4种水生植物对污染水体净化效果的研究应用.doc

第 47 卷第 1 期 年2 月河南农 业 大学学 报Journal of Henan Agricultural UniversityVol 47No 1Feb文章编号：1000 2340( ) 01 0087 054 种水生植物对污染水体净化效果研究朱秀红，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 成果表白，鸢尾、旱 草、莼菜、红掌对水体氮、磷均 有良好去除效果，对总氮去除能力从大到小依次为红掌、旱 草、鸢尾、莼菜，对总磷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 行实验，发现对水体 TN 去除效果最佳组合是旱 伞草 + 鸢尾，去除率 58 24% ，对 TP 去除最佳组合是旱 草 + 红掌，去除率 62 08% 核心词：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中华人民共和国水资源总量多，但人均占有量少，且地区浮床应用于地表水体污染治理和生态修复中，浮分布不均衡 近年来，由于都市化步伐加快，水体床上部植物可供鸟类栖息，下部植物根系形成鱼污染现象越来越受到人们关注 虽然各地采用了类和水生昆虫生息环境 由于该技术对水体污染治某些治理办法，但受各种条件限制，都市水体污染理是一种经济有效生态途径，因而不久在中华人民共和国得发展趋势仍未得到主线遏制，水体污染现象依然较到应用1，当前在滇池、太湖以及诸多自来水水源重，对污染水体进行修复及治理显得日益急迫和重地得到了广泛使用 关于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，以为植物对人工浮床之后，某些国家和地区已经成功地将人工富营养化水体具备一定治理作用2 4，美人蕉收稿日期： 08 30基金项目：河南省科技攻关项目 ( )作者简介：朱秀红，1966 年生，河南信阳人，副专家，研究生生导师，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去除效果都5 7，较为良好 但中华人民共和国水域较多 南北水体差别 较大，而已有实验多为针对南方水体进行生 态浮床研究，针对北方进行生态浮床实验还 较少 当前生态浮床实验植物较少，本研究拟采 用简易材料制作生态浮床系统，选用在北方常用 且生长良好 4 种植物：鸢尾 ( Iris tectorum Max-im) 、旱伞草( Cythrum alternifolius) 、莼菜( Braseniaschreberi) 、红掌( Anthurium andraeanum) 进行生态浮床实验，研究不同植物在生态浮床上生长表 现，并比较不同植物对水体中氮、磷净化效 果，为中华人民共和国北方选取污染水体修复植物提供一定 根据1 材料与办法1 1 实验材料供试植物涉及鸢尾、旱伞草、莼菜、红掌等，各植物种类及生物学特性如表 1表 1 实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、不春秋近年生湿生( 挺水型) 草本植物耐寒Cythrum alternifolius鸢尾鸢尾喜阳，耐寒性强，也耐半阴春秋近年生宿根草本植物Iris tectorum莼菜睡莲科喜温暖、湿润、光线充分、水质春秋近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、半阴环境，忌春秋近年生常绿草本花卉阳光直射Anthurium andraeanum1 2实验办法本研究实验水箱为 33 5 cm ( 长) 25 5 cm( 宽) 15 cm( 高) 塑料收纳箱，实际使用水体体积 8 L 采用厚度约 1 5 cm 聚乙烯塑料泡沫板为载体，在自然光照条件下进行室内实验实验用水取自郑州市贾鲁河，重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 依照地表水环境质量原则即 GB 3838 中对 类水水质上限规定: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，其富营养化限度较高实验设立为 4 种植物和 1 个对照，共 5 个处 理，每个解决进行 3 个重复，实验详细安排为鸢 尾、旱伞草、莼菜、红掌、空白对照，空白对照组 塑料收纳箱内仅为河道水体；浮床解决组模仿池 水面，放置上述种植有 2 株植物聚苯乙烯发泡 板浮床 l 块，实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 2 个孔内， 每孔 1 株，每箱 2 株，同步对 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，解决办法和单一植物种植方式同样，于 04 05 05 03在实验室内进行静态实验每 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，取样同步记录水温，并定期补加因蒸腾作用而蒸发水分 取样后测定水样总氮( 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 在实验过程中观测植物生长状况，并于开始和结束时测定，9植物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 成果与分析2 1 植物在水体中生长状况由表 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植物 实验培植中，有较多新根浮现，白根多而密，旱伞草根长生长率为 200% ，是 4 种植物中根长生长率最高植物第 1 期朱秀红等：4 种水生植物对污染水体净化效果研究89表 2植物实验先后生长状况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，其发育根系较细，且白根比例较少，有植株已经开花到实验结束时最长根长、株高无太明显生长，株高生长率、根长生长率分别为 15% ，33% 在实验 18d 时所有枯萎莼菜生长过程中发出新根系，在实验开始 7d 后，较小叶子有明显长大，实验结束时，莼菜株高生长率达到了 33% ，是 4 种植物中株高生长率最大植物，根长生长率仅为 7% ，是 4 种植物中根长生长率最小植物 在实验 24 d 时发现植物叶子泡在水中，不久之后便所有枯萎红掌叶子泛绿，生长正常，有花苞某些已经开花，花朵呈红色，株高生长率、根长生长率分别为14% ，23% 实验结束后来，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 净化效果2 2 1 单一种植植物对水体净化效果 实验中 植物在水体中培植先后水质有较明显变化，实验 前水样浑浊呈黄绿色，还发出异味，至实验结束时， 水样已经变得较为清澈，可以见底图 1 显示是 4 种植物对 TN 去除率动态变 化 从图 1 中可以看出，在实验过程中，4 种植物对TN 去除率具备明显提高趋势，其中实验开始 几天内，是植物适应期，对养分运用有限，实验15 d 之后，对 TN 去除率呈现总体上升趋势，植物对水体适应期过后，也由于季节关系，植物处在迅速生长期，其对 TN 需求也最大 第 28 d时，红掌 TN 去除率达到了 78 84% ，是 4 种植物TN 去除率最高植物 旱伞草 TN 去除率为71 02% ，鸢尾 56 74% ，去除能力最弱莼菜仅为37 74% 由图 2 可见，4 种解决方式都对 TP 有明显去除效果，特别是鸢尾最为明显，对水体 TP 去除率已经达到了 71 95% ，旱伞草和红掌对 TP 去除率达 64 02% 和 62 80% ，但是旱伞草在开始 后 15 d 里对 TP 去除较为缓慢，15 d 后来开始 长出新白根，对 TP 去除能力才有明显变 化 莼菜对 TP 去除能力不如其她 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，在进行实验时候，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净化效果 图 3 和图 4 是组合植物对污水中 TN 和 TP 净化率变化曲线 由图 3，4 可以看出，通过对她们两两搭配进行水体净化实验，4 种植物搭配对水体都具备一定净化效果 旱伞草和红掌组合对污水90河南农业大学学报第 47 卷TN 去除率为 56 87% ，TP 去除率为 62 08% ，水中培养了一段时间，生长态势良好，阐明这 2 种TP 去除效率在几种配备中最高；莼菜和其她植物搭配时候，对水体去除能力都不太好，在实验15 d 后来还呈现了下降趋势，莼菜叶片等腐烂 脱落在水里，导致水体氮磷有机质等含量增长， 因而在实验 15 d 后来，和莼菜搭配植物组合去 除能力都在逐渐下降；鸢尾和旱伞草组合，对 TN 去除率达到了 58 24% ，TP 为58 84% ，TN 去除效率 在几种配备中最高；实验 15 d 后来，鸢尾和红掌组 合对 TN 去除率呈现一种稳定上升状态，但是只 起到了一定效果，TN 为 31 56% ，TP 为36 22% 由此可见，旱伞草和红掌组合综合效果最佳，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 结论与讨论实验成果表白，旱伞草、鸢尾、莼菜、红掌 4 种植物均适应在污染水体中培植，都能有效地吸取富 营养化水体中氮、磷等污染物，可美化水域景观， 恢复水生态环境又可运用植物具备较高经济价值1) 旱伞草和红掌在实验结束后来，又继续在植物对水体适应性较强，生长能力强，存活周期长， 在后来污水氮磷去除实验中，可作为首选水生植物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时候，需依照植物植株 大小，设计适当浮床大小，防止根部和叶片一起 泡在水里，导致资源挥霍，植物腐烂在水里反而增 加了水体污染限度3) 4 种植物对 TN 去除能力从大到小依次为红掌、旱伞草、鸢尾、莼菜，对 TP 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通过实验得出鸢尾对污染水体氮磷去除率分别 为 50% 和 50 4% ，与本研究鸢尾对氮磷去除率 基本一致 但由于实验季节不同导致氮磷去除11，率 不及本研究高 本次实验在春夏相交季节 进行，气候适当植物生长，茅孝仁等则是在冬季进 行越冬实验，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 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 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% ) 旱伞草和红掌组合综合效果 最佳，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此后实际应用中有待进一 步地摸索 有人运用浮床种植水生蔬菜，在获得环，12境效益同步 也可以获得经济效益 生态浮床技术重要用于都市河道和景观水体，因而在进行植物筛选时，也可以考虑运用某些植株较大景观 性植物，针对修复水体不同污染状况选取不同植物品种，提高修复效果参照文献:1 李理锋 水生植物对污水净化机制及其生态效益 分析J 宁夏农林科技，( 2) ：60 622 贺漫媚，朱 纯，何仲坚 生态浮床在广州亚运城河 涌应用及景观效果J 广东园林， ( 6 ) :10 133 郭 彪，张 伟 生态浮床在淀山湖富营养化水体修 复中应用J 中华人民共和国科技信息，( 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研究91体修复作用研究J 上海化工，( 11) ：1 4出版社，：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比较J 中华人民共和国给水排水，化水体总磷净化效果研究J 中华人民共和国水土保持，( 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 几种生态浮床惯用水生植物水质净N、P 动态实验研究J 三峡环境与生态，化能力研究J 浙江农业科学，( 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 中华人民共和国环境科学，30( 4) ：499 503染河水氮磷实验研究J 三峡环境与生态，12 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及资源化运用J 湖泊科学 ，22( 3) ：416 4208 国家环保总局水和废水监测办法编委会 水( 责任编辑：朱秀英)和废水监测分析办法M 4 版 北京：中华人民共和国环境科学( 上接第 86 页)依照直线斜率与截距，求得菜花反映底物与酶结合亲和力米氏常数 Km= 0 056 23 mol L 1 ，最大反映速率 V= 8 6505 Umin 1 max3 结论1) 菜花多酚氧化酶最适反映 pH 值是 7 0， 最适反映温度是 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) 菜花褐变反映动力学符合米氏方程所描述单底物酶促反映动力学，动力学方程为 1V =0 006 5 + 0 115 6，米氏常数 K= 0 056 23 mol SmL 1 ，最大反映速率 V= 8 650 5 Umin 1 max3) 菜花贮藏加工中可采用调节 pH 值 ( pH值 3 0 或 pH 值 9 0) ，高温( 70 ) 短时热处理，添加抗坏血酸和 L 半胱氨酸，去除镁离子等技术或工艺抑制多酚氧化酶活性，从而减少褐变发生参照文献:研究J 食品工业科技，30( 3) ：301 3032 饶先军，刘 升，王则金，等 结球生菜多酚氧化酶 动力学特性研究J 食品工业科技，32 ( 9) :80 823 孙 静，沈 瑾，曹冬冬，等 红熟番茄果实多酚氧 化酶酶学特性J 农业工程学报，27 ( 增刊2) ：253 2574 郑宝东，黄 杰，郑金贵，等 建莲中多酚氧化酶动力 学特性研究J 中华人民共和国食品学报，3( 3) ：41 455 YORUK R，MARSHALL M R 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