多功能浮床栽培几种贵重花卉及其对水质修复的研究

邹然，张梦露，赵浩旋，陈英明，丁忠浩

（武汉纺织大学 环境与城建学院，湖北 武汉 430073）

多功能浮床栽培几种贵重花卉及其对水质修复的研究

邹然，张梦露，赵浩旋，陈英明，丁忠浩*

（武汉纺织大学 环境与城建学院，湖北 武汉 430073）

通过对10种高价值陆生植物进行水培实验，筛选出了千里香、马蹄莲、春芋和一帆风顺4种优良备选植物。并利用这4种植物进行了水质生态修复的实验研究，研制的多功能植物浮床，是一种方便在自然水体中培养植物并对水体中氮磷等污染物去除的装置，该装置具有抗风、可重复使用、培养的产品易收割等优点，为治理水体富营养化提供了一种管理方便、变废为宝的可能技术。

高价值植物；水质修复；浮床；TN；TP

我国水污染问题日益突出,其中最具广泛性的污染形式之一便是水体富营养化[1-4]。自20世纪末始,有大量专家学者对浮床陆生植物治理水体富营养化技术进行了不同程度的科学研究[5-9]，到目前为止筛选出的植物种类主要有禾本科的芦苇、香根草和水稻等，天南星科石菖蒲、菖蒲和凤眼莲等,莎草科的旱伞草和灯心草等。另外，以水生蔬菜作物为研究对象的,如水蕹菜、水芹菜等, 还有以美人蕉科的美人蕉为主要代表等[10-15]。在已有的研究中多侧重于不同植物去氮除磷能力的比较, 但此技术在实际治理水体富营养化的推广，实现浮床植物技术的大规模市场化仍难有实质性进展。分析其原因主要在于以下两方面：首先，所研究的植物存在经济价值较低,死亡率相对较高及回收利用成本高等问题。虽处理效果较好，但耗时较长，不能满足一些时效性要求较高的处理项目；其次，植物浮床的可靠性、抗风浪能力和稳定性不是很高。对不同植物不同生长阶段的适用性差，且存在造价高昂、不可重复利用、易造成二次污染等问题[16-17]。针对以上存在的问题，本研究主要是对比筛选出具有高价值、适应性较强的陆生植物进行水质生态修复；研制出结构组装灵活、适用范围广、具有较好抗风波能力的多功能植物浮床；建立成熟的配套技术流程，提高经济效益，增强市场适应性，为水体富营养化的治理实践应用提供新颖思路和理论依据。

1 实验材料和方法

1.1 实验植物

千里香、马蹄莲、春芋、一帆风顺、文竹、红掌、沙漠玫瑰、花叶芋、竹柏均购于武汉花卉市场。

实验前期，对武汉铁机花卉市场和元宝山花卉市场进行调查，综合植物喜湿好阳的生活习性及较高的市场价格初步选定千里香、马蹄莲、春芋、一帆风顺、文竹、红掌、沙漠玫瑰、花叶芋、竹柏、发财树10种植物。各植物市场价格见表1。

表1 实验植物市场价格

1.2 实验水体

武汉纺织大学阳光校区内湖泊生活污水。水体TN大于2.99mg/L , TP大于0.104mg/L,属于富营养化水体。

1.3 实验设备

目前国内外有关无机浮床载体方面研究大多限于实验室的研究，而工程实际应用较少。主要存在成本较高，载体在材质选择受限等问题。为促进高价值陆生植物水质生态修复技术在市场上的进一步推广，给植物提供良好的水培载体。针对传统载体造价高及各种结构缺陷造成的浮床技术应用受限问题进行了改进和创新，成功研制出多功能植物浮床，并已申请专利，专利申请号：200920086019.7。此浮床具有抗风能力强、可重复使用、培养的产品易收割等优势，并可适用不同植物的不同生长阶段，在生态水质修复中具有广阔应用范围。该装置采用了单元体组装连成和升降式托盘的形式，使用时更具灵活性，使该浮床修复技术具有更广阔的市场推广前景。

多功能植物浮床，由种植篮和浮子组成（如图1～2所示）。其特征是：所述浮子为空心圆环状，在空心圆环内面沿圆周方向均匀设有定位件，此结构能保证使用较少的材料提供足够的浮力，且制作材料选用范围广；所述种植篮由植物托盘和连接齿柱构成，所述植物托盘四周边缘与齿柱对应位置处设有连接开关，该连接开关卡在对应的齿柱上，可自由调节托盘高度，适用于不同植物的不同生长阶段；每个齿柱上端分别铰接有连杆支架，收缩扎绳穿过每根连杆支架上的小孔，可自由调节口径大小的收缩绳圈，使植物直立固定，增强了植物抗风能力；组装固定方式采用连接管将每一个单元相互连接，便于拆装。详细多功能植物浮床主体及部分单元连接见图3。

图1 浮床单元示意图

图2 浮床单元

图3 浮床单元连接图

1.4 试验方法

1.4.1 实验步骤

（1）将前期购买于大棚温室环境中生长的植物放在室外自然生长一周，使其适应室外环境。

（2）在不损害植物根系的前提下，用自来水洗净其根部，用高锰酸钾稀溶液消毒后，将植物放于自来水中培养适应10d。

（3）待植物生长稳定后换为学校生活污水，植物培养于浮床上。每7d为一个测验周期，共培养8个周期，测量TN、TP浓度，并观察记录植物生长状况。每次测量前加入蒸馏水至开始设定水位线，以补充水分自然蒸发和植物吸收蒸腾所减少的水量。

1.4.2 数据测定

TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB/T 11894-1989）测定；

TP用钼酸铵分光光度法（GB/T 11893-1989）测定。

2 结果与讨论

2.1 不同植物生长状况观察

在相同培养条件下，10种植物生长状况表现出显著差异，如表2所示。其中，千里香7d后逐渐长出浓密的白色须根，约30d开出喇叭状白色花朵；马蹄莲水培7d内部分旧根腐烂，同时形成很多新的细长白色须根，长出新叶。花叶芋、非洲玫瑰等可以存活，但植株没明显生长变化；发财树、红掌5d后叶片上开始出现小范围坏死发黄，约13d后植株枯萎死亡。文竹根部腐烂发白，产生黏液，水质发臭，约10d后死亡。通过上述对比分析，可以看出千里香、马蹄莲、一帆风顺、春芋生长旺盛，适合污水种植；花叶芋、非洲玫瑰、竹柏在污水中可以存活，但适应效果一般；而文竹、红掌、发财树在2个培养周期内死亡，不适合污水种植。

表2 不同植物生长状况

2.2 TN、TP的去除率测定

据初步实验分析，千里香等4种植物对生活污水中TN、TP的去除率较明显；非洲玫瑰去除率效果较差。随着植物适应水体栽培后进入旺盛生长阶段，去除TN、TP的能力逐渐增高。对植物进行编号后，测定结果见表3。

表3 实验植物对水体TN、TP去除率

通过对表3分析，得到图4由图可知TN去除率最高的是花叶芋（47.42%），最低的为非洲玫瑰（21.49%），两者差别为25.93%。TP去除率最高的是千里香（70.37%），最低的为非洲玫瑰（37.50%），两者差别为42.87%。综合两者效果，千里香、马蹄莲、一帆风顺和春芋的总能力较强。

图4 实验植物对水体氮磷去除率

3 结论

试验结果表明，千里香、马蹄莲、一帆风顺、春芋4种陆生植物适应在污染水体中培植，能有效地吸收富营养化水体中的氮、磷等污染物，可美化水域景观，恢复水生态环境后又可利用植物具有的较高经济价值。因此，本研究设计的用高价值陆生植物进行水质生态修复法为治理水体富营养化提供了一种高效、便捷、环保的新技术。同时，新研制的多功能植物浮床在传统浮床装置上取得突破性改进，是一种高价值陆生植物在自然水体中生长并对氮磷等污染物脱除的优良载体装置，促进了新技术的应用推广。

针对已有的实验结论，本试验所筛选出的几种优良备选植物对水体中氮磷的吸收效率还需进一步研究，该技术方法在治理水体富营养化的实际应用上有待于进一步深化探索。

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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

*通讯作者：丁忠浩（1950-），男，教授，博导，研究方向：生态环境污染控制.

武汉科技学院大学生课外科技资助项目，湖北省住房和城乡建设厅项目（200926023）.