互叶白千层(Melaleuca alternifolia)浮床对生活污水净化效果研究初报

李 彬， 靖元孝*， 王忠正， 杨丹菁

(1.华南师范大学生命科学学院，广东省高等学校生态与环境科学重点实验室，广东广州 510631；2.广州市环境保护科学研究院， 广东广州 510620)

互叶白千层(Melaleuca alternifolia)浮床对生活污水净化效果研究初报

李 彬1， 靖元孝1*， 王忠正1， 杨丹菁2

(1.华南师范大学生命科学学院，广东省高等学校生态与环境科学重点实验室，广东广州 510631；2.广州市环境保护科学研究院， 广东广州 510620)

互叶白千层(Melaleucaalternifolia)为速生常绿木本植物，它产生的茶树油广泛应用于医药保健工业.该文研究了互叶白千层浮床系统对生活污水的净化能力，并与风车草浮床系统进行了比较.研究结果表明：在8—12月，互叶白千层浮床系统对污水净化能力较强，TN、TP、BOD5、CODCr、NH4-N和NO3-N平均去除率分别为71.39%、83.32%、84.96%、69.91%、72.53%和76.23%，分别为风车草浮床系统的87.55%、95.03%、97.48%、98.24%、88.73%和89.37%；在温度较低的1月，互叶白千层浮床系统对污水净化能力明显下降，TN、TP、BOD5、CODCr、NH4-N和NO3-N去除率分别为29.83%、61.33%、70.53%、49.89%、39.03%和53.84%，分别为风车草浮床系统的38.67%、68.24%、86.77%、77.70%、64.20%和65.87%.

生活污水； 净化效果； 浮床系统； 互叶白千层； 风车草； 木本植物

植物浮床具有不消耗能量，不受水深限制，可在修复水体的同时收获具有经济价值的植物材料等优点[1-3].近来年有关植物浮床净化污水的研究逐渐增多，如浮床种养鹦鹉草(Myriophyllumaquaticum)、雀稗草(Paspalumpaspalodes)、毛茛(Ranunculusrepens)、香根草(Vetiveriazizanioids)、水芹菜(Oenanthejavanica)、水蕹菜(Ipomoeaaqutica)、黑麦草(Loliummultiflorum)和美人蕉(Cannaindica)等植物对污水具有一定的净化效果[4-11].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[2]，现在国内外用于构建植物浮床的多为草本植物，未见木本植物用于构建植物浮床的报道.

在用于构建植物浮床的众多植物中，风车草(Cyperusalternifolius)是最优秀的物种之一，它全年保持生长，即使在冬天仍能维持一定的生长速率[12]，根系发达，根生物量大[13]，在人工湿地[14-17]和植物浮床[18-23]均表现出很强的去污能力，本实验选取其作为互叶白千层的参照.

互叶白千层(Melaleucaalternifolia)属桃金娘科白千层属木本植物，原产于澳大利亚.互叶白千层四季常绿，生长快速，萌芽能力强，可进行多次收割.从互叶白千层新鲜枝叶提取的精油(俗称茶树油)，应用广泛，具有很高的经济价值[24-26].我国20世纪90年代初引进互叶白千层，目前陆续在广东、福建、广西、重庆等地广为种植并进行产业开发[27-28].互叶白千层具有很强的耐淹能力，在长期淹水条件下，通过形成发达的通气组织和产生大量的不定根从而保持正常的生长.在澳大利亚，用互叶白千层构建的人工湿地对生活污水表现出较强的净化能力[29-31].我们推测，在水培条件下，互叶白千层也能保持良好的生长，并大量吸收水体中的氮、磷等营养物质，有效净化水体.本文进一步研究互叶白千层浮床系统对生活污水的净化效果，增加植物浮床的生物多样性和观赏性，为植物浮床系统提供更多的植物选择.

1 材料和方法

1.1植物材料和实验设计

实验于2008年3月至2009年1月在广州华南师范大学生物试验场进行.广州属南亚热带气候,年平均气温22 ℃,最冷月1月和最热月7月平均气温分别为13.3 ℃和28.4 ℃,年平均降雨量1 694 mm.漂浮载体为聚乙烯泡沫板(59 cm×45 cm×3 cm), 在板上均匀打孔栽种植物, 泡沫板漂浮在塑料水箱(67 cm×51 cm×38 cm)中.互叶白千层由本实验室提供，经过6个月的水培，在淹水的茎部已产生了大量的不定根.2008年3月，选取长势良好、大小均匀的互叶白千层(株高80 cm，基径3 cm)和风车草(株高30 cm)分别移入塑料水箱泡沫板的圆孔内,用海绵条加以固定, 每箱4株，每株风车草5个分蘖.互叶白千层有30 cm茎部淹没水中，而风车草只有根部淹没水中.另设只放泡沫板而不种任何植株的塑料水箱为对照.每处理3个重复，9个塑料水箱随机排列于华南师范大学生物试验场的平坦空地上.用生活污水对植物进行驯化培养，到2008年8月，互叶白千层和风车草生长旺盛，2种植物浮床系统中植物的覆盖度均达到90%左右.对互叶白千层进行适当修剪，其水面上植株高度约为1 m，与风车草株高基本相同，然后进行植物浮床系统净化效果研究.

1.2水样的采集和分析方法

生活污水取自华南师范大学学生宿舍，污水质量浓度为TN：28.81～53.90 mg/L；TP：0.88～1.58 mg/L；BOD5：12.24～26.21 mg/L；CODCr：36.40～80.81 mg/L；NH4-N：6.81～17.05 mg/L；NO3-N：0.63～1.81 mg/L.用水泵从化粪池出水口抽取污水，至蓄水池中沉淀、过滤，进行调蓄后分别灌满各个塑料水箱，每周更换污水1次.

分别于每月10号和25号各采集水样分析1次.在采集处理后水样前，如果因蒸发和蒸腾作用导致植物浮床系统水量减少，可补充自来水，保持水量平衡，同时计算补充自来水中无机物和有机物的含量.

进水样采集：用采水器在调蓄后的蓄水池中沿对角线布设3点采水，于16 L桶中充分混合，用虹吸法将污水转移到1 L的采样瓶中.

处理后水样采集：污水在水箱停留3 d后，用采水器在水箱水面下10 cm处沿对角线布设3点采水，于16 L的桶中充分混合，然后再用橡皮管虹吸转入1 L的采样瓶中.每个处理均为3个重复.

水质分析项目包括TN、TP、BOD5、CODCr、NH4-N和NO3-N，方法如下：TN用过硫酸钾—紫外分光光度法；TP用钼锑抗分光光度法；BOD5用稀释接种法；CODCr用重铬酸钾法；NH4-N用纳氏试剂分光光度法；NO3-N用镉柱还原法[32].

1.3数据处理

用SPSS 15.0统计软件计算各指标的平均值和标准差，并通过方差分析检验差异的显著性.

2 结果及分析

2.1浮床植物生长概况

在浮床水培条件下，互叶白千层和风车草在2008年8—11月生长旺盛.2008年12月至2009年1月，互叶白千层的生长逐渐减缓，部分老叶黄化凋落.风车草的老叶也出现黄化凋落的现象，但仍保持较好的生长.

2.2互叶白千层对生活污水的净化效果

2.2.1 总氮(TN)和总磷(TP)的净化效果 互叶白千层对生活污水的TN和TP的净化效果见图1A和图1B.TN去除率8—10月维持在高水平，最高达83.48%，11—12月略有下降，2009年1月急剧下降，最低仅为24.33%.TP去除率8—12月比较稳定，平均去除率达83.32%，2009年1月明显下降，最低为60.51%.

2.2.2 BOD5和CODCr的净化效果 互叶白千层对生活污水的BOD5和CODCr的净化效果见图1C和图1D.BOD5和CODCr去除率在8—12月相对比较稳定，维持在较高水平，去除率平均值分别达到84.96%和68.80%.2009年1月有一定程度下降，最低分别为69.92%和47.10%.

2.2.3 氨氮(NH4-N)的净化效果 互叶白千层对生活污水的NH4-N净化效果见图1E.NH4-N去除率在8—11月10日维持在高水平，最高达85.36%，11月25日—12月明显下降，2009年1月下降到最低水平，最低仅为37.04%.

2.2.4 硝酸盐氮(NO3-N)的净化效果 互叶白千层对生活污水的NO3-N净化效果见图1F.

图1 互叶白千层浮床系统对生活污水的净化效果

NO3-N去除率在8—10月维持在较高水平，最高达85.80%，11—12月略有下降，2009年1月明显下降，最低仅为52.56%.

2.3互叶白千层和风车草浮床净化效果比较

广州属南亚热带季风气候区，年平均气温为21.4～21.9 ℃，最热的为7—8月，最冷为1—2月，2009年1月最低气温在6 ℃左右.根据整个实验期间的数据，将互叶白千层和风车草对生活污水的净化效果分为2008年8—12月和2009年1月2个阶段进行比较，各个指标在2个阶段的平均值见表1.从表1和图1可以看出，互叶白千层在2008年8—12月期间对生活污水的净化效率与风车草较为接近，TN、TP、BOD5、CODCr、NH4-N和NO3-N平均去除率分别为风车草的87.55%、95.03%、97.48%、98.24%、88.73%和89.37%，重复测量方差分析结果表明，两者的TP、BOD5、CODCr和NH4-N去除率平均值差异不显著(P>0.05)，两者的TN 和NO3-N 的去除率平均值差异显著(P<0.05).在2009年1月期间，互叶白千层对生活污水的净化效果急剧下降，与风车草相比有较大差距，TN、TP、BOD5、CODCr、NH4-N和NO3-N平均去除率分别只有风车草的38.67%、68.24%、86.77%、77.70%、64.20%和65.87%，2个浮床系统之间各个污染物指标的平均去除率差异显著(P<0.05).

表1 互叶白千层和风车草浮床对生活污水净化效果比较

注：表中数据为平均值±标准差，同一列字母不同者表示差异显著(P<0.05).

3 讨论

在淹水条件下，互叶白千层可以通过产生不定根和形成发达的通气组织适应淹水环境，从而保持正常的生长[33].本研究中，互叶白千层在无土水培的条件下，同样通过上述机制维持了良好的生长状况.互叶白千层一方面通过直接吸收而去除污水中的氮和磷，另一方面其发达的根系为根际周围的微生物和微型动物的生长繁殖和净化作用提供条件，进一步促进了水体的净化.

在8—11月，互叶白千层生长快速，对污水的净化能力与风车草相差不大.但进入冬季，随着温度的不断降低，互叶白千层生长逐渐减缓，新枝叶的萌发较少，净化能力与风车草相比下降比较明显，特别是在温度最低的1月.

在植物浮床应用过程中，植物的固定是一个不可回避的技术问题，尤其是木本植物.在本实验中，互叶白千层有30 cm的茎部淹没在水中，为植物的固定带来了方便.只要将植株在水面上的高度控制在1.0～1.5 m范围内，互叶白千层浮床系统能够经受风浪的冲击，保持稳定.

总之，互叶白千层在水培条件下能够保持快速生长，对生活污水有较好的净化效果.可以尝试将互叶白千层浮床系统应用于富营养化水体，在净化水体的同时还可收获具有重要经济价值的植物材料.

[1] LENNARD W A，LEONARD B V. A comparison of three different hydroponic sub-systems (gravel bed, floating and nutrient film technique) in an Aquaponic test system[J]. Aquaculture International,2006,14:539-550.

[2] 卢进登，陈红兵，赵丽娅，等. 人工浮床栽培7种植物在富营养化水体中的生长特性研究[J]. 环境污染治理技术与设备，2006,7(7):58-61.

LU Jingdeng，CHENG Hongbing，ZHAO Liya，et al. Study on the growth characteristics of seven plants cultivated on artificial floating rafts in eutrophic water [J]. Techniques and Equipment for Environmental Pollution，2006,7(7):58-61.

[3] SUN L, LIU Y, JIN H. Nitrogen removal from polluted river by enhanced floating bed grown canna[J]. Ecological Engineering, 2009, 35(1): 135-140.

[4] LI W，FRIEDRICH R. In situ removal of dissolved phosphorus in irrigation drainage water by planted floats: preliminary results from growth chamber experiment[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2002, 90: 9-15.

[5] 司友斌，包军杰，曹德菊，等. 香根草对富营养化水体净化效果研究[J]. 应用生态学报，2003，14(2)：277-279.

SI Youbin，BAO Junjie，CAO Deju，et al. Purification of eutrophicated water body byVetiveriazizanioids[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2003，14(2)：277-279.

[6] 李欲如，操家顺. 冬季低温条件下浮床植物对富营养化水体的净化效果[J]. 环境污染与防治，2005，27(7)：505-508.

LI Yuru，CAO Jiashun. Purification effects of floating bed plants on eutrophic water body under low temperature in winter[J]. Environmental Pollution and Control，2005，27(7)：505-508.

[7] 李欲如，操家顺，徐峰，等. 水蕹菜对苏州重污染水体净化功能的研究[J]. 环境污染与防治，2006，28(1)：69-71.

LI Yuru，CAO Jiashun，XU Feng，et al. Purification of heavily polluted water bodies in Suzhou bylpomoeaaqutica[J]. Environmental Pollution and Control，2006，28(1)：69-71.

[8] LI M, WU Y J, YU Z L. Nitrogen removal from eutrophic water by floating-bed-grown water spinach (IpomoeaaquaticaForsk.) with ion implantation[J]. Water Research, 2007, 41: 3152-3158.

[9] 周小平，王建国，薛利红，等. 浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究[J]. 应用生态学报，2005，16(11)：2199-2203.

ZHOU Xiaoping，WANG Jianguo，XUE Lihong，et al. N and P removal characters of eutrophic water body under planted float[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2005，16(11)：2199-2203.

[10] 徐晓锋，史龙新，许海，等. 水培经济植物对污水中磷的吸收利用及去除效果[J]. 生态学杂志，2006，25(4)：383-388.

XU Xiaofeng，SHI Longxin，XU Hai，et al. Effects of aqua-cultured economic plants on phosphorus removal from sewage[J]. Chinese Journal of Ecology，2006，25(4)：383-388.

[11] 张志勇，冯明雷，杨林章. 浮床植物净化生活污水中N、P的效果及N2O的排放[J]. 生态学报，2007，27(10)：4333-4341.

ZHANG ZhiYong，FENG MingLei，YANG LinZhang. Nitrogen and phosphorus removal and N2O emission from domestic sewage in floating-bed plant systems[J]. Acta Ecologica Sinica，2007，27(10)：4333-4341.

[12] 靖元孝，陈兆平，杨丹菁.风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用[J]. 应用与环境生物学报，2002，8(6)：614-617.

JING Yuanxiao，CHEN Zhaoping，YANG Danjing. Purifying efficiency ofCyperusalternifoliusto domestic sewage and its application in constructed wetland[J]. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology，2002，8(6)：614-617.

[13] 陈文音, 陈章和, 何其凡，等. 两种不同根系类型湿地植物的根系生长[J]. 生态学报, 2007, 27(2): 450-458.

CHEN Wenyin, CHEN Zhanghe, HE Qifan, et al. Root growth of wetland plants with different root types[J]. Acta Ecologica Sinica, 2007, 27(2): 450-458.

[14] KANTAWANICHKUL S, PILAILA S, TANAPIYAW-ANICH W. Wastewater treatment by tropical plants in vertical-flow constructed wetland[J]. Water Science and Technology, 1999, 40(3): 173-178.

[15] NERALLA S, WEAVER R W, VARVEL T W. Phytoremediation and on-site treatment of septic effluents in sub-surface flow constructed wetland[J]. Environmental Technology, 1999, 20(11): 1139-1146.

[16] AYAZ S C，AKCA I. Treatment of wastewater by constructed wetland in small settlements[J]. Water Science and Technology, 2000, 41(1): 69-72.

[17] STECHER M C，WEAVER R W. Effects of umbrella palms and wastewater depth on wastewater treatment in a subsurface flow constructed wetland[J]. Environmental Technology, 2003, 24(4): 471-478.

[18] 张智，林艳，郭蔚华，等.风车草修复富营养化城市内湖去除氮磷试验研究[J].水处理技术，2005，31(3)：76-79.

ZHANG Zhi，LIN Yan，GUO Weihua，et al. Renovation of eutrophicated urban inner lake and nitrogen and phosphorus removal withCyperusalternifoliusL.[J]. Technology of Water Treatment，2005，31(3)：76-79.

[19] 罗固源，韩金奎，肖华，等.美人蕉和风车草人工浮床治理临江河[J].水处理技术，2008，34(8)：46-54.

LUO Guyuan，HAN Jinkui，XIAO Hua，et al. Study on Lin Jiang River control byCannaindicaandCyperusalternifoliusartificial floating rafts[J]. Technology of Water Treatment，2008，34(8)：46-54.

[20] MIYAZAKI A,TOKUDA S, AGATA W. On the photosynthetic production and water cleaning ability ofCyperusalternifoliusL. grown by the floating culture system[J]. Japanese Journal of Crop Science, 1997, 66(2): 325-326.

[21] MIYAZAKI A, KOKUDA F, AGATA W. Comparative analysis of water purification efficiency ofOryzasativaL. andCyperusalternifoliusL. grown in the floating culture system[J]. Japanese Journal of Crop Science, 1999, 68(4): 570-575.

[22] MIYAZAKI A,TAKEUCHI T, NAKAMURA H. Characteristics of nutrient absorption and water purification in some plant species grown by floating culture system[J]. Soil Science and Plant Nutrition, 2004, 50(3): 357-363.

[23] 刘士哲，林东教，唐淑军，等. 利用漂浮植物修复系统栽培风车草、彩叶草和茉莉净化富营养化污水的研究[J].应用生态学报，2004，15(7): 1261-1265.

LIU Shizhe，LIN Dongjiao，TANG Shujun，et al. Purification of eutrophic wastewater byCyperusalternifolius,ColeusblumeiandJasminumsambacplanted in a floating phytoremediation system[J]. Chinese Journal of Applied Ecology，2004，15(7): 1261-1265.

[24] EVANDRI M G, BATTINELLI L, DANIELE C, et al. The antimutagenic activity ofLavandulaangustifolia(lavender) essential oil in the bacterial reverse mutation assay[J]. Food and Chemical Toxicology, 2005, 43(9): 1381-1387.

[25] CARSON C F, SMITH D W, LAMPACHER G J. Use of deception to achieve double-blinding in a clinical trial ofMelaleucaalternifolia(tea tree) oil for the treatment of recurrent herpes labialis[J]. Contemporary Clinical Trials, 2008, 29(1): 9-12.

[26] MONDELLO F, GIROLAMO A, SCATURRO M. Determination of Legionella pneumophila susceptibility toMelaleucaalternifoliaCheel (tea tree) oil by an improved broth micro-dilution method under vapour controlled conditions[J]. Journal of Microbiological Methods, 2009, 77(2): 243-248.

[27] 周丽华, 张华通, 龚峥，等. 互叶白千层工厂化育苗技术[J].广东林业科技,2001,17(1):16-19.

ZHOU Lihua, ZHANG Huatong, GONG Zheng，et al. Propagation ofMelaleucaalternifoliain industrial mode[J]. Guangdong Forestry Science and Technology, 2001,17(1):16-19.

[28] 李恒树,黄耀恒.互叶白千层的栽培技术[J].广西林业科学,2007,36(3):156-157.

LI Hengshu,HUANG Yaoheng. The cultivation techniques ofMelaleucaalternifolia[J]. Guangxi Forestry Science, 2007,36(3):156-157.

[29] BOLTON K G E，GREENWAY M. A feasibility study ofMelaleucatrees for use in constructed wetlands in subtropical Australia[J]. Water Science and Technology, 1997, 35(5): 247-254.

[30] BOLTON K G E，GREENWAY M. Pollutant removal capability of a constructedMelaleucawetland receiving primary settled sewage[J]. Water Science and Technology, 1999, 39(6): 199-206.

[31] BOLTON K G E，GREENWAY M. Nutrient sinks in a constructedMelaleucawetland receiving secondary treated effluent[J]. Water Science and Technology, 1999, 40(3): 341-347.

[32] 国家环保局.水和废水监测分析方法 [M]. 4版. 北京：中国环境科学出版社，2002:200-285.

[33] 肖林. 淹水条件下互叶白千层的生理生态特性研究[D]. 广州：华南师范大学,2007:14-30.

XIAO Lin. Studies of eco-physiological characteristics forMelaleucaalternifoliaseedlings to flooding[D]. Guangzhou: South China Normal University, 2007: 14-30.

Keywords： domestic wastewater; purifying effect; floating-bed systems;Melaleucaalternifolia;Cyperusalternifolius; woody plant

【责任编辑 成 文】

PRELIMINARYSDUDYONPURIFYINGEFFECTOFMELALEUCAALTERNIFLOLIAGROWNINFLOATING-BEDSYSTEMSTODOMESTICWASTEWATER

LI Bin1, JING Yuanxiao1*, WANG Zhongzheng1, YANG Danjing2

(1. School of Life Science, South China Normal University, Key Laboratory of Ecology and Environmental Science of Guangdong Higher Education, Guangzhou 510631, China; 2. Guangzhou Research Academy of Environmental Protection, Guangzhou 510620, China)

Melaleucaalternifoliais a fast-growing woody plant and produces tea tree oil, a commodity in demand by the health-care industry. The purifying effect ofM.alternifoliagrown in floating-bed systems to domestic wastewater was investigated, and compared with theCyperusalternifoliusgrown in floating-bed systems. Results indicated thatM.alternifoliafloating-bed was capable of removing pollutants from domestic sewage.M.alternifoliafloating-bed maintained high purifying effect from August to December, and the average removal rates of TN, TP, BOD5, CODCr, NH4-N and NO3-N were 71.39%, 83.32%, 84.96%, 69.91%, 72.53% and 76.23%, respectively, which are accounted for 87.55%, 95.03%, 97.48%, 98.24%, 88.73% and 89.37% of removal rates forC.alternifoliusfloating-bed, respectively. However,M.alternifoliahad low purifying effect in January, and the removal rates of TN, TP, BOD5, CODCr, NH4-N and NO3-N were 29.83%, 61.33%,70.53%, 49.89%, 39.03% and 53.84%, respectively, which are accounted for 38.67%, 68.24%, 86.77%, 77.70%, 64.20% and 65.87% of removal rates forC.alternifoliusfloating-bed, respectively.

2009-11-02

广东省科技攻关资助项目(2005B33302014)

李彬(1981—)，男，广东从化人，华南师范大学2006级硕士研究生，Email: libin4137@gmail.com; 靖元孝(1963—)，男，湖北武汉人，博士，华南师范大学教授，主要研究方向：植物生态和环境生态研究，Email:jingyx@scnu.edu.cn.

*通讯作者

1000-5463(2010)02-0090-06

Q948

A