6種四季常綠浮床植物脫氮除磷效果研究

摘 要：通過大量分析和研究，篩選出忍冬、羽衣甘藍、千鳥花、鳶尾、常綠萱草、釣鐘柳6種植物進行了室內靜態耗竭試驗，對比研究其夏冬兩季生長特性和脫氮除磷效果，為生態浮床系統在長江三角洲地區的全年應用提供了科學依據。

關鍵詞：浮床植物；富營養化；凈化

中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）14-99-03

近年來，由于社會經濟的不斷發展，工農業及生活廢水排放量日益增多，水體富營養化問題也越來越嚴重。物理、化學及生物修復技術是治理水體富營養化的主要方法[1-3]。其中生態浮床修復技術由于其便于移動、易維護、成本低廉、使用壽命長及修復效果好等優點[4]已得到廣泛應用，并在上海、無錫等地區取得了一定效果[5]。但是由氣候、溫度等原因產生的植物修復的周年循環問題，一直未得到良好解決[6]。筆者通過大量數據文獻分析，篩選出20余種可周年應用的潛在浮床植物（表1）并進行實驗室研究，從研究結果分析，發現忍冬、萱草、釣鐘柳、千鳥花、鳶尾和羽衣甘藍在水體中易存活、生長快，且具有一定觀賞性。因此，確定對以上6種植物進行室內靜態耗竭試驗，對比研究其夏冬兩季生長特性、脫氮除磷效果，為生態浮床系統在長江三角洲地區的全年應用提供科學依據。

表1 被選植物種類及簡介

[序號＼名稱＼類別＼花期＼1＼嚏根草＼多年生常綠草本＼冬末春初開花＼2＼羽衣甘藍＼二年生草本＼花期4～5月＼3＼諸葛菜＼二年生草本＼晚春開花＼4＼常綠水生鳶尾＼多年生常綠草本＼花期5月＼5＼石菖蒲＼多年生常綠草本＼花期4～5月＼6＼常綠萱草＼多年生宿根草本＼花期6～7月＼7＼石蒜（多種）＼多年生草本＼花期7～9月＼8＼劍葉金雞菊＼多年生草本＼花期5～9月＼9＼富貴草直立種＼常綠灌木＼＼10＼北海道黃楊＼常綠灌木＼＼11＼花葉燕麥草＼多年生常綠宿根草本＼＼12＼忍冬＼多年生半常綠小灌木＼花期4～6月＼13＼千鳥花＼多年生宿根草本＼花期7～9月＼14＼瞿麥＼多年生草本植物＼＼15＼藍羊茅＼常綠草本＼開花期5月＼16＼釣鐘柳＼多年生常綠草本＼花期5～6月或7～10月＼17＼牛至＼花果期7～9月＼果期10～12月＼18＼日本木槿＼灌木或小喬木＼花期6～9月＼19＼銀石蠶＼常綠灌木＼花期春季＼20＼迷迭香＼常綠小灌木＼＼]

1 材料與方法

1.1 試驗材料 室內模擬試驗材料6種陸生植物：忍冬、羽衣甘藍、千鳥花、鳶尾、常綠萱草、釣鐘柳均來自當地，在供試水樣中預培養1周后，選取生長良好且均勻一致的植株用于植物篩選試驗。供試水樣為富營養化河水。

1.2 試驗設計 植物篩選試驗植株采用泡沫板（40cm×10cm）浮床栽培，以方形PVC桶（60cm×40cm×37cm）為容器，在泡沫板上以“4×3”布局均勻打孔12個，每孔栽入1～3株植株，用海綿條加以固定，另設無植物組為對照，每處理2次重復。每個容器加水量為70L，試驗期間不換水，平均每周取水樣1次，因取樣、植物吸收和蒸發損失水分用蒸餾水進行補充。試驗在實驗室溫室內進行，夏冬2個周期分別為2010年7月17日至8月3日和2011年2月28日至3月21日，共18d和22d。由于釣鐘柳、千鳥花冬季枯萎，生長緩慢，冬季不做室內研究，以新發的鳶尾、羽衣甘藍代替。

1.3 分析方法 在夏冬2個周期分別用重量法測定水生植物的起始和終止生物量，取2株烘干后的植物樣品用碾磨機粉碎，過孔徑0.25mm篩后保存，用于測定植物氮、磷含量。水質TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894—89），TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893—89）。植株氮、磷含量在2個周期的起始和終止各測定1次，預處理好的植物樣品采用濃硫酸-過氧化氫法消解，消解完成后植株TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894—89），TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893—89）測定。

2 結果與分析

2.1 浮床植物夏冬兩季生物量變化

2.1.1 夏季變化 各種植物均長勢良好，每株植物都有新葉發出，植株長高，根系生長狀況良好。由表2可知，試驗期間忍冬的生物量增長最快，由9.13g、8.93g增加到15.30g、14.05g，平均增重62.54%；釣鐘柳的生物量增長速度次之，增重50.88%；千鳥花和萱草量增長速度較慢。

表2 植物生物量夏季變化

[名稱＼ 2010-07-11 ＼ 2010-08-03 ＼A板增重

（%）＼B板增重

（%）＼平均增重

（%）＼A板質量（g/株）＼B板質量（g/株）＼A板質量（g/株）＼B板質量（g/株）＼忍冬＼9.13＼8.93＼15.30＼14.05＼67.67＼57.41＼62.54＼萱草＼55.00＼55.10＼65.12＼68.19＼18.40＼23.75＼21.07＼千鳥花＼7.80＼7.74＼12.09＼10.94＼55.03＼41.26＼48.14＼釣鐘柳＼25.01＼25.26＼37.34＼38.50＼49.33＼52.44＼50.88＼]

2.1.2 冬季變化 各種植物均長勢良好，都有新葉發出且保持嫩綠，植株長高，根系生長狀況良好。由表3可知，試驗期間忍冬的生物量增長最快，由20.09g、22.55g增加到25.48g、30.83g，平均增重31.79%；鳶尾的生物量增長速度次之，增重19.89%；羽衣甘藍生物量增長較慢，萱草僅增長2.94%。與夏季植物相比，各種植物明顯增重減少，生長速率降低。

表3 植物生物量冬季變化

[名稱＼ 2011-02-28 ＼ 2011-03-21 ＼A板增重

（%）＼B板增重

（%）＼平均增重

（%）＼A板質量（g/株）＼B板質量（g/株）＼ A板質量（g/株）＼B板質量（g/株）＼忍冬＼20.09＼22.55＼25.48＼30.83＼26.81＼36.76＼31.79＼萱草＼80.51＼95.08＼83.38＼97.27＼3.56＼2.31＼2.94＼鳶尾＼64.11＼＼76.86＼＼19.89＼＼19.89＼羽衣甘藍＼57.52＼58.26＼63.97＼63.63＼11.20＼9.22＼10.21＼]

2.2 浮床植物體內氮磷變化情況

2.2.1 夏季植物體內TN、TP變化 由表4數據可以看出，所選植物在中度富營養化的水環境中生長，組織內的營養重新分配，雖然植物質量在增加，但是平均營養含量卻在減少。

表4 植物體內TN、TP夏季變化（%）

[＼ 鳶尾 ＼ 忍冬 ＼ 常綠萱草 ＼ 釣鐘柳 ＼ 金雞菊 ＼ 千鳥花 ＼始＼末＼始＼末＼始＼末＼始＼末＼始＼末＼始＼末＼植物平均含水率＼77.76＼68.56＼67.62＼69.52＼77.9＼83.04＼79.26＼78.55＼83.32＼84.46＼76.13＼73.94＼植株干重TN百分比＼1.045＼0.707＼1.522＼1.234＼1.869＼1.989＼1.263＼1.102＼2.43＼1.109＼1.205＼1.119＼植株干重TP百分比＼0.141＼0.094＼0.32＼0.29＼0.199＼0.179＼0.166＼0.096＼0.31＼0.139＼0.245＼0.174＼]

與表2建立聯系，植物累計平均每箱吸收水中TN為：忍冬0.128g、千鳥花0.135g、釣鐘柳0.289g、常綠萱草-0.046g；植物累計吸收水中TP為：忍冬0.043g、千鳥花0.008g、釣鐘柳-0.010g、常綠萱草-0.044g（表5）。

表5 夏季植物體內TN、TP增量（g）

[名稱＼ TN ＼ TP ＼A板體內TN增加＼B板體內TN增加＼平均增量＼A板體內TP增加＼B板體內TP增加＼平均增量＼忍冬＼0.150 62＼0.106 03＼0.128 33＼0.048 77＼0.037 99＼0.043 38＼萱草＼-0.082 55＼0.026 67＼-0.027 94＼-0.048 61＼-0.038 86＼-0.043 73＼千鳥花＼0.153 84＼0.115 67＼0.134 76＼0.011 05＼0.005 21＼0.008 13＼釣鐘柳＼0.273 01＼0.298 06＼0.285 54＼-0.011 06＼-0.009 22＼-0.010 14＼]

2.2.2 冬季植物體內TN、TP變化 由表6數據可以看出，與夏季相似，植物組織內的營養重新分配，但是植物在長大、長高的同時，平均營養含量也升高。

表6 植物體內TN、TP冬季變化（%）

[＼常綠萱草＼羽衣甘藍＼ 忍冬 ＼ 鳶尾 ＼始＼末＼始＼末＼始＼末＼始＼末＼植物平均含水率＼77.93＼80.84＼85.79＼85.91＼74.19＼75.00＼88.93＼87.73＼植株干重TN百分比＼1.33＼1.47＼3.91＼5.25＼1.41＼1.85＼1.49＼1.09＼植株干重TP百分比＼0.10＼0.11＼0.53＼0.71＼0.16＼0.26＼0.12＼0.10＼]

植物累計吸收水中TN為：忍冬0.631g、羽衣甘藍1.81g、鳶尾-0.036g、常綠萱草-0.035g；植物累計吸收水中TP為：忍冬0.114g、羽衣甘藍0.243g、鳶尾0.011g、常綠萱草-0.003g（表7）。植物雖然生長速率變慢，但是對于水中氮磷的吸收卻明顯大于夏季，可見常綠植物冬季依然可以對水體中的氮磷進行有效的去除。其中，羽衣甘藍的吸收效果非常明顯，與其馬上即將進入繁殖季節有關。

2.3 浮床植物培養水體中水質指標變化

2.3.1 培養水體夏季水質指標變化 忍冬、千鳥花、釣鐘柳、萱草對總氮的去除率分別為86.86%、87.89%、88.86%、85.02%，釣鐘柳>千鳥花>忍冬>萱草（圖1）；對總磷的去除率分別為98.92%、88.86%、98.90%、85.01%，忍冬>釣鐘柳>千鳥花>萱草（圖2）?？梢钥闯鲠炵娏鴮偟涂偭椎娜コЧ挤浅：?，其中除了生物量較大、吸收較多外，還與釣鐘柳根系相對發達有關，根系在為微生物提供生長場所的同時能夠分泌更多的物質供微生物生長。

表7 冬季植物體內TN、TP增量（g）

[＼ TN ＼ TP ＼＼A板體內TN增加＼B板體內TN增加＼平均增量＼A板體內TP增加＼B板體內TP增加＼平均增量＼忍冬＼0.536 80＼0.726 29＼0.631 55＼0.099 19＼0.128 73＼0.113 96＼萱草＼-0.015 96＼-0.056 01＼-0.035 98＼-0.002 13＼-0.005 29＼-0.003 71＼羽衣甘藍＼1.845 35＼1.765 82＼1.805 58＼0.248 37＼0.237 59＼0.242 98＼鳶尾＼-0.035 75＼＼-0.035 753＼0.010 94＼＼0.010 94＼]

圖1 夏季水體TN變化

圖2 夏季水體TP變化

2.3.2 培養水體冬季水質指標變化 羽衣甘藍、忍冬、萱草、鳶尾對總氮的去除率分別為25.94%、38.44%、48.74%、56.60%，鳶尾>萱草>忍冬>羽衣甘藍（圖3）；對總磷的去除率分別為95.83%、100%、61.69%、92.23%，忍冬>羽衣甘藍>鳶尾>萱草（圖4）?？梢钥闯?種植物對總磷的去除效果都非常好，而對于總氮，相對于夏季去除率下降明顯，說明溫度對于植物代謝影響很大，特別是對總氮的去除，而無論低溫、高溫，磷源都消耗殆盡，成為限制植物生長的條件之一。

圖3 冬季水體TN變化

圖4 冬季水體TP變化

3 結論與討論

3.1 結論 （1）被選20種陸生植物中，忍冬、鳶尾、萱草、羽衣甘藍、千鳥花、釣鐘柳均能很好地適應水生環境，成為良好的浮床植物。同時忍冬可以保持四季常綠，在冬夏兩季均表現出良好的凈化效果；萱草也可以保持四季常綠，可耐冬季低溫，但是不能達到良好的去除氮磷的效果，可作觀賞性浮床植物；羽衣甘藍不耐高溫，但在冬季可以大量去除水中氮磷，是冬季浮床植物的良好物種；千鳥花不耐冬季低溫，只能運用于夏季；釣鐘柳可以在夏季去除水中氮磷而冬季不腐爛，不會對水體造成二次污染，亦可以全年應用。絕大部分植物會在冬季凋零，重新污染水體。（2）由于試驗條件和方法的不同，水體氮磷去除的主要途徑分為植物吸收和微生物的硝化一反硝化去除2種[4]。本研究表明，浮床植物本身對水體凈化效果有限，但高等植物群落內的水體及根際存在大量硝化細菌、反硝化細菌等微生物，其與微生物的協同凈化作用是水體氮磷去除的主要途徑，值得進一步研究。

3.2 討論 浮床植物不能單一地應用于水體治理，不能從根本上實現凈化水體的作用，需與生態浮床、微生物系統進行良好的結合才能達到治理的目的。但是浮床植物因其方便易操作、觀賞性強、對水質環境的保持穩定作用，使其依然具有良好的發展前景。

參考文獻

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