水培芹菜的植物学特征及环境效益分析

桑连海，黄 薇，陈 进，黄 茁，曹小欢

（长江科学院 水资源综合利用研究所，武汉 430010）

水培芹菜的植物学特征及环境效益分析

桑连海，黄 薇，陈 进，黄 茁，曹小欢

（长江科学院 水资源综合利用研究所，武汉 430010）

通过水面浮岛栽培试验，研究了鄂水芹一号植株的生长特征、植物量的分布结构，及其在富营养化水体中对氮、磷的吸收情况。研究成果如下：水芹植株的平均鲜量35.22 g，其中水上部分占77%，水下部分占23%，生物量分布主要集中在水上部分；其对N，P的直接吸收分别可以达到13.05～33.14 kg／（hm2·a）和5.62～6.67 kg／（hm2·a）。结果表明，水芹是一种适合在低温的情况下进行水培的植物，并对富营养化水体有良好的净化效果。

水芹；水培；植物学特征；环境效益

1 概述

随着我国社会经济的快速发展，农业面源污染、工业点源污染日益加剧，由此引发的水体富营养化问题越来越多。对水体富营养化进行有效的控制和整治，以修复水生态系统，已经成为人们关注的热点问题。

利用水上种植技术，以人工生物浮岛为载体，将适宜水培的陆生农作物种植于富营养化水体中，通过作物根系的吸收、吸附作用，降解水中的氮磷及其它有害物质，可以实现对水体的净化。由于该技术具有净化水质、营造生物栖息地、改善水上景观等多重功能，浮岛终端产物又能创造一定的经济效益，日益受到国内外专家学者的关注［1］。目前，国内已经有人采用该技术对油菜（Brassica campestris L.）、水蕹（Ipomoea aquatica）、茭白（Zizania caduciflora）、水稻（Oryza sativa）、丝瓜（Luffa Cylindrica）等水生蔬菜开展了净化水体的试验研究［2～6］。

水芹菜（Oenanthe javanica）是一种耐寒的水生植物，为伞形花科水生宿根属，长江流域及其以南各省、自治区均有分布。水芹是一种味道鲜美的可食用蔬菜，含有丰富的营养成分，及多种维生素和矿物质，具有清热、利尿、降低血压和血脂等多种食疗功效。水芹成片栽植时枝叶细密、青翠，花期有白花点缀，观赏价值较高。水芹作为一种水生植物，具有很强的适应能力，生物量大，易于无土栽培，田间管理简单，是作为生物浮岛修复湖泊富营养化的理想植物。用浮岛栽培水芹既可以治理水体富营养化，又可以获得农业收益，具有很好的推广前景。

2 材料与方法

2.1 实验材料

实验中选用的水芹品种为鄂水芹一号，为武汉本地种，于2008年4月浮岛栽培于江夏严家村池塘（池塘面积30 m×25 m，水深0.5～1.3 m）。实验塘水体为富营养化水体，其TN 10.6 mg／L，TP2.6 mg／L，pH为7.44（2008年7月22日，测定水温30℃）。

2.2 浮岛制作

选用竹子作为实验用浮岛材料，其优点是既能承重，又能抗风。具体做法是将直径为4～8 cm的竹竿扎成2.0～2.8 m见方的竹框，用2根细竹竿夹住11个10～15 cm长的竹筒，竹筒直径为4～5 cm，间距为15～20 cm，再将其绑在竹框上，每个竹框上绑13条，间距约为20 cm。

2.3 水培芹菜的管理

水培芹菜种源取于武汉市蔬菜科学研究所实验田，移栽时不作任何前期的适用性处理，水芹直接种在生物浮岛上，每个竹筒内种植一株，用稻草竿包裹固定，使根部能完全浸泡于水中。固定后不施任何化学、生物肥料，使水芹自然生长。每块浮岛栽植143株。管理参考水芹田间基本管理。

2.4 检测方法

2.4.1 水芹高度和生物量（鲜量）检测

随意抽取浮岛水芹12株，收割自然风干后，采用直尺法对水芹植株的高度进行测量。将风干后的浮岛水芹按植株高度分为3组，每组水芹以茎秆基部为起点，对水上部分以每段8 cm进行横切，并分别测定每段的鲜量。然后对每组水芹各部位分段，根据相同分段的鲜量进行平均，得到水芹各部位的生物量。

2.4.2 植株氮、磷和含水率的检测

水芹植株的氮磷含量和含水率送检湖北省产品质量监督检验研究院。氮、磷和含水率的检测方法分别采用下列国标：《食品中蛋白质的测定（GB／T 5009.3-2003）》、《食品中磷的测定（GB／T 5009.87-2003）》和《食品中水分的测定（GB／T 5009.3-2003）》。

3 结果与讨论

3.1 浮岛水芹的植株高度

水芹的植株高度、根长测量结果见表1，浮岛水芹的株高介于35.0～47.4 cm之间，平均高度40.7 cm，而水田里生长的水芹株高为45～50 cm，两者相差不大。浮岛水芹的根长介于10.3～26.0 cm之间，平均根长20.0 cm。

表1 浮岛水芹的株高、根长Table 1 The height and root length of oenanthe javanicas on an artificial floating island cm

3.2 浮岛水芹的生物量分布规律

图1 水芹生物量结构图Fig.1 The biomass structure diagram of oenanthe javanicas

水芹的生物量结构如图1所示，其中W根表示植株的整个水下部分，从 W1至 W6则表示植株水上部分自下而上的不同分段。根据所测数据得到：水芹植株的平均鲜量为35.22 g，其中水上部分占77%，水下部分占23%。植株的最大生物量集中在W根分段，包含了老根和根须。从W1至W6分段生物量差距不大。植株的高度对生物量的分布有一定的影响。一般情况下，植株越高，各段的生物量分布越均匀，植株越矮，水下部分占整个植株的比重越大。

3.3 水芹植株的含水率及氮、磷含量

水芹各组分的含水率及氮、磷含量测量结果见表2，根、茎、叶、花籽的含水率均在85%以上，其中根的含水率最大。植株各组分含水率平均值的计算结果是：根＞茎＞叶＞花籽。从植株各组分的含水率分布情况来看，由下至上呈递减趋势，这是由于植物根和茎是吸收和传输水分的主要器官，而叶片和花籽是水分蒸发的主要场所。

表2 浮岛水芹各组分的含水率及氮、磷含量Table 2 The contents of water，N and P of different bodies in oenanthe javanicas on the artificial floating island %

根据送检结果，N，P元素含量在水芹各组分中相差较大，根、茎、叶、花籽的N／P比分别为：4.59，2.32，5.61和4.19。植物组分的氮含量大小为：叶＞根＞花籽＞茎，对磷元素的吸收量大小则为：茎＜叶＜根＜花籽。叶中含氮量最高，可能是由于叶是植物进行光合作用的主要场所，而氮是构成光合作用中光能主要吸收体——叶绿素的必需组分。磷是植物生长和繁殖所必需的营养元素，因此花籽中的磷含量相对较高。

4 水芹净化水体的环境效益分析

4.1 浮岛水芹对富营养化水体中氮磷的吸收

如果对浮岛水芹直接计算从水体中吸收的氮、磷量，则根据实验所得数据为：水芹植株的平均鲜量为35.22 g，其中水上部分占77%，水下部分占23%，单位面积的植株数为23株／m2，水芹植株的含氮量以1.37%～3.48%计，含磷量以0.59%～0.70%计，理论上水芹对氮、磷的直接吸收量可达13.05～33.14 kg／（hm2·a）和5.62～6.67 kg／（hm2·a），这只是水芹直接从水体中吸收氮磷的量。由于水生植物在浮岛培养的过程中，有助于硝化菌和反硝化菌的生长，而硝化和反硝化作用是对氮的主要去除机制，并且在其生长过程中会直接吸收磷酸盐，去除磷酸盐的效果明显。浮岛水芹菜于2008年4月进行浮岛培养，存活率为100%。于6月下旬开花，7月中旬结籽，8月气温在25～38℃时，开始逐渐枯死。及时对浮岛水芹的采收管理，可实现将氮、磷等污染物带出水体。

4.2 浮岛水芹对富营养化水体的净化效果

通过计算得出：每100 m2水上浮岛产81 kg水芹，吸收水中氮、磷量理论上至少为130.5 g和56.2 g。根据中国《地表水环境质量标准GB3838-2002》中的相关标准，从Ⅴ类水质净化到Ⅲ类水质，需要从水体中去除1 mg／L的氮和0.15 mg／L的磷。若以总氮计，每100 m2浮岛水芹至少可以把130.5 m3的富营养化水体由Ⅴ类净化为Ⅲ类；以总磷计，每100 m2浮岛水芹净化水量至少为374.7 m3。根据资料记载，浮岛植物对富营养化水体中营养物质（氮、磷）的去除效果已列于表3。

表3 水培植物的氮、磷含量（鲜重）Table 3 The contents of N and Pin some water-cultured plants（wet weight）

从表3可以看出，浮岛芦苇对富营养化水体的净化效果最好，水芹对氮的去除效果居中，对磷的去除效果仅次于芦苇。由于水体富营养化的主要限制因子是磷元素，从这个角度考虑，可以得到植物的净化能力为：芦苇＞水芹＞荻＞水稻＞蕹菜＞牛筋草＞香蒲＞美人蕉，水芹的净化能力仅次于芦苇。在低温条件下，水芹菜能有效去除水体中的N，P，COD，对藻类也有很强的抑制作用。由于在相同初始生物量条件下，鲜量增加大的植株对富营养化水体的净化效果好，因此，可以在其生长旺盛期进行收割，同时可在一定程度上促进对氮、磷等的去除，以刺激浮岛植物积累更多的生物量，从而进一步提高其对富营养化水体的净化效果。

5 结语

水培芹菜对水体中的氮、磷物质具有较好的吸收效果，理论吸收量可达13.05～33.14 kg／（hm2·a）和5.62～6.67 kg／（hm2·a）。与一般水生植物相比，水芹对水体中磷的吸收能力较强，而磷元素是水体富营养化的主要限制因子，因此水芹是治理富营养化水体的一种理想植物。

水芹是一种生物量大、生长时间长、易于田间管理的水生经济植物。利用浮岛水芹治理富营养化水体与传统的物理、化学方法相比，具有成本低、操作简单、易于管理等优点，且水芹植株长势美观并具有较好的绿化效果，能够营造出迷人的水上景观。因此说水上种植水芹具有很好的推广前景，其产生的环境效益也是非常可观的。

本项研究直接以富营养化水体为试验对象，且整个试验过程完全在野外自然条件下进行，人为因素影响小，所以与其他以人工配置的模拟富营养化水为研究对象或是在室内进行的一些研究相比，本试验结果具有更大的参考价值和实用意义。

［1］ 桑连海，李兆华.基于氮磷循环的水上农业模式探讨［J］.长江科学院院报，2007，24（6）：22-25.

［2］ 黄 茁，黄 薇，桑连海，等.水培油菜处理富营养化水体的研究［J］.长江科学院院报，2007，24（6）：14-17.

［3］ 吕锡武，宋海亮.水培蔬菜法对富营养化水体中氮磷的去除特性研究［J］.江苏环境科技，2004，17（2）：1-3.

［4］ 周振兴，黄 田，张 劲.浮床栽培茭白的生物学特征及水质净化作用研究［J］.四川环境，2007，26（5）：1-4.

［5］ 宋祥甫，皱国燕，吴伟明.浮床水稻对富营养化水体中氮、磷的去除效果及规律研究［J］.环境科学学报，1998，18（5）：489-494.

［6］ 戴全裕，张 珩，戴玉兰.丝瓜对食品废水的净化功能及经济效益［J］.城市环境与城市生态，1994，7（4）：8-12.

Analysis on Botany Characteristics and Environment Benefits for Water-cultured Oenanthe Javanica

SANG Lian-hai，HUANG Wei，CHEN Jin，HUANG Zhuo，CAO Xiao-huan

（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Experiments on oenanthe javanicas planted in floating-beds were conducted to study distribution of biomass and absorbing contents of N and P from eutrophic water body.The average fresh weight was 35.22 g per plant，with the above-water part counted 77%and the under-water part 23%.The waterborne part played a key role in the biomass structure.The directly absorbing contents of N and P were 13.05-33.14 kg／（hm2·a）and 5.62-6.67 kg／（hm2·a），respectively.The results showed that the oenanthe javanica grows well under the lower temperature and is good for water purification on the eutrophic water body.

oenanthe javanica；water-cultured；botany characteristic；environmental benefit

X173

A

1001-5485（2009）07-0011-03

2008-08-25

农业科技成果转化资金项目（2006GB23320418）；科技部社会公益性研究专项（2005DIB4J061）

桑连海（1976-），男，吉林长春人，工程师，主要从事水资源与水环境研究，（电话）027-82926390（电子信箱）hlsang1017＠yahoo.com.cn。

（编辑：刘运飞）