標準，從Ⅴ類水質凈化到Ⅲ類水質，需要從水體中去除1 mg／L氮和0.15 mg／L磷。若以總氮計，每公頃浮床雪里蕻至少可以把6.7×104m3的富營養化水體由Ⅴ類凈化為Ⅲ類；以總磷計，每公頃浮床雪里蕻凈化水量至少為3.2×104m3。根據資料記載［8］，浮床植物對富營養化水體中營養物質（氮、磷）的去除效果見表3。

表3 水培植物的氮、磷含量（干重）Table 3 The content of nitrogen and phosphorus in some water-cultivated p lants（dry weight）

從表3可以看出，浮床雪里蕻對富營養化水體中的氮元素具有較高的富集能力，在所列出的8種植物中，僅次于蕹菜，但對富營養化水體中的磷元素的富集效果一般，僅高于美人蕉和荻。因此，在進行浮床植物配置時，將雪里蕻與除磷效果好的植物進行搭配，對富營養化水體將會有更好的凈化效果。

3 結 論

在冬季低溫條件下，浮床雪里蕻能夠在水中存活，且安全越冬后，于次年4 5月份陸續開花、結籽，完成整個生育周期。

水培雪里蕻對水體中的氮、磷物質具有一定的吸收效果，理論吸收量可達67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。與一般水生植物相比，雪里蕻對富營養化水體中的氮具有較強的吸收能力，而對磷元素的吸收效果一般，因此，在進行浮床植物配置時，將雪里蕻與除磷效果好的植物進行搭配，對冬季富營養化水體將會有更好的凈化效果。

雪里蕻土培苗經水體誘變后，雖然能夠在水中完成整個生育周期，但水培雪里蕻的產量明顯低于土培雪里蕻的，現場取樣稱量顯示，前者的生物量僅為后者的1／2。從經濟效益的角度來講，雪里蕻水培后的利潤優勢不明顯，但作為一種能夠在水中安全越冬的凈水植物，其具有的環境效益是不容忽視的，可作為冬季富營養化水體治理的一種浮床植物資源。

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（編輯：劉運飛）

Purification of Eutrophic W ater Body in W inter by Potherb M ustard Planted on Floating-Bed

SANG Lian-hai，HUANGWei，ZHANG Jin，YIN Da-cong
（Water Resources Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Experiments on potherb mustard planted on floating-bed were performed to study the growth characteristic of potherb mustard and its capacity of absorbing Nitrogen and Phosphorus from eutrophic water body.Results showed that the potherb mustard on floating-bed had a fresh weight of30 g，culm heightof15cm and root length of 35 cm on average per plant.The amount of directly absorbed Nitrogen and Phosphorus amounted to 67.3 kg／hm2and 4.8 kg／hm2respectively.The results suggested that potherbmustard could grow well throughout thewinter and was effective for eutrophic water purification.It is a new and alternative approach for the treatment of eutrophic water body in winter.

potherb mustard；cultivation on floating-bed；growth characteristic；water purification

X171.4

A

1001－5485（2011）12－0036－03

2011-10-21

農業科技成果轉化資金項目（2011GB23320005）；中央級公益性科研院所基本科研業務費（YWF201004）

桑連海（1976-），男，吉林九臺人，高級工程師，主要從事水生態與節水研究，（電話）027-82926456（電子信箱）hlsang1017＠yahoo.com.cn。