6种四季常绿浮床植物脱氮除磷效果研究

摘 要：通过大量分析和研究，筛选出忍冬、羽衣甘蓝、千鸟花、鸢尾、常绿萱草、钓钟柳6种植物进行了室内静态耗竭试验，对比研究其夏冬两季生长特性和脱氮除磷效果，为生态浮床系统在长江三角洲地区的全年应用提供了科学依据。

关键词：浮床植物；富营养化；净化

中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2013）14-99-03

近年来，由于社会经济的不断发展，工农业及生活废水排放量日益增多，水体富营养化问题也越来越严重。物理、化学及生物修复技术是治理水体富营养化的主要方法[1-3]。其中生态浮床修复技术由于其便于移动、易维护、成本低廉、使用寿命长及修复效果好等优点[4]已得到广泛应用，并在上海、无锡等地区取得了一定效果[5]。但是由气候、温度等原因产生的植物修复的周年循环问题，一直未得到良好解决[6]。笔者通过大量数据文献分析，筛选出20余种可周年应用的潜在浮床植物（表1）并进行实验室研究，从研究结果分析，发现忍冬、萱草、钓钟柳、千鸟花、鸢尾和羽衣甘蓝在水体中易存活、生长快，且具有一定观赏性。因此，确定对以上6种植物进行室内静态耗竭试验，对比研究其夏冬两季生长特性、脱氮除磷效果，为生态浮床系统在长江三角洲地区的全年应用提供科学依据。

表1 被选植物种类及简介

[序号＼&名称＼&类别＼&花期＼&1＼&嚏根草＼&多年生常绿草本＼&冬末春初开花＼&2＼&羽衣甘蓝＼&二年生草本＼&花期4～5月＼&3＼&诸葛菜＼&二年生草本＼&晚春开花＼&4＼&常绿水生鸢尾＼&多年生常绿草本＼&花期5月＼&5＼&石菖蒲＼&多年生常绿草本＼&花期4～5月＼&6＼&常绿萱草＼&多年生宿根草本＼&花期6～7月＼&7＼&石蒜（多种）＼&多年生草本＼&花期7～9月＼&8＼&剑叶金鸡菊＼&多年生草本＼&花期5～9月＼&9＼&富贵草直立种＼&常绿灌木＼&＼&10＼&北海道黄杨＼&常绿灌木＼&＼&11＼&花叶燕麦草＼&多年生常绿宿根草本＼&＼&12＼&忍冬＼&多年生半常绿小灌木＼&花期4～6月＼&13＼&千鸟花＼&多年生宿根草本＼&花期7～9月＼&14＼&瞿麦＼&多年生草本植物＼&＼&15＼&蓝羊茅＼&常绿草本＼&开花期5月＼&16＼&钓钟柳＼&多年生常绿草本＼&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＼&灌木或小乔木＼&花期6～9月＼&19＼&银石蚕＼&常绿灌木＼&花期春季＼&20＼&迷迭香＼&常绿小灌木＼&＼&]

1 材料与方法

1.1 试验材料 室内模拟试验材料6种陆生植物：忍冬、羽衣甘蓝、千鸟花、鸢尾、常绿萱草、钓钟柳均来自当地，在供试水样中预培养1周后，选取生长良好且均匀一致的植株用于植物筛选试验。供试水样为富营养化河水。

1.2 试验设计 植物筛选试验植株采用泡沫板（40cm×10cm）浮床栽培，以方形PVC桶（60cm×40cm×37cm）为容器，在泡沫板上以“4×3”布局均匀打孔12个，每孔栽入1～3株植株，用海绵条加以固定，另设无植物组为对照，每处理2次重复。每个容器加水量为70L，试验期间不换水，平均每周取水样1次，因取样、植物吸收和蒸发损失水分用蒸馏水进行补充。试验在实验室温室内进行，夏冬2个周期分别为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。由于钓钟柳、千鸟花冬季枯萎，生长缓慢，冬季不做室内研究，以新发的鸢尾、羽衣甘蓝代替。

1.3 分析方法 在夏冬2个周期分别用重量法测定水生植物的起始和终止生物量，取2株烘干后的植物样品用碾磨机粉碎，过孔径0.25mm筛后保存，用于测定植物氮、磷含量。水质TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB11894―89），TP采用钼酸铵分光光度法（GB11893―89）。植株氮、磷含量在2个周期的起始和终止各测定1次，预处理好的植物样品采用浓硫酸-过氧化氢法消解，消解完成后植株TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB11894―89），TP采用钼酸铵分光光度法（GB11893―89）测定。

2 结果与分析

2.1 浮床植物夏冬两季生物量变化

2.1.1 夏季变化 各种植物均长势良好，每株植物都有新叶发出，植株长高，根系生长状况良好。由表2可知，试验期间忍冬的生物量增长最快，由9.13g、8.93g增加到15.30g、14.05g，平均增重62.54%；钓钟柳的生物量增长速度次之，增重50.88%；千鸟花和萱草量增长速度较慢。

表2 植物生物量夏季变化

[名称＼& 2010-07-11 ＼& 2010-08-03 ＼&A板增重

（%）＼&B板增重

（%）＼&平均增重

（%）＼&A板质量（g/株）＼&B板质量（g/株）＼&A板质量（g/株）＼&B板质量（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＼&千鸟花＼&7.80＼&7.74＼&12.09＼&10.94＼&55.03＼&41.26＼&48.14＼&钓钟柳＼&25.01＼&25.26＼&37.34＼&38.50＼&49.33＼&52.44＼&50.88＼&]

2.1.2 冬季变化 各种植物均长势良好，都有新叶发出且保持嫩绿，植株长高，根系生长状况良好。由表3可知，试验期间忍冬的生物量增长最快，由20.09g、22.55g增加到25.48g、30.83g，平均增重31.79%；鸢尾的生物量增长速度次之，增重19.89%；羽衣甘蓝生物量增长较慢，萱草仅增长2.94%。与夏季植物相比，各种植物明显增重减少，生长速率降低。

表3 植物生物量冬季变化

[名称＼& 2011-02-28 ＼& 2011-03-21 ＼&A板增重

（%）＼&B板增重

（%）＼&平均增重

（%）＼&A板质量（g/株）＼&B板质量（g/株）＼& A板质量（g/株）＼&B板质量（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＼&鸢尾＼&64.11＼&＼&76.86＼&＼&19.89＼&＼&19.89＼&羽衣甘蓝＼&57.52＼&58.26＼&63.97＼&63.63＼&11.20＼&9.22＼&10.21＼&]

2.2 浮床植物体内氮磷变化情况

2.2.1 夏季植物体内TN、TP变化 由表4数据可以看出，所选植物在中度富营养化的水环境中生长，组织内的营养重新分配，虽然植物质量在增加，但是平均营养含量却在减少。

表4 植物体内TN、TP夏季变化（%）

[＼& 鸢尾 ＼& 忍冬 ＼& 常绿萱草 ＼& 钓钟柳 ＼& 金鸡菊 ＼& 千鸟花 ＼&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＼&]

与表2建立联系，植物累计平均每箱吸收水中TN为：忍冬0.128g、千鸟花0.135g、钓钟柳0.289g、常绿萱草-0.046g；植物累计吸收水中TP为：忍冬0.043g、千鸟花0.008g、钓钟柳-0.010g、常绿萱草-0.044g（表5）。

表5 夏季植物体内TN、TP增量（g）

[名称＼& TN ＼& TP ＼&A板体内TN增加＼&B板体内TN增加＼&平均增量＼&A板体内TP增加＼&B板体内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＼&千鸟花＼&0.153 84＼&0.115 67＼&0.134 76＼&0.011 05＼&0.005 21＼&0.008 13＼&钓钟柳＼&0.273 01＼&0.298 06＼&0.285 54＼&-0.011 06＼&-0.009 22＼&-0.010 14＼&]

2.2.2 冬季植物体内TN、TP变化 由表6数据可以看出，与夏季相似，植物组织内的营养重新分配，但是植物在长大、长高的同时，平均营养含量也升高。

表6 植物体内TN、TP冬季变化（%）

[＼&常绿萱草＼&羽衣甘蓝＼& 忍冬 ＼& 鸢尾 ＼&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＼&]

植物累计吸收水中TN为：忍冬0.631g、羽衣甘蓝1.81g、鸢尾-0.036g、常绿萱草-0.035g；植物累计吸收水中TP为：忍冬0.114g、羽衣甘蓝0.243g、鸢尾0.011g、常绿萱草-0.003g（表7）。植物虽然生长速率变慢，但是对于水中氮磷的吸收却明显大于夏季，可见常绿植物冬季依然可以对水体中的氮磷进行有效的去除。其中，羽衣甘蓝的吸收效果非常明显，与其马上即将进入繁殖季节有关。

2.3 浮床植物培养水体中水质指标变化

2.3.1 培养水体夏季水质指标变化 忍冬、千鸟花、钓钟柳、萱草对总氮的去除率分别为86.86%、87.89%、88.86%、85.02%，钓钟柳>千鸟花>忍冬>萱草（图1）；对总磷的去除率分别为98.92%、88.86%、98.90%、85.01%，忍冬>钓钟柳>千鸟花>萱草（图2）。可以看出钓钟柳对总氮和总磷的去除效果都非常好，其中除了生物量较大、吸收较多外，还与钓钟柳根系相对发达有关，根系在为微生物提供生长场所的同时能够分泌更多的物质供微生物生长。

表7 冬季植物体内TN、TP增量（g）

[＼& TN ＼& TP ＼&＼&A板体内TN增加＼&B板体内TN增加＼&平均增量＼&A板体内TP增加＼&B板体内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＼&羽衣甘蓝＼&1.845 35＼&1.765 82＼&1.805 58＼&0.248 37＼&0.237 59＼&0.242 98＼&鸢尾＼&-0.035 75＼&＼&-0.035 753＼&0.010 94＼&＼&0.010 94＼&]

图1 夏季水体TN变化

图2 夏季水体TP变化

2.3.2 培养水体冬季水质指标变化 羽衣甘蓝、忍冬、萱草、鸢尾对总氮的去除率分别为25.94%、38.44%、48.74%、56.60%，鸢尾>萱草>忍冬>羽衣甘蓝（图3）；对总磷的去除率分别为95.83%、100%、61.69%、92.23%，忍冬>羽衣甘蓝>鸢尾>萱草（图4）。可以看出4种植物对总磷的去除效果都非常好，而对于总氮，相对于夏季去除率下降明显，说明温度对于植物代谢影响很大，特别是对总氮的去除，而无论低温、高温，磷源都消耗殆尽，成为限制植物生长的条件之一。

图3 冬季水体TN变化

图4 冬季水体TP变化

3 结论与讨论

3.1 结论 （1）被选20种陆生植物中，忍冬、鸢尾、萱草、羽衣甘蓝、千鸟花、钓钟柳均能很好地适应水生环境，成为良好的浮床植物。同时忍冬可以保持四季常绿，在冬夏两季均表现出良好的净化效果；萱草也可以保持四季常绿，可耐冬季低温，但是不能达到良好的去除氮磷的效果，可作观赏性浮床植物；羽衣甘蓝不耐高温，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种；千鸟花不耐冬季低温，只能运用于夏季；钓钟柳可以在夏季去除水中氮磷而冬季不腐烂，不会对水体造成二次污染，亦可以全年应用。绝大部分植物会在冬季凋零，重新污染水体。（2）由于试验条件和方法的不同，水体氮磷去除的主要途径分为植物吸收和微生物的硝化一反硝化去除2种[4]。本研究表明，浮床植物本身对水体净化效果有限，但高等植物群落内的水体及根际存在大量硝化细菌、反硝化细菌等微生物，其与微生物的协同净化作用是水体氮磷去除的主要途径，值得进一步研究。

3.2 讨论 浮床植物不能单一地应用于水体治理，不能从根本上实现净化水体的作用，需与生态浮床、微生物系统进行良好的结合才能达到治理的目的。但是浮床植物因其方便易操作、观赏性强、对水质环境的保持稳定作用，使其依然具有良好的发展前景。

参考文献

[1]Beltman B，Van den Broek T，Barendrect A，et a1. Rehabilitation of acidified and eutrophied fens in The Netherlands：Effects of hydrologic manipulation and liming[J].Ecological Engineering，2001，17（1）：21-31.

[2]Healy M G，Rodgers M，Mulqueen J. Treatment of dairy wastewater using constructed wetlands and intermittent sand filters[J].Bioresource Technology，2007，98（12）：2 268-2 281.

[3]宋丰明，汪银梅，曹文平.生态浮床的应用现状及发展[J].安徽农业科学，2011（11）：6 647-6 648.

[4]宋伟，周庆，王彦玲，等.几种植物净化能力的比较及浮床应用效果研究[J].江苏农业科学，2010（5）：474-477.

[5]张亚娟，王军霞，刘存歧，等.美人蕉浮床对富营养水体氮・磷去除效果的研究进展[J].安徽农业科学，2010（10）：395-396.

[6]黄蕾，翟建平，王传瑜，等.4种水生植物在冬季脱氮除磷效果的试验研究[J].农业环境科学学报，2005（2）：366-370.