第３２卷第２期２０１１年 ３月水生态学杂志
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｙｄｒｏｅｃｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．２
Ｍａｒ．
， ２０１１ 收稿日期：２０１０－１１－１９
基金项目：北京市科委项目（ＮＯ：Ｄ１０１１０５０４６２１０００４）；现代农业产业技术体系建设专项（ｎｙｃｙｔｘ ４９ ４６）。
通讯作者：朱华。Ｅ ｍａｉｌ：ｚｈｕｈｕａ＠ｆｉｓｈｅｒｙ．ｃｏｍ
作者简介：刘盼，１９８４年生，女，工程师，专业方向为渔业生态与环保。Ｅ ｍａｉｌ：ｌｐ１９８４０４０８２４＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
刘 盼，宋 超，朱 华，张清靖，贾成霞
（北京市水产科学研究所，北京 １０００６８）
摘要：以紫叶酢浆草（Ｏｘａｌｉｓｔｒｉａｎｇｕｌａｒｉｓ）、凤眼莲（Ｅｉｃｈｈｏｒｎｉａｃｒａｓｓｉｐｅｓ）和大漂（Ｐｉｓｔｉａｓｔｒａｔｉｏｔｅｓ）为试验对象，研究了其生长状况及对３种不同富营养化水体的净化效果，分析了３种水生植物对水体中总磷、总氮和氨氮的吸附能力。结果表明，３种水生植物在富营养化水体中可以正常生长。大漂对３种不同富营养化程度水体的总磷吸收率分别为９
３．５８％、９７．７２％和９６．６５％，紫叶酢浆草为８９．５７％、８３．７６％和８６．５４％，凤眼莲为９０．１１％、８５．０７％和９１．４６％；大漂对水体中总氮的吸收率分别为８９．０５％、９０．１８％和７３．５０％，紫叶酢浆草为６８．３２％、５９．７３％和７２．９０％，凤眼莲为６８．４５％、７１．４９％和７１．５３％；大漂对氨氮的吸收率为８５．８０％、９１．４８％和８８．６０％，紫叶酢浆草为７７ ５１％、７２．０７％和８９．６８％，凤眼莲为６８．８４％、９０．９０％和９０．８８％。试验表明，３种水生植物均能显著改善富营养化水体的水质。各项指标综合分析可见，大漂对富营养化水体的净化效果最为明显，凤眼莲次之。关键词：紫叶酢浆草；凤眼莲；大漂；净化作用
中图分类号：Ｘ１７１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７４－３０７５（２０１１）０２－００６９－０６
在人类活动的影响下，氮（Ｎ）、磷（Ｐ）等营养物质大量进入水体，水体富营养化日益严重，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧量下降、水质恶化、鱼类及其它生物大量死亡。研究表明，水生植物对Ｎ、Ｐ等有很强的吸收和利用作用，利用水生植物富集Ｎ、Ｐ是治理、调节和抑制水体富营养化的有效途径（葛滢等，１９９９）。水生植物不仅能为景观增添彩，还对水体起到净化作用（朱斌和陈飞星，２００２）。利用水生植物治理或修复富营养化水体，具有投资少、能耗小、对环境扰动小、植物资源可作为食品和饲料回收再利用等优点（张艺等，２００７）。近年来，利用植物净化水体的生态修复技术在国内外得到了广泛的应用，并且利用浮岛栽培各种植物处理富营养化水体的研究已有很多报道（宋祥甫等，１９９８；侯亚明，２００４；卢进登等，２００６；Ｓａｌｍｏｎｅｔａｌ，１９９８；Ｊａｍｅｓｅｔａｌ，２０００；ＣＡＬＨＥＩＲＯＳｅｔａｌ，２００７；ＪＡＮＪＩＴｅｔａｌ，２００７）。研究表明，１ｈｍ２
香蒲每年可吸收氮（Ｎ）２６３０ｋｇ、磷（Ｐ）４０３ｋｇ，不同生物量的伊乐藻２
００、３００、４００、５００ｇ对总氮（ＴＮ）的去除率分别为８４．１６％、９２．９５％、９２．７２％、９２．２４％，对总磷（ＴＰ）的去除率达９４．３１％、１００％、９７．３６％、９７．９１％
（贺锋和吴振斌，２００３）；黑麦草、水芹和香根草均可有效地去除污水中的Ｎ和Ｐ（靖元孝等，２００２；朱伟等，
２００４；郭沛涌等，２００７）。但这些水生植物多不适合北京的环境，并且经济效益和利用价值较低，市场前景较差。
本次研究选取紫叶酢浆草（Ｏｘａｌｉｓｔｒｉａｎｇｕｌａｒｉｓ）、大漂（Ｐｉｓｔｉａｓｔｒａｔｉｏｔｅｓ）和凤眼莲（Ｅｉｃｈｈｏｒｎｉａｃｒａｓ ｓｉｐｅｓ）３种具有观赏价值的水生植物作为试验对象，研究其对富营养化水体的净化能力。这３种水生植物植株姿态俊美，是值得大力推广的优异绿化植物。紫叶酢浆草原产南美，是极好的盆栽和地被植物，被成功引种后，在北京常作为大面积片植以供观赏，对其水面栽植富营养化水体的修复研究未见相关报道；凤眼莲和大漂是传统意义上对水质净化产生明显效果的物种。因此选取此３种水生植物，探讨其在室内环境下对富营养化水体的净化效率，为今后在野外环境合理运用水生植物进行水质净化提供基础数据。
１ 材料与方法
１．１ 试验材料
试验选取紫叶酢浆草、凤眼莲和大漂各２０株。１．２ 试验方法
植物在经过曝气的自来水中经过１周的适应性驯化，每个缸内放入２０株。试验过程中，每天曝气２ｈ，采用植物生长灯进行补光，光照时间为８ｈ。每周定期加入新鲜自来水补充蒸发流失。
根据《地表水环境质量标准ＧＢ３８３８－２００２》，设置３个不同的ＴＰ（以磷酸盐计）和氨氮（ＮＨ３ Ｎ）浓度梯度；参照试验室鱼缸实测水平，设定３个ＴＮ浓度（见表１）。试验水体除Ｎ、Ｐ元素外，其它营养元素按照霍格兰培养液设置（陈坚，２００３）。每个浓度设１个平行组，试验结果取均值。对照组不放植物，其余条件同试验组。每７ｄ取各缸中层水样，测定ＴＰ、ＴＮ和ＮＨ３ Ｎ，方法参照国家环保总局的《水和废水监测分析方法》。水质指标的去除率按下式计算： 去除率＝（Ｃ０－Ｃ）／Ｃ０×
１００％式中：Ｃ０为该次测定时的某种水质指标的原始浓度；
Ｃ为该次测定时经过某种植物净化之后水样的对应水质指标标准。试验数据用Ｅｘｃｅｌ２００３软件进行处理分析。
表１ 氮、磷营养元素的浓度梯度Ｔａｂ．１ ＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆＮａｎｄＰ
ｍｇ／Ｌ指标
项目浓度Ａ浓度Ｂ浓度Ｃ总磷
（ＴＰ）
地表水环境
质量标准０．２
（Ⅲ类）０．４
（Ⅴ类）０．８
（严重污染）
试验设定
０．３７０．３９
０．８６
总氮（
ＴＮ）地表水环境
质量标准２．０（Ⅴ类）５．０（严重污染）１０．０
（非常严重污染）
试验设定３．７４６．２２１１．２２氨氮（ＮＨ３
Ｎ）地表水环境
质量标准０．０１５（Ⅰ类）０．５（Ⅱ类）１．５
（Ⅳ类）试验设定
０．２８２
０．５２５
１．５８４
２ 结果
２．１ ３种水生植物对不同浓度总磷的吸收效率
图１分别为３种水生植物对不同设定浓度（Ａ、Ｂ、Ｃ）ＴＰ的吸收情况。由图可见，３个浓度下紫
叶酢浆草、凤眼莲和大漂对ＴＰ均有较好的去除效果，但相互之间差别不明显。至试验结束时，除浓度Ｃ中紫叶酢浆草试验组外（０．１２ｍｇ／Ｌ），水体中的ＴＰ浓度均降至《地表水环境质量标准ＧＢ３８３８－２００２》规定的Ⅱ类水（０．１ｍｇ／Ｌ）。
从试验结果来看，随着时间的延长，植物处理组和对照组的ＴＰ都呈下降趋势，不同的是，对照组ＴＰ下降较为平缓，植物组ＴＰ下降较快。在浓度Ａ中，紫叶酢浆草处理组在７～２１ｄ时下降最快，ＴＰ浓度已降至０．０７ｍｇ／Ｌ。在３个设定浓度中，大漂对水体中ＴＰ的去除效果最好，使浓度Ａ水体中ＴＰ浓度由
初始浓度降至０
．０２３ｍｇ／Ｌ，去除率为９３．５８％；浓度Ｂ水体中ＴＰ浓度由初始浓度下降到０．００９ｍｇ／Ｌ，去除率为９７．７２％；浓度Ｃ水体中ＴＰ浓度由初始浓度下降到０
．２９ｍｇ／Ｌ，去除率为９６．６５％。其次为凤眼莲，对浓度Ａ至浓度Ｃ水体的ＴＰ去除率分别为９０ １１％、８５．０７％、９１．４６％。最后为紫叶酢浆草，对浓度Ａ至浓度Ｃ水体的ＴＰ去除率分别为８９．５７％、８３．７６％、８６．５４％
。
图１ ３种水生植物对ＴＰ的吸收
Ｆｉｇ．１ ＲｅｍｏｖａｌｏｆＴＰｂｙｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｈｙｄｒｏｐｈｙｔｅｓ
２．２ ３种水生植物对不同浓度ＴＮ的去除效果
３种水生植物对富营养化水体中ＴＮ的去除效果见图２
。结果表明，各种花卉植物对低、中、高３种不同ＴＮ浓度水体均有去除效果；其中，大漂对ＴＮ的去除效果最强，在４２ｄ的植物生长期内，浓度Ａ水体中ＴＮ减少了３．３３ｍｇ／Ｌ，去除率为８９．０５％；浓度Ｂ水体中ＴＮ减少了５．６１ｍｇ／Ｌ，去除率为９０．１８％；浓度Ｃ水体中ＴＮ减少了９．３５ｍｇ／Ｌ，去除率为７３ ５０％。紫叶酢浆草和凤眼莲差异不显著。紫叶酢浆草对浓度Ａ至浓度Ｃ水体的ＴＮ去除率分别为６８．３２％、５９．７３％、７２．９０％；凤眼莲对浓度Ａ至浓度Ｃ水体的ＴＮ去除率分别为６８．４５％、７１．４９％和７１ ５３％。
０
７第３２卷第２期 水生态学杂志 ２０１１年３月
图２ ３种水生植物对ＴＮ的吸收
Ｆｉｇ．２ ＲｅｍｏｖａｌｏｆＴＮｂｙｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｈｙｄｒｏｐｈｙｔｅｓ
２．３ ３种水生植物对不同浓度ＮＨ３
Ｎ的吸收效果３种水生植物对ＮＨ３
Ｎ的吸收情况见图３。从本次试验结果来看，３种水生植物均在７～２１ｄ吸收ＮＨ３ Ｎ效率最高；在浓度Ａ中，凤眼莲试验组ＮＨ３ Ｎ浓度在７～２１ｄ由０．３０２ｍｇ／Ｌ下降至０．１１４ｍｇ／Ｌ，下降较快。至试验结束，凤眼莲对浓度Ａ水体ＮＨ３ Ｎ的去除率达６８．８４％，紫叶酢浆草为７７．５１％，大漂则达到８５．８０％；浓度Ｂ中，大漂试验组ＮＨ３ Ｎ浓度在７～１４ｄ由０．４７６ｍｇ／Ｌ降至０．０７８ｍｇ／Ｌ，试验结束时大漂的去除率为９１．４８％、紫叶酢浆草的去除率为７
２．０７％、凤眼莲的去除率达９０．９０％；浓度Ｃ则更为明显，在７～１４ｄ，大漂试验组ＮＨ３ Ｎ浓度由１．０８３ｍｇ／Ｌ降至０．４５４ｍｇ／Ｌ，至试验结束去除率为８８．６０％；紫叶酢浆草试验组由１．１９３ｍｇ／Ｌ降至０．４４２ｍｇ／Ｌ，去除率为８９．６８％；凤眼莲试验组由１．００４ｍｇ／Ｌ降至０ ３７８ｍｇ／Ｌ，去除率为９０．８８％。
３ 讨论
３．１ 水生植物对水体的净化原理
水生植物对水体的净化作用分为３个部分。首先，水生植物由于在其生长过程中需要吸收大量的Ｎ、Ｐ等营养元素，并当其从水生生态系统移出时，
被
图３ ３种水生植物对ＮＨ３
Ｎ的吸收Ｆｉｇ．３ ＲｅｍｏｖａｌｏｆＮＨ３
Ｎｂｙｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｈｙｄｒｏｐｈｙｔｅｓ吸收的营养物质随之被带走，从而可以降低水体中的Ｎ、Ｐ含量，减轻了水体的富营养化程度（童昌华等，２００３；岳春雷等，２００３；Ｍｕｎｇｕｒｅｔａｌ，１９９７）。富营养化水体中的无机氮作为植物自身的营养成分，用于合成植物蛋白等有机氮，ＮＨ３ Ｎ则作为植物生长中不可或缺的物质被植物直接吸收合成蛋白质和有机氮，无机磷在植物吸收及同化作用下转化成为ＡＴＰ、ＤＮＡ和ＲＮＡ等有机物质、矿化的营养盐包括磷酸盐等，有利于植物的吸收并参与光合作用，从而既达到了改善水质的目的，又促进了植物的生长；同时，植物根部附近能够形成好氧、缺氧、厌氧的微环境，有利于硝化细菌和反硝化菌的生长，从而提高对水体的净化效率（吴振斌等，２００３）；其次，水生植物拥有发达的根系，其表面附着生物膜，凤眼莲和大漂的叶片上也附有生物膜，膜上含有很多的细菌和原生动物等，分泌了大量的酶，加速了水体中大分子物质的降解，使水质得到有效净化。
３．２ ３种水生植物对３种营养盐吸收效果的差异
生态浮床试验研究表明，大漂、紫叶酢浆草和凤眼莲在无外来营养盐输入条件下，可使水体中ＴＰ、ＴＮ和ＮＨ３
Ｎ浓度随时间的延长而减少；其中，ＴＮ的测定１
７２０１１年第２期 刘 盼等，３种水生植物对富营养化水体的净化作用研究
结果显示，在３个浓度组中，３种水生植物在试验前
期均未表现出良好的吸收效果，而随着时间的延长，吸收效果才越来越明显，说明植物对ＴＮ的吸收有个较长的过程。浓度Ａ、Ｂ、Ｃ组的紫叶酢浆草和浓度Ｃ组的凤眼莲，在７～１４ｄ中，ＴＮ浓度分别不同程度高于对照组；浓度Ａ组中的凤眼莲，从０～３５ｄ，ＴＮ浓度一直高于对照组，直至试验结束，ＴＮ浓度才低于对照；并且凤眼莲试验组自始至终对ＴＮ的吸附能力并不十分突出。总体来说，试验组对ＴＮ的吸收效果均不十分明显，结合相关文献（张士良和刘鹰，２００２；陈荷生等，２００５；徐晓峰等，２００６），作者认为出现这种情况的原因可能有很多，例如随着试验进行，植物根系上生物膜的量在增加，在每天补充蒸发流失的条件下，根系上的生物膜开始脱落进入水体，即植物根系上生物膜脱落引起悬浮颗粒物增加的作用大于根系对悬浮颗粒物的吸附作用，加上试验条件是静止水体，脱落的悬浮颗粒物可能会导致ＴＮ浓度增加等等。３种水生植物对不同富营养化程度水体中的ＮＨ
３
Ｎ吸收效果较好，是由于
ＮＨ
３
Ｎ在水体中以离子状态存在，较容易被植物吸收，这也与试验结果相符。大漂和凤眼莲是传统意义上净化富营养化水体的优良物种，而根据研究表明，在室内环境下，大漂和凤眼莲不具明显增生情况，没有出现过度繁殖，可能与室内阳光不够充分及水缸面积较小有关。针对这一特性，可在北京较多生态园中应用，既净化水体又增添景观。紫叶酢浆
草是一种观赏类草花，对ＴＮ、ＴＰ和ＮＨ
３
Ｎ的吸附能力大都达到６０％以上，在富营养化水体种植，不仅可以修复水生生态环境，并且有一定的观赏价值，应用前景广泛。
本研究显示，不同植物在不同富营养化水体的浓度范围有不同的净化效果，并且外部条件对植物生长发育及其净化效果也有不可忽视的影响（刘佳和刘永立，２００７）。今后，应针对不同地区加强不同植物净化效果影响因素的比较研究，为植物治理富营养化水体技术提供更多参考。本次试验的每缸中放入２０株植物，净化水质较显著，但如果推广至池塘或者景观水体，则要考虑植物占水面比例的问题。比例过低，效果不显著；比例过高，则可能影响水体温度和溶解氧等，从而影响水生动物的生长。因此，有必要进行更进一步的植物比例优化试验。参考文献
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（责任编辑 万月华）
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