鄉(xiāng)土植物對(duì)洱海水體的凈化效果研究

呂建國(guó)，劉周權(quán)，楊曉霞，馮 源，孔令芳，呂志華，李珍貴

（大理學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，云南大理 671000）

鄉(xiāng)土植物對(duì)洱海水體的凈化效果研究

呂建國(guó)，劉周權(quán)，楊曉霞*，馮 源，孔令芳，呂志華，李珍貴

（大理學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院，云南大理 671000）

以燈心草、菖蒲、金針菜、香茶菜4種鄉(xiāng)土植物為試材，制成植物浮床，研究4種植物對(duì)洱海水體中氮、磷的凈化效果。結(jié)果表明：4種植物在洱海水體中能保持較強(qiáng)的生命力，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，其生物量均有顯著增加，增長(zhǎng)量表現(xiàn)為香茶菜＞金針菜＞菖蒲＞燈心草。4種植物對(duì)水樣總氮（TN）、總磷（TP）、均有明顯的去除效果，4種植物對(duì)洱海水體TN的去除率均在65%以上，燈心草、菖蒲、金針菜、香茶菜對(duì)水體中TN的去除率分別為69.8%、80.03%、72.60%和85.08%，遠(yuǎn)高于對(duì)照組的去除率（37.10%），4種植物對(duì)水體中TP的去除率分別為74.39%，80.04%，72.88%和78.01%，去除率同樣顯著高于對(duì)照組。試驗(yàn)表明，4種植物對(duì)洱海水體均有很好的凈化效果，可在今后凈化洱海水體水質(zhì)中推廣應(yīng)用。

鄉(xiāng)土植物；洱海水體；凈化

洱海位于云南滇中高原與橫斷山脈中段東部交界處的大理市境內(nèi)，海拔1 974.13 m，南北長(zhǎng)42.5 km，東西寬4～9 km，濕地面積25 100 hm2，湖容量27.4億m3，海岸線全長(zhǎng)130 km，島嶼面積74.8 hm2，最大水深21.3 m，平均水深10.6 m，透明度4～8 m，天然出湖河流為西洱河，屬瀾滄江水系，是云南省第二大高原湖泊，也是全國(guó)水質(zhì)保護(hù)較好的淡水湖泊之一，有“高原明珠”之美譽(yù)〔1-2〕。然而1996年秋季洱海藍(lán)藻水華暴發(fā)，湖水存在著不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化〔3〕，無(wú)疑是大自然向人類發(fā)出的嚴(yán)厲警告。氮磷含量是洱海水體污染程度的主要指標(biāo)〔4〕，如何有效降低污染水體中的氮磷含量，凈化被污染水體，已成為當(dāng)今洱海環(huán)境保護(hù)研究的重要課題〔5〕。

水生植物的凈化體系是大理洱海水系自維持運(yùn)轉(zhuǎn)凈化體系中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它對(duì)吸收水系中的有毒物質(zhì)，消除有機(jī)污物，增加水體溶解氧含量，調(diào)節(jié)、穩(wěn)定水質(zhì)等起著決定性作用〔6-7〕。植物對(duì)水體中氮磷的去除作用包括植物生長(zhǎng)需要而直接吸收氮磷，另外包含植物腐敗組織沉積引起的對(duì)氮磷的捕集。除了植物及其腐殖質(zhì)的直接吸收之外，植物還可以通過(guò)向根區(qū)輸送氧氣改變微生物的生存條件從而間接地影響氮磷的轉(zhuǎn)化和去除。

利用高等植物對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和降解作用來(lái)防治和修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究對(duì)洱海的治理有著重要意義。近幾年外來(lái)物種的生物入侵給當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有浴⑥r(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)及人類健康造成重大損失或生態(tài)災(zāi)難〔8-11〕，雖然外來(lái)水生植物也能很好地凈化水質(zhì)，但同時(shí)會(huì)對(duì)洱海的治理帶來(lái)了很大的負(fù)面生態(tài)影響，如水葫蘆、海白菜等。故洱海水體生態(tài)修復(fù)選擇適當(dāng)?shù)泥l(xiāng)土植物更為合適。

鄉(xiāng)土植物是產(chǎn)在當(dāng)?shù)鼗蚱鹪从诋?dāng)?shù)氐闹参铮@類植物在當(dāng)?shù)亟?jīng)歷了漫長(zhǎng)的演化過(guò)程，最能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐纳硹l件，其生理、遺傳、形態(tài)特征與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件相適應(yīng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，被證明是已經(jīng)完全適應(yīng)本地區(qū)的氣候和環(huán)境，生長(zhǎng)良好的一類植物。由于不同鄉(xiāng)土植物具有不同的生長(zhǎng)特性和吸收能力，使得不同鄉(xiāng)土植物的氮磷去除效果會(huì)有較大的差異，開(kāi)展鄉(xiāng)土植物的生長(zhǎng)特性及吸收能力的研究就顯得尤為必要。篩選凈化效果好的鄉(xiāng)土水生植物并運(yùn)用于洱海濕地和浮床栽培是洱海環(huán)境治理研究的重要方向〔12-17〕。針對(duì)洱海水體功能的特點(diǎn)，本試驗(yàn)選擇研究了菖蒲、燈心草、金針菜、香茶菜4種鄉(xiāng)土植物來(lái)研究其生長(zhǎng)特性及對(duì)洱海水體中氮、磷等污染物的凈化效果，以期為洱海水體生態(tài)修復(fù)提供良好的物種選擇〔18-20〕。

1 材料與方法

1.1 材料 供試植物燈心草（Juncus effusus）、菖蒲（Acorus calamus）、金針菜（Hemerocallis fulva）、香茶菜（Isodon inflexus），均是近幾年從野生鄉(xiāng)土植物在苗圃培養(yǎng)1年后（土培苗，苗高10～15 cm），經(jīng)去土洗根后置于定植杯內(nèi)用營(yíng)養(yǎng)液水培1周。選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植物苗定植于浮床。

1.2 方法 試驗(yàn)于2011年4—5月在大理學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院園藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)水樣取于上關(guān)鎮(zhèn)洱海邊，水質(zhì)指標(biāo)如表1所示，試驗(yàn)用水箱長(zhǎng)70 cm，寬55 cm，高40 cm。每個(gè)水箱水面漂浮1塊60× 50×5 cm的聚苯乙烯泡沫板用作栽培定植浮床，按間距15 cm、孔徑4 cm打孔，用于栽種植物，共9株。植物采集后將其根先用自來(lái)水洗凈，再用蒸餾水清洗，選取長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植物制作浮床。試驗(yàn)設(shè)置二組，第1組為對(duì)照（不種植任何植物）；第2組分別種植香茶菜、菖蒲、金針菜、燈心草4種供試鄉(xiāng)土植物。將洗凈植物自然風(fēng)干10 min后，稱其生物量后定植于浮床上，放入裝有15 L水樣的水箱中，每隔5 d取水樣測(cè)定1次總氮（TN）和總磷（TP），試驗(yàn)結(jié)束時(shí)再測(cè)定1次其生物量。試驗(yàn)時(shí)間為2011年4月2日—5月11日。

表1 試驗(yàn)水體水質(zhì)指標(biāo)

1.3 測(cè)定指標(biāo) 試驗(yàn)周期為40 d（4月2日—5月11日），每間隔2 d測(cè)量1次水溫、pH、蒸騰水量，記錄植物生長(zhǎng)狀況。每隔5 d取水樣測(cè)定1次，測(cè)定項(xiàng)目有生物量、TN、TP等。檢測(cè)方法〔9〕為：TN采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法。污染物的去除率（η）計(jì)算公式為：η=（C0-C）i/C0×100%其中C0為處理前溶液濃度，Ci為處理后溶液濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物在水中的生長(zhǎng)態(tài)勢(shì) 試驗(yàn)過(guò)程中4種植物均生長(zhǎng)良好，葉片顏色鮮艷，但初期植物生長(zhǎng)有點(diǎn)緩慢，栽種1周后4種植物的生長(zhǎng)速度開(kāi)始加快，4種植物都長(zhǎng)出新根，其中燈心草的根生長(zhǎng)最快，其次分別為菖蒲、金針菜、香茶菜，與此同時(shí)4種植物都開(kāi)始有新生葉長(zhǎng)出，其中香茶菜的葉長(zhǎng)得最多，其次分別為金針菜、菖蒲、燈心草。由試驗(yàn)過(guò)程中植物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)來(lái)看，香茶菜、菖蒲、金針菜、燈心草4種植物在洱海水體中均保持較強(qiáng)生命力，因此，在治理洱海水體時(shí)可作廣泛使用。

2.2 植物在水中生物量變化 如表2所示，隨時(shí)間延長(zhǎng)4種植物在洱海水體中生物量呈增加趨勢(shì)，凈增生物量均超過(guò)90 g，種植后燈心草較種植前生物量增長(zhǎng)了90.68 g，比之前生物量增長(zhǎng)了115.08%；菖蒲增長(zhǎng)了92.63 g，比之前生物量增長(zhǎng)了113.38%；金針菜、香茶菜分別增長(zhǎng)了97.40 g、202.57 g，分別比之前增長(zhǎng)了87.35%、106.89%，4種植物凈增生物量百分比都在80%以上。說(shuō)明水體維持了植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)，植物可以正常生長(zhǎng)，因此，在治理洱海水體時(shí)可作廣泛使用。

表2 植物凈增生物量

2.3 植物對(duì)洱海水質(zhì)凈化效果 試驗(yàn)期間，燈心草等4種觀賞植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)凈化效果明顯。水體中的各污染物質(zhì)含量均明顯下降，表3列出了試驗(yàn)結(jié)束時(shí)4種植物對(duì)水體污染物的去除率。

表3 植物對(duì)水體污染物的去除率

2.3.1 植物對(duì)TN的去除效果 由圖1可知，4種植物對(duì)水體TN有明顯的去除效果，與對(duì)照組存在顯著差異。4種植物對(duì)總氮去除效果的趨勢(shì)基本一致。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)照水箱的氮含量為1.20 mg/L，而燈心草栽培水箱中總氮含量只是對(duì)照水箱的48.0%，為0.576 mg/L；菖蒲栽培水箱中總氮含只是對(duì)照水箱的30.30%，為0.364 mg/L；金針菜栽培水箱中總氮含量只是對(duì)照水箱的43.50%，為0.523 mg/L；香茶菜栽培水箱中總氮含量只是對(duì)照水箱的25.2%，為0.303 mg/L。燈心草、菖蒲、金針菜、香茶菜對(duì)水體中TN的去除率分別為69.80%、80.03%、72.60%和85.08%，遠(yuǎn)高于對(duì)照組的去除率（37.10%），表明4種植物在水中正常生長(zhǎng)的同時(shí)，對(duì)洱海水體TN都有顯著的去除效果，其中效果最佳的是香茶菜其去除率高達(dá)85.08%，即使是4種植物中TN去除效果最差的燈心草其去除率也高達(dá)69.80%。表明4種植物對(duì)洱海水體TN都有顯著的去除效果。

圖1 4種植物對(duì)洱海水體TN去除效果

2.3.2 植物對(duì)TP的去除效果 由圖2可知，4種植物對(duì)水體TP有明顯的去除效果，與對(duì)照組存在顯著差異。4種植物對(duì)TP去除效果的趨勢(shì)基本一致，曲線明顯下降表明4種植物對(duì)洱海富營(yíng)養(yǎng)化水體TP有顯著的去除效果，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，燈心草、菖蒲、金針菜、香茶菜4種植物處理后水體的TP由0.531 mg/L降低為

0.136 mg/L、0.106 mg/L、0.144 mg/L、0.112 mg/L，4種植物對(duì)洱海富營(yíng)養(yǎng)化水體TP的去除率都在70%以上；燈心草、菖蒲、金針菜、香茶菜對(duì)水體中TP的去除率分別為74.39%、80.04%、72.88%和78.01%，遠(yuǎn)高于對(duì)照組的去除率（37.29%），表明4種植物對(duì)洱海水體TP有顯著的去除效果。

圖2 4種植物對(duì)洱海水體TP去除效果

3 小結(jié)與討論

從所取水樣的TN、TP來(lái)看洱海源頭段的水體富營(yíng)養(yǎng)化為中等，需要加強(qiáng)水體管理和治理。在治理洱海的過(guò)程中利用鄉(xiāng)土植物對(duì)洱海內(nèi)富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)的吸收來(lái)降低富營(yíng)養(yǎng)化程度是一種比較科學(xué)和低成本的方法。本次試驗(yàn)結(jié)果表明4種鄉(xiāng)土植物對(duì)水體TN、TP去除效果明顯，可以在將來(lái)治理洱海和其他富營(yíng)養(yǎng)化水體中推廣使用。

采用鄉(xiāng)土水生植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體，具有植物生命力強(qiáng)、生長(zhǎng)量大、投資少、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、節(jié)省能源、基本無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)。但和所有處理技術(shù)一樣，利用水生植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體也存在其自身局限性，如處理時(shí)間長(zhǎng)、占地面積大及受氣候影響嚴(yán)重等。所以，應(yīng)該結(jié)合旅游景觀營(yíng)造，綜合考慮去除率和在富營(yíng)養(yǎng)化水體中的生長(zhǎng)情況來(lái)研究和選擇適合洱海富營(yíng)養(yǎng)化水體凈化的植物。

洱海是一份價(jià)值極高的自然遺產(chǎn)，具有完整的生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)又具有環(huán)境的脆弱性，不當(dāng)?shù)娜祟惢顒?dòng)將會(huì)造成不可挽回的損失。洱海的保護(hù)治理是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜和艱巨的系統(tǒng)工程，也是各級(jí)政府、相關(guān)部門和洱海周邊干部群眾義不容辭的責(zé)任。因此，必須采取積極、有效的對(duì)策，科學(xué)保護(hù)和合理開(kāi)發(fā)利用洱海資源，以促進(jìn)洱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

〔1〕大理蒼山洱海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處.大理蒼山洱海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)總體規(guī)劃（1996-2010）〔R〕，2003，8.

〔2〕大理市城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)局.洱海水污染防治規(guī)劃（1996-2010）〔R〕，1997，12.

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Study on the Purification Effect of Indigenous Plants on Erhai Water

LV Jianguo,LIU Zhouquan,YANG Xiaoxia*,FENG Yuan,KONG Lingfang,LV Zhihua,LI Zhengui
（Collegle of Agriculture and Biology,Dali University,Dali,Yunnan 671000,China）

In order to screen suitable plants that have the strong purification in Erhai Lake out,four kinds of indigenous plants, Juncus effusus,Acorus calamus,Hemerocallis fulva and Isodon inflexus had been made into the plant floating bed to study their purified effect on nitrogen and phosphorus.It turned out that all four plants could keep their strong life force in the Erhai Lake and their biomass increased obviously.The most increased was Isodon inflexus Hemerocallis;fulva follows and the next was Acorus calamus;Juncus effusus was the least increased plants.All the four plants could remove the TN and TP obviously.The removal rates of TN were over 65%.The removal rates of TN achieved by Juncus effusus,Acorus calamus,Hemerocallis fulva Linn and Isodon inflexus were 69.8%,80.03%,72.60%，85.08%,and all of them were obviously higher than the control(37.10%).And the removal rates of TP was also obviously higher than contrast,which were 74.39%,80.04%,72.88%,78.01%respectively.The examination proved that all of four plants had a good purified effect in the Erhai Lake,so they could be widely used in purifying the water of Erhai Lake in Dali in the future.

indigenous plants;Erhai Lake water;purification

X171；X173［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A［文章編號(hào)］1672-2345（2012）03-0045-04

國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題“河口濕地強(qiáng)化凈化與生態(tài)修復(fù)技術(shù)及工程示范”基金資助項(xiàng)目（2009ZX07105-003-03）

2011-07-01

2011-07-06

呂建國(guó)，主要從事蔬菜栽培與生理研究.

*通信作者：楊曉霞，教授.

（責(zé)任編輯 毛本勇）