豆瓣菜浮床栽培對富營養化水體凈化效果的研究

劉潁，徐文娟

（安徽農業大學園藝學院，合肥，230036）

富營養化是指水體接納過多的氮、磷等營養性物質，使藻類等浮游植物生長占優勢導致水生態系統的結構破壞和功能異化的過程[1]。據報道，我國90%以上的公園水體遭到不同程度的污染，TN、TP等指標超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）Ⅴ類標準[2]。

豆瓣菜（Nastuitium officinaleR.Br）為十字花科豆瓣菜屬，水生草本植物。淺根系，莖節易發生不定根。豆瓣菜的根系十分發達，可以吸附水體中的污染物質，耐污去污能力強，經濟價值較高，對外界生長環境條件要求相對降低，適應范圍廣，適應能力強[3]。

本試驗在室內條件下，利用浮床栽培豆瓣菜，研究其對不同濃度富營養化水體的凈化效果，旨在為凈化富營養化水體提供有效的防控辦法，同時采收該菜，獲得經濟效益。

表1 試驗濃度梯度設計 mg/L

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料：豆瓣菜，種子繁殖。

供試水體：取至安徽農業大學小池塘。

1.2 試驗設計

按照地表水環境質量標準和湖泊（水庫）富營養化評價方法及分級技術規定[4]，通過加水稀釋和添加適量的 KNO3、KH2PO4，以調整其初始氮磷濃度，把水體分為輕度富營養、中度富營養、重度富營養、極度富營養4個營養等級（見表1）。

采用40 L容積的塑料盆作為試驗容器。打孔的塑料泡沫板作栽培定植板，30個定植孔，每孔栽入1株植物，以脫脂棉加以固定。

待豆瓣菜植株高 10～15 cm，從中挑選出生長較一致的健壯植株，預處理后，分別放置在4種濃度的水體中進行培養，每個處理3次重復。每個濃度設置一個對照，對照組內只放置聚乙烯塑料泡沫板而無植物。

在試驗周期內，每天用蒸餾水補充因蒸發、蒸騰作用所損耗的水分，以保持體積不變。于自然狀態下培養7，14，21，28，35 d 后，取樣分析。

1.3 測定項目與分析方法

水質測定項目有 TN、TP、NH4+-N、NO3--N。各項指標的測定均參照《水和廢水監測分析方法》[5]。總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定。總磷（TP）采用鉬酸銨分光光度法測定。銨態氮（NH4+-N）采用納氏試劑光度法測定。硝氮（NO3--N）采用酚二磺酸分光光度法測定。

運用Excel 2007進行數據整理和制圖；SPSS進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 豆瓣菜對富營養化水體中營養鹽的去除效果

①對TP的去除效果 整個試驗過程中，不同富營養化水體中TP的變化見圖1。各試驗組和對照組TP的濃度均有明顯下降，各試驗組TP的去除率均高于對照組，從輕度富營養到極度富營養各試驗組TP的去除率分別比對照組提高了49.80%、61.32%、65.21%、70.57%，表明在水面栽培豆瓣菜對降低富營養化水體中TP的含量有一定的作用。

圖1 不同濃度富營養化水體中TP的變化

圖2 不同濃度富營養化水體中TN的變化

輕度富營養到極度富營養各試驗組中，TP的去除量分別為 0.144 mg/L、0.428 mg/L、1.279 mg/L 和 2.441 mg/L，去除率分別為68.37%、80.86%、86.99%、94.61%。可見，濃度越大，去除量和去除率越高。

②對TN的去除效果 由圖2可知，從輕度富營養到極度富營養對TN的去除率分別為54.41%、80.65%、90.73%、83.10%，與對照組相比，分別提高了29.04%、54.65%、65.92%、55.66%。豆瓣菜對各組富營養化水體中TN的去除率隨著TN濃度的升高而增加，重度富營養化水體TN的去除率最高，為90.73%，但是極度富營養化水體中TN的去除率低于重度營養化水體，說明豆瓣菜對TN的去除率有一定的限度，超過這個限度，去除率不升反降。

圖3 不同濃度富營養化水體中氨氮的變化

圖4 不同濃度富營養化水體中硝氮的變化

試驗后期，輕度富營養組TN的含量不降反升，這可能因為，輕度富營養化水體中營養有限，后期豆瓣菜部分衰敗產生的氨態氮重新釋放到水中所致[6]。

由圖3可知各組富營養化水體中氨態氮濃度的變化。在試驗前期，各組富營養化水體中NH4+-N的濃度均大幅度下降，重度富營養化水體NH4+-N的去除率最高，為95.54%，極富營養化水體中NH4+-N的去除率為85.29%。

試驗后期，除輕度富營養化水體中NH4+-N濃度有所上升外，其他各試驗組NH4+-N濃度幾乎沒有太大變化。其原因可能是因為，試驗后期豆瓣菜有部分衰敗死亡進入水體，造成水體中NH4+-N含量增加，由于植物和微生物的作用，極度富營養、重度富營養、中度富營養各試驗組中的豆瓣菜還能保持水體中的NH4+-N繼續下降，或者維持NH4+-N的動態平衡，而輕度富營養化水體，因為營養供應不足，植株死亡較多，所以在試驗后期表現出上升的趨勢。

④對NO3--N的去除效果 各組富營養化水體中NO3--N濃度的變化見圖4。試驗開始時，各組富營養化水體中的NO3--N均有一定程度的下降，大多是被豆瓣菜吸收了。在試驗中期，NO3--N濃度呈明顯的上升趨勢，結合圖3，這個階段可能發生了硝化反應，存在NH4+-N向NO3--N的轉化，并且植物的吸收作用，明顯小于硝化反應，NO3--N顯著上升。隨著時間的延長，因為NH4+-N在試驗前期已經被大量消耗，同時存在豆瓣菜的吸收作用和反硝化作用，最終水體中的NO3--N均表現出下降趨勢。

從輕富營養到極富營養各試驗組NO3--N去除率分別為61.45%、68.99%、87.64%、81.91%，與對照組相比，提高了53.40%、62.94%、80.99%、74.41%。可見，豆瓣菜對重度富營養化水體中NO3--N的去除效果最好。

3 結論與討論

豆瓣菜浮床栽培在4種不同濃度的富營養化水體中均能正常生長，并且可以有效地去除水體中的氮、磷等營養物質。在試驗初期TP、TN、NH4+-N的去除速率快，后期逐漸減慢。TP、TN、NH4+-N、NO3--N的去除量與水體各自初始濃度呈正相關。豆瓣菜對重度富營養化水體中的 TN、NH4+-N、NO3--N去除率最高，分別為90.73%、95.54%、87.64%，對極度富營養化水體中的TP去除率最高，達94.61%。

不同富營養化水體中NH4+-N和NO3--N的變化，總體呈現此消彼長的變化規律。NH4+-N的去除，除了植物吸收外，還可能由于水體中的氨氧化菌的硝化作用將NH3-N氧化成NO2--N、NO3--N。

試驗表明，豆瓣菜對磷的去除效果總體上好于氮，這可以是因為吸附作用對磷酸鹽在水體中的歸趨有重要影響[7]。磷酸鹽可以迅速通過吸附沉降作用或者通過植物吸收來去除水體中的磷[8]。而微生物對氮的分解是富營養化水體除氮的主要去除方式，水體中的氮除了可以通過植物吸收被去除外，還可以通過吸附和揮發，但相對于硝化和反硝化作用，這些去除途徑都是有限的[9]。

利用生態浮床栽培豆瓣菜對富營養化水體具有一定的凈化效果，同時豆瓣菜營養豐富、口感好，獲得很好的經濟效益。

[1]劉建康.湖泊與水庫富營養化防治的理論與實踐[M].北京：科學出版社，2003：14-17.

[2]趙慧娟.慈姑對水體中氮、磷的吸收作用及其生長和生理生態響應[D].上海：華東理工大學，2011.

[3]Cruz R M S,Vieira M C,Silva C L M.Effect of heat and thermosonication treatments on peroxidase inactivation kinetics in watercress (Nasturtium of ficinale)[J].Journal of Food Engineering,2006,72(1):8-15.

[4]王明翠，劉雪琴，張建輝.湖泊富營養化評價方法及分級標準[S].中國環境監測，2002，18（5）：48-49.

[5]國家環境保護局.水和廢水監測分析方法.4版[M].北京：中國環境科學出版社，2002.

[6]林春風.人工浮床及水生植物對富營養化水的凈化效果研究[D].吉林：吉林農業大學，2012.

[7]方焰星，何池全，梁霞，等.水生植物對污染水體氮磷的凈化效果研究[J].水生生態學雜志，2010，2（6）：39.

[8]伏彩中，肖瑜，高士祥.模擬水生生態系統中沉水植物對水體營養物質消減的影響[J].環境污染與防治，2006，28（10）：753-756.

[9]Lee C,Fletcher T D,Sun G.Nitrogen removal in constructed wetland systems[J].Engineering Life Science,2009,9(1):11-22.