3种水生植物净化养殖水体N_P效果的研究_杜兴华.doc

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1、 年 海 洋 湖 沼 通 报 种水生植物净化养殖水体 、 效果的研究 杜兴 华 ， 王春 生 ， 许国 晶 ， 田功 太 ， 张金 路 ， 张明 磊 ， 栗 明 ， 李 敏 ， 马亚 梅 （ 山东省淡水渔业研究院 ，山 东 济南 ； 上海海洋大学生命学院 ，上 海 ； 山东省鱼台县渔业技术推广站 ，山 东 鱼台 ） 摘 要 ： 通 过在养殖 水 体 移 植 凤 眼 莲 （ ） 、 大 薸 （ ） 、 空 心 莲 子 草 （ （ ） ） 种 水生植物 ， 研 究了 种水生植物对养殖水体 、 的净化效 果 。 结果表明 ， 种水草生长均良好 ， 能 有效降低养殖水体总氮 （ ）、 总 磷 （ ）

2、浓 度 ， 其 中 浓 度降至 以下 。 试验结束时 ， 种 水生植物 吸 收 氮 、 磷量大小依次为大薸 空 心 莲 子 草 凤 眼 莲 ； 凤 眼莲 对 、 净化效果均显著优于大 薸以及空心莲子 草 ； 大 薸 对 氨 氮 （ ） 、 亚 硝 氮 （ ）净化效果优于凤眼莲和空心莲子草 。 关键词 ：凤 眼莲 ；大 薸 ；空 心莲子草 ；养 殖水体 ； ； 中图分类 号 ： 文献标志 码 ： 文章编 号 ： （ ） DOI:10.13984/37-1141.2015.02.017 引言 、 是导致水体富营养化的主要因 子 ， 利 用 植物净化湖泊富营养化水体工作已开展多 年 。 目 前 ，

3、利用水生植物净化修复水体 是 种成本低 廉 、 节 约能 源 、 简 便易行的办 法 ， 并 作为水体净化修复的 有 效手段被广泛运用于研究和实践 中 。 然 而 ， 已有的研究大多侧重于植物浮床 对 水 体污染物的总体净化效 果 ， 对 有关植物生长 特性 和 植物自身吸收氮 磷 污 染 物 能 力 及其 体 内 累积分布方面的 研 究 报 道 相对较 少 。 本研究利用大 薸 （ ） 、 凤眼 莲 （ ） 、 空 心莲子 草 （ （ ） ） 种水生植物 ， 在 养殖水中设 置 覆盖率的水生植物净化体 系 ， 比 较大 薸 、 凤 眼 莲 、 空 心莲子草构建 的 净 化 体系 对 、 、

4、、 的去除效 果 ， 进 行植物生长特 性 、 植 物体内氮磷累 积分 布 、 植 物氮 磷 吸收能力等方面的试验研究 ， 对比不同植物对氮磷吸收能力的差异 ， 分析不同水草对氮 磷转移量效果 ， 进 而为建立养殖水域环境调控模式提供依据 。 材料与方法 实验材料 水生植物采用大薸 、 凤眼莲 、 空心莲子草 ， 购 自于济南园林苗木市场 。 选取个体均匀完整 、 叶 子较小 具有快速生长特性的植株 ， 先用供试水体进行 周的预培养 ， 待用 。 实验设计 实验在山东济宁浩洋生态科技有限公司养 殖基地进 行 ， 养 殖基地为采煤塌陷 区 ， 北 邻南四湖入湖 河 流万福河 ， 东距南四 湖 。

5、 设置 个围隔进行实 验 ， 单个围隔面积 为 （ ） ， 平 均 水 深 。 实验设置有 种水草处理 组 、 无水草处理组以及空白对 照 组 。 每种水草处理组围隔 设 个 重 基金项 目 ： 国家海洋公益性行业科研专 项 （ ） ； 山 东省农业 重大 应 用 技 术创 新 课 题 “ 采 矿 塌陷区水域渔业综合利用技术 体 系 研究与示 范 ” 、 “ 湖泊渔业水域生态构建技术模式研 究 ” 、 “ 湖滨渔业生态利用模式关键 技 术研 究 ” ； 山 东 省农业科技成 果 转化资金项 目 “ 淡水池塘节水生态高效养殖关键技 术 ” 项 目资 助 第一作者简 介 ： 杜 兴 华 （ ） ，

6、 男 ， 研 究员 。 ： 通讯作 者 ： 王 春 生 （ ） ， 男 ， 研 究员 。 ： 收稿日期 ： 海 洋 湖 沼 通 报 年 复 ， 每个围隔放置水草和鱼 类 ， 其中水草按照占围隔面积 的 在水体中密度 为 设置 ， 鱼类放 养 情况见 表 。 无水草处理组围隔则只放养等量 的 种鱼 类 ， 空白对照组水草和 鱼 类均不 放 。 围隔内生 物 放养情况见 表 。 实 验 期 间 每 隔 采 样 检 测 次 ， 连 续 检 测 次 。 实 验 结 束 后 ， 清 除 围 隔 中 水 草 并 称重 。 表 围隔鱼类放养情况 放养鱼类 规格 （ 尾 ） 密度 （ 尾 ） 鲤 （ ） 鲢

7、（ ） 鳙 （ ） 养殖管理 鱼种放入围隔后 ， 每天分别于 ： 及 ： 进行投喂 ， 投 喂量占放养鱼体重的 。 投喂至实验结束 。 检测项目和方法 每次取样时间均为当日 ： ， 在水面下 处采水样 ， 采 集的水样立即送实验室检测 ， 在 内完成相应的分析测试 。 水温 、 值 、 溶 解氧 （ ） 采 用 （ 美 国 产 ） 多参数水质仪现场 测 定 。 、 、 、 、 等 用 （ 德 国 ） 分光光度计测 定 。 水草现场采 集 ， 冰鲜储存后送山东省分 析 测试中心分析测 试 ， 测 试依 据 ： 总 氮 ， 总 磷 。 去除率计算 去除率 （ ） （ 初始浓 度 第 天浓 度 ）

8、初始浓 度 数据处理与统计分析 实验所得数据均表示为平均值 ， 用 统计软件进行方差分析 ， 当 时差异显著 。 用 进行图表处理 。 结果与讨论 实验结束时 种植物的生长 由表 可知 ，（ ） 凤眼莲 、 空 心莲子草 、 大薸实验前后平均相对增重率分别 为 、 、 。 （ ） 大薸长势最 好 ， 生物量变化最 大 。 （ ） 水生 植 物生物量的增加大 薸 空心莲子草 凤眼 莲 ， 这 与金 树 权 等 、 刘燕 等 、 张 燕萍 等 、 柳 昇平 等 的 研究结果不 同 ， 金 树权 等 的 室内净水条件下水生 植 物 大薸 、 凤眼莲净化水质实验以及 刘 艳 等 不 同水生植物对富营养

9、化水体 中氮磷去除实验中净增生物 量 均是凤眼莲大于大 薸 ， 张燕萍 等 水 生植物吸收池塘水体氮磷实验中凤 眼莲净增生物量大于空心莲 子 草 ， 柳昇平 等 凤眼莲 、 水花生对污 水 中氮磷吸收能力分析中凤眼 莲 、 水花 生 在污水中的单位面积生 物 量的增加凤眼莲大于水花 生 。 分析原因可能 是 ： 围隔框架的限制使得凤眼莲不能向框 架 外更好地进行 分 蘖生殖 ， 生物量的增加仅根系以及茎 叶 ， 因此生物量增长相对较 少 ， 另外在 实验过程中 凤 眼莲叶茎上出 现 了青虫 ， 也会对凤眼莲的生长产生一定影 响 。 期 种水生植物净化养殖水体 、 效果的研究 表 围隔水草收获重

10、量 、氮磷含量及吸收氮磷量 ， ， 水草氮磷含量 氮磷含 量 水草种类 平均增 重 平均增重 率 ： 凤眼莲 氮 ： ； 磷 ： ： 空心莲子草 氮 ： ； 磷 ： ： ： 大薸 氮 ： 磷 ： ： ： 种植物对 、 的吸收 表 显示凤眼莲 、 空心莲子草 、 大薸吸收氮磷的量 。 种水草收割后的重量为围隔中全部水草的湿重 ， 根 据围隔水草湿重含氮磷量 ， 测算出全部水草 氮 磷累积量 。 氮磷吸收量为围隔内植物收割后氮磷累积量与移栽前所含氮磷量的差值 。 凤眼莲 、 空 心莲子 草 、大薸吸收水体中氮磷总量见表 ， 种水草对氮吸收总量 ， 凤眼莲与空心莲子草差异 不显著 ， 而 凤眼莲 与

11、大薸、 大薸与空心莲子草差异 极显著 （ ）； 对 磷 吸 收 总 量 ， 种 水 草 之 间 差 异 显 著 （ ）。 说明 种植物对氮 、 磷的吸收能力不同 。 由 表 可知 ， 凤眼莲 、 空心莲子草 、 大薸 种水草围隔水体氮降低量分别 为 、 和 ， 凤眼莲围隔水体氮降低量低于大薸和空心莲子 草 ； 种水草围隔水体磷的降 低量分别 为 ： 、 和 。 种水草吸收氮磷总量极显著高于水体中氮磷降低 量 （ ） ， 这 与李猛 等 研 究 结 果 不同， 李猛 等 的研究中大薸吸收对水 体 、 去除 量均大于吸收氮 磷总 量 ， 分 析原 因 ， 本 次实验供试 水 体选取的是养殖水体并且

12、是在养殖池塘中 ， 池塘环境中水生植物吸收的氮磷除了水体本 身氮磷也可能由 于选取的围隔水草根系 都较 发 达 附着 有 底泥 或其它物质导致水 生 植 物吸收氮磷量 远 大 于 水 体 氮 磷 降 低量 。 表 不同围隔水体氮磷降低量 组别 种类 初始浓度 最终浓度 围隔水体量 降低量 凤眼莲处理组 空心莲子草处理组 大薸处理组 无水草处理组 空白对照 组 实验各组养殖水体 去除效果 实验过程中各实验围隔水体 浓度变化见图 。 海 洋 湖 沼 通 报 年 图 浓度的变化 各实验组围隔水体 的初始浓度 、 、 、 、 ， 实 验结束时 浓度降低至 、 、 、 、 。 种水草对 的去除率分别为

13、： 、 、 ， 即大 薸 空 心 莲 子 草 凤 眼 莲 ； 仅放入鱼类围隔以及空白对照 组 去 除 率 、 。 由图 可以看 出 ， 实 验 前期空心莲子草和大薸围隔水 体 含量不降反 升 ， 可 能与实验前期温度 高 ， 水草长势不好有 关 。 方 差分析表 明 ， 凤 眼莲对水体 中 的去除效果与空心莲 子 草 、 大薸差异显 著 （ ） ， 空心莲子 草与大薸 对 水体 中 的去除效果差异不明 显 ； 放 有水 草围隔 与 不放水草围隔相 比 ， 浓度显著降 低 （ ） 。 以上分析说明各水生植物处理组对水体 中 均 有 较好的去除效 果 ； 种水生植物 中 ， 凤眼莲对水体 中 的去

14、除效果最理 想 ， 凤 眼莲去 除 的 效果好 于 大薸和空心 莲子 草 。 这与刘燕 等 、 张 艳萍 等 的 研究结果一 致 ， 但 与娄敏 等 的 研究结果不 同 ， 娄 敏 等 认为凤眼 莲 、 大薸对富营养化水体 的 净化能力为大 薸 凤眼莲 。 可能的原因是 实验条件不 同 ， 本 次实验 中大薸刚移入围隔水体时生长状况不如凤眼 莲 ， 实验前期大薸植株甚至出现枯 黄 。 表 实验各组 、 去除率 组别 凤眼莲处理组 空心莲子草处理组 大薸处理组 无水草处理组 空白对照组 注 ： 不同字母表示差异显著 实验各组养殖水体 的去除效果 实验过程中各组 浓度 变化见图 。 各 实验围隔水

15、体 的初始浓度 、 、 、 、 ， 试验结束时围隔水体 浓度 、 、 、 、 ； 由 表 可知 ， 各 围隔 的去除率分别为 ： 、 、 、 、 期 种水生植物净化养殖水体 、 效果的研究 。 实验中 ， 各水草处理 组 去除率极显著高于对照 组 （ ） 。 由 图 可 知 ， 实 验过程 中 种水草围隔水体 中 浓度呈明 显 降低趋 势 ， 其 中实验 至 以凤眼莲处理组降低趋势最 明 显 ， 大 薸 次 之 。 前 对 去除速率较 快 ， 后随移植时间的延长去除速率明显下 降 。 到实验结束凤眼莲处 理 组 浓度在 组中最低 ， 实验中凤眼莲对实验养 殖 水体 中 的去除效果 最 好 ，

16、大 薸好于空心莲子 草 。 方 差分析表明 ， 凤眼莲 、 空心莲子草与大薸对水体 中 的去除效 果差异显 著 （ ） 。 由 、 浓 度 变化情况可以看出 ， 养殖水体中移植水生植 物 后通过植物的吸收作用使得水体中氮磷含 量明显降 低 ， 另 外 植物发 达 的 根 系 为水体中微生物的 生 长 、 繁 殖 提 供 了 良 好 的 环 境 ， 增 加 养 殖 水 体 中 微 生 物 的 数 量 ， 促进 对 、 等物质的去 除 ， 大幅提高了净化体系对集约化养殖水体的净化效 果 。 图 浓度变化 对氨氮 、 硝酸态氮和亚硝酸态氮的去除效果比较 表 不同围隔水 体 等浓度变 化 组别 种类

17、初始浓度 最终浓度 凤眼莲处理组 空心莲子草处理组 大薸处理组 无水草处理组 空白对照组 海 洋 湖 沼 通 报 年 从图 可以看出 ， 种水草处理组水体 浓度整体呈降低趋势 ， 实 验结束时围隔水体 浓度均低于 。 实验 周 周围隔水体中浓度 均增加 ， 周后呈降低趋势 。 实验结 束时 种水草围隔水体 分别降低了 、 、 。 空白对照组 浓度降低了 ， 未放入水草对照组 浓度则呈上升趋势 。 实验过程中水 生植物的加入使得 浓度 降低得更明显 ， 说明水生植物能 有效降低水体中的 ； 种水草对 去除效果相比 ， 大 薸的 去除效果最 好 ， 凤眼莲次之 。 水生植物的加入 使 得水生植物通

18、过根系吸 收 、 吸 附过滤作用降低水体中 的 浓度 ， 植物通过光合作用产生的氧气送至根 区 形成有氧微环 境 ， 同 时微生物在植物根系富 集 ， 使 硝化作用和反硝化作用能顺利 连续进 行 。 图 浓度变 化 图 浓度变 化 期 种水生植物净化养殖水体 、 效果的研究 图 浓度变 化 水体中 浓度随时间变化见图 ， 各围隔水体中 浓度在整个实验过程中增加 ， 其 中空 心莲子草和大薸水体中浓度变化趋势相似 ， 凤眼莲围隔 中 浓度变化大于另两个处理 。 各实验组 非但没有降低 ， 反而升高幅度 显著 ， 推测原因可能是试验池塘 充足并且呈上升状态 ， 在 充足的情况 下 ， 硝化细菌等好

19、氧型细菌处于 活 跃状 态 ， 硝 化作 用强 烈 ， 将 水体 中 、 等形 式 氮转化为 状态 。 同时 ， 受生物量的限制 ， 水 生植物的净化能力是有限的 ， 因 而形成 较高 浓度的积 累 。 这与刘福 军 、 胡文英及田功 太 等 的 研究结果一 致 ， 但 与吴伟 等 及 常会庆 等 的 研 究结果不同 ， 推测是水生植物 对 吸收能力的不 同 。 实验各组水体 初始浓度为 ： 、 、 、 、 ， 结 束 浓 度 为 ： 、 、 、 、 。 由图 可以看出 ， 在 前 各围隔水体中 浓 度均呈下降趋势 ， 后空心莲子草围隔水体中水平 持续上升 ， 大 薸处理组以及无水草处理组先增

20、加后 降低 ， 凤眼莲围隔中 在整个实验过 程中均呈降低趋势 。 到试验结束时水体中 浓度凤眼 莲以及大薸处理均降低 ， 植物吸收 作用和微生物的转化作用使水体中 的降低 ； 而 空心莲子草处 理组以及对照组水体中 浓度反而较起始浓度增加 ， 可能原因 在空心莲子草实验水体中减少 ， 硝化菌处于非活跃状态 ， 硝化作用受到抑制 ， 水体中 累积 。 结 论 （ ） 种水生植物 对养殖水 体中 、 、 、 有较好的去除效果 。 经水生植物净化后 的池 塘 养殖水体 中 、 水平明显降 低 ， 水平降 至 以下 ， 而 空心莲子 草 围 隔 水 体 水平增加 ， 凤眼莲 、 大薸围隔水体 水平则降

21、至 以下 。 （ ） 水生植物在 前 对 、 、 去除速率较 快 ， 后去除速率明显下 降 。 （ ） 在集约化养殖池塘中 采用凤眼莲 、 空 心莲子草 、 大薸构建的水生植物净化体系能够有效净化水 质， 具有一定的生态效益 。 海 洋 湖 沼 通 报 年 参考文献 金相 灿 湖泊富营养化控制和管理技 术 北 京 ： 化学工业出版 社 ， ： 刘雪 冉 ， 李 新 举 ， 李 海 龙 邹城市采煤塌陷区复垦土壤质量变化研 究 安 徽农业科 学 ， ， （ ） ： 姬宗 皓 济宁地区煤炭塌陷区生态恢复与治理研 究 山 东国土资 源 ， ， （ ） ： 王振 红 ， 桂 和 荣 ， 张 晓 勇 采煤

22、矿区不同塌陷塘水域生态环境特征分 析 安 徽农业科 学 ， ， （ ） ： 方文惠 ， 桂和荣 矿区塌陷塘营养状况及相关分 析 能 源环境保 护 ， ， （ ） ： 张辉 ， 严家平 ， 徐良骥 ， 等 淮南矿区塌陷水域水质理化特征分 析 煤 炭工 程 ， ， ： 计承富 ， 桂和荣 矿区塌陷塘水体主要营养盐的调查分 析 哈尔滨工业大学学 报 ， ， （ ） ： 何春桂 ， 宋晓梅 ， 刘辉 淮南市采煤塌陷区水域环境现状调查与评 价 矿业安全与环 保 ， ， （ ） ： 贺晓 蕾 ， 王 敏 ， 刘 伟 煤矿塌陷湿地水体富营养化评 价 北 方环 境 ， ， （ ） ： 徐良 骥 ， 严 家 平

23、 ， 高 永 梅 煤矿塌陷水域水环境现状分析及综合利 用 煤 炭学 报 ， ， （ ） ： 李 猛 ， 马 旭 洲 ， 王 武 ， 等 大薸对网箱养殖长吻鮠生长及 氮 、 磷 排放的影 响 大连海洋大 学学 报 ， ， （ ） ： 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 环境污染与防 治 ， ， （ ） ： 屠清 瑛 ， 章 永 泰 ， 杨 贤 智 北京什利海生态修复试验工 程 湖 泊科 学 ， ， （ ） ： 罗固 源 ， 郑 剑 锋 ， 许 晓 毅 ， 等 种浮床栽培植物生长特性及吸收氮磷能力的比 较 环 境科学学 报 ， ， （ ） ： 金 树 权 ， 周 金 波 ， 朱 晓 丽 ， 等 种 水 生 植物的 氮 磷 吸 收 和 水质 净 化 能 力的 比 较 研 究 农业环境科学学 报 ， ， （ ） ： 刘 燕 ， 万 福 绪 ， 王 瀚 起 ， 等 不同水生植物对富营养化水体氮磷的去除效 果 林 业科技开 发 ， ， （ ） ： 张艳 萍 ， 王 庆 萍 ， 赵 春 来 不同水生植物对养殖池塘污染物净化效果的比较研 究 江 西水产科 技 ， ， ： 柳昇 平 ， 胡 志 奇 ， 许 志 雯 ， 等