3種浮床植物系統對富營養化水體中藻類的抑制效果

周真明,梅玉龍,葉青,沈春花,趙志領

(1.華僑大學土木工程學院,福建泉州 362021; 2.綠城東方建筑設計有限公司,浙江杭州 310012)

3種浮床植物系統對富營養化水體中藻類的抑制效果

周真明1,梅玉龍2,葉青1,沈春花1,趙志領1

(1.華僑大學土木工程學院,福建泉州 362021; 2.綠城東方建筑設計有限公司,浙江杭州 310012)

以葉綠素a、藻類密度表征水體藻類含量,通過靜態試驗,研究風車草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus ca lam us)和富貴竹(Dracaena sanderiana)3種浮床植物系統對富營養化水體中藻類的抑制效果.結果表明:風車草、菖蒲和富貴竹對葉綠素a的平均抑制率分別為42.6%,36.7%和18.7%,對藻類密度的平均抑制率分別為45.4%,39.9%和23.3%;3種浮床植物系統對葉綠素a、藻類密度的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05).風車草對藍藻、綠藻、硅藻和銅綠微囊藻的平均抑制率分別40.1%,24.8%, 32.3%和29.8%;而菖蒲則分別為38.2%,34.2%,30.1%和27.6%.

富營養化;浮床植物系統;藻類;抑制效應

浮床植物系統修復富營養化的水域,具有投資少、風險小、不產生再次污染等優點,從而受到了人們的青睞[1].浮床植物系統抑藻的途徑主要有遮光,減少水體中的營養鹽和化感作用[2].操家順等[3]研究表明,水雍菜(Ipom oea aquatica)對重污染河道水體中藻類抑制率為88.8%.鮮啟鳴等[4]研究表明,金魚藻(Ceratophy llum demersumL.)、微齒眼子菜(Potamogeton maackianusA.Benn)和枯草(Vallisneria spiralisL.)具有較強的克藻效應.李磊等[5]研究表明,荷花(Nelumbo nucifera)和睡蓮(N ymphaea tetragona)對銅綠微囊藻有一定的抑制作用.張維昊等[6]研究表明,菖蒲(Acorus calamus)對銅綠微囊藻有較好的抑制效果.劉佳等[7]研究表明,水葫蘆(Eichhornia crassipes)、金魚藻(Ceratophy llum demersum)和浮萍(Lem na m inor)都具有較好的抑制藻類生長作用.目前,這方面的研究主要集中在對藻類總體或某一特定藻的抑制效果,但對藍藻、綠藻、硅藻抑制效果的研究鮮見報道.因此,本文通過靜態試驗,考察3種浮床植物系統對藍藻、綠藻、硅藻以及水華發生常見的銅綠微囊藻的抑制效果.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用風車草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus calam us)和富貴竹(D racaena sanderiana)3種浮床植物.所有的植物來自土培苗,苗高15 cm左右,經除土洗凈后移植到試驗水體中.實驗水箱材料為塑料,使用前用原水浸泡數天.

1.2 試驗設計

試驗在實驗水箱中進行,實驗水箱尺寸為80 cm×60 cm×80 cm(長×寬×高),水箱中盛放試驗原水,水深為75 cm,水樣體積為360 L.每個水箱水面上放置一塊75 cm×55 cm,厚5 cm的可降解聚苯乙烯泡沫塑料板作為浮床.在浮床上以20 cm×20 cm的間距開12個直徑為5 cm的定植孔,每個定植孔中定植1～2株植物,并用海綿輔助固定.

1.3 試驗方法

試驗共設4組水箱:第1組為只有浮床而無植物的水箱的空白對照組;第2,3,4組分別為風車草、菖蒲、富貴竹單元.試驗于2008年3—4月間進行,試驗時間為35 d,試驗期間水溫為24～30℃,平均水溫為27℃,水溫適合植物和藻類生長,試驗原水來自于福建泉州華僑大學秋中湖湖水.

試驗期間,每隔7 d在水箱水面下10 cm處取樣一次,每次每組測定3個樣品,能滿足差異性統計檢驗要求.測定水樣中的藻類密度、葉綠素a時,定期補充自來水以消除水分蒸發損失對試驗效果的影響.試驗均在自然光照和溫度下進行,遇到雨天時,需用透明塑料薄膜遮擋.

1.4 測定方法

采用魯哥氏液固定、目鏡視野法[8]測定藻類密度;采用萃取光度法[8-9],以0.45μm醋酸纖維膜過濾,測定葉綠素a的質量濃度.

1.5 數據處理

采用方差分析植物單元系統與空白對照單元系統之間抑制葉綠素a和藻類密度效果的差異.浮床植物系統對葉綠素a和藻類密度的抑制率為

式中:ρ0,i,ρi分別為第i天時,空白對照單元和植物單元系統水體中的葉綠素a的質量濃度或藻類密度.

1.6 原水水質指標[10]

原水水質指標:水溫為27℃;p H值為7.8;高錳酸鹽指數為13.97 mg·L-1;化學耗氧量(CODcr)為45.17 mg·L-1;總氮(TN)的質量分數為6.8 mg·L-1;總磷(TP)的質量分數為0.26 mg·L-1;葉綠素a的質量分數為224.6μg·L-1;藻類密度為18.2×107個·L-1.從水質指標可以知道,試驗原水屬于富營養化水體.

2 結果與分析

2.1 單元系統對葉綠素a的抑制效果

不同單元系統水體中葉綠素a質量分數變化及對葉綠素a的抑制效果,如表1所示.表1中:ρch為葉綠素a的質量濃度;ηch為植物單元系統對葉綠素a的抑制率.由表1可知道,風車草、菖蒲、富貴竹3種植物單元系統對葉綠素a的平均抑制率分別為42.6%,36.7%和18.7%.

表1 不同單元系統對葉綠素a抑制效果Tab.1 Inhibito ry effects of chlorophyll-a by different unit system

結合文獻[10]的結果可知,3種植物對葉綠素a抑制率隨著植物根系生物量的增加有加大趨勢.說明生長快、生物量變化大、根系發達的植物與藻類競爭營養物質能力強,遮光效果越明顯,從而抑藻效果越明顯.方差分析結果表明,3種浮床植物系統對葉綠素a的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05),說明植物的存在顯著提高了系統抑制藻類生長的能力.

試驗第1周,水體中的葉綠素a明顯下降,主要是由于水體環境(靜態和水體變小等)的驟變使得水體藻類迅速減少;從第2周開始,藻類繁殖生長,其數量迅速增加,水體中葉綠素a明顯增加;從第3周開始,由于浮床植物系統抑制藻類生長,使得水體中藻類數量逐漸減少.

2.2 單元系統對藻類密度的抑制效果

不同單元系統水體中藻類密度變化及對藻類密度抑制效果,如表2所示.表2中:ρal為藻類密度;ηal為植物單元系統對藻類密度的抑制率.

由表2可知,風車草、菖蒲、富貴竹3種植物單元系統對藻類密度的平均抑制率為45.4%,39.9%和23.3%,風車草、菖蒲對藻類抑制效果好于富貴竹.方差分析結果表明,3種浮床植物系統對藻類密度的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05),說明植物的存在顯著提高了系統抑制藻類生長的能力.

結合文獻[10]的結果可知,由于風車草根系最發達,菖蒲次之,富貴竹最差,而植物生長越快,根系越發達,與藻類競爭營養物質能力越強,遮光效果越明顯,從而抑制藻類能力越強[11-12].

表2 不同單元系統對藻類密度抑制效果Tab.2 Inhibito ry effects of algae density by different unit system

2.3 單元系統對不同藻種的抑制效果

富營養化水體中藻類大多以藍藻、綠藻、硅藻共存,藍藻約占71%、綠藻約占10%、硅藻約占15%,而藍藻中的銅綠微囊藻約占74%.以藻類密度表征水體中各種藻的含量,著重考察不同浮床植物對藍藻、綠藻、硅藻及銅綠微囊藻4種藻類的抑制效果(ηal),如表3所示.

由表3可以知道,風車草對藍藻、硅藻、銅綠微囊藻抑制效果最好,菖蒲次之,富貴竹最差;而菖蒲對綠藻抑制效果最好,風車草次之,富貴竹最差.風車草、菖蒲對富營養化水體中不同的藻種都有較好的抑制效果.

不同植物單元系統對不同藻種抑制效果不同,主要是由于不同植物與藻類間化感作用的生物活性物質不同[11],以及不同植物單元系統對水體中N,P去除效果不同[10].因此,在遴選植物種類時應根據原水藻種、地區氣候特征選擇最佳的植物.

表3 不同單元系統對不同藻種的抑制效果Tab.3 Inhibito ry effectsof different algae species by different unit system %

3 討論

空白對照單元系統抑藻主要途經是,浮床的遮光和水體自凈減少了水體中營養鹽.浮床植物單元系統抑藻的主要原因有3點:(1)浮床對光照遮蔽效應,減少了藻類的滋生;(2)植物減少水體中N,P營養鹽,導致藻類營養不足而數量減少;(3)可能存在的植物化感作用(此機理有待后續進一步研究).

實驗結果表明,風車草、菖蒲和富貴竹浮床植物系統對富營養化水體中葉綠素a抑制率范圍分別為33.2%～47.1%,25.5%～41.7%,15.4%～21.4%,對藻類密度抑制率范圍分別為35.1%～48.3%, 30.1%～45.4%,16.1%～26.0%.此外,3種浮床植物系統對葉綠素a、藻類密度的抑制效果與空白對照組對比存在顯著差異(P<0.05).

風車草和菖蒲對富營養化水體中不同藻種都有較好的抑制效果,風車草對藍藻、硅藻、銅綠微囊藻抑制效果比菖蒲好,而菖蒲對綠藻抑制效果最比風車草好.因此,風車草和菖蒲可作為富營養化水體治理的優良物種而推廣使用.

研究結果可為后續的浮床植物系統修復富營養化水體的動態試驗及實際應用提供理論依據.

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[3]操家順,李欲如,陳娟.水蕹菜對重污染河道凈化及克藻功能[J].水資源護,2006,22(3):36-41.

[4]鮮啟鳴,陳海東,鄒惠仙,等.四種沉水植物的克藻效應[J].湖泊科學,2005,17(1):75-80.

[5]李磊,侯文華.荷花和睡蓮種植水對銅綠微囊藻生長的抑制作用研究[J].環境科學,2007,28(10):2180-2186.

[6]張維昊,周連鳳,吳小剛,等.菖蒲對銅綠微囊藻的化感作用[J].中國環境科學,2006,26(3):355-358.

[7]劉佳,劉永立,葉慶富,等.水生植物對水體中氮、磷的吸收與抑藻效應的研究[J].核能學報,2007,21(4):393-396.

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[12]孟麗華,劉義新.利用植物化感作用抑制銅綠微囊藻的研究進展[J].中國給水排水,2008,24(20):7-9.

(責任編輯:陳志賢英文審校:劉源崗)

Study on Algae Inhibitory Effects by Three Floating-Bed Plan t Systems in Eutrophic Water

ZHOU Zhen-ming1,M EI Yu-long2,YE Qing1, SHEN Chun-hua1,ZHAO Zhi-ling1
(1.College of Civil Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China; 2.Greentown Oriental A rchitects,Hangzhou,310012,China)

Using chlorophyll-a and algae density to quantify algae,the algae inhibitory effects by floating-bed plant systems ofCyperus alternifolius,Acorus calamusandD racaena sanderianain eutrophic water were investigated through static experiment.Results show that the average inhibitory rates of chlorophyll-a by three plants are 42.6%,36.7%and 18.7%respectively,and the average inhibitory rates of algae density are 45.4%,39.9%and 23.3%respectively.The algae inhibitory effects of the floating-bed systems in chlo rophyll-a and algae density are significantly different(P<0.05) for three plants and the blank control.The average inhibitory rates of cyanophyta,green algae,diatom andMicrocystis aeruginosabyCyperus a lternifoliusare 40.1%,24.8%,32.3%and 29.8%respectively,and these byAcorus ca lam usare 38.2%,34.2%,30.1%and 27.6%respectively.

eutrophication;p lanted float system;algae;inhibitory effect

X171.4;Q 949.99

A

1000-5013(2011)03-0309-04

2010-10-21

周真明(1981-),男,講師,主要從事微污染水源水質控制技術與富營養化水體控制技術的研究.E-mail: zhenming@hqu.edu.cn.

福建省自然科學基金資助項目(2008J0196);福建省青年人才科研基金資助項目(2007F301040091);華僑大學科研基金資助項目(07HZR05)