4种水生植物对污染水体净化效果的研究_朱秀红.pdf.doc

第 47 卷第 1 期2013 年2 月河南农 业 大学学 报Journal of Henan Agricultural UniversityVol 47No 1Feb2013文章编号: 1000 2340( 2013) 01 0087 054 种水生植物对污染水体净化效果的研究朱秀红，夏丹，杨阳，卢妍妍，徐萌，曹永奕( 河南 业大学林学院，河南 州 450002)摘要: 采用生态浮床技 污染水体净化效果 行了研究 结果表明，鸢尾、旱 草、莼菜、红掌对水体的氮、磷均 有良好的去除效果，对总氮的去除能力从大到小依次为红掌、旱 草、鸢尾、莼菜，对总磷的去除能力从大到小依 次为鸢尾、旱 草、红掌、莼菜 进一步对不同植物搭配组合 行试验，发现对水体 TN 去除效果最好的组合是旱 伞草 + 鸢尾，去除率 58 24% ，对 TP 去除最好的组合是旱 草 + 红掌，去除率 62 08% 关键词: 生态浮床; 水质净化; 总氮; 总磷中图分类号: X524文献标志码: AStudy on the purifying effect of four kinds ofhydrophyte upon polluted waterZHU Xiu-hong，XIA Dan，YANG Yang，LU Yan-yan，XU Meng，CAO Yong-yi( Forestry College of Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，China)Abstract: This experiment was conducted to study the purification effect of ecological floating bed technology on polluted water The results showed that: The four species of plants ( Iris tectorum Max-im，Cythrum alternifolius，Brasenia schreberi，Anthurium andraeanum) can eliminate decline the TN( Total nitrogen) and TP ( Total phosphorus) effectively in water The analysis indicates that the elimi-nation capacity of TN from high to low are Anthurium andraeanum，Cythrum alternifolius，Iris tectorum Maxim and Brasenia schreberi; for TP the order is Iris tectorum Maxim，Cythrum alternifolius，Anthuri-um andraeanum，and Brasenia schreberi And further test showed that the best combination in removal efficiency of TN is Cythrum alternifolius and Iris tectorum Maxim，and the removal rate is 58 24% ; the best combination in removal efficiency of TP is Cythrum alternifolius and Iiri Anthurium andraea-num，and the removal rate is 62 08% Key words: ecological floating bed; water purification; total nitrogen; total phosphorus中国水资源总量多，但人均占有量少，且地区浮床应用于地表水体的污染治理和生态修复中，浮分布不均衡 近年来，由于城市化步伐的加快，水体床上部的植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成鱼污染现象越来越受到人们的关注 虽然各地采取了类和水生昆虫生息环境 由于该技术对水体污染治一些治理措施，但受各种条件限制，城市水体污染理是一种经济有效的生态途径，因此很快在中国得发展趋势仍未得到根本遏制，水体污染现象依然较到应用1，目前在滇池、太湖以及很多自来水水源重，对污染水体进行修复及治理显得日益紧迫和重地得到了广泛使用 有关人员也对人工浮床材料、要 自 20 年前德国 BESTMAN 公司开发出第 1 个修复植物种类、修复效果进行了研究，认为植物对人工浮床之后，一些国家和地区已经成功地将人工富营养化水体具有一定的治理作用2 4，美人蕉收稿日期: 2012 08 30基金项目: 河南省科技攻关项目 ( 102102310243)作者简介: 朱秀红，1966 年生，河南信阳人，副教授，硕士生导师，从事污染生态与环境恢复治理研究88河南农业大学学报第 47 卷和菖蒲作为浮床植物对水体氮磷的去除效果都5 7，较为良好 但中国水域较多 南北水体差异 较大，而已有的试验多为针对南方水体进行的生 态浮床的研究，针对北方进行生态浮床的试验还 较少 目前生态浮床试验植物较少，本研究拟采 用简易材料制作生态浮床系统，选用在北方常见 且生长良好的 4 种植物: 鸢尾 ( Iris tectorum Max-im) 、旱伞草( Cythrum alternifolius) 、莼菜( Braseniaschreberi) 、红掌( Anthurium andraeanum) 进行生态浮床试验，研究不同植物在生态浮床上的生长表 现，并比较不同植物对水体中的氮、磷的净化效 果，为中国北方选择污染水体修复植物提供一定 的依据1 材料与方法1 1 试验材料供试植物包括鸢尾、旱伞草、莼菜、红掌等，各植物种类及生物学特性如表 1表 1 试验植物种类及生物学特性Table1The species and biological characteristic of the experimented plants植物种类科名生境类型生长期生态习性SpeciesFamily nameHabitat typeGrowth periodEcological habit旱伞草( 水竹)莎草喜温暖、湿润、半阴条件、不春秋多年生湿生( 挺水型) 草本植物耐寒Cythrum alternifolius鸢尾鸢尾喜阳，耐寒性强，也耐半阴春秋多年生宿根草本植物Iris tectorum莼菜睡莲科喜温暖、湿润、光线充足、水质春秋多年生浮叶型水生草本植物清洁Brasenia schreberi红掌天南星科喜温暖、潮湿、半阴的环境，忌春秋多年生常绿草本花卉阳光直射Anthurium andraeanum1 2试验方法本研究试验水箱为 33 5 cm ( 长) 25 5 cm( 宽) 15 cm( 高) 的塑料收纳箱，实际使用水体体积 8 L 采用厚度约 1 5 cm 的聚乙烯塑料泡沫板为载体，在自然光照条件下进行室内试验试验用水取自郑州市贾鲁河，主要污染来源有人为污染、雨水径流污染及底泥中内源性营养物的释放 经测定，水体中 CODCr 质量浓度为 215 mg L 1 ，TN 质量浓度为 7 42 mgL 1 ，TP 质量浓度 为 1 64 mgL 1 根据地表水环境质量标准即 GB 38382002 中对 类水水质的上限规定:CODCr 40 mg L 1 ，TN 2 mg L 1 ，TP 0 4 mg L 1 ，该河流水属于劣 类水，其富营养化程度较高试验设置为 4 种植物和 1 个对照，共 5 个处 理，每个处理进行 3 个重复，试验具体安排为鸢 尾、旱伞草、莼菜、红掌、空白对照，空白对照组的 塑料收纳箱内仅为河道水体; 浮床处理组模拟池 水面，放置上述种植有 2 株植物的聚苯乙烯发泡 板浮床 l 块，试验前用自来水洗净植物根部泥土， 并将其放入自来水中培养 1 周，然后取出待其不 滴水时，将植物均匀栽植于浮床上的 2 个孔内， 每孔 1 株，每箱 2 株，同时对 4 种植物进行两两组 合搭配种植，A 代表旱伞草，B 代表鸢尾，C 代表莼菜，D 代表红掌，处理方法和单一植物种植方式一样，于 2011 04 052011 05 03在实验室内进行静态试验每 4 d 取 1 次水样，取样时间均在上午 10 时左右，取样体积约 100 mL，取样同时记录水温，并定期补加因蒸腾作用而蒸发的水分 取样后测定水样的总氮( TN) ，总磷( TP) 总氮采用紫外分光光8，8度法总磷采用钼锑抗分光光度法 在试验过程中观察植物的生长状况，并于开始和结束时测定，9植物的株高及根长等生长指标 其中生长率用公式计算:生长率( % ) = 培养后实测值 培养前实测值 培养前实测值100%2 结果与分析2 1 植物在水体中的生长状况由表 2 可以看出，在培养过程中，各组植物总体上生长良好 旱伞草生长旺盛，呈鲜绿色，根、茎、叶均得到发育，叶长、叶数、株高没有太明显生长，株高生长率为 6% ，是 4 种植物中株高生长率最小的植物 试验培植中，有较多新根出现，白根多而密，旱伞草的根长生长率为 200% ，是 4 种植物中根长生长率最高的植物第 1 期朱秀红等: 4 种水生植物对污染水体净化效果的研究89表 2植物试验前后生长情况Table 2The growth of plants before and after experiment参试植物株高 /cm生长率 /%根长 /cm生长率 /%Plant heightRoot lengthTest plantsGrowth rateGrowth rate04 0505 0304 0505 03旱伞草( 水竹)30320 06713200Cythrum alternifolius鸢尾40460 150121633Iris tectorum Maxim莼菜18240 33014157Brasenia schreberi红掌28320 142131623Anthurium andraeanum鸢尾生长缓慢，但叶色正常，呈鲜绿色，其发育的根系较细，且白根比例较少，有的植株已经开花到试验结束时最长根长、株高无太明显生长，株高生长率、根长生长率分别为 15% ，33% 在试验 18d 时全部枯萎莼菜生长过程中发出新的根系，在试验开始 7d 后，较小的叶子有明显长大，试验结束时，莼菜株高生长率达到了 33% ，是 4 种植物中株高生长率最大的植物，根长生长率仅为 7% ，是 4 种植物中根长生长率最小的植物 在试验 24 d 时发现植物叶子泡在水中，不久之后便全部枯萎红掌叶子泛绿，生长正常，有花苞的部分已经开花，花朵呈红色，株高生长率、根长生长率分别为14% ，23% 试验结束以后，红掌、旱伞草一起继续在水中培养，生长走势良好2 2水中 TN 及 TP 的净化效果2 2 1 单一种植植物对水体的净化效果 试验中 植物在水体中培植前后水质有较明显的变化，试验 前水样浑浊呈黄绿色，还发出异味，至试验结束时， 水样已经变得较为清澈，可以见底图 1 显示的是 4 种植物对 TN 去除率动态变 化 从图 1 中可以看出，在试验过程中，4 种植物对TN 的去除率具有明显的提高趋势，其中试验开始 的几天内，是植物的适应期，对养分利用有限，试验15 d 之后，对 TN 的去除率呈现总体上升的趋势，植物对水体的适应期过后，也由于季节关系，植物处于快速生长期，其对 TN 的需求也最大 第 28 d时，红掌 TN 的去除率达到了 78 84% ，是 4 种植物TN 去除率最高的植物 旱伞草 TN 的去除率为71 02% ，鸢尾 56 74% ，去除能力最弱的莼菜仅为37 74% 由图 2 可见，4 种处理方式都对 TP 有明显的去除效果，特别是鸢尾最为明显，对水体 TP 的去除率已经达到了 71 95% ，旱伞草和红掌对 TP 的去除率达 64 02% 和 62 80% ，但是旱伞草在开始 后的 15 d 里对 TP 的去除较为缓慢，15 d 以后开始 长出新的白根，对 TP 的去除能力才有明显的变 化 莼菜对 TP 的去除能力不如其他 3 种植物，虽然 培植 24 d 后达到了 41 46% ，但由于莼菜形状较 小，根部较为复杂，在进行试验的时候，照顾不善就 会使叶片泡在水中，易导致腐烂2 2 2组合种植植物对水体的净化效果 图 3 和图 4 是组合植物对污水中的 TN 和 TP 的净化率变化曲线 由图 3，4 可以看出，通过对他们两两搭配进行水体的净化试验，4 种植物搭配对水体都具有一定的净化效果 旱伞草和红掌的组合对污水的90河南农业大学学报第 47 卷TN 的去除率为 56 87% ，TP 的去除率为 62 08% ，水中培养了一段时间，生长态势良好，说明这 2 种TP 去除效率在几种配置中最高; 莼菜和其他植物搭配的时候，对水体的去除能力都不太好，在试验15 d 以后还呈现了下降趋势，莼菜的叶片等腐烂 脱落在水里，导致水体的氮磷有机质等含量增加， 因此在试验 15 d 以后，和莼菜搭配的植物组合的去 除能力都在逐步下降; 鸢尾和旱伞草组合，对 TN 的去除率达到了 58 24% ，TP 为58 84% ，TN 去除效率 在几种配置中最高; 试验 15 d 以后，鸢尾和红掌组 合对 TN 去除率呈现一个稳定上升的状态，但是只 起到了一定的效果，TN 为 31 56% ，TP 为36 22% 由此可见，旱伞草和红掌的组合综合效果最好，鸢 尾和旱伞草次之，莼菜与鸢尾以及莼菜与红掌组合效果最差3 结论与讨论试验结果表明，旱伞草、鸢尾、莼菜、红掌 4 种植物均适应在污染水体中培植，都能有效地吸收富 营养化水体中的氮、磷等污染物，可美化水域景观， 恢复水生态环境又可利用植物具有的较高经济价值1) 旱伞草和红掌在试验结束以后，又继续在植物对水体适应性较强，生长能力强，存活周期长， 在以后的污水氮磷去除试验中，可作为首选的水生植物2) 莼菜植株较为密集，根部复杂盘错，在使用 此类植物进行水体修复的时候，需根据植物的植株 大小，设计合适的浮床大小，防止根部和叶片一起 泡在水里，导致资源浪费，植物腐烂在水里反而增 加了水体的污染程度3) 4 种植物对 TN 的去除能力从大到小依次为红掌、旱伞草、鸢尾、莼菜，对 TP 的去除能力从大 到小依次为鸢尾、旱伞草、红掌、莼菜 茅孝仁等10通过试验得出鸢尾对污染水体氮磷的去除率分别 为 50% 和 50 4% ，与本研究鸢尾对氮磷的去除率 基本一致 但由于试验季节不同导致的氮磷去除11，率 不及本研究高 本次试验在春夏相交的季节 进行，气候适宜植物生长，茅孝仁等则是在冬季进 行越冬试验，植物在冬天生长较为缓慢4) 4 种植物进行组合搭配种植，对污染水体中TN 的去除率从大到小依次为旱伞草 + 鸢尾 ( 58 24% ) 、旱伞草 + 红掌( 56 87% ) 、鸢尾 + 红掌 ( 31 65% ) 、旱伞草 + 莼菜( 25 11% ) 、鸢尾 + 莼菜 ( 24 35% ) 、莼菜 + 红掌( 16 64% ) ，对 TP 的去除 率从大到小依次为旱伞草 + 红掌( 62 08% ) 、旱伞草 + 鸢尾( 56 84% ) 、鸢尾 + 红掌( 36 22% ) 、旱伞草 + 莼菜( 21 65% ) 、鸢尾 + 莼菜( 20 21% ) 、莼菜+ 红掌( 17 95% ) 旱伞草和红掌的组合综合效果 最好，鸢尾和旱伞草次之，莼菜与鸢尾以及莼菜与红掌组合效果最差生态浮床技术在今后的实际应用中有待进一 步地探索 有人利用浮床种植水生蔬菜，在取得环，12境效益的同时 也可以获得经济效益 生态浮床技术主要用于城市河道和景观水体，因而在进行植物的筛选时，也可以考虑利用一些植株较大的景观 性植物，针对修复水体的不同污染状况选择不同的植物品种，提高修复效果参考文献:1 李理锋 水生植物对污水的净化机制及其生态效益 分析J 宁夏农林科技，2010( 2) : 60 622 贺漫媚，朱 纯，何仲坚 生态浮床在广州亚运城河 涌的应用及景观效果J 广东园林，2010 ( 6 ) :10 133 郭 彪，张 伟 生态浮床在淀山湖富营养化水体修 复中的应用J 中国科技信息，2010( 23) : 16 174周扬，李华，张秋卓，等 生态浮床对富营养化水第 1 期朱秀红等: 4 种水生植物对污染水体净化效果的研究91体修复作用的研究J 上海化工，2010( 11) : 1 4出版社，2002: 243 2575 卜发平，罗固源，许晓毅，等 美人蕉和菖蒲生态浮床9 税永红，余 江，郑雄，等 白车轴草对冬季富营养净化微污染源水的比较J 中国给水排水，2010化水体总磷净化效果研究J 中国水土保持，2010( 3) : 14 17( 11) : 43 456 张彦海，罗固源，许晓毅，等 美人蕉浮床去除临江河10 茅孝仁，周金波 几种生态浮床常用水生植物的水质净N、P 的动态实验研究J 三峡环境与生态，2009化能力研究J 浙江农业科学，2011( 1) : 157 159( 2) : 30 3511 罗固源，卜发平，许晓毅，等 温度对生态浮床系统的7 葛铜钢，罗固源，许晓毅，等 串联式菖蒲浮床去除污影响J 中国环境科学，2010，30( 4) : 499 503染河水氮磷的试验研究J 三峡环境与生态，201012 胡绵好，袁菊红，杨肖娥 水生蔬菜对富营养化水体净化( 1) : 5 12及资源化利用J 湖泊科学 2010，22( 3) : 416 4208 国家环境保护总局水和废水监测方法编委会 水( 责任编辑: 朱秀英)和废水监测分析方法M 4 版 北京: 中国环境科学( 上接第 86 页)根据直线斜率与截距，求得菜花的反应底物与酶结合的亲和力米氏常数 Km= 0 056 23 mol L 1 ，最大反应速率 V= 8 6505 Umin 1 max3 结论1) 菜花多酚氧化酶的最适反应 pH 值是 7 0， 最适反应温度是 50 ，其热稳定性差，90 下加热 5 min，酶活性仅剩 12 40% ; MgCl2 、SDS 可激活 其活性，L 半胱氨酸、亚硫酸氢钠、抗坏血酸均有 效抑制其活性2) 菜花褐变反应的动力学符合米氏方程所描述的单底物酶促反应动力学，动力学方程为 1V =0