生態(tài)溝渠吸收氮磷效果研究

摘 要：采用模擬溝渠試驗，研究了9種水生植物吸收氮磷能力的差異，并選擇氮磷吸收能力較好品種構建生態(tài)溝渠和氧化塘，研究其氮磷吸收效果。結果表明，種植水生植物后模擬溝渠水中氮磷殘留量顯著減少，美人蕉、狐尾藻、珍珠梅、海壽花和茭白的生物量高，氮磷的吸收量大，其中種植美人蕉和狐尾藻效果最佳。農田排水中氮磷通過生態(tài)溝渠水生植物吸收后濃度顯著降低;主溝總氮、可溶性氮和總磷濃度平均降低39.6%、40.1%和36.9%;支溝總氮、可溶性氮和總磷濃度可再平均降低6.6%、10.3%和13.6%;氧化塘總氮和總磷濃度可再降低17.7%和13.3%。生態(tài)溝渠可有效攔截水體氮磷，具有凈化水質的良好生態(tài)效益。

關鍵詞：水生植物;生態(tài)攔截;生態(tài)溝渠

中圖分類號：Q948 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2019）01-0039-04

Abstract： The difference of nitrogen and phosphorus uptake capacity of 9 aquatic plants was studied by simulated ditch experiment. The ecological ditch and oxidation pond were constructed by selecting the varieties with better nitrogen and phosphorus uptake capacity， and the

effect of nitrogen and phosphorus uptake was studied. The results showed that nitrogen and phosphorus residues in simulated ditch water were

significantly reduced after planting aquatic plants. The biomass of Canna glauca， Myriophyllum elatinoides， Sorbaria sorbifolia， Pontederia cordata and Zizania was high， and the uptake of nitrogen and phosphorus was high. Among them， planting Canna glauca and Myriophyllum elatinoides was the best. The concentration of nitrogen and phosphorus in farmland drainage decreased significantly after being absorbed by"aquatic plants in ecological ditches; the concentration of total nitrogen， soluble nitrogen and total phosphorus in main ditches decreased by 39.6%，"40.1% and 36.9% on average; the concentration of total nitrogen， soluble nitrogen and total phosphorus in branch ditches decreased by 6.6%， 10.3%"and 13.6% on average. The concentration of total nitrogen and total phosphorus in the oxidation pond could be further reduced by 17.7% and"13.3%. Ecological ditches can effectively intercept nitrogen and phosphorus in water， and have good ecological benefits of purifying water quality.Key words： aquatic plants; ecological interception; ecological ditches

我國化肥施用量大但肥料利用率較低，部分未被利用的氮、磷會隨田間排水進入地表水和地下水系統(tǒng)造成環(huán)境污染。由于氮、磷污染引起的富營養(yǎng)化和地下水污染問題日趨嚴重，農業(yè)面源污染逐漸被社會關注[1-2]。排水溝渠作為農田生態(tài)系統(tǒng)的一部分，不僅具有農田排水功能，還在消納農業(yè)面源氮磷污染起到重要的作用[3-4]。生態(tài)溝渠和人工濕地是以水生植物為主體的生態(tài)修復工程，水生植物可以緩解水流速度、沉淀泥沙，吸收水中氮磷，不僅具有凈化水質的功能，還有較高的觀賞價值，目前已成為農業(yè)面源污染防控研究熱點[5-9]。在溝渠中種植水生植物對氮磷的攔截凈化效果明顯優(yōu)于自然排水溝渠，有研究表明生態(tài)溝渠對氮、磷的去除率分別達到48%～64%和41%～70%，太湖地區(qū)研究表面生態(tài)溝渠水生植物可吸收氮、磷總量68.30%和78.45%[10-11]。目前，已有報道篩選出水生美人蕉、再力花、狐尾藻、燈心草等多種氮、磷去除能力較強的水生植物[12-17]。筆者采用模擬溝渠試驗，選擇了9種水生植物進行地表水中氮磷的吸收能力差異的研究，并選擇氮磷吸收能力強的水生植物構建生態(tài)溝渠和氧化塘，研究其氮磷消納效果，為指導當地農業(yè)面源污染防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

1.1.1 水生植物篩選試驗 試驗于2014年4—8月在湖南省瀏陽市沿溪鎮(zhèn)花園村進行。共設10個處理，分別為美人蕉、海壽花、狐尾藻、珍珠梅、茭白、黑三棱、再力花、黃菖蒲和千屈菜9種水生植物和對照（不種植物），每個處理設3次重復，共30個處理，隨機區(qū)組排列。水生植物種植在模擬溝渠中，模擬溝渠用水泥埂分割而成，規(guī)格為2 m×3 m=6 m2。模擬溝渠中灌入模擬田間水，水中氮磷濃度分別為30 mg/L（60%為硝態(tài)氮，40%為銨態(tài)氮）和0.6 mg/L，水深控制在20 cm，水生植物種植密度為40 cm×50 cm。管理方式與一般農田溝渠相同。

1.2.2 生態(tài)溝渠攔截和氧化塘消納試驗 試驗于2015年4—10月在湖南省長沙縣開慧鎮(zhèn)進行。生態(tài)溝渠設置

主溝和支溝各一條，主溝上游取樣點到中游取樣點攔截植物溝渠長度為143.9 m，中游取樣點到下游取樣點

攔截植物長度為262 m;支溝上游取樣點到下游取樣點攔截物長度為92.5 m。生態(tài)溝渠中種植海壽花、狐尾

藻、茭白、美人蕉和珍珠梅5種水生植物。在生態(tài)溝渠出水口設置氧化塘，面積為2.45 hm2，三分之一的面積種有狐尾藻、美人蕉、黃菖蒲和茭白4種水生植物。

1.3 采樣與測定

水生植物種植后20 d采模擬溝渠中的水樣，測定總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷和水溶性磷濃度;植物生長3個月后全部收獲，測定植株干重和全氮、全磷含量。生態(tài)溝渠每隔10 d左右采集主溝上、中、下游和支溝上、下游水樣，測定總氮可溶性氮和總磷濃度（采樣日期為2015年6月11日、6月21日、7月1日、7月11日、7月21日、8月1日、8月11日、8月21日、9月1日、9月11日、9月21日、10月1日、10月11日和10月21日，共測定14次）。前置庫塘同樣每隔10 d左右取進水口和出水口水樣，測定總氮和總磷濃度。植株樣品烘干粉碎過篩后濃H2SO4-H2O2消解，全氮采用凱氏定氮法，全磷采用釩鉬黃比色法;水樣中總氮（徑流液濾紙過濾）采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定;硝、銨態(tài)氮采用AA3連續(xù)流動分析儀測定;總磷和水溶性磷采用過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定。

1.4 數據處理

所有數據采用DPS 7.05統(tǒng)計軟件和Excel 2007進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 氮磷高效吸收水生植物品種篩選

2.1.1 模擬溝渠水中氮磷殘留量分析 由表1可知，水生植物生長20 d后模擬溝渠水中氮磷含量明顯降低。CK處理氮磷含量下降的原因主要是溝渠水中的氮磷養(yǎng)分除了被水生植物吸收外，土壤吸附和固定、轉化為氣態(tài)揮發(fā)等途徑也占很大的比例，而氮素的揮發(fā)損失比較大，因此氮素的殘留比例明顯比磷素要低。種植水生植物后模擬溝渠水中氮磷殘留量都顯著低于CK處理，而不同水生植物處理間的差異很大。種植美人蕉水中總氮殘留量顯著低于其他處理;種植海壽花、狐尾藻和珍珠梅總氮殘留量也較低，而種植不同水生植物水中銨態(tài)氮殘留量無顯著差異，處理間硝態(tài)氮殘留量變化趨勢和總氮基本一致。種植美人蕉、海壽花、狐尾藻和珍珠梅水中總磷和水溶性磷殘留量較低，但種植不同水生植物處理間差異都不顯著。

2.1.2 水生植物生物量和氮磷吸收量分析 由表2可知，

不同水生植物生物量差異非常大，狐尾藻干重最高，其次為茭白和美人蕉，海壽花、再力花和珍珠梅干重顯著降低，黃菖蒲干重最低，僅為狐尾藻的37.1%。美人蕉的總氮吸收量最高，且顯著高于其他處理;海壽花、狐尾藻、珍珠梅和茭白總氮吸收量依次降低，但差異不顯著，黃菖蒲和千屈菜都顯著低于其他處理。總磷吸收量狐尾藻最高，海壽花、茭白和再力花依次降低且差異不顯著，千屈菜顯著低于其他處理。

2.1.3 氮磷高效吸收水生植物品種分析 通過水生植物生長前期模擬溝渠中水的養(yǎng)分殘留量和水生植物氮磷吸收量分析，狐尾藻生物量最高，其次為美人蕉和茭白;狐尾藻、美人蕉、海壽花、珍珠梅和茭白的總氮和總磷吸收量都較高;種植美人蕉、海壽花、狐尾藻和珍珠梅模擬溝渠水中總氮、總磷和水溶性磷殘留量較低，對溝渠水的凈化效果好，其中種植美人蕉和狐尾藻對溝渠水凈化效果最佳。

計算溝渠養(yǎng)分殘留量與水生植物生物產量之間的相關性結果表明，總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總磷和水溶性磷與植物干重之間勻呈顯著負相關，相關系數依次分別為-0.679、-0.714、-0.714、-0.669、-0.728，說

明溝渠植物對養(yǎng)分的攔截效果與植物生長量密切相關。

2.2 生態(tài)溝渠對水體氮磷攔截效果

2.2.1 不同時期生態(tài)溝渠總氮濃度變化 由圖1和圖2可知，所有時期主溝總氮濃度上游>中游>下游，尤其是8月1日到9月1日差異較大;支溝總氮濃度上游>下游。從各個時期的總氮濃度平均值來看，主溝上、中、下游依次分別為2.170、1.684和1.312 μg/mL，支溝上游和下游分別為1.439和1.344 μg/mL。主溝總氮中游比上游降低22.5%，下游比中游降低22.1%，下游比上游降低39.6%;支溝總氮濃度下游比上游低降6.6%。

2.2.2 不同時期生態(tài)溝渠可溶性氮濃度變化 由圖3和圖4可知，所有時期主溝可溶性氮濃度上游>中游>下游，是8月1日到9月1日差異較大;支溝可溶性氮濃度上游>下游。從各個時期的來看，主溝上、中、下游可溶性氮濃度平均值依次分別為1.945、1.356和1.165 μg/mL，支溝上游和下游分別為1.195和1.072 μg/mL。主溝可溶性氮中游比上游降低30.3%，下游比中游降低14.0%，下游比上游降低40.1%;支溝總氮濃度下游比上游降低10.3%。

2.2.3 不同時期生態(tài)溝渠總磷濃度變化 由圖5和圖6可知，所有時期主溝總磷濃度上游>中游>下游，支

2.2.4 生態(tài)溝渠對氮磷吸收效果 綜上所述，所有時期主溝總氮、可溶性氮和總磷濃度均為上游>中游>下游，支溝上游>下游，水中氮磷經過水生植物吸收后濃度明顯下降，主溝總氮、可溶性氮和總磷濃度平均降低39.6%、40.1%和36.9%，支溝總氮、可溶性氮和總磷濃度可再平均降低6.6%、10.3%和13.6%。說明生態(tài)溝渠種植植物對氮磷具有良好生態(tài)攔截作用，能達到凈化水質，減輕由農田氮磷聚集引起的河流水體富營養(yǎng)化的功效。

2.3 氧化塘對氮磷吸收效果

3 結 論

（1）種植水生植物模擬溝渠水中總氮、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮殘留量比不種植水生植物分別減少22.4～60.6、24.5～39.3和13.6～52.2個百分點;總磷和水溶性磷殘留分別減少17.4～34.8和23.1～38.5個百分點。不同水生植物對氮素的吸收差異大于磷素的吸收差異;而對硝態(tài)氮吸收差異明顯大于對銨態(tài)氮吸收差異，因此，不同水生植物對氮素吸收差異主要是對硝態(tài)氮吸收的差異影響。

（2）供試9種水生植物中美人蕉、狐尾藻、珍珠梅、海壽花和茭白的生物量高，對氮磷的吸收量大，模擬溝渠水中總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總磷和水溶性磷濃度都較低，對溝渠水的凈化效果好，其中種植美人蕉和狐尾藻對溝渠水凈化效果最佳，與張樹楠等[4]研究結果一致。

（3）農田排水中氮磷經過水生植物吸收后濃度明顯下降，主溝總氮、可溶性氮和總磷濃度平均降低39.6%、40.1%和36.9%;支溝總氮、可溶性氮和總磷濃度可再平均降低6.6%、10.3%和13.6%;氧化塘總氮和總磷濃度降低17.7%和13.3%。生態(tài)溝渠和氧化塘對氮磷具有良好生態(tài)攔截作用，水質凈化效果明顯。

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（責任編輯：肖彥資）