3个荷花品种对富营养水体和底泥中氮、磷去除能力比较研究

江 君，李 欣，徐 飞，徐 君，姜红卫

（1.江苏太湖地区农业科学研究所，江苏苏州215155；2.江苏省苏州市吴中区农技植保推广站，江苏苏州215104）

城市湖泊、河道等湿地景观水体富营养化是目前城市突出的环境问题之一，直接影响到市民健康和生活质量的提高。水生植物对氮、磷有很强的吸收和利用作用，同时发达的根系扎根在底泥中，防止底泥上浮，控制了内源营养盐释放，减少水体二次污染［1－2］，水生植物富集氮、磷的利用是治理、调节和抑制水体富营养化的有效途径［3－6］。不同植物对氮、磷的去除效果有很大的差别，去除率变化范围为20%～98%，植物修复水体是一种简单、经济、可持续的水体修复手段，在富营养化水体治理中得到广泛应用［7－8］。

荷花（Nelumbo nucifera）是中国传统十大名花，分布面积广，易成活，在很多湿地系统中都作为优势水生植物，对水体中的氮、磷有很好的净化效果［9－10］。荷花在净化水体的同时可以丰富植物的景观配置，兼具生态和经济价值。国内现有荷花品种达上千种之多，根据对荷花的认知和需求不同，荷花又分成禠莲、藕莲、花莲三大类型，各类型品种间性状差异明显，生态、经济价值也各不相同［11］。目前对荷花净化能力的研究报道中，利用的荷花品种比较单一，且大多集中在对水体中氮、磷去除效果的研究，较少关注底泥中氮、磷的去除效果。本研究以籽莲型品种太空莲36号、花莲型品种秦淮花灯和荷塘情深为试验材料，研究种植3个荷花品种的富营养化底泥和水体中氮、磷含量的变化规律，比较不同品种对氮、磷的去除效果，旨在为推进不同荷花品种在受污染水体修复及人工湿地景观配置中的应用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试荷花品种太空莲36号、秦淮花灯、荷塘情深，均来自江苏太湖地区农业科学研究所荷花种质资源圃。供试荷花品种基本性状见表1。

表1 供试荷花品种基本性状

1.2 试验方法

试验在江苏太湖地区农业科学研究所塑料大棚中进行，采用静态避雨栽培方式。2016年6月初每个品种挑选大小一致、生长健壮的种藕1支，移栽入口径为70 cm、高度为65 cm的荷花缸中，试验用水和底泥来自苏州市受污染的水塘，荷花生长过程中蒸发的水分用自来水进行补充，每个品种3个重复。在荷花的几个主要生育期进行取样分析。

1.3 测定内容与方法

采用凯氏定氮法测定土壤全氮含量，氢氧化钠熔融－钼锑抗比色法测定全磷含量。植物样品采用硫酸－双氧水消解凯氏定氮法测定全氮含量；钼锑抗比色法测全磷含量。采用靛酚蓝比色法测定水中铵态氮含量；紫外分光光度计测定水中硝态氮含量；钼酸铵分光光度法测定水中总磷含量；碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水中总氮含量。采用Excel 2007进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 3个荷花品种地上部分生长状况及养分含量

在富营养化条件下，3个荷花品种生长状况良好，在荷花生育期结束时，对地上部分生物量烘干称质量，计算干物质量。由表2可知，3个品种的生物量和株高均表现为太空莲36号＞荷塘情深＞秦淮花灯，品种间株高无显著差异。太空莲36号地上部分干物质量显著高于另外2个品种。籽莲型品种太空莲36号的莲籽干物质量显著高于花莲型品种荷塘情深和秦淮花灯。秦淮花灯莲蓬不结实，地上部分生物量最小。

表2 3个荷花品种生长状况

由图1可知，3个荷花品种不同部位氮、磷含量差异较大。叶片和莲籽中的氮含量高于茎秆中的氮含量，品种间无显著差异。磷含量表现为莲籽＞叶片＞茎秆，秦淮花灯和太空莲36号叶片中磷含量显著高于荷塘情深；3个品种茎秆中的磷含量差异显著，太空莲36号最高，荷塘情深最低；太空莲36号和荷塘情深莲籽中的磷含量无显著差异。

2.2 底泥中氮、磷浓度变化

从图2可以看出，种植不同荷花品种的底泥中总氮、总磷浓度的变化趋势较为一致，随着荷花的生长，底泥中总氮、总磷浓度逐渐降低。从移栽期至始花期（6月9日至8月11日），荷花快速生长需要大量的养分，通过根部吸收底泥中的氮、磷元素，因此底泥中总氮、总磷浓度降低幅度较大。太空莲36号和荷塘情深的底泥中总氮含量在生育后期仍有较大幅度的降低，可能是在生育后期莲籽膨大，积累营养物质所致。整个生育期种植秦淮花灯的底泥中，总氮浓度从1.94 g／L降低至1.35 g／L，总磷浓度从 419.33 mg／L降低至270.82 mg／L；种植荷塘情深的底泥中总氮浓度从 1.98 g／L降低 至 1.35 g／L，总 磷 浓 度 从 417.35 mg／L降 低 至267.11 mg／L；种植太空莲 36号的底泥中总 氮浓度 从2.01 g／L降低至1.25 g／L，总磷浓度从 406.66 mg／L降低至224.46 mg／L。

2.3 水体中氮、磷浓度变化

由图3可以看出，种植3个荷花品种的水体中总氮、总磷浓度随着时间的延长不断降低，末花期（9月30日）后，水体中总氮、总磷浓度降低幅度趋于平缓。整个生育期，种植秦淮花灯的水体中总氮浓度从 43.57 mg／L降低至22.29 mg／L，总磷浓度从0.61 mg／L降低至 0.22 mg／L；种植荷塘情深的水体中总氮浓度从 49.07 mg／L降低至 18.83 mg／L，总磷浓度从0.63 mg／L降低至0.15 mg／L；种植太空莲 36号的水体中总氮浓度从49.55 mg／L降低至 14.67 mg／L，总磷浓度从0.64 mg／L降低至 0.13 mg／L。

NH4＋－N浓度与总氮浓度变化趋势相同，从移栽期至盛花期（6月9日至9月6日），NH4＋－N浓度大幅度降低，9月6日以后NH4＋－N浓度变化趋于稳定，整个生育期，秦淮花灯、荷塘情深、太空莲36号的NH4＋－N浓度分别从21.54、23.38、25.49 mg／L降低至 0.16、0.16、0.17 mg／L。

NO3－N浓度变化趋势与总氮、NH4＋－N浓度变化不同，呈现先升高后降低的趋势，出现这种现象可能与底泥及水体中存在大量的微生物有关，前期水体中NH4＋－N浓度较高，经过硝化作用转化为NO3－N，此时硝化作用的强度大于反硝化作用，因此造成了 NO3－N的积累。荷花生育后期NO3－N的浓度保持稳定，整个生育期种植3个荷花品种的水体中NO3－N浓度略微降低。

表3 3个荷花品种对底泥中氮、磷去除率

表4 3个荷花品种对水体中氮、磷去除率

2.4 3个荷花品种对底泥及水体净化效果分析

从表3可以看出，至荷花生育期结束，3个荷花品种对底泥中总氮、总磷的去除率均表现为太空莲36号＞荷塘情深＞秦淮花灯。其中太空莲36号对底泥中总氮、总磷的去除率要显著高于其余2个品种。秦淮花灯和荷塘情深对底泥中总氮、总磷的去除率无显著差异。

从表4可以看出，3个荷花品种对水体中总氮、总磷的去除率表现为太空莲36号＞荷塘情深＞秦淮花灯。太空莲36号显著高于秦淮花灯，荷塘情深与另外2个品种相比无显著差异。3个荷花品种对水体中NH4＋－N和NO3－N的去除率无显著差异；对NH4＋－N的去除率均达到了99%以上，说明荷花可以有效的去除富营养化水体中的铵态氮；对NO3－N的去除率在10%左右，去除效果较差。

3 结论与讨论

本研究中3个荷花品种间的株高和生物量不同，均表现为太空莲36号＞荷塘情深＞秦淮花灯。荷花的不同部位氮、磷含量不同，叶片和莲籽中氮、磷含量较高，茎秆中氮、磷含量较低。不同品种叶片和莲籽中的氮、磷含量无显著差异，茎秆中的磷含量品种间有一定的差异。

3个荷花品种对富营养化水体和底泥中的氮、磷均具有较好的去除效果。对底泥中的总氮去除率为30.24% ～37.90%，总磷去除率为35.37% ～44.71%。对水体中总氮去除率为 48.88% ～70.50%，总磷去除率为 64.39% ～80.16%。对NH4＋－N去除率可以达到99%以上。对供试的3个品种净化效果比较得出，太空莲36号的净化效果最好。

底泥和水体是河道、湖泊等湿地生态系统的重要组成部分，其中底泥不仅可以间接反映水体的污染情况、水动力状态，且在外界水动力因素制约下向上覆水体释放营养成分，影响水质和富营养化过程［12］。有研究显示，苏州河污水截流后，污染物排放大幅度削减，但河流水质并未出现预期的改善程度［13］。河流和湖泊内源污染物的释出，类似于非点源污染，释放面积大，释放时间、途径和释放量具有不确定性［14］。在底泥氮、磷污染严重情况下，通过置换上覆水虽然能在短期内能降低上覆水氮、磷浓度，但污染底泥有持续释放氮、磷的能力，释放的氮、磷足以维持富营养化需求［15］。

不同类型水生植物在湿地净化中对污染物的去除能力存在较大的差别。荷花属于大型挺水植物，其发达的地下茎扎根在底泥中，不仅对水体中的氮、磷具有较高的去除率，还能有效地吸附底泥中氮、磷，同时荷花有丰富的观赏价值，在河道、湖泊等生态治理方面具有较高的应用价值。荷花根据经济价值不同分为藕莲、籽莲、花莲，品种成百上千，如何挖掘不同类型、不同品种荷花的经济及生态功能，值得进一步研究探讨。

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