（生态学专业论文）植物浮床和人工湿地污水处理系统中风车草生理生态特性研究.pdf

_ _ s t u d i e so f e c o - - p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s o fc y p e r u s a l t e r n i f o l i u si np l a n tf l o a t i n gb e da n d c o n s t r u c t e dw e t l a n ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e m x uc h a n z h i s p e c i a l t y ： c o l l e g e ： s u p e r v i s o r ： s u b m i t t e dd a t e ： e c o l o g y c o l l e g e o fl i f es c i e n c e p r o f e s s o r 朋啉gy u a n - x i a o 2 0 1 0 5 31 1 、植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草的生长状况 植物浮床与人工湿地污水处理系统中风车草的生长状况季节变 化规律基本相似，4 8 月份生长较快，9 1 2 月份生长较慢。实验前 期( 4 8 月) ，植物浮床组风车草生长状况基本优于人工湿地组。到 7 月份，植物浮床组风车草的分蘖数、一级侧根的数量、根生物量、 叶生物量、总生物量和根冠比分别为人工湿地组的2 倍、1 4 倍、1 2 倍、1 6 倍、1 1 倍和1 1 倍。实验后期( 9 1 2 月) ，植物浮床组风车 草的生长状况比人工湿地组差，实验结束时，上述生长指标分别为人 工湿地组的18 7 8 5 、1 0 9 6 1 、6 0 4 8 、6 5 2 3 、7 6 1 1 和7 9 0 2 。 整个实验过程中，植物浮床组风车草分蘖速率大于人工湿地组，而株 高生长小于人工湿地组。另外，植物浮床组风车草根孔隙度显著大于 人工湿地组，为人工湿地组的l51 2 0 。 2 、植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草的生理特性 植物浮床与人工湿地污水处理系统中风车草的生理特征季节变化 规律基本相似。5 8 月大部分生理指标维持高水平，9 12 月大部分 生理指标处于较低水平。植物浮床组风车草的根系活力、净光合速率、 蒸腾速率和气孔传导率明显低于人工湿地组，其平均值分别为人工湿 摘要 组的6 9 8 1 、8 8 9 6 、8 7 8 1 和8 0 7 8 。植物浮床组风车草的叶 素荧光参数f o 、f m 、f v f m 、y i e l d 、q p 和叶绿素含量与人工湿地 差别不大，其平均值为人工湿地组的l0 5 o1 、9 5 2 3 、9 8 2 6 、 18 、9 3 9 5 和9 4 2 6 。植物浮床组风车草的n p q 和质膜透性明 高于人工湿地组，其平均值分别为人工湿地组的12 0 7 和 4 4 9 。 总之，植物浮床与人工湿地污水处理系统中风车草的生理生态特 的变化规律基本相似，5 8 月份生长较快，大部分生理指标维持高 平，9 l2 月份生长比较慢，大部分生理指标处于较低水平。实验 期植物浮床组风车草生长状况好于人工湿地组，而实验后期比人工 地组差；植物浮床组风车草大部分生理指标比人工湿地差。 关键词：风车草植物浮床人工湿地生理生态特性 i l s t u die so fe c o _ p h y s io l o gic a lc h a r a c t e ris tic so fc y p e r u s 舭t e r n i f o l u sinp l a n tf l o a t in gb e da n dc o n s t r u c t e d w e t l a n ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e m a b s t r a c t m a j o r ：e c o l o g y n a m e ：x uc h a n - z h i s u p e r v i s o r ：j i n gy u a n x i a o g r o w t ha n dp h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fc y p e r u sa l t e r n i f o l i u s i np l a n tf l o a t i n gb e da n dc o n s t r u c t e dw e t l a n ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e m w e r es t u d i e d ，w h i c hw i l l p r o v i d et h e o r e t i c a lg u i d a n c et o p u r i f y i n g e f f i c i e n c yo fc a l t e r n i f o l i u sa p p l i e di n s e w a g et r e a t m e n ts y s t e m t h e m a j o rr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1g r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fc a l t e r n i f o l i u s i np l a n t f l o a t i n g b e d a n dc o n s t r u c t e dw e t l a n ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e m lh es e a s o n a lc h a n g e so f g r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fc a l t e r n i f o l i 甜s i n p l a n tf l o a t i n gb e da n dc o n s t r u c t e dw e t l a n d s y s t e mw e r es i m i l a r ea l t e r n i f o l i u sm a i n t a i n e dh i g hg r o w t hr a t ef r o m a p r i lt oa u g u s t b u t h a dl o wg r o w t hr a t ef r o ms e p t e m b e rt od e c e m b e r i nt h ee a r l yp e r i o do f t h e e x p e r i m e n t ( f r o ma p r i lt oa u g u s t ) ，t h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i co f c a l t e r n i f o l i u so fp l a n tf l o a t i n gb e dg r o u pw a sb e t t e rt h a nt h a to f c o n s t r u c t e dw e t l a n d g r o u p i nj u l y ，t h et i l l e r s ，n u m b e ro ff i r s t c l a s s l a t e r a lr o o t s ，r o o tb i o m a s s ，l e a fb i o m a s s ，t o t a lb i o m a s sa n dr o o t s h o o t o fc a l t e r n i f o l i u so fp l a n tf l o a t i n gb e dg r o u pw e r e2 t i m e s ，1 4t i m e s 1 2t i m e s ，1 6t i m e s ，1 1t i m e sa n d 1 1t i m e so fc o n s t r u c t e dw e t l a n d g r o u p ，r e s p e c t i v e l y i nt h el a t e r p e r i o do ft h e e x p e r i m e n t ( f r o m 1 1 1 s e p t e m b e r t o d e c e m b e r ) ，t h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fc a l t e r n i f o l i u so fp l a n tf l o a t i n gb e d g r o u pw a sw o r s et h a nt h a to f c o n s t r u c t e dw e t l a n dg r o u p a tt h ee n do ft h e e x p e r i m e n t ，t h eg r o w t h p a r a m e t e r so fa b o v e - m e n t i o n e dw e r el8 7 8 5 ，10 9 61 ，6 0 4 8 。 6 5 2 3 ， 7 6 11 a n d7 9 0 2 o fc o n s t r u c t e d w e t l a n d s y s t e m r e s p e c t i v e l y i n t h ew h o l e e x p e r i m e n t ，t h et i l l e rg r o w t hr a t eo f c a l t e r n i f o l i u so fp l a n tf l o a t i n gb e dg r o u pw a sh i g h e rt h a nt h a to f c o n s t r u c t e dw e t l a n dg r o u p ，b u tt h e h e i g h tg r o w t hr a t ew a sl o w e rt h a n t h a to fc o n s t r u c t e dw e t l a n dg r o u p m o r e o v e r ，r o o tp o r o s i t yo ft h ep l a n t f l o a t i n gb e dg r o u pw a ss i g n i f i c a n t l yg r e a t e rt h a nt h a to fc o n s t r u c t e d w e t l a n dg r o u p ，w h i c hw a s151 2 0 o fc o n s t r u c t e dw e t l a n dg r o u p 2 p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fc a l t e r n i f o l i u si n p l a n t f l o a t i n gb e d a n dc o n s t r u c t e dw e t l a n ds e w a g et r e a t m e n ts y s t e m t h es e a s o n a l c h a n g e s o f p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so f ca l t e r n i f o l i u si n p l a n tf l o a t i n gb e da n dc o n s t r u c t e dw e t l a n ds e w a g e t r e a t m e n t s y s t e mw e r es i m i l a r t h em o s t p h y s i o l o g i c a li n d e xo f c a l t e r n 咖l i u sm a i n t a i n e dh i g hl e v e lf r o mm a yt oa u g u s t b u th a d1 0 w l e v e lf r o ms e p t e m b e rt od e c e m b e r r o o tv i g o r ，n e tp h o t o s y n t h e t i c r a t e ， t r a n s p i r a t i o nr a t ea n ds t o m a t a lc o n d u c t a n c eo fp l a n tf l o a t i n gb e dg r o u p w e r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h o s eo fc o n s t r u c t e dw e t l a n d g r o u p 。w h i c h a c c o u n t e df o r6 9 8 1 ，8 8 9 6 ，8 7 8 1 a n d8 0 7 8 o fc o n s t r u c t e d w e t l a n dg r o u p ，r e s p e c t i v e l y t h ec h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c ep a r a m e t e r s f o ，f m ，f v f m ，y i e l d ，q pa n dc h l o r o p h y l lc o n t e n to fp l a n tf l o a t i n gb e d g r o u ph a dn os i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sw i t hc o n s t r u c t e dw e t l a n dg r o u p ， w h i c ha c c o u n t e df o r 1 0 5 0 1 ，9 5 2 3 ，9 8 2 6 ，9 2 1 8 ，9 3 9 5 a n d 9 4 2 6 o fc o n s t r u c t e dw e t l a n d g r o u p ，r e s p e c t i v e l y n p qa n de l e c t r o l y t e l e a k a g e o fp l a n t f l o a t i n gb e dg r o u pw e r eg r e a t e rt h a nc o n s t r u c t e d w e t l a n dg r o u p ，w h i c ha c c o u n t e df o r12 0 7 a n d114 4 9 ，r e s p e c t i v e l v i na w o r d ，t h e s e a s o n a l c h a n g e s o f e c o - p h y s i o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c so fc a l t e r n i f o l i u si np l a n tf l o a t i n gb e da n dc o n s t r u c t e d w e t l a n ds e w a g et r e a t m e n t s y s t e mw e r es i m i l a r t h em o s tg r o w t ha n d p h y s i o l o g i c a li n d e xo fc a l t e r n i f o l i u sm a i n t a i n e dh i g hl e v e lf r o mm a v w a b s t r a c t t oa u g u s t ，b u th a dl o wl e v e lf r o ms e p t e m b e rt od e c e m b e r i nt h ee a r l y p e r i o do ft h ee x p e r i m e n t ，t h eg r o w t hc h a r a c t e r i s t i c so fc a l t e r n i f o l i u s i np l a n tf l o a t i n gb e dw a sb e t t e rt h a nt h a to fc o n s t r u c t e dw e t l a n d ，b u tt h e f o r m e rw a sw o r s et h a nt h el a t t e r i nl a t e rp e r i o do ft h ee x p e r i m e n t m e a n w h i l e ，t h em o s tp h y s i o l o g i c a li n d e x e so fc a l t e r n i f o l i u si np l a n t f l o a t i n gb e dw e r ew o r s et h a n t h o s eo fi n c o n s t r u c t e dw e t l a n ds e w a g e t r e a t m e n ts y s t e m k e yw o r d s ：c y p e r u sa l t e r n i f o l i u s ；p l a n tf l o a t i n gb e d ；c o n s t r u c t e d w e t l a n d ；c c o p h y s i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s v 1 3 2 风车草在人工湿地研究概况4 1 3 3 风车草在植物浮床研究概况5 1 4 本研究目的和意义6 2 实验材料和方法一7 2 1 实验场地和实验材料处理。7 2 2 植株生长状况的测定7 2 2 1 生长和生物量的测定7 2 2 2 根孔隙度测定8 2 3 植株生理生化指标的测定8 2 3 1 叶绿素含量测定8 2 3 2 光合作用及水分代谢指标的测定8 2 3 - 3 叶绿素荧光参数的测定9 2 3 4 质膜透性的测定9 2 3 5 根系活力的测定9 2 4 数据处理9 3 结果与分析1 0 v l 目录 3 1 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草的生长1 0 3 1 1 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草根的生长1 0 3 1 2 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草茎的生长1 3 3 1 3 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草叶的生长1 6 3 1 4 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草的生物量1 8 3 2 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草的生理特性2 l 3 2 1 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草叶片的叶绿素含量2 l 3 2 2 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草叶片的气体交换2 3 3 2 3 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草叶片的荧光参数2 6 3 2 4 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草的根系活力3 1 3 2 5 植物浮床与人工湿地污水处理系统风车草叶片的质膜透性3 2 4 总结与讨论3 3 4 1 总结3 3 4 2 讨论3 3 4 3 本研究创新之处3 6 参考文献。3 7 致谢一4 3 v i i 第一章前言 1 前言 1 1 人工湿地简介 人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的地 面，是人为地将石、砂、土壤等一种或几种介质按一定比例构成基质， 并有选择性地植入植物的污水处理生态系统。目前人工湿地污水处理 系统的结构设计类型按污水的流动方式可以分为3 种：表面流人工湿 地( s u r f a c ef l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) 、潜流人工湿地( s u b s u r f a c e f l o wc o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) ( 高拯民，l9 9 0 ) 和垂直流人工湿地( v e r t i e a l c o n s t r u c t e dw e t l a n d s ) ( 吴振斌等，2 0 0 1 ) 。 人工湿地对污水的处理有十分复杂的净化机理。一般认为，人工 湿地生态系统是通过物理、化学及生化反应三重协同作用净化污水。 其中物理作用主要是过滤、沉积作用，污水进入湿地，经过基质层及 密集的植物茎叶和根系，可以过滤、截留污水中的悬浮物，并沉积在 基质中；化学反应主要指化学沉淀、吸附、离子交换、拮抗和氧化还 原反应等，这些化学反应的发生主要取决于所选择的基质类型；生化 反应主要指微生物在好氧、兼氧及厌氧状态下，通过开环、断键分解 成简单分子、小分子等作用，实现对污染物的降解和去除( 丁疆华和 舒强，2 0 0 0 ) 。 一 植物在人工湿地污水净化系统中发挥了极其重要的作用。植物通 过吸收利用、吸附和富集等作用消除水体中的污染物，主要是植物根 系能从污水中吸收营养物质并加以利用、吸附和富集重金属和一些有 毒有害物质( 陈玉成，2 0 0 3 ) 。植物具有发达的庞大根系是被选为人 工湿地植物的重要因素之一( 成水平，2 0 0 2 ) 。主要由于发达的植物 根系可以分泌较多的根分泌物，为微生物的生存创造良好的条件，促 进根际的生物降解，提高人工湿地净化能力( h o p p ee ta 1 ，19 8 8 ；张 锡辉，2 0 0 2 ) 。植物根际的分泌物可以促进微生物转化，加速污染物 的生物降解( a n d e r s o na n dc u t h i e ，19 9 4 ) 。国内外对湿地植物的研究 华南师范大学硕士学位论文 主要集中在芦苇( p h r a g m i t e sa u s t r a l i s ) 、香蒲( t y p h ao r i e n t a l i s ) 、 水葱( s c i r p u sv d i d u s ) 、茭白( u s t i l a g oe s c u l e n t a ) 、灯心草( j u n c u se f f u s e s ) 、 风车草( c y p e r u sa l t e r n i f o l i u s ) 、菖蒲( ac o r u sc a l a m u s ) 、香根草 ( v e t i v e r i az i z a n i o i d e s ) 、美人蕉( c a n n ai n d i c a ) 等植物( b a n k s t o n ，2 0 0 2 ； v y m a z a l ，2 0 0 2 ；梁威等，2 0 0 4 ；p i c a r de ta 1 ，2 0 0 5 ；张雨葵等，2 0 0 6 ； a n d r e we ta 1 ，2 0 0 7 ) 。研究结果表明不同的植物类型对不同的污染 物质具有一定的针对性。生长速度快、富集能力强的植物能更有效吸 收去除n 、p 、重金属和某些有机物，具有庞大根系及较强供氧能力 的植物有利于b o d 5 、n 的去除( 种云宵等，2 0 0 3 ) 。 1 2 植物浮床简介 植物浮床，又称生态浮床，是运用无土栽培技术原理，以可漂浮 材料为载体，将植物固定在载体上，种植到富营养化水体的水面，在 吸收利用富营养水体中的营养元素来维持自身的生长需要的同时，通 过植物根部的吸收、吸附作用和根系附着微生物的降解等原理来降低 污染物，改善水质的水面无土种植植物技术。采用该技术可将原来只 能在陆地种植的高等陆生植物种植到自然水域水面，并能取得与陆地 种植相仿甚至更高的收获量与景观效果，是原位修复富营养化水体的 经济可行的绿色方法。 植物浮床技术是通过生长于载体上的陆生高等植物对水体中营 养物质的吸收和转化、植物叶冠及载体的覆盖遮光、根区分泌物质对 藻类的杀伤作用等途径，除去水体中过量的n 、p 、悬浮颗粒、重金 属元素，控制藻类的恶性繁殖。所以植物是植物浮床技术中净化污染 水体的重点。植物浮床技术的净化机理可以概括为以下几点： ( 1 ) 物理作用：植物浮床技术中植物的存在可以降低水流速度， 这为悬浮物的沉淀创造了良好的条件；当污染水体流过时，不溶性的 胶体就会被根系吸附而沉淀下来，同时附着于根系的菌体在内源呼吸 阶段发生凝集，凝集的菌胶团可以把悬浮物和代谢产物沉降下来。大 型植物对于水面波浪也具有很好的消能作用。水面覆盖的浮床植物可 以认为是位于大气和水面之间很厚的生物膜，风速因为水表面植物的 存在而降低，减少了固体重新悬浮的机率，因而可以较快地提高透明 度。植物的另一种重要作用是隔膜作用( 保护) ，尤其是温带的冬季， 当植物被雪覆盖后，它们起到一个很好的保护膜作用，避免水体表面 结冰，使水温变化减缓；在夏季，植物也可以避免水体受到阳光的直 2 第一章前言 接照射，有利于降低水温。 ( 2 ) 植物的吸收作用：高等植物在生长过程中，需要吸收大量的 营养元素，而污染水体中含有的过量的n 、p 可以满足植物生长的需 要。当植物快速生长时可进行多次收割，将植物残体移出水体，营养 成分亦随之被移出水体。植物吸收污染物的主要器官是根，水溶态的 污染物到达根表面，主要有两种途径：一种是质体流途径，即污染物 随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水分一起到达植物根部；另一种是 扩散途径，即通过扩散而到达根表面，到达根表面的污染物不一定被 植物根部吸收。植物吸收污染物的种类和数量取决于水体特性、污染 物种类和数量、以及植物的特性等因素，但是植物通过吸收来去除污 染物的能力是有限的( 夏汉平，l9 9 9 ) 。 ( 3 ) 气体传输和释放作用：浮床植物通过植株枝条和根系的气体 传输和释放作用，能将光合作用产生的氧气或大气中的氧气输送至根 系，一部分供植物呼吸作用，一部分通过根系向根区释放，扩散到周 围缺氧的环境中，在根际区形成了氧化态的微环境加强了根区微生物 的生长和繁殖，并有助于硝化菌的生长( 成水平，2 0 0 3 ) ，通过微生 物对有机污染物、营养盐的进一步分解。 ( 4 ) 对藻类的抑制作用：植物与浮游藻类在营养和光能的利用上 是相互竞争者，植物的个体大、生命周期长、吸收储存养分的能力强， 能很好地抑制藻类的生长( m a r t e n ，19 9 9 ) 。另外，植物的根系还会栖 生摇蚊幼虫、螺等以藻类为食的小型动物，更加限制了藻类的恶性繁 殖。 ( 5 ) 微生物的降解作用：高等陆生植物具有发达而庞大的水下根 系，这就为微生物和微型动物提供了附着基质和栖息场所。这些生物 可以加速根系周围的有机交替或悬浮物的分解矿化。如芽孢杆菌能将 有机磷、不溶解磷降解为无机的、可溶的磷酸盐，使植物能直接吸收 利用( 许航，19 9 9 ) ，而且植物的根系能分泌出促进嗜氮嗜磷细菌生 长的物质，从而间接提高净化率。 1 3 风车草在人工湿地和植物浮床研究概况 1 3 1 风车草的生物学特征 风车草( c y p e r u sa l t e r n i f o l i u s ) 又名伞草、旱伞草、台湾竹，属莎 草科莎草属，原产非洲马达加斯加，喜温暖湿润和腐殖质丰富的粘性 3 华南师范大学硕士学位论文 土壤，耐阴不耐寒，冬季生长温度不低于5 。广泛分布于森林、草 原地区的大湖、河流边缘的沼泽中。 风车草高4 0 l6 0 c m ，丛生，株丛繁茂，根系发达。圆柱形杆从 地下茎抽出，叶片轴射状排列，顶部叶片扩散如伞形，形似风车，具 有较高的观赏价值，它适宜用于书桌、案头摆设，如果配以假山奇石， 制作小盆景，具天然景趣。在南方地区露地栽植，适宜用于溪边、假 山、石隙的点缀。 1 3 2 风车草在人工湿地研究概况 风车草全年保持生长，即使在冬天仍能维持一定的生长速率( 靖 元孝等，2 0 0 2 ) ，根系发达，根生物量大，具有较强耐污能力( t h e ne t a 1 ，2 0 0 7 ) 。风车草人工湿地表现出很强的去除污染物能力 ( k a n t a w a n i c h k u le t a 1 ，1 9 9 9 ；n e r a l l a e t a 1 ，1 9 9 9 ；a y a za n da k c a ， 2 0 0 0 ；s t e c h e ra n dw e a v e r ，2 0 0 3 ；k a n t a w a n i c h k u le ta 1 ，2 0 0 8 ) 。靖元孝 等( 2 0 0 2 ) 研究了风车草在人工湿地的生长特性和对生活污水的净化 效果，研究结果表明，风车草对t n 、t p 、c o d 和b o d 的去除率分 别为6 4 、4 7 、7 4 和7 4 。风车草人工湿地有利于硝化细菌、反 硝化细菌的生长和繁殖，增加硝化、反硝化作用强度，从而提高总氮 去除率( 靖元孝等，2 0 0 4 ) 。陈章和等( 2 0 0 7 ) 采用“网柱法一及土 柱法研究了风车草等湿地植物的根系生物量，发现风车草以较小( d 水芋( e o m e c o nc h i o n a n t h a h a n c e ) 薏苡( c o b cl a c r o y m a ) 白姜 花( h e d y c h i u mc o r o n a r i u m ) 。廖新悌等( 2 0 0 5 ) 对风车草和香根草在人 工湿地中迁移养分能力进行比较研究。在湿地环境下观察到，单位面 积湿地年收获生物量( 干重) 风车草比香根草高4 4 倍，从植物组织 化学成分含量看，湿地风车草比香根草强。湿地风车草含氮量比湿地 香根草的约高7 2 5 m g g ，湿地风车草磷含量比湿地香根草的约高 0 6 2 m g g 。因此，风车草在人工湿地每年由植物迁移的氮、磷、铜、 锌比香根草高4 7 倍。杨长明等( 2 0 0 8 ) 研究了风车草和香蒲水平 4 第一章前言 潜流人工湿地对养殖水体中不同形态磷的去除效果，发现风车草对各 种形态磷的去除效果要明显好于香蒲。魏成等( 2 0 0 8 ) 研究了不同植 物对人工湿地净化效率及根际微生物群落多样性的影响，结果表明， 风车草和美人蕉组合以及风车草、美人蕉和芦苇3 种植物的组合湿地 系统比单一风车草湿地系统的净化效率更高，不同植物组合而成的湿 地系统，可提高根际微生物群落功能多样性，从而提高人工湿地污染 物净化的效率和稳定性。 1 3 3 风车草在植物浮床研究概况 风车草也广泛应用于植物浮床系统中。陈文音等( 2 0 0 7 ) 设计一 个水培系统研究风车草等4 种须根型植物与菖蒲等4 种根茎型植物在 污水处理下的根系生长状况，研究结果表明风车草根系的长势良好， 且根生物量大，具有较强耐污能力。曾俊宁等( 2 0 0 6 ) 选择风车草、彩 叶草和茉莉等观赏性植物对富营养化鱼塘水进行漂浮种植试验，观察 植物的生长适应情况，评价供试植物对水样中c o d 、n 、p 等污染物 的净化效果。结果表明，风车草可以正常生长，且风车草净化效果最 佳。罗固源等( 2 0 0 8 ) 采用浮床系统研究风车草、菖蒲和香根草在污 染河水中的脱氮效果，表明浮岛植物的脱氮效能依次为：风车草 香 根草 菖蒲。在盛装容积为l0 0 l 富营养化生活污水的陶缸中放置泡 沫塑料板作为浮体材料，在温室内种植风车草、彩叶草( c o 跆u sb 胁m e i ) 和茉莉( j a s m m u ms a m b a c ) 进行植物净化试验，经2 8 d 生长之后风车 草干重是初始种植时的2 8 5 8 ，风车草对总氮、硝态氮、总磷和c o d c ， 的去除率分别为6 8 、9 8 、7 8 和9 0 6 ，净化能力高于彩叶草和 茉莉( 刘士哲等，2 0 0 4 ) 。用浮床技术构建风车草带对污染较严重的 入湖水进行阻拦，使流入湖水经过风车草带后再流入湖区，能够使入 湖水得到一定程度上的净化，风车草带对水体净化作用具有一定的影 响半径( 张智等，2 0 0 5 ) 。m i y a z a k i 等( 2 0 0 4 ) 采用浮床栽培技术研 究风车草、水稻( o r y z as a t i v a ) 、美人蕉和芦苇在富营养化水体中的 净化效果及生长特性。研究表明，风车草具有生产量大、净化能力强 等优点，与其它植物相比可以更有效地去除废水中的氮和磷，其生长 及净化效果不受污水中高p h 值的抑制。风车草对氮的吸收与植株的 生长率成正相关，风车草的重量增长与水质的净化能力有关 ( m i y a z a k ie ta 1 ，2 0 0 0 ) 。在施加肥料的情况下，风车草的根部重量和 每单位根重对氮吸收率得到增加，从而提高对水体的净化效率。可见 工湿地和植物浮床的生长状况和污水净化效果进行了研究，结果表明 风车草在这两种系统中均能保持良好的生长，并且具有较好的污水净 化效果。但是，上述对植物浮床和人工湿地的生长和净化效果的间接 比较中，由于污水的性质、浓度及其它实验条件均存在较大差异，难 以进行准确的评价。本文在相同的实验条件下，比较研究风车草在植 物浮床和人工湿地污水处理系统的生理生态特性，为更好地发挥风车 草的污水净化功能提供理论依据和指导。 6 第二章实验材料和方法 2 实验材料和方法 2 1 实验场地和实验材料处理 实验地点为广州市华南师范大学标本园内人工湿地研究基地。实 验的相关气候条件如下：广州位于e 1 12 。5 7 1l4 。0 3 ， n 2 2 。3 5 2 3 。3 5 ，属南亚热带季风气候区。年平均气温为2 1 4 2 1 9 ，最热的为7 8 月，平均气温2 8 o 2 8 7 ，最冷为1 2 月，平均气 温1 2 4 13 5 。年降雨量平均为16 2 3 6 18 9 9 8 m m ，雨量主要在4 9 月的汛期，10 月至翌年3 月是少雨季节，主要高温时段是7 月中旬 到9 月初。 风车草采自华南师范大学生物标本园人工湿地研究基地。2 0 0 9 年2 月中旬，挑选长势良好，大小均匀的植株，每株5 - ? - 分蘖，生物量为 5 0 0 9 ，将4 株风车草移入塑料水箱( 长，宽，高分别为6 7 c m ，5 1c m ， 38 c m ) 中。实验设人工湿地组和植物浮床组。人工湿地组在塑料水 箱填充粒径为4 6 m m 的碎石层，碎石层厚3 5 c m ；植物浮床组用竹子和 尼龙绳将风车草固定在塑料水箱内。每种处理设l0 个重复。用自来水 适应培养3 0 d 后，再用污水进行灌污。污水来自华南师范大学行政学 院的生活污水，污水用抽水泵抽入混合池混匀后再分别抽到塑料水箱 中，每l0 d 换水一次。污水指标为：c o d 约2 4 4m g l 一、b o d 5 约l3 0 m g l 、总氮约l5m g l 、总磷约3 5m g l 。 从2 0 0 9 年4 月份开始生长状况观察，5 月l 号正式记录测得的实验 数据，试验于2 0 0 9 年12 月结束。 2 2 植株生长状况的测定 2 2 1 生长和生物量的测定 每月测定并记录植物浮床组和人工湿地组风车草的分蘖、株高、 叶长与叶宽，用游标卡尺测其基径。 2 0 0 9 年7 月3 0 日和2 0 0 9 年1 2 月3 0 日随机抽取各组中5 箱进 行收割，分成根、茎和叶等部分，记录一级侧根的数量，并测量一级 侧根的长度与直径。在8 0 烘干至恒重，然后记录各部分的生物量 和总生物量。 7 的 其 从 没 瓶 度 重 样 烧 瓶中，加8 0 丙酮5 m l ，然后加塞密封，于黑暗中提取至叶片无色为 止，以8 0 丙酮为对照，分别测定提取液在6 6 3 n m 、6 4 5 n m 处的光密 度值。依据公式计算出叶绿素a 、b 及总量的浓度，单位为m g l 。1 ( l i c h t e n t h a l e rc ta 1 ，19 8 3 ) 。每隔l5 d 测定1 次，每次每组各测定 5 株。 c a = 1 2 7 o d 6 6 3 2 6 9 o d 6 4 5 c b = 2 2 9 o d 6 4 5 4 6 8 o d 6 6 3 c t = 8 0 2 o d 6 6 3 + 2 0 2 】o d 6 4 5 2 3 2 光合作用及水分代谢指标的测定 选择晴朗天气于上午9 ：0 0 1 l ：0 0 ，从植株中部选取相邻的健康 成熟叶片，利用l i c o r 6 4 0 0 光合作用测定仪在10 0 0l am o l ( m 2 s ) 光 强下测定净光合速率、蒸腾速率和气孔传导率3 项指标。每隔l5 d 测 定1 次，每个处理5 个重复。 8 第二章实验材料和方法 2 3 3 叶绿素荧光参数的测定 选择晴朗天气的清晨，从植株中部选取健康成熟叶片，用w a l z 叶夹暗适应15 m i n 后，利用p a m 一2l0 0 ( w a l z ，g e r m a n y ) 叶绿素荧 光仪进行测定，获取的主要参数为：f 0 ( 初始荧光) ，f m ( 最大荧 光) ，f v f m ( p si i 的最大光化学活性) ，y i e l d ( p si i 总的光化学 量子产额) ，q p ( 光化学猝灭) ，n p q ( 非光化学猝灭) 。每隔l5 d 测定1 次，每个处理5 个重复。 2 3 4 质膜透性的测定 将植物叶片用去离子水冲洗干净，剪成lc m 小段，称取0 5 9 ，样 品放在小玻璃瓶中，加10 m l 去离子水。浸泡2 h 后用电导仪测定其电导 率记为r ，然后将样品煮沸15 m i n ，再测定电导率，记为r 1 ( 刘祖祺 等，l9 9 4 ) 。每隔l5 d 测定1 次，每次每组各测定5 株。 电解质的相对外渗率( ) = r r 1 10 0 2 3 5 根系活力的测定 按张志良等的方法测定( 2 0 0 3 ) ，每个月测定1 次，每次随机测 定各个处理5 株植物根的活力。具体方法如下： 取两个10 0 m l 的三角烧瓶，一为处理，另一为对照，两个瓶中都 加入5 0 u g m l 的萘胺溶液与0 1m o l lp h 7 0 的磷酸溶液等体积混合的 溶液5 0 m l 。处理瓶中加1g 洗干净、吸干水分的根并将根全部浸入溶液 中，对照瓶中什么也不加，放置l0 m i n ；澳9 定1 次，然后放置1h 后再测定 1 次。分别吸取2 m l 溶液加入到两支2 5 m l 的比色管中，各加入去离子水 l0 m l 混匀，然后都加入1 对氨基苯磺酸lm l ，亚硝酸钠1m l ，反应5 m i n 后溶液成红色，定容到2 5 m l ，在510 n m 波长处检测吸光度。 根对萘胺的氧化量= ( 处理组10 m i n 后的萘胺量一处理组1h 后的 萘胺量) 一( 对照组l0 m i n 后的萘胺量一对照组lh 后的萘胺量) 2 4 数据处理 采用s p s s 统计软件计算各指标的平均值和标准差，采用方差分 析( a n o v a ) 检验差异的显著性。 9 比没有明显变化。 由图3 3 可见，7 月份，植物浮床组与人工湿地组根的直径分别为 0 17 3 m m 和o 17 7 m m ，差异不显著( p = 0 519 ) 。实验结束时( 12 月 份) ，人工湿地组根的直径急剧增加，平均值达0 2 8 m m ，比7 月份增 加了5 7 ，而植物浮床组的直径为o 2 0 m m ，差异极显著( p o 0 1 ) 。 植物浮床与人工湿地污水处理中的风车草通气组织大量形成，可 用孔隙度来间接评价根的通气组织发达程度。通过图3 4 可以看出， 植物浮床组的根孔隙度明显高于人工湿地组，实验后期差异增大，这 主要是因为植物浮床组的风车草通过形成发达的通气组织( 增大根孔 隙度) 来适应长期淹水的环境。另外，随着生长时间的延长，两个处 理组的根孔隙度均呈现不断上升的趋势。 1 0 第三章结果与分析 口植物浮床p l a