浮床栽培茭白的生物學(xué)特征及水質(zhì)凈化作用研究 - 圖文-

1、第26卷第5期2007年10月四川環(huán)境SI CHUAN ENV I RONMENTVol 126,No 15Oct ober 2007試驗(yàn)研究收稿日期:2007203220基金項(xiàng)目:科技部社會(huì)公益項(xiàng)目“湖區(qū)循環(huán)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2005D I B 4J061資助。作者簡(jiǎn)介:周振興(1982-,男,湖北武穴人,湖北大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)2005級(jí)碩士研究生,研究方向?yàn)樗廴痉乐我约把h(huán)農(nóng)業(yè)模式研究。浮床栽培茭白的生物學(xué)特征及水質(zhì)凈化作用研究周振興,黃田,張勁,陳紅兵,盧進(jìn)登,李兆華(湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,武漢430062摘要:通過水面浮床栽培實(shí)驗(yàn)研究了水培茭白(Z izania caduciflor

2、a 植株的生長(zhǎng),并與土栽茭白作了對(duì)比。結(jié)果表明,水培茭株高在201250c m 之間,根長(zhǎng)在2954c m 之間,地上部分鮮重4218415g/單株,約占總重的70%80%,水、土栽培茭白生物學(xué)特征無顯著差異。水培茭白體內(nèi)N 含量較土栽茭白的高,N /P 差別明顯,P 含量差別不大。水培茭白與其他水培植物相比具有較強(qiáng)的N 、P 吸收能力,直接吸收N 、P 量分別為240120kg/h m 2a 和21160kg/h m 2a,是一種可用于富營養(yǎng)化水體水質(zhì)凈化的優(yōu)良植物。關(guān)鍵詞:茭白;氮;磷;生物量;水質(zhì)凈化中圖分類號(hào):X173文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):100123644(20070520001

3、204Research on the B i olog i ca l Fea tures of Z izan ia caduciflora Pl an ted a t The Floa ti n g 2bed and Its Effect on W a ter Pur i f i ca ti onZ HOU Zhen 2xing,HUANG Tian,ZHANG J in,CHE N Hong 2bing,LU J in 2deng,L I Zhao 2hua(College of Resourse and Environm ent Hubei U niversity,W uhan 43006

4、2,China Abstract:Experi m ents were carried out t o research the gr owth of water ba mboo (Z izaniacaduciflora cultivated in water atfl oating 2bed and comparis on with that cultivated in s oil .Results showed that the length of water ba mboo cultivated in water reached 201250c m and length of r oot

5、s reached 2954c m.The part over gr ound of one fresh p lant weights 4218415g,accounting for 70%80%app r oxi m ately of t otal weight .There is no significant bi ol ogical difference bet w een the p lantscultivated in water and in s oil water .The content of N in the water ba mboo cultivated in water

6、 is higher than that cultivated in s oil .Ho wever,there is no significant difference on P content .A s t o ability of abs orbing N and P directly fr om water,compared with other s pecies of p lants cultivated in water,it s higher for water ba mboo which is up t o 240120and 21160kg/h m 2a res pectiv

7、ely .Results suggest that water bamboo is a good p lant f or purificati on of eutr ophicated water .Keywords:W ater ba mboo;nitr ogen;phos phorus;bi omass;water purificati on利用水培植物治理富營養(yǎng)化水體,凈化效果良好、能耗低、簡(jiǎn)單易行,有利于恢復(fù)和重建水體的生態(tài)系統(tǒng),并具有一定的經(jīng)濟(jì)效益,日益受到國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注1,2。人工濕地和生物浮床技術(shù)治理富營養(yǎng)化水體的研究逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)課題,國內(nèi)已經(jīng)有人對(duì)鳳眼蓮(E ichh

8、ornia crassipes 、蘆葦(Phragm itis co mm unrs 、喜旱蓮子草(A lter 2nanthear Ph iloxeroides 、香蒲(Typha sp 1、菹草(Potam ogeton crispus 和水蕹(Ipo m oea aquatica 等作為構(gòu)建處理系統(tǒng)的優(yōu)選植物而進(jìn)行了研究3。茭白作為一種水生植物,具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力,生物量大,易于無土栽培,田間管理簡(jiǎn)單,是作為生物浮床修復(fù)湖泊富營養(yǎng)化的理想植物。其產(chǎn)品(肉質(zhì)莖味道鮮美、營養(yǎng)豐富、畝產(chǎn)產(chǎn)量高,是福建、浙江、安徽和湖北等中南方省份農(nóng)民廣泛種植的一種經(jīng)濟(jì)作物4。用浮床栽培茭白既可以治理水體富營養(yǎng)

9、化,又可以獲得農(nóng)業(yè)收益,同時(shí)能避免水體的沼澤化,具有很好的前景。1材料與方法111實(shí)驗(yàn)材料茭白(Z izania caduciflora 別名茭瓜、茭筍、菰首或篙芭。茭白屬禾本科菰屬,為多年生宿根淺生草本植物,是中國特有的一種水生蔬菜4。本實(shí)驗(yàn)于2006年4月在湖北大學(xué)環(huán)境工程污水實(shí)驗(yàn)池(水池面積50m ×25m ,水深015113m 中進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)水池與沙湖相連,實(shí)驗(yàn)池水質(zhì)劣類水質(zhì),COD 13215mg /L 、T N 15mg/L 、TP 1134mg/L 、pH 7144(2006年8月22日測(cè)定,水溫29。土培對(duì)照茭白(對(duì)照,下同取自于武漢市黃陂區(qū)羅漢鎮(zhèn)。對(duì)照茭白生長(zhǎng)期為每年

10、311月,生長(zhǎng)期內(nèi)平均氣溫2014,水溝土壤氣肥充足,水深015m 以下,適合茭白的生長(zhǎng)。112浮床制作水培茭白以聚乙烯泡沫板為載體,在厚為5cm 的1m ×2m 的聚乙烯泡沫上均勻打孔50個(gè),平均孔距012m ,孔直徑5c m 。113水培茭白的管理水培茭白種源于4月份取于湖北省仙桃市,不作任何前期的適用性處理,固定前去掉頂部葉片,保留根部以上2030c m ,每孔種植一株,用碎泡沫包裹固定,使根部能完全浸泡于水中。固定后不施任何化學(xué)、生物肥料,使茭白自然生長(zhǎng)。每塊聚乙烯泡沫板栽植46株。管理參考茭白田間基本管理。黃陂區(qū)羅漢鎮(zhèn)茭白生長(zhǎng)由當(dāng)?shù)剞r(nóng)民進(jìn)行基本田間管理。茭白于2006年9月

11、25日采樣,水培茭白和對(duì)照茭白各隨機(jī)選擇10株。114測(cè)定方法11411茭白生物量結(jié)構(gòu)測(cè)定選擇水培茭白與對(duì)照茭白各4株,以莖桿基部為起點(diǎn),地上部分(水培茭白指露出水面部分,對(duì)照茭白指露出泥土部分。下同以15c m 連續(xù)分段,測(cè)定每段茭白的生物量及地下部分鮮重(水培茭白指水面以下部分,對(duì)照茭白指泥土以下部分。下同。11412N 、P 的測(cè)定另外選擇10株(水培茭白5株,對(duì)照茭白5株分別測(cè)定各器官生物量(鮮重,于105殺青處理后75烘干至恒重,稱量后分別粉碎各部分植物組織過60目篩,測(cè)定其各器官中的N 、P 含量5。N:稱取一定的植物樣品與硫酸、硫酸銅和硫酸鉀一同加熱,使植物分解,分解的N 與硫酸

12、結(jié)合生成硫酸銨,然后堿化蒸餾使N 游離,用硼酸吸收后以硫酸或鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定,根據(jù)酸的消耗量計(jì)算N 的含量。P:稱取一定的植物樣品于瓷坩堝中,在馬福爐中550度灰化4小時(shí),取去冷卻,用10%的鹽酸浸泡并稀釋至一定體積,上等離子發(fā)射光譜儀上測(cè)定,得到P 的含量。2結(jié)果與分析211水培茭白與對(duì)照茭白生物性狀比較水培茭白自移栽后長(zhǎng)勢(shì)良好,至分蘗期,成活率100%。分蘗期后,可能是由于栽植過密,在對(duì)光線的競(jìng)爭(zhēng)中部分植株由于得不到足夠的陽光而逐漸枯萎。至采樣時(shí),成活率68175%,水培茭白分蘗數(shù)為1、2、3及4的百分比為49%、24%、20%及7%。水培茭白地上部鮮重約占總鮮重的70%80%,對(duì)照茭

13、白為66%86%?？傮w而言,地下部分含水率比地上部分含水率高。浮床水培茭白與對(duì)照茭白各生物學(xué)性狀具體結(jié)果如表1。表1浮床水培茭白與對(duì)照茭白各生物學(xué)性狀Tab 11The bi ol ogical features of water ba mboo p lanted at the fl oating 2bed and s oil植物編號(hào)株高(cm 根長(zhǎng)(c m 地下部分地上部分鮮重(g 含水率(%鮮重(g 含水率(%對(duì)照茭白222330180017401765235463815201831261300175對(duì)表1中10組茭白各生物性狀數(shù)據(jù)(水培茭白5組、對(duì)照茭白5組利用s p ss 軟件做多元方

14、差分析得出:F 檢驗(yàn)的顯著性概率為01103>0105,即浮島茭白與黃陂茭白各生物性狀沒有顯著差異。水培茭白的各植株生物性狀表現(xiàn)出較高的相關(guān)性,但對(duì)照茭白則不明顯。原因可能是:對(duì)照茭白取自于黃陂區(qū)羅漢鎮(zhèn)的小溝旁,小溝底泥肥沃濕潤(rùn),適于茭白的生長(zhǎng),但在茭白生活的地方有水草對(duì)底泥中營養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng),高大喬木對(duì)光線的競(jìng)2四川環(huán)境26卷爭(zhēng),環(huán)境均一性差,所以各植株生物性狀相關(guān)性并不明顯。水培茭白的生長(zhǎng)環(huán)境完全一致,各植株生物性狀相關(guān)性也較高。水培茭白與對(duì)照茭白在株高、根長(zhǎng)、地上部分及地下部分含水率等平均值上差別不大,水培茭白地下部分鮮重均值與地上部分鮮重均值均較對(duì)照茭白的低。水培茭白由于栽種方式的

15、改變,陸生根逐漸發(fā)育為水生根,對(duì)植株的生長(zhǎng)產(chǎn)生了一定的影響,水培茭白的各部分生物量較對(duì)照茭白低 。圖1茭白解析生物量趨勢(shì)分析Fig 11The trend analysis of parsing bi omass of water ba mboo植株的解析生物量分析表明(如圖1,茭白片各段生物量在起始階段分異比較明顯,差別比較大,隨著距離基部的擴(kuò)大,差別越來越模糊。這說明茭白植物的生物量主要是在基部以上060cm 處產(chǎn)生差異,隨著距離基部越來越遠(yuǎn),植株生物量分異不明顯。茭白植株在基部060c m 處,主要是莖與葉鞘,植株莖桿粗大,葉鞘寬大厚實(shí),則茭白植株的整株生物量就較大,因此在富營養(yǎng)化水體的

16、植物修復(fù)中,選擇莖桿粗大,葉鞘寬大厚實(shí)的茭白品種就能取得較好的效果。212水培茭白與對(duì)照茭白N 、P 含量的比較水培茭白在地下部分中N 、P 均較對(duì)照茭白的高,但是N /P 卻相差不大,根據(jù)水培茭白和對(duì)照茭白的差異性分析,水培茭白在地下部分生物量及根長(zhǎng)等指標(biāo)上與對(duì)照茭白無顯著差異,這表明水培茭白地下部分為了適應(yīng)新的生長(zhǎng)環(huán)境,表現(xiàn)出了更強(qiáng)的生長(zhǎng)能力,更容易從水中吸收N 、P 。水培茭白N 含量明顯較對(duì)照茭白的高,地下部分和地上部分分別相差約11mg/g 和6mg/g,水培茭白地下部分氮含量是對(duì)照茭白的2倍多。P 含量差別不明顯,所以,水培茭白的N /P 比對(duì)照茭白的N /P 高。對(duì)照茭白地上部分

17、與地下部分的N /P 沒有明顯的差異,但是水培茭白的N /P 卻表現(xiàn)出明顯的差異性,地上部分的N /P 高于地下部分的N /P 。圖2水培茭白與對(duì)照茭白N 、P 含量比較Fig 12Comparative study on the contents of N and P of water ba mboo p lanted at the fl oating 2bed and land213茭白與其他水生植物對(duì)水體中N 、P 吸收能力的比較茭白對(duì)富營養(yǎng)化水體中N 、P 的吸收作用顯著。本研究對(duì)茭白體內(nèi)的N 、P 含量作了測(cè)定,與前人研究的成果611做了比較,如下表2、表3。表2各植物體內(nèi)各器官N

18、、P 含量Tab 12The contents of N and P of different bodies in different p lants(mg/g 植物地下部分地上部分N8198112714151181注:3為本實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)。水培茭白體內(nèi)的N 含量達(dá)到了20mg/g,在7種植物中最高,除與蘆葦相近似外,遠(yuǎn)高于其他植物體內(nèi)的氮含量。水培茭白體內(nèi)的磷含量與其他植物體內(nèi)的磷含量相比,地下部分磷含量要比蘆葦和石菖蒲分別要低0153mg/g 和1184mg/g,地上部分磷含量相對(duì)較低,只是比水稻體內(nèi)的磷含量稍高0105mg/g,要比最高的石菖蒲地上部分磷含量低1140mg/g 。通過對(duì)水培

19、茭白直接吸收的N 、P 含量與其他植物直接吸收的N 、P 含量比較發(fā)現(xiàn),水培茭白吸收能力明顯高于其他植物。水培茭白對(duì)總氮的吸收為240120kg /hm 2a,比對(duì)照茭白、水稻、黑麥草、美人蕉及水芹菜等高,低于水蕹菜和蘆葦,水蕹菜對(duì)N 、P 的直接吸收之所以如此之高是因?yàn)樗巢耸菭I養(yǎng)繁殖,在生長(zhǎng)期內(nèi)采摘后可以迅速長(zhǎng)出新的莖葉,所以水蕹菜對(duì)N 、P 的直接吸35期周振興等:浮床栽培茭白的生物學(xué)特征及水質(zhì)凈化作用研究收能力強(qiáng)于其他所有的植物。水培茭白P直接吸收能力為21160kg/h m2a,與對(duì)照茭白差別不大,與其他水培植物相比,略低于美人蕉及水芹菜,與水蕹菜和蘆葦?shù)腡P直接吸收量相差較大,表明

20、水培茭白在磷的吸收上并無比較優(yōu)勢(shì)。表3各種水培植物年單位面積直接吸收N、P量注:3為本實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)。盡管水培茭白年單位面積直接吸收N、P量可觀,但這只是富營養(yǎng)化水體中N、P去除率的很小一部分,水培植物修復(fù)富營養(yǎng)化水體不是依靠植物本身的吸收能力,而是為吸收去除N、P等營養(yǎng)物質(zhì)提供一個(gè)良好的環(huán)境。劉超翔、胡洪營等12認(rèn)為,硝化/反硝化是植物去除氮的主要途徑,占47%48%,植物吸收氮占總?cè)コ?0%左右,也是氮去除的主要途徑。吸附和沉淀是植株去除磷的主要途徑,植物直接吸收磷約占磷總?cè)コ?%左右。植物直接吸收的氮、磷量在總?cè)コ手须m然只是占到很小的比例,但是植物根系巨大的表面積以及植物水面以下部

21、分在水體的硝化/反硝化、沉淀和吸附過程中起著非常重要的作用,它們?yōu)槲⑸锷L(zhǎng)提供了寄棲場(chǎng)所,根際會(huì)創(chuàng)造有利于各種微生物生長(zhǎng)的微環(huán)境,植物根系表面的氧交換使原來的厭氧環(huán)境在植物根系附近形成有利于好氧硝化的微環(huán)境,同時(shí)遠(yuǎn)離根區(qū)的厭氧環(huán)境在有機(jī)質(zhì)豐富的、碳源充足的狀況下可以充分的進(jìn)行反硝化13。徐曉鋒、史龍新等14研究了植物在磷吸收方面的磷虧缺,發(fā)現(xiàn)植物除了直接吸收磷以及根系直接對(duì)水體中磷酸鹽的吸附和沉淀作用外,還有機(jī)理不明的磷虧缺作用。一般磷虧缺值在磷總?cè)コ康?5% 35%之間,是植物直接吸收的13倍。3討論311茭白是一種生長(zhǎng)量大,生長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng),易于農(nóng)田管理的水生經(jīng)濟(jì)植物。水培茭白成活率高,單株

22、生物量與水田茭白相差不大,含水率、根長(zhǎng)和株高等生物學(xué)性狀亦與對(duì)照茭白差異不顯著。水培茭白直接從水體中吸收的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)較一般水生植物高,環(huán)境凈化能力強(qiáng)。利用茭白的吸收能力凈化水體時(shí)應(yīng)選擇莖桿粗壯,葉鞘厚實(shí)的品種。312水培茭白環(huán)境價(jià)值明顯,如果能將從水體中吸收的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)部分轉(zhuǎn)化肉質(zhì)莖果實(shí),則能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但是在本實(shí)驗(yàn)中茭白植株沒有結(jié)出肉質(zhì)莖果實(shí),可能是因?yàn)槭且圃缘谝荒?實(shí)驗(yàn)水池沒有黑弧桿菌,不能刺激水培茭白肉質(zhì)莖的生長(zhǎng),也有可能是由于種植密度過大,導(dǎo)致通風(fēng)不暢,影響肉質(zhì)莖的發(fā)育,原因有待于進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn):1A rnlg Melzer1Aquatic macr ophytes as t ools for lake manage mentJ1Hydr obi ol ogia,1999,395(4:181219012宋祥甫,鄒國燕,吳偉明,等1浮床水稻對(duì)富營養(yǎng)化水體中氮、磷的的去除效果及規(guī)律