不同植物對土壤中氮磷的凈化能力研究

褚丕圖 雷婧張綿綿

（1.河北省環(huán)境監(jiān)測中心站 石家莊 050000 2.河北省環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院 石家莊 050091）

不同植物對土壤中氮磷的凈化能力研究

褚丕圖1雷婧2張綿綿2

（1.河北省環(huán)境監(jiān)測中心站 石家莊 050000 2.河北省環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院 石家莊 050091）

選取黑麥草、水芹、香根草作為研究對象，對三種植物吸收和去除土壤中氨氮、總氮及總磷能力進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明：植物在污染物凈化過程中發(fā)揮著重要作用。其中黑麥草對氮的吸收總量最高，其氮的吸收總量達(dá)5.26～11.73g/m2，高出水芹0.4～4.9倍，高出香根草3.9～10.8倍。表明黑麥草通過自身吸收作用對土壤氮的去除能力高于水芹和香根草。三種植物對磷的吸收總量在試驗地中也均以黑麥草最高，同一植物在3種基質(zhì)試驗地的氮、磷吸收量則較接近。試驗基地的黑麥草總生物量均高于水芹和香根草。

植物；土壤；氮磷含量；凈化能力

在長期的土壤發(fā)育和演替過程中，當(dāng)水域受到污染后，一些污染物隨著水體通過沉淀或者由顆粒物吸附而蓄積在土壤中。土壤通常是水體內(nèi)氮磷物質(zhì)、難降解有機(jī)物、重金屬等污染物的儲存庫，受污染土壤大都成為所在水體的主要污染源。在一定條件下，土壤中的污染物可能會釋放出來造成二次污染。目前，土壤污染已成為世界范圍內(nèi)的重要環(huán)境問題之一。降解污染是土壤演替過程的生態(tài)功能之一，對化學(xué)物質(zhì)具有高效的處理和凈化能力。

氮素和磷素是植物生長過程中的主要營養(yǎng)元素，植物在生長過程中能夠不同程度的吸收土壤中氮、磷等元素，進(jìn)而達(dá)到凈化土壤的效果，減少環(huán)境受損的程度。根據(jù)實驗研究表明，土壤環(huán)境中的氮、磷含量可對植物體內(nèi)的氮、磷含量進(jìn)行測量，進(jìn)而可以得出植物對土壤中氮磷的吸收狀況，但當(dāng)土壤中氮、磷素富集時，同樣會對土壤的造成污染[1]。已有許多關(guān)于植物對土壤氮或磷吸收的報道[2～4]，但有關(guān)植物對土壤氮磷比影響的研究并不多。

本文根據(jù)對不同土壤的氮磷比的研究分析，探討不同植物對土壤的氮、磷凈化結(jié)果，為土壤凈化處理提供參考依據(jù)。此研究對于受氮、磷污染的土壤的改善有很大意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 植物凈化試驗

據(jù)研究表明，有80多種高等植物可以凈化土壤中氮、磷的污染，但每種植物對土壤中的氮磷吸收量各有不同，這些植物以一年生、多年生的草本植物和花卉居多。根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，利用植物自身的凈化能力，在植物的選擇上應(yīng)該利用當(dāng)?shù)仄贩N，或者把多種不同的植物進(jìn)行組合，從而更容易保持長期的穩(wěn)定性。同時，此選擇對降低成本、美化環(huán)境，也有很大的優(yōu)勢[5]。

1.2 植物凈化的成果

劉淑媛等人[5]的實驗研究用無土栽培水蕹菜、多花黑麥草和水芹等植物來凈化水體中的氮、磷含量，去除效果較好；王旭明等[6]實驗表明，水芹對土壤中的氮、磷有較好的去除效果；由文輝等人的實驗研究表明，對去除土壤中的氮、磷可利用水芹和水雍菜，這兩種植物具有很好的去除效果并且成本較低；同時，馬立珊等人[7]的研究實驗表明去除水體中的氮、磷含量可用浮床香根草且操作簡單；楊丹箐等人[8]實驗表明，水翁可去除富營養(yǎng)化水體氮磷等。Nathalieeta1.等人[9]的實驗研究利用商業(yè)化深液流（NFT）水培系統(tǒng)飄浮栽培毛曼佗羅來凈化修復(fù)城市生活污水，并取得了較好的成果。以上這些研究為修復(fù)水體、土壤氮、磷污染提供了參考和依據(jù)。

1.3 植物凈化的研究

Shaver及Bedford等人[10]指出，植物組織中的氮/磷比化學(xué)計量特征是確定植被受氮素還是受磷素限制的指示劑，確定植物生長受氮素還是磷素限制，當(dāng)?shù)?磷比計量達(dá)到合理范圍內(nèi)，對植物的生長、保持生物多樣性具有重要意義。

植物吸收氮、磷的量受土壤中可利用氮、磷含量的影響，因此，植物體內(nèi)氮/磷的變化直接受土壤中的氮/磷比的變化影響。從理論上推測，植物體內(nèi)氮、磷比受土壤中供給氮、磷比的影響；shaver等和Mamolos[10]等的研究表明，生境中氮和磷含量的變化直接影響植物體內(nèi)的氮、磷比；Bowman[10]研究表明，土壤氮/磷比不但能夠影響植物氮、磷比，而且前者的變化幅度比后者大，這是由于植物自身存在一定的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制導(dǎo)致的[11]。可見，土壤氮、磷比與植物體內(nèi)氮、磷比密切相關(guān)。

1.4 國內(nèi)外研究中存在的不足

近幾十年，國內(nèi)外利用植物凈化土壤中氮、磷的研究在理論研究和實踐應(yīng)用方面均取得了較大的進(jìn)展，但是仍有不足之處：目前我國水體修復(fù)工程的研究較多，可用于水體凈化的植物已經(jīng)有四五十種，而這些水生植物大多生長較快，凈化效果各有不同。但對于去除土壤中的氮、磷研究相對較少，雖然這些研究有一定的理論價值，但仍然存在應(yīng)用風(fēng)險，可能會帶來外來物種入侵等生態(tài)問題[12]。

針對目前研究的不足，本文以沿江地區(qū)不同土壤中氮磷比對不同植物的影響作為研究對象，通過試驗觀察，在不同的采樣點采集土壤試樣，并研究不同植物凈化土壤效果，綜合比較三種植物凈化能力的排序。

2 材料與方法

樣品采集：選取不同地段的土壤作為實驗基地，分別對水芹、黑麥草、香根草進(jìn)行培育。

方法原理：K2S2O8氧化紫外分光光度法測定；NH4+-N采用靛酚藍(lán)比色法測定；NO3-N采用紫外分光光度法測定；TP采用K2S2O8氧化鑰藍(lán)比色法測定[13]。植物樣：全N和全P采用H2SO4-H2O2消化測定。每種植物處重復(fù)取樣5次進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測指標(biāo)主要有 TN、TP。

2.1 實驗設(shè)計

在深圳沿江選取不同地段的土壤作為試驗基地，試驗基地選自不同污染的水源地周邊。試驗植物選取水芹、黑麥草和香根草在不同試驗基地進(jìn)行培育種植，三個試驗基地的N、P情況如表1所示。

表1 試驗基地N、P情況

實驗周期為15d，試驗開始后，每15d取三種植物的組織，以測出植物中氮、磷含量變化的情況，本實驗主要研究的植物種類如表2所示。

表2 植物種類

2.2 不同植物在試驗基地的生長情況

試驗期間，在三種實驗基地中的植物：水芹的植物增長率為4.36，黑麥草的植物增長率為12.00，香根草的增長率為6.79，因此，黑麥草的生長在三種植物中最為旺盛。植物的生長會受外界環(huán)境的影響，8、9月份外界環(huán)境氣溫偏高，因為黑麥草和香根草屬于喜溫植物，因受外界氣溫影響，所以黑麥草和香根草的增長速度較快，而水芹屬于喜涼植物，所以，受外界溫度偏高影響，其生長速度較慢。因此，植物的生長快慢與外界溫度有直接關(guān)系。

表3 不同植物增長率平均值

2.3 植物生物量的測定

經(jīng)過2個月的試驗，測量生長在試驗基地內(nèi)三種植物的總生物量在121.8～557.4g/m2之間，試驗基地的黑麥草總生物量均高于水芹和香根草。同一植物在不同生長系統(tǒng)中的總生物量存在差異，因此，引起植物生物量間差異的主要原因是植物種類和生長環(huán)境的不同。

三塊試驗基地中黑麥草、水芹和香根草的生物量分配也明顯不同。水芹的地上生物量比平均為143；黑麥草的地上生物量比平均為427；香根草與其他兩種植物相比較有更為發(fā)達(dá)的根系，所以其地上生物量比其他兩種植物低，平均值為3.3。

表4 試驗基地內(nèi)各植物的生物量干重

2.4 試驗基地中植物的N、P含量

表5的數(shù)據(jù)為實驗基地內(nèi)8、9月份各植物地上部分的氮、磷含量。經(jīng)過對各試驗基地中植物地上部分的氮、磷含量測量，并對其計算氮、磷含量的平均值。由表5可知，在不同的月份，受氣溫、水溫等環(huán)境變化的影響，黑麥草、水芹和香根草地上部的氮、磷含量不同。受不同氣溫、環(huán)境等變化影響，各實驗基地黑麥草地上部磷含量處升高的態(tài)勢，而水芹的磷含量處于降低態(tài)勢。

在三種試驗地內(nèi)植物地上部分的氮、磷含量均是水芹＞黑麥草＞香根草。水芹、黑麥草和香根草在三種試驗基地內(nèi)的氮、磷平均 含 量 分 別 為 26.33mg/g，3.33mg/g；24.34mg/g，2.64mg/g 和12.39mg/g，1.41mg/g。因此，不同植物的氮、磷含量有所不同，與植物自身的生理特性和生長環(huán)境有關(guān)。

表5 試驗基地內(nèi)各植物地上部分的N、P含量

2.5 試驗基地中植物N、P的吸收量

依據(jù)各試驗基地不同植物生物量和植物體內(nèi)氮、磷含量的測定，計算三種植物中的氮、磷吸收量，并相加求得各植物的氮、磷吸收總量。各實驗基地中，黑麥草對氮的吸收總量最高，其氮的吸收總量達(dá) 5.26～11.73g/m2，高出水芹 0.4～4.9 倍，高出香根草 3.9～10.8倍。表明黑麥草通過自身吸收作用對土壤氮的去除能力高于水芹和香根草。三種植物對磷的吸收總量在試驗地中也均以黑麥草最高，同一植物在三種基質(zhì)試驗地的氮、磷吸收量則較接近。

表6 試驗基地內(nèi)各植物的N、P吸收量

2.6 試驗基地中對土壤N、P的去除

圖1所示為黑麥草、水芹和香根草三種植物的吸收作用對各試驗基地中N，P的去除貢獻(xiàn)。黑麥草自身吸收的N分別約占1、2、3基地TN去除量的59.4%，56.2%和39.3%；實驗表明。黑麥草吸收的磷占各系統(tǒng)TP去除量的比率均高達(dá)88.0%以上。因此，種植黑麥草的各實驗基地，土壤的氮、磷去除效果較好，所以，植物的吸收作用為土壤中去除氮、磷的做了重大貢獻(xiàn)，也成為去除氮、磷的主要機(jī)制。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，水芹吸收的氮量占總?cè)コ康谋嚷蕿?0.2～37.6%。因此，水芹吸收土壤中氮的含量不多，效果不佳。水芹吸收的磷量占總?cè)コ康谋嚷蕿?6.8～34.5%，水芹吸收土壤中磷的含量不多，效果一般；所以，水芹的去除貢獻(xiàn)并不大。香根草在各基地中吸收的氮量占總?cè)コ康谋嚷?.8～17.6%，其對土壤中氮的吸收也不能起到主要去除作用。有數(shù)據(jù)可知，香根草對土壤中磷的去除率也很小。

圖1 3種植物的吸收作用對各試驗基地中N，P的去除貢獻(xiàn)

2.7 結(jié)果與討論

實驗研究表明，植物生物量差異主要取決于植物自身的生理特性、對環(huán)境營養(yǎng)的吸收及對周圍生長環(huán)境的適應(yīng)性。試驗期間，對黑麥草進(jìn)行了兩次收割后，黑麥草的生物量明顯增加。所以，兩次收割刺激了其自身的生長。黑麥草、水芹和香根草在各試驗基地不同土壤內(nèi)的正常生長也說明了三種植物對生長環(huán)境有很好的適應(yīng)性。

3 結(jié)論

本文針對目前研究的不足，以深圳沿江地區(qū)土壤中N、P比對不同植物的影響作為研究對象，通過觀察分析，在不同的土壤中N、P比情況，針對不同種植物凈化土壤效果，綜合比較植物凈化能力序列。實驗結(jié)果表明：黑麥草對土壤中的氨氮、總氮及總磷的去除效果明顯，水芹其次，而香根草的效果最差。其次三種植物對土壤中的的總磷去除效果不明顯。

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