鳳眼蓮與微生物組合處理對水體中氮磷去除能力的比較研究

王非++吳金男++尹凡++范益民++王立新

摘要 以前期激素誘導形成的類紫根鳳眼蓮以及自然河道采集的普通鳳眼蓮為研究對象，加入液體混合菌劑，比較這2種鳳眼蓮與液體菌劑單一及其組合處理時去除富營養化水體中氨氮、總磷的能力。結果表明：經過45 d的處理，發現類紫根鳳眼蓮與液體混合菌劑組合的去除效果最好，其氨氮的去除率為55%，總磷的去除率可達85%；綜合效果其次的是用類紫根鳳眼蓮單獨處理；而普通鳳眼蓮與液體混合菌劑組合在去除氨氮效果上比類紫根鳳眼蓮單獨處理稍好，液體混合菌劑單獨處理效果較差，總磷去除率僅為34%，氨氮去除率27%。

關鍵詞 類紫根鳳眼蓮；微生物菌劑；氨氮；總磷；去除率；比較

中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）17-0232-02

Comparison of Ability of Eichhornia crassipes Synergetic with Microorganism in Removing Nitrogen and Phosphorus

from Eutrophic Water

WANG Fei 1 WU Jin-nan 1 YIN Fan 2 FAN Yi-min 3 WANG Li-xin 1 *

（1 College of Biology and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu Jiangsu 215500； 2 College of Chemical and Material Engineering，Changshu Institute of Technology； 3 Zhongjing Village Committee of Yushan Town in Changshu City）

Abstract Taking similar purple root Eichhornia crassipes dealt by plant hormone and common Eichhornia crassipes as subject，liquid mixing agent was added to compare the ability of Eichhornia crassipes，the purple root Eichhornia crassipes and mixed agent Eichhornia crassipes and their different combination removing the ammonia nitrogen and total phosphorus.The results showed that the similar purple root Eichhornia crassipes cultured with mixed agent had the best removal effect after 45 days′ treatment.Its ammonia nitrogen removal rate reached 55% and total phosphorus removal rate could reach 85%.The removal effect with a little better was the purple root Eichhornia crassipes.The combination of common Eichhornia crassipes with mixed agent had better removal effect on removing the ammonia nitrogen.However，the worst removal effect was the group of culturing mixed agent only.Its total phosphorus removal rate reached 34% and ammonia nitrogen removal rate reached 27%.

Key words similar purple root Eichhornia crassipes；microbiological mixed agent；ammonia nitrogen；total phosphorus；removal rate；comparison

鳳眼蓮（Eichhornia crassipes Mart.）俗稱水葫蘆，雨久花科鳳眼蓮屬，多年生漂浮性草本植物。水葫蘆生長繁殖快、耐污能力強，且能夠快速、高效地從水體中吸收氮磷營養鹽，同時水葫蘆根系能夠分泌大量的化感物質及具有抑制藻類生長等能力[1]，是最合適的快速移除水體中氮磷的水生生物[2]。但在實際應用中，由于水葫蘆超強繁殖能力往往會帶來很多負面作用。因此，對水葫蘆的誘導變異成為一項研究熱點。受云南那中元團隊對水葫蘆的誘導變異形成“巨紫根鳳眼蓮”啟發[3]，將前期研究利用萘乙酸誘導形成了根系長度可達25 cm以上的鳳眼蓮命名為“類紫根鳳眼蓮”[4]。

水生植物對環境的修復是環境、植物、根際微生物等多方面共同作用的結果。植物根部及相應水環境中具有大量的多種微生物，這些微生物與植物間的相互作用非常復雜，在某些情況下，植物與微生物是互惠互利的[5]，而這種互惠關系是植物能夠對環境中的污染物進行降解的主要原因[6]。本研究旨在通過試驗比較類紫根鳳眼蓮與普通鳳眼蓮對富營養化水體中氮磷的吸收能力。同時，嘗試在水環境治理中引入液體微生物混合菌劑，通過水生植物與微生物的協同作用以增強凈化水質的效果。一旦此法可行，有望探索出一種價格低廉有效的組合生態修復技術。

1 材料與方法endprint

1.1 試驗材料

1.1.1 鳳眼蓮來源。一種為江蘇省常熟郊區自然河道采集的普通鳳眼蓮；另一種為在普通鳳眼蓮基礎上經誘導培育的類紫根鳳眼蓮。篩選性狀相似、生長一致的鳳眼蓮植株，分組培育，備用。

1.1.2 水樣選擇。水樣取自常熟市區城市河道的富營養化水體，該河道旁集中分布有飯店、小型生產廠房等，水樣具輕微黑臭，其初始氨氮含量為4.2 mg/L，總磷含量達到1.7 mg/L。

1.2 試驗方法

1.2.1 液體菌劑的制備。在無菌條件下取1 g自主研發的高效微生物菌劑，加入到裝有100 mL無菌水的錐形瓶中，置于30 ℃、180 r/min的搖床上振蕩活化24 h。培養基制備：按照培養配方稱取牛肉膏10 g、蛋白胨10 g、酵母粉5 g、檸檬酸氫二銨2 g、無水乙酸鈉5 g、磷酸氫二鉀2 g、MgSO4·7H2O 0.58 g、MnSO4·4H2O 0.25 g、葡萄糖20 g，加水攪拌均勻后定容至1 000 mL，制備好的培養基分裝至三角瓶，并置于高溫滅菌鍋中，在121 ℃的條件下滅菌20 min。

取活化好的菌劑接種到培養基中，接種量為10%，并置于25 ℃、240 r/min的搖床上培養24 h至OD600達到0.4，將制備好的液體菌劑吸取2 mL的量投入含有4 L生活污水的培養桶內。

1.2.2 處理方法。選用塑料桶（上部內徑20 cm，下部內徑15 cm，桶高20 cm）作為試驗容器，桶外裹以黑紙以模擬根系黑暗環境。每桶中加入剛采集的生活污水4 L。將前期挑選出來的普通鳳眼蓮及類紫根鳳眼蓮各分成2組（A、B組），每組3桶，每桶3株（合計18株），在其中一組中加入活化的液體混合菌劑。3桶只加入液體混合菌劑和3桶空白對照組（CK），共計18桶。

培養條件：所有分組保持培養條件一致，均是放在光照充足、通風狀況良好的自然條件下進行培養，每7 d加1次生活污水，加水量1 L，每15 d測1次水樣中氨氮與總磷的含量。

1.3 數據處理

利用Excel軟件進行數據處理，用Origin軟件作圖并進行顯著性差異分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水樣中氨氮含量的影響

由圖1可以看出，水樣最初的氨氮含量均為4.2 mg/L，空白組在整個試驗過程中氨氮濃度基本沒有發生變化。而其他處理組經過15 d的培養各桶的氨氮含量都在減少，其中去除效果最明顯的是類紫根鳳眼蓮及液體混合菌劑的組合。培養至30 d氨氮的去除效果有了比較顯著的差異，普通鳳眼蓮、液體菌劑單獨使用時效果不及類紫根鳳眼蓮、普通鳳眼蓮與菌劑混合，類紫根鳳眼蓮與菌劑混合的效果強。培養至45 d的結果更加明顯，其中氨氮去除率最強的是類紫根鳳眼蓮與液體菌劑聯合作用組，與空白對照組相比差異極顯著。效果其次的是普通鳳眼蓮與菌液組合。菌液單獨處理效果最差。

2.2 不同處理對水樣中總磷含量的影響

由圖2可以看出，隨著培養時間的延長，水樣中的總磷含量都在不斷減少，只有空白的污水中總磷的含量基本保持不變。其中，類紫根鳳眼蓮與液體菌劑共同作用的水樣總磷濃度下降最為明顯，其次是類紫根鳳眼蓮單獨作用，與普通鳳眼蓮加菌劑的效果較為接近；但就單一處理來說，鳳眼蓮對降低總磷濃度的能力比液體混合菌劑單一處理作用效果明顯。經過45 d處理，類紫根鳳眼蓮和液體菌劑組合使水樣中總磷含量從最初的1.7 mg/L降至0.25 mg/L，差異極顯著。與氨氮有所不同的是，在降低總磷濃度的效果中，類紫根鳳眼蓮單獨使用比普通鳳眼蓮與菌劑組合的效果強。

2.3 不同處理對水樣中氨氮的去除效率

由圖3可以看出，氨氮的去除效率各處理組有很大的區別，其中類紫根鳳眼蓮與菌劑組合去除效率最高，為55%；單獨使用菌液的去除效率最低，為27%。其次，還可以看出普通鳳眼蓮去除氨氮的效果明顯比菌果好，而類紫根鳳眼蓮的去除效果明顯比普通鳳眼蓮的效果好。普通鳳眼蓮與菌劑混合的去除效果介于類紫根鳳眼蓮與普通鳳眼蓮之間。

2.4 不同處理對水樣中總磷的去除效率

由圖4可以看出，單獨使用鳳眼蓮去除總磷的效果比單一菌液好，類紫根鳳眼蓮去除效果也比普通鳳眼蓮好，普通鳳眼蓮與菌液組合使用效果與類紫根鳳眼蓮與菌液組合后的效果相類似。組類紫根鳳眼蓮與菌劑混合后經過45 d的培養對于總磷的去除效率能力最強，達到85%。與氨氮去除率相比，該組合在總磷的去除能力上尤為突出。

3 結論與討論

從試驗結果中可以看出，鳳眼蓮對富營養化水體的凈化效果與鳳眼蓮的品種直接相關，類紫根鳳眼蓮與普通鳳眼蓮兩者之間不僅從外觀形態上有著非常明顯的不同，進而在本試驗結果上表現出明顯的區別。表現為在氨氮與總磷的去除效果上類紫根鳳眼蓮都比普通鳳眼蓮強，此結果與唐靜杰等[7]、徐在寬等[8]利用改良鳳眼蓮品種得到凈水效果類似。其原因為植物對于氮磷的需求主要由根系從周圍環境吸收，由于類紫根鳳眼蓮具有非常強大的根系，其相應的吸收能力也會有所增強。

本試驗所采用的微生物菌液是在自主研發的高效微生物菌劑的基礎上克服固體菌劑相對活性較弱、效率較低的缺點，改用生產周期短、活性高的液體菌劑加以應用。該菌液為含有乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌等多種微生物的混合菌液。但從單一使用試驗結果來看其效果并不突出，其主要原因是微生物對污水的凈化主要作用于有機物，而對氨氮、總磷的直接作用較小。但在與鳳眼蓮組合使用之后，無論是類紫根鳳眼蓮還是普通鳳眼蓮其凈化效果都得到了加強。這是因為微生物一方面可以吸收利用氨氮及有機磷，同時還可以促進水葫蘆根系的生長及吸收，二者對污水起到協同凈化的作用[9]。富營養化水樣經過類紫根鳳眼蓮與液體混合菌劑組合處理，由一開始氨氮4.2 mg/L、總磷1.7 mg/L的濃度下降為氨氮1.89 mg/L、總磷0.24 mg/L，氨氮去除效率達到了55%，總磷去除效率達到了85%，顯示最好的凈化效果。此結果與其他水生植物的凈水效果相比毫不遜色[10-12]。而且此效果是在短期處理中得到的，相信隨著處理時間的延長，凈水效果還會進一步凸顯。值得注意的是在實際應用當中還需考慮快速增長的鳳眼蓮后期的處理問題。鳳眼蓮的后期處理不僅只集中于打撈和收集，其資源化利用極其廣泛，目前鳳眼蓮已被應用于制作飼料，制備肥料；同時還被應用于制作清潔燃料能源等[13]。故利用合適的水生生物如類紫根鳳眼蓮與微生物技術相結合作為一種價格低廉有效的組合生態修復技術是切實可行的。endprint

4 參考文獻

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