人工生物浮床技术治理富营养化水体的植物遴选_卢进登

第27卷第4期2005年12月湖北大学学报(自然科学版)

Journal o fH ube iU niversity(N atural Science)

V o.l 27 N o .4

D ec .,2005

文章编号:1000-2375(2005)04-0402-03

人工生物浮床技术治理富营养化水体的植物遴选

卢进登,帅方敏,赵丽娅,康 群,李兆华

(湖北大学资源环境学院,湖北武汉430062)

摘 要:利用人工生物浮床栽培植物20余种,成活率大都在70%以上,有的甚至达到或接近100%。从成活率和生长量的角度,研究认为美人蕉、水蕹菜、牛筋草、香蒲、芦苇、荻、水稻等7种植物作为浮床栽培植物是较合适的.研究也表明人工生物浮床的构建合理、浮床植物的栽培方法得当,作为治理富营养化湖泊的技术之一是可行的.

关键词:人工生物浮床;富营养化;总氮;总磷中图分类号:X 171 文献标志码:A

收稿日期:2005-01-14

基金项目:湖北大学创新团队项目资助

作者简介:卢进登(1965- ),男,博士生,副教授

人工生物浮床技术是按照自然界自身规律,人工把高等水生植物或改良的陆生植物,以浮床作为载

体,种植到富营养化水体的水面,通过植物根部的吸收、吸附作用和物种竞争相克机理,削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质,从而达到净化水质的效果,同时又可营造水上景观

[1]

.尽管目前人工生物浮

床的提法并不多见,但从这一概念出发,如/生物浮岛0[2]

、/生物浮床0[1]

、/人工浮岛0[3]

、/浮岛无土栽培0[4~6]

等概念都属于这一范畴.生物浮床具有可移动式运行,无动力、无维护,使用寿命长等特点.为满

足景观要求,可以将浮床制成不同的形状.其构建方式主要有泡沫板栽培和人工蛭石袋栽培[7]

等.

据不完全统计,到目前为止对用于净化富营养化水体的高等植物进行过研究的有近80余种,主要是一年生或多年生草本植物和花卉等.且利用水生高等植物净化污水成本低,效果好,简单易行,这方面

的研究和应用近年来已有报道[8、9]

.目前已用于或可用于人工生物浮床净化水体的植物主要有美人蕉、芦苇、荻、多花黑麦草、水稻、香根草、牛筋草、香蒲、菖蒲、石菖蒲、水浮莲、海芋、凤眼莲、土大黄、水芹菜、水雍菜、旱伞草、灯心草

[1,5,6,10~12]

等等.

人工生物浮床净化富营养化水体的作用主要表现在¹对浮游植物的削减:1995年日本研究者在霞浦(土浦市大岩田)进行一次隔离水域试验,试验标明,在生物浮床占有率只有25%的条件下,削减了94%的植物性浮游生物

[3]

.º对水体中营养物质的去除:大多数植物都可以直接从水层和底泥中吸收

氮、磷,并同化为自身的结构组成物质(蛋白质和核酸等),因此能对富营养化水体起到很好的修复效果.浮床植物对受试水体中营养物质(TN 、TP)的去除效果已有较多报道,去除率大都能达到70%以上

[1,5,8,10,13]

.»对重金属的富集:环境中的重金属和一些有机物并非是植物生长所需要的,并且达到一

定程度后具有毒害作用,对于此类化合物,一些植物也演化出了特定的生理机制使其脱毒,并能对重金属进行吸收、富集,从而具有一定的去除水体重金属污染功能.如凤眼莲能富集镉、铬,铅、汞、砷、硒、铜、

镍等多种重金属,吸收降解酚、氰等有毒有害物质,并能抑制藻类生长;水浮莲能富集汞、铜等[14]

.

此外,人工生物浮床还具有良好的景观效果、增加生物多样性以及一定的经济效益等综合效益,使得这一技术将具有广阔的应用前景.

1 材料与方法

1.1 浮床构建本研究选用100@100@4c m 3

平整泡沫板,按间距6c m 、孔径4c m 打孔,用于扦插植物.

第4期卢进登等:人工生物浮床技术治理富营养化水体的植物遴选

根据植物体的大小或每孔扦插、或隔孔扦插.将栽培好植物的泡沫板放入受试水体,用竹片和软绳把浮床模板一块块连接起来.浮床整体组装完成后,四周固定,浮床即构建完毕.1.2 试验方法 密切观察浮床植物的生长状况,统计植物的成活率;按照生物统计调查的方法采集浮床植物样品;按照/生物污染监测0的方法制备植物样品;对植物样品进行含水率、氮磷含量、重金属含量等指标的测定.

2 结果分析

2.1 浮床栽培植物种类 本研究利用浮床共栽培了27种植物,其中花卉类9种:美人蕉、旱伞草、芝麻花、水芋头、吉祥草、紫罗兰、鸭跖草、马兰、玉帘;蔬菜类5种:水蕹菜、芹菜、大白菜、白菜、葱;饲料类7种:水稻、牛筋草、稗草、水花生、狗尾草、一年蓬、飞蓬;其它类6种:芦苇、荻、香蒲、羊蹄、水蓼、毛蓼.2.2 浮床栽培植物的成活率及生长量 经统计,浮床栽培植物的成活率及在两个月的生长期内生物生长量如表1所示.

表1 浮床栽培植物的成活率(%)及生长量(kg 鲜重#m -2)植物成活率生长量植物成活率生长量美人蕉98.521.3牛筋草10026.5旱伞草95.35.4稗草10024.3

芝麻花95.43.1水花生99.320.5水芋头94.44.7狗尾草92.51.5吉祥草81.81.8一年蓬95.52.3紫罗兰93.22.2飞蓬94.72.8鸭趾草85.42.2芦苇83.223.1马兰75.51.3荻84.325.3玉帘84.60.9香蒲70.615.7水蕹菜99.129.2羊蹄1004.5芹菜93.75.6毛蓼88.813.2水稻

99.6

23.6

水蓼

95.3

16.7

由于大白菜、白菜、葱等3种植物未能栽培成活,在表中没有列出.从表中可以看出,所选择的浮床栽培植物大都有较高的成活率,除不能成活的植物外,成活率最低的香蒲也达到了70%,成活率达到或接近100%的有牛筋草、稗草、毛蓼、水稻、水蕹菜、美人蕉.值得说明的是,香蒲、芦苇和荻都是湿生植物,成活率应该是很高的,在本试验中成活率较低是由于栽培方法造成的.在栽培时,这些植物在野外已经生长得较为高大了,因此将植物的大部分茎叶剪掉,只保留了10c m 左右的茎干和部分根,这样栽培无疑会影响其成活率.若在这些

植物的苗期整株栽培,其成活率应能接近100%.从两个月生长期生物的生长量来看,超过20kg 鲜重/m 2

的植物有美人蕉、水蕹菜、牛筋草、芦苇、荻、水稻、稗草,其中生长量最大的是水蕹菜(接近30kg 鲜

重/m 2

,这与其匍匐水面生长有关),其次分别是牛筋草、荻、稗草、水稻、芦苇和美人蕉.同样值得说明的是,香蒲、芦苇和荻的成活率若提高,则它们的生长量应该是很大的.

生物浮床治理富营养化水体的目的是通过植物的生长从水体中吸收氮、磷等营养物质,因此所选择的浮床植物必须有较高的成活率和在生长期内有较大的生长量.基于此,成活率70%以上,两个月的生

长期的生长量超过20kg 鲜重/m 2

的植物可作为浮床栽培的备选植物.尽管稗草也满足这一条件,但由于其是有害杂草,不予选取.

2.3 浮床植物的遴选结果 从成活率、生长量和综合效益等角度,研究认为美人蕉、水蕹菜、牛筋草、香蒲、芦苇、荻、水稻等七种植物可以作为人工生物浮床技术治理富营养化水体的优良备选植物.

3 结论与讨论

本研究表明人工生物浮床的构建合理、浮床植物的栽培方法得当,作为治理富营养化湖泊的技术之一是可行的.

浮床植物的栽培种类达20余种,成活率大都在70%以上,有的甚至达到或接近100%,表明大部分陆生草本植物和湿生植物都可是浮床建设的备选植物.

植物的生长量和对营养物质氮、磷的吸收量是浮床植物选择的关键.从成活率和生长量的角度,美人蕉、水蕹菜、牛筋草、香蒲、芦苇、荻、水稻等7种植物作为人工生物浮床植物是较好的.进一步对这7种浮床植物对富营养化水体的净化效果的研究也表明净化效果是良好的,其中芦苇的净化效果最好,以

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