豆瓣菜浮床栽培对富营养化水体净化效果的研究

刘颍，徐文娟

（安徽农业大学园艺学院，合肥，230036）

富营养化是指水体接纳过多的氮、磷等营养性物质，使藻类等浮游植物生长占优势导致水生态系统的结构破坏和功能异化的过程[1]。据报道，我国90%以上的公园水体遭到不同程度的污染，TN、TP等指标超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类标准[2]。

豆瓣菜（Nastuitium officinaleR.Br）为十字花科豆瓣菜属，水生草本植物。浅根系，茎节易发生不定根。豆瓣菜的根系十分发达，可以吸附水体中的污染物质，耐污去污能力强，经济价值较高，对外界生长环境条件要求相对降低，适应范围广，适应能力强[3]。

本试验在室内条件下，利用浮床栽培豆瓣菜，研究其对不同浓度富营养化水体的净化效果，旨在为净化富营养化水体提供有效的防控办法，同时采收该菜，获得经济效益。

表1 试验浓度梯度设计 mg/L

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料：豆瓣菜，种子繁殖。

供试水体：取至安徽农业大学小池塘。

1.2 试验设计

按照地表水环境质量标准和湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术规定[4]，通过加水稀释和添加适量的 KNO3、KH2PO4，以调整其初始氮磷浓度，把水体分为轻度富营养、中度富营养、重度富营养、极度富营养4个营养等级（见表1）。

采用40 L容积的塑料盆作为试验容器。打孔的塑料泡沫板作栽培定植板，30个定植孔，每孔栽入1株植物，以脱脂棉加以固定。

待豆瓣菜植株高 10～15 cm，从中挑选出生长较一致的健壮植株，预处理后，分别放置在4种浓度的水体中进行培养，每个处理3次重复。每个浓度设置一个对照，对照组内只放置聚乙烯塑料泡沫板而无植物。

在试验周期内，每天用蒸馏水补充因蒸发、蒸腾作用所损耗的水分，以保持体积不变。于自然状态下培养7，14，21，28，35 d 后，取样分析。

1.3 测定项目与分析方法

水质测定项目有 TN、TP、NH4+-N、NO3--N。各项指标的测定均参照《水和废水监测分析方法》[5]。总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定。总磷（TP）采用钼酸铵分光光度法测定。铵态氮（NH4+-N）采用纳氏试剂光度法测定。硝氮（NO3--N）采用酚二磺酸分光光度法测定。

运用Excel 2007进行数据整理和制图；SPSS进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 豆瓣菜对富营养化水体中营养盐的去除效果

①对TP的去除效果 整个试验过程中，不同富营养化水体中TP的变化见图1。各试验组和对照组TP的浓度均有明显下降，各试验组TP的去除率均高于对照组，从轻度富营养到极度富营养各试验组TP的去除率分别比对照组提高了49.80%、61.32%、65.21%、70.57%，表明在水面栽培豆瓣菜对降低富营养化水体中TP的含量有一定的作用。

图1 不同浓度富营养化水体中TP的变化

图2 不同浓度富营养化水体中TN的变化

轻度富营养到极度富营养各试验组中，TP的去除量分别为 0.144 mg/L、0.428 mg/L、1.279 mg/L 和 2.441 mg/L，去除率分别为68.37%、80.86%、86.99%、94.61%。可见，浓度越大，去除量和去除率越高。

②对TN的去除效果 由图2可知，从轻度富营养到极度富营养对TN的去除率分别为54.41%、80.65%、90.73%、83.10%，与对照组相比，分别提高了29.04%、54.65%、65.92%、55.66%。豆瓣菜对各组富营养化水体中TN的去除率随着TN浓度的升高而增加，重度富营养化水体TN的去除率最高，为90.73%，但是极度富营养化水体中TN的去除率低于重度营养化水体，说明豆瓣菜对TN的去除率有一定的限度，超过这个限度，去除率不升反降。

图3 不同浓度富营养化水体中氨氮的变化

图4 不同浓度富营养化水体中硝氮的变化

试验后期，轻度富营养组TN的含量不降反升，这可能因为，轻度富营养化水体中营养有限，后期豆瓣菜部分衰败产生的氨态氮重新释放到水中所致[6]。

由图3可知各组富营养化水体中氨态氮浓度的变化。在试验前期，各组富营养化水体中NH4+-N的浓度均大幅度下降，重度富营养化水体NH4+-N的去除率最高，为95.54%，极富营养化水体中NH4+-N的去除率为85.29%。

试验后期，除轻度富营养化水体中NH4+-N浓度有所上升外，其他各试验组NH4+-N浓度几乎没有太大变化。其原因可能是因为，试验后期豆瓣菜有部分衰败死亡进入水体，造成水体中NH4+-N含量增加，由于植物和微生物的作用，极度富营养、重度富营养、中度富营养各试验组中的豆瓣菜还能保持水体中的NH4+-N继续下降，或者维持NH4+-N的动态平衡，而轻度富营养化水体，因为营养供应不足，植株死亡较多，所以在试验后期表现出上升的趋势。

④对NO3--N的去除效果 各组富营养化水体中NO3--N浓度的变化见图4。试验开始时，各组富营养化水体中的NO3--N均有一定程度的下降，大多是被豆瓣菜吸收了。在试验中期，NO3--N浓度呈明显的上升趋势，结合图3，这个阶段可能发生了硝化反应，存在NH4+-N向NO3--N的转化，并且植物的吸收作用，明显小于硝化反应，NO3--N显著上升。随着时间的延长，因为NH4+-N在试验前期已经被大量消耗，同时存在豆瓣菜的吸收作用和反硝化作用，最终水体中的NO3--N均表现出下降趋势。

从轻富营养到极富营养各试验组NO3--N去除率分别为61.45%、68.99%、87.64%、81.91%，与对照组相比，提高了53.40%、62.94%、80.99%、74.41%。可见，豆瓣菜对重度富营养化水体中NO3--N的去除效果最好。

3 结论与讨论

豆瓣菜浮床栽培在4种不同浓度的富营养化水体中均能正常生长，并且可以有效地去除水体中的氮、磷等营养物质。在试验初期TP、TN、NH4+-N的去除速率快，后期逐渐减慢。TP、TN、NH4+-N、NO3--N的去除量与水体各自初始浓度呈正相关。豆瓣菜对重度富营养化水体中的 TN、NH4+-N、NO3--N去除率最高，分别为90.73%、95.54%、87.64%，对极度富营养化水体中的TP去除率最高，达94.61%。

不同富营养化水体中NH4+-N和NO3--N的变化，总体呈现此消彼长的变化规律。NH4+-N的去除，除了植物吸收外，还可能由于水体中的氨氧化菌的硝化作用将NH3-N氧化成NO2--N、NO3--N。

试验表明，豆瓣菜对磷的去除效果总体上好于氮，这可以是因为吸附作用对磷酸盐在水体中的归趋有重要影响[7]。磷酸盐可以迅速通过吸附沉降作用或者通过植物吸收来去除水体中的磷[8]。而微生物对氮的分解是富营养化水体除氮的主要去除方式，水体中的氮除了可以通过植物吸收被去除外，还可以通过吸附和挥发，但相对于硝化和反硝化作用，这些去除途径都是有限的[9]。

利用生态浮床栽培豆瓣菜对富营养化水体具有一定的净化效果，同时豆瓣菜营养丰富、口感好，获得很好的经济效益。

[1]刘建康.湖泊与水库富营养化防治的理论与实践[M].北京：科学出版社，2003：14-17.

[2]赵慧娟.慈姑对水体中氮、磷的吸收作用及其生长和生理生态响应[D].上海：华东理工大学，2011.

[3]Cruz R M S,Vieira M C,Silva C L M.Effect of heat and thermosonication treatments on peroxidase inactivation kinetics in watercress (Nasturtium of ficinale)[J].Journal of Food Engineering,2006,72(1):8-15.

[4]王明翠，刘雪琴，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准[S].中国环境监测，2002，18（5）：48-49.

[5]国家环境保护局.水和废水监测分析方法.4版[M].北京：中国环境科学出版社，2002.

[6]林春风.人工浮床及水生植物对富营养化水的净化效果研究[D].吉林：吉林农业大学，2012.

[7]方焰星，何池全，梁霞，等.水生植物对污染水体氮磷的净化效果研究[J].水生生态学杂志，2010，2（6）：39.

[8]伏彩中，肖瑜，高士祥.模拟水生生态系统中沉水植物对水体营养物质消减的影响[J].环境污染与防治，2006，28（10）：753-756.

[9]Lee C,Fletcher T D,Sun G.Nitrogen removal in constructed wetland systems[J].Engineering Life Science,2009,9(1):11-22.