鄒然，張夢露，趙浩旋，陳英明，丁忠浩

（武漢紡織大學(xué) 環(huán)境與城建學(xué)院，湖北 武漢 430073）

多功能浮床栽培幾種貴重花卉及其對水質(zhì)修復(fù)的研究

鄒然，張夢露，趙浩旋，陳英明，丁忠浩*

（武漢紡織大學(xué) 環(huán)境與城建學(xué)院，湖北 武漢 430073）

通過對10種高價值陸生植物進行水培實驗，篩選出了千里香、馬蹄蓮、春芋和一帆風(fēng)順4種優(yōu)良備選植物。并利用這4種植物進行了水質(zhì)生態(tài)修復(fù)的實驗研究，研制的多功能植物浮床，是一種方便在自然水體中培養(yǎng)植物并對水體中氮磷等污染物去除的裝置，該裝置具有抗風(fēng)、可重復(fù)使用、培養(yǎng)的產(chǎn)品易收割等優(yōu)點，為治理水體富營養(yǎng)化提供了一種管理方便、變廢為寶的可能技術(shù)。

高價值植物；水質(zhì)修復(fù)；浮床；TN；TP

我國水污染問題日益突出,其中最具廣泛性的污染形式之一便是水體富營養(yǎng)化[1-4]。自20世紀(jì)末始,有大量專家學(xué)者對浮床陸生植物治理水體富營養(yǎng)化技術(shù)進行了不同程度的科學(xué)研究[5-9]，到目前為止篩選出的植物種類主要有禾本科的蘆葦、香根草和水稻等，天南星科石菖蒲、菖蒲和鳳眼蓮等,莎草科的旱傘草和燈心草等。另外，以水生蔬菜作物為研究對象的,如水蕹菜、水芹菜等, 還有以美人蕉科的美人蕉為主要代表等[10-15]。在已有的研究中多側(cè)重于不同植物去氮除磷能力的比較, 但此技術(shù)在實際治理水體富營養(yǎng)化的推廣，實現(xiàn)浮床植物技術(shù)的大規(guī)模市場化仍難有實質(zhì)性進展。分析其原因主要在于以下兩方面：首先，所研究的植物存在經(jīng)濟價值較低,死亡率相對較高及回收利用成本高等問題。雖處理效果較好，但耗時較長，不能滿足一些時效性要求較高的處理項目；其次，植物浮床的可靠性、抗風(fēng)浪能力和穩(wěn)定性不是很高。對不同植物不同生長階段的適用性差，且存在造價高昂、不可重復(fù)利用、易造成二次污染等問題[16-17]。針對以上存在的問題，本研究主要是對比篩選出具有高價值、適應(yīng)性較強的陸生植物進行水質(zhì)生態(tài)修復(fù)；研制出結(jié)構(gòu)組裝靈活、適用范圍廣、具有較好抗風(fēng)波能力的多功能植物浮床；建立成熟的配套技術(shù)流程，提高經(jīng)濟效益，增強市場適應(yīng)性，為水體富營養(yǎng)化的治理實踐應(yīng)用提供新穎思路和理論依據(jù)。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗植物

千里香、馬蹄蓮、春芋、一帆風(fēng)順、文竹、紅掌、沙漠玫瑰、花葉芋、竹柏均購于武漢花卉市場。

實驗前期，對武漢鐵機花卉市場和元寶山花卉市場進行調(diào)查，綜合植物喜濕好陽的生活習(xí)性及較高的市場價格初步選定千里香、馬蹄蓮、春芋、一帆風(fēng)順、文竹、紅掌、沙漠玫瑰、花葉芋、竹柏、發(fā)財樹10種植物。各植物市場價格見表1。

表1 實驗植物市場價格

1.2 實驗水體

武漢紡織大學(xué)陽光校區(qū)內(nèi)湖泊生活污水。水體TN大于2.99mg/L , TP大于0.104mg/L,屬于富營養(yǎng)化水體。

1.3 實驗設(shè)備

目前國內(nèi)外有關(guān)無機浮床載體方面研究大多限于實驗室的研究，而工程實際應(yīng)用較少。主要存在成本較高，載體在材質(zhì)選擇受限等問題。為促進高價值陸生植物水質(zhì)生態(tài)修復(fù)技術(shù)在市場上的進一步推廣，給植物提供良好的水培載體。針對傳統(tǒng)載體造價高及各種結(jié)構(gòu)缺陷造成的浮床技術(shù)應(yīng)用受限問題進行了改進和創(chuàng)新，成功研制出多功能植物浮床，并已申請專利，專利申請?zhí)枺?00920086019.7。此浮床具有抗風(fēng)能力強、可重復(fù)使用、培養(yǎng)的產(chǎn)品易收割等優(yōu)勢，并可適用不同植物的不同生長階段，在生態(tài)水質(zhì)修復(fù)中具有廣闊應(yīng)用范圍。該裝置采用了單元體組裝連成和升降式托盤的形式，使用時更具靈活性，使該浮床修復(fù)技術(shù)具有更廣闊的市場推廣前景。

多功能植物浮床，由種植籃和浮子組成（如圖1～2所示）。其特征是：所述浮子為空心圓環(huán)狀，在空心圓環(huán)內(nèi)面沿圓周方向均勻設(shè)有定位件，此結(jié)構(gòu)能保證使用較少的材料提供足夠的浮力，且制作材料選用范圍廣；所述種植籃由植物托盤和連接齒柱構(gòu)成，所述植物托盤四周邊緣與齒柱對應(yīng)位置處設(shè)有連接開關(guān)，該連接開關(guān)卡在對應(yīng)的齒柱上，可自由調(diào)節(jié)托盤高度，適用于不同植物的不同生長階段；每個齒柱上端分別鉸接有連桿支架，收縮扎繩穿過每根連桿支架上的小孔，可自由調(diào)節(jié)口徑大小的收縮繩圈，使植物直立固定，增強了植物抗風(fēng)能力；組裝固定方式采用連接管將每一個單元相互連接，便于拆裝。詳細多功能植物浮床主體及部分單元連接見圖3。

圖1 浮床單元示意圖

圖2 浮床單元

圖3 浮床單元連接圖

1.4 試驗方法

1.4.1 實驗步驟

（1）將前期購買于大棚溫室環(huán)境中生長的植物放在室外自然生長一周，使其適應(yīng)室外環(huán)境。

（2）在不損害植物根系的前提下，用自來水洗凈其根部，用高錳酸鉀稀溶液消毒后，將植物放于自來水中培養(yǎng)適應(yīng)10d。

（3）待植物生長穩(wěn)定后換為學(xué)校生活污水，植物培養(yǎng)于浮床上。每7d為一個測驗周期，共培養(yǎng)8個周期，測量TN、TP濃度，并觀察記錄植物生長狀況。每次測量前加入蒸餾水至開始設(shè)定水位線，以補充水分自然蒸發(fā)和植物吸收蒸騰所減少的水量。

1.4.2 數(shù)據(jù)測定

TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB/T 11894-1989）測定；

TP用鉬酸銨分光光度法（GB/T 11893-1989）測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同植物生長狀況觀察

在相同培養(yǎng)條件下，10種植物生長狀況表現(xiàn)出顯著差異，如表2所示。其中，千里香7d后逐漸長出濃密的白色須根，約30d開出喇叭狀白色花朵；馬蹄蓮水培7d內(nèi)部分舊根腐爛，同時形成很多新的細長白色須根，長出新葉?；ㄈ~芋、非洲玫瑰等可以存活，但植株沒明顯生長變化；發(fā)財樹、紅掌5d后葉片上開始出現(xiàn)小范圍壞死發(fā)黃，約13d后植株枯萎死亡。文竹根部腐爛發(fā)白，產(chǎn)生黏液，水質(zhì)發(fā)臭，約10d后死亡。通過上述對比分析，可以看出千里香、馬蹄蓮、一帆風(fēng)順、春芋生長旺盛，適合污水種植；花葉芋、非洲玫瑰、竹柏在污水中可以存活，但適應(yīng)效果一般；而文竹、紅掌、發(fā)財樹在2個培養(yǎng)周期內(nèi)死亡，不適合污水種植。

表2 不同植物生長狀況

2.2 TN、TP的去除率測定

據(jù)初步實驗分析，千里香等4種植物對生活污水中TN、TP的去除率較明顯；非洲玫瑰去除率效果較差。隨著植物適應(yīng)水體栽培后進入旺盛生長階段，去除TN、TP的能力逐漸增高。對植物進行編號后，測定結(jié)果見表3。

表3 實驗植物對水體TN、TP去除率

通過對表3分析，得到圖4由圖可知TN去除率最高的是花葉芋（47.42%），最低的為非洲玫瑰（21.49%），兩者差別為25.93%。TP去除率最高的是千里香（70.37%），最低的為非洲玫瑰（37.50%），兩者差別為42.87%。綜合兩者效果，千里香、馬蹄蓮、一帆風(fēng)順和春芋的總能力較強。

圖4 實驗植物對水體氮磷去除率

3 結(jié)論

試驗結(jié)果表明，千里香、馬蹄蓮、一帆風(fēng)順、春芋4種陸生植物適應(yīng)在污染水體中培植，能有效地吸收富營養(yǎng)化水體中的氮、磷等污染物，可美化水域景觀，恢復(fù)水生態(tài)環(huán)境后又可利用植物具有的較高經(jīng)濟價值。因此，本研究設(shè)計的用高價值陸生植物進行水質(zhì)生態(tài)修復(fù)法為治理水體富營養(yǎng)化提供了一種高效、便捷、環(huán)保的新技術(shù)。同時，新研制的多功能植物浮床在傳統(tǒng)浮床裝置上取得突破性改進，是一種高價值陸生植物在自然水體中生長并對氮磷等污染物脫除的優(yōu)良載體裝置，促進了新技術(shù)的應(yīng)用推廣。

針對已有的實驗結(jié)論，本試驗所篩選出的幾種優(yōu)良備選植物對水體中氮磷的吸收效率還需進一步研究，該技術(shù)方法在治理水體富營養(yǎng)化的實際應(yīng)用上有待于進一步深化探索。

[1] Carpenter S R, Caraco N F. Non point pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen [J]. Ecol Appl, 1998, 8(3): 559-568.

[2] Truong Dr Paul, Barbara Hart. Vetiver system for wastewater treatmentt [J]. Pacific Rim Vetiver Network Technical Bulletin, 2001, 2: 1-26.

[3] Probst J L. Nitrogen and phosphorus exportation in the Garonne Basin (France)[J]. Journal of Hydrol, 1985, 76(3-4): 281-305.

[4] 宋祥甫,鄒國燕,吳偉明,等. 浮床水稻對富營養(yǎng)化水體中氮、磷的去除效果及規(guī)律研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 1998, 18(5): 489-491.

[5] QIU D R,WU Z B,LIU B Y, et al. The restoration of a-quaticmacrophytes for improvingwaterquality in a hy-pertrophic shallow lake in Hubei.Province, China[J]. Ecological Engineering, 2001, 18(2): 147-156.

[6] 周建昌,周麗燕,邢 海,等. 陸生植物對富營養(yǎng)化水體凈化及美化效果研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 12(1): 42-43.

[7] 高陽俊,孫從軍. 2種浮床植物對大清河水質(zhì)凈化效果的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 37(7): 3183-3185.

[8] Institute of Plant Physiology& Ecology Shanghai Institute for Biological Sciences Chinese Academy of Sciences. 1999. The Experimental Manual of Modern Plant Physiology [M ]. Shanghai: Shanghai Science Press, 1989.

[9] 陳荷生, 宋祥甫, 鄒國燕. 利用生態(tài)浮床技術(shù)治理污染水體[J]. 中國水利, 2005, 15(8): 50-53.

[10] Bachand P A M, Horne A J. Denitrification in constructed freewater surface wetlands:Ⅱ. Effects of vegetation and temperature[J]. EcolEng, 1999, 14(1-2): 17-32.

[11] ZHOU X P, WANG J G, XUE L H,etal. N and P removalcharacters of eutrophicwaterbody under planted float[J]. ChineseJournal of Applied Ecology, 2005, 16 (11): 2199-2103.

[12] Li Linfeng, Li Yinghao, Dilip Kumar Biswas, et al. Potential of constructed wetlands in treating the eutrophic water: evidence from Taihu lake of China[J]. Bioresource Technology, 2007: 1-8.

[13] 唐靜杰, 周青. 生態(tài)浮床在富營養(yǎng)化水體修復(fù)中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展, 2009(2): 24-26.

[14] 王麗霞. 人工浮床栽培植物的生長與功能研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(16): 6769-6770.

[15] Masaki Sagehashi, Akiyoshi Sakoda, Motoyuki Suzuki. A mathematival model of a shallow and eutrophic lake (the Keszthely Basin, lake Balaton) and simulation of restorative manipulations[J]. Elsevier Science Ltd, 2001, 35 (7): 1675-1686.

[16] Takashi Asaeda, Truong Van Bon. Modelling the effects of macrophytes on algal blooming in eutrophic shallow lakes[J]. Ecological Modelling, 1997 (104): 261-287.

[17] 唐林森, 陳進, 黃茁. 人工生物浮島在富營養(yǎng)化水體治理中的應(yīng)用[J]. 長江科學(xué)院院報, 2008, 25(1): 21-25.

Research on Water Quality Restoration by Cultivating Some Valuable Flowers in Multifunctional Floating Bed

ZOU Ran, ZHANG Meng-lu , ZHAO Hao-xuan, CHEN Ying-ming, DING Zhong-hao

(College of Environment and Urban Construction, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073,China)

Based on hydroponic experiment of ten high-value terrestrial plants, thymifolium, calla lily, philodendron selloum, as well as spathiphyllun kochii are chosen as optional plants. The four plants are used to conduct an experimental research on water ecological restoration. The multifunctional plant bed developed is a kind of convenient device in natural water for cultivating plants and removing nitrogen phosphorus pollutants. The device also has such merits as wind resistance, reusability, training, ease for harvesting, etc. This paper proposes a feasible technology for controlling eutrophication of water body.

high-value plants；water ecological restoration；floating bed；TN；TP

TS111.8

A

1009－5160(2010)02－0057－04

*通訊作者：丁忠浩（1950-），男，教授，博導(dǎo)，研究方向：生態(tài)環(huán)境污染控制.

武漢科技學(xué)院大學(xué)生課外科技資助項目，湖北省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳項目（200926023）.