浮床栽培雪里蕻净化冬季富营养化水体研究

桑连海，黄 薇，张 劲，殷大聪

（长江科学院水资源综合利用研究所，武汉430010）

浮床栽培雪里蕻净化冬季富营养化水体研究

桑连海，黄 薇，张 劲，殷大聪

（长江科学院水资源综合利用研究所，武汉430010）

通过水面浮床栽培试验，研究了雪里蕻植株的生长特性，及其对富营养化水体中氮、磷物质的吸收能力。结果表明：浮床雪里蕻植株的平均鲜量30 g，平均株高15 cm，平均根系长35 cm，其对氮、磷的直接吸收量分别达到67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。雪里蕻能够在水中安全越冬并完成整个生育周期，对富营养化水体也具有一定的净化效果，可作为冬季富营养化水体治理的一种浮床栽培植物。

雪里蕻；浮床栽培；生长特性；水质净化

在我国污染水域中，90%以上是因水体中氮、磷含量过高引起的水体富营养化。这些由水体富营养化导致的问题给人类的生活与生产带来巨大的损失，同时也带来了诸多的生态环境问题。水体富营养化的治理，就目前形势来看，还没有一种行之有效的方法，但从资源利用的角度来看，水体中超标的氮磷物质却是植物生长过程中不可缺少的营养物质，因此，利用植物修复富营养化水体是一种经济可行的生态方法［1］。近年，我国的一些科研工作者尝试在原位生态条件下，以生物浮床为载体，在河流和富营养湖泊水体中种植亲水性陆生植物，以治理修复其水生态系统的可行性研究，取得了不少研究成果［2－6］。但受低温条件限制，冬季净水植物资源较匮乏［7］，影响了植物生态技术对富营养化水体的周年净化。本试验研究了抗寒性较强的青岛雪里蕻在冬季富营养化水体中的生长特性，及其对富营养化水体中氮磷营养物质的吸收能力，以期对冬季浮床植物的选择提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 供试植物

本试验选用的雪里蕻（Brassica juncea Coss.var.crispifolia Bailey）为叶用芥菜的一种。雪里蕻又称雪菜，具有分蘖力强、生物量大、抗寒性强等特点。既可鲜食、亦可腌制，为冬春佳菜。孕蕾、抽薹、开花结果需要经过低温春化和长日照条件。中国南北各地均以秋播为主。长江流域及西南、华南各地于冬季或次春收获，北方于霜冻前收获。

1.2 浮床构建

本浮床单元主体是由PVC管与PVC弯头粘结连接为一体的四边形浮体框架，在四边形浮体框架之中设置有用渔绳相互交织而成的网床平面，网床平面中均匀设置简易瓶栽植物机构。该机构由截切下部形成空缺的塑料植物定植瓶和植物组成，植物定植瓶的瓶颈外围套接在网床平面的网孔之中，且由四周的绳活结固定之，植物连同茎部包裹的海绵一并套接且固定在植物定植瓶的瓶颈之内。将栽培好植物的浮床单元放入受试水体中，用软绳或铁丝将浮床单元一座座连接起来，浮床整体组装完成后，四周固定，浮床即构建完毕。

1.3 受试水体

试验地点选在武汉市江夏区严家村当地一农用池塘，水域面积约1 000 m2（水深0.5～1.3 m），水源来自当地降雨和地表径流，主要用于养鱼和洗旱菜，水体已呈现富营养化状态，2010年1月12日监测得到的主要理化性状：悬浮物（SS）为37 mg／L，总氮（TN）为2.37 mg／L，总磷（TP）为0.13 mg／L，化学需氧量（COD）为43 mg／L。

1.4 试验方法

供试植物雪里蕻于2009年10月23日露地播种育苗，11月5日移栽到水面栽培，移栽时植株平均高度20 cm（地上部分，以下同）。试验共设置10座浮床单元（规格1 m×2 m），每座浮床单元栽植雪里蕻104棵，浮床单元之间用铁丝或软绳连接固定，形成2 m×10 m规格的长方形浮床群体，四周用竹竿插入池塘底泥中固定。

试验持续127 d，于次年3月11日取样，常规方法测定植株高度、根系长度、总鲜质量，植株氮、磷含量和含水率的检测方法依据分别为《食品中蛋白质的测定》（GB／T 5009.5－2003）、ICP法和《食品中水分的测定》（GB／T 5009.3－2003）。

2 结果与讨论

2.1 浮床雪里蕻的生长特性

雪里蕻的土培苗移栽到水面上后，老根逐渐枯萎死去，一周后植株会重新生出适应于水环境的白色水生根。这种根部组织结构松散、细胞大、通气性强，对氧气具有纵向运输功能，能把植株枝叶部分所吸收的氧气及时输送给泡于水中的根系。

经观察，在冬季低温条件下，浮床雪里蕻能够在水中存活，且安全越冬后，于次年4－5月陆续开花、结籽，完成整个生育周期。据统计，整个试验期间，浮床雪里蕻成活率高达95%以上；根系长度达到了35 cm，与浮床移栽初始时对照，增长了28 cm；植株高度较之浮床移栽初始时缩短了5 cm，但长势健壮；单科植株平均鲜重达到了30 g，植株生长量超过1.25 kg／m2。将水培雪里蕻与土培雪里蕻对照比较，二者的植株真叶数相仿，但根系长度水培是土培的2倍以上，而植株高度土培是水培的2.5倍以上，鲜重后者接近前者的2倍。根据分析可知，水培雪里蕻在试验期间出现了“矮化”，可能是因水中的营养元素缺乏引起的营养不良现象，也不排除是由于生长环境条件改变后引起的一种生理矮化现象；由于水中的营养元素具有均化分布的特点，较之土壤中的肥分，水培雪里蕻根系附近水域的营养物质浓度要低很多，这是促使水培雪里蕻根系发达形成的原因之一，须根呈向水面分布而不向地性，增加了吸收面积，有利于对水体中氮、磷等养分及氧气的充分吸收。不同栽培条件对雪里蕻生长特性的影响见表1。

表1 浮床栽培与陆地栽培对雪里蕻生长特性的影响Table 1 Effects of different cu ltivating m ethods on grow ing characteristics of potherb m ustard

2.2 浮床雪里蕻的含水率及氮、磷含量

不同栽培条件下，雪里蕻植株氮磷含量及含水率见表2。

表2 不同栽培条件下雪里蕻植株氮磷含量及含水率Table 2 The content of water，nitrogen and phosphorus in potherb mustard by different cultivatingmethods

从含水率来看，水培和土培雪里蕻含水率相仿，大约在90%左右。说明雪里蕻在生长过程中对水分的需求量较大；同时也反映了在水分充足的条件下，雪里蕻植株的含水率与环境水分条件相关性不强。从水培雪里蕻水面上下2部分的含水率来看，水上部分（茎叶等）的含水率略高于水下部分（根系）的，虽然水分主要集中在植物体茎叶部分，但与土培雪里蕻相比，水培雪里蕻具有发达的水生根系，这种水生根系大多为白色疏松的薄壁组织，细胞大，通气性强，含水量较丰富。

从含氮量来看，水培雪里蕻高于土培的，单位干物质二者含氮量相差10.5 mg。表明土培雪里蕻经水体诱变后，更容易从水中吸收氮，而氮素具有促进植物生长和增加植物产量的作用，但从试验样品来看，此时的水培雪里蕻仍处于植物矮化时期，其生物量仅为土培雪里蕻生物量的一半左右，二者的生物量与植株体内的氮含量的不一致性可能存在其他方面的原因，有待进一步的深入研究。从水培雪里蕻各组分的含氮量来看，水上部分的含氮量大于水下部分的，因为水上部分的茎和叶是植物进行新陈代谢和光合作用的主要场所，而氮是构成光合作用中光能主要吸收体——叶绿素的必需组分，也是植物体内生物催化剂——酶的组成部分。

与雪里蕻含氮量的情况正好相反，土培雪里蕻的含磷量高于水培雪里蕻的，单位干物质二者含磷量相差1.2 mg。表明土培雪里蕻经水体诱变后，对磷元素的需求量减少了。磷对提高植物的抗病性、抗旱性有着良好的作用，磷还有促进根系发育、增强植物抗倒伏能力的作用。浮床雪里蕻在水培环境下萌生的根系组织结构发生了变化，较土壤栽培条件下的根系，组织结构疏松、细胞较大、细胞壁变薄，增强了吸收和输送功能，但失去了支撑植物体的功能；同时与土培环境相比，水培环境下生长的雪里蕻无需另施化肥，病虫害发生的概率较低，对植物的抗病性、抗旱性要求较低，以上可能是水培雪里蕻含磷量低的2个原因。

2.3 浮床雪里蕻净化水体的环境效益

如果对浮床雪里蕻直接计算从水体中吸收的氮、磷量，则根据实验所得数据：雪里蕻植株的平均鲜量为30 g，单位面积的植株数为52株／m2，雪里蕻植株的含氮量以3.82%计，含磷量以0.27%计，理论上雪里蕻对氮、磷的直接吸收量可达67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。

根据中国《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）中的相关标准，从Ⅴ类水质净化到Ⅲ类水质，需要从水体中去除1 mg／L氮和0.15 mg／L磷。若以总氮计，每公顷浮床雪里蕻至少可以把6.7×104m3的富营养化水体由Ⅴ类净化为Ⅲ类；以总磷计，每公顷浮床雪里蕻净化水量至少为3.2×104m3。根据资料记载［8］，浮床植物对富营养化水体中营养物质（氮、磷）的去除效果见表3。

表3 水培植物的氮、磷含量（干重）Table 3 The content of nitrogen and phosphorus in some water-cultivated p lants（dry weight）

从表3可以看出，浮床雪里蕻对富营养化水体中的氮元素具有较高的富集能力，在所列出的8种植物中，仅次于蕹菜，但对富营养化水体中的磷元素的富集效果一般，仅高于美人蕉和荻。因此，在进行浮床植物配置时，将雪里蕻与除磷效果好的植物进行搭配，对富营养化水体将会有更好的净化效果。

3 结 论

在冬季低温条件下，浮床雪里蕻能够在水中存活，且安全越冬后，于次年4 5月份陆续开花、结籽，完成整个生育周期。

水培雪里蕻对水体中的氮、磷物质具有一定的吸收效果，理论吸收量可达67.3 kg／hm2和4.8 kg／hm2。与一般水生植物相比，雪里蕻对富营养化水体中的氮具有较强的吸收能力，而对磷元素的吸收效果一般，因此，在进行浮床植物配置时，将雪里蕻与除磷效果好的植物进行搭配，对冬季富营养化水体将会有更好的净化效果。

雪里蕻土培苗经水体诱变后，虽然能够在水中完成整个生育周期，但水培雪里蕻的产量明显低于土培雪里蕻的，现场取样称量显示，前者的生物量仅为后者的1／2。从经济效益的角度来讲，雪里蕻水培后的利润优势不明显，但作为一种能够在水中安全越冬的净水植物，其具有的环境效益是不容忽视的，可作为冬季富营养化水体治理的一种浮床植物资源。

［1］ 朱 斌，陈飞星，陈增奇.利用水生植物净化富营养化水体的研究进展［J］.上海环境科学，2002，22（9）：564－567.（ZHU Bin，CHEN Fei-xing，CHEN Zeng-qi.Study Progress on Purification of Eutrophic Water by A-quatic Macrophytes［J］.Shanghai Environmental Sciences，2002，22（9）：564－567.（in Chinese））

［2］ 桑连海，黄 薇，陈 进，等.水培芹菜的植物学特征及环境效益分析［J］.长江科学院院报，2009，26（7）：11－13.（SANG Lian-hai，HUANGWei，CHEN Jin，et al.Analysis on Botany Characteristics and Environment Benefits forWater-cultured Oenanthe Javanica［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2009，26（7）：11－13.（in Chinese））

［3］ 周小平，徐晓峰，王建国，等.3种植物浮床对冬季富营养化水体氮磷的去除效果研究［J］.中国生态农业学报，2007，15（4）：102－104.（ZHOU Xiao-ping，XU Xiao-feng，WANG Jian-guo，et al.Nitrogen and Phosphorus Removal Performance by Three Planted Floats in Eutrophic Water Bodies in Winter［J］.Chinese Journal of Eco-agriculture，2007，15（4）：102－104.（in Chinese））

［4］ 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［J］.环境污染与防治，2005，27（7）：505－508.（LI Yu-ru，CAO Jia-shun.Purification Effects of Floating Bed Plants on Eutrophic Water Body Under Low Temperature in Winter［J］.Environmental Pollution＆Control，2005，27（7）：505－508.（in Chinese））

［5］ 吕锡武，宋海亮.水培蔬菜法对富营养化水体中氮磷的去除特性研究［J］.江苏环境科技，2004，17（2）：1－3.（LV Xi-wu，SONG Hai-liang.Study on the Removal Characters of Nitrogen and Phosphorus in Eutrophicated Stream Water by Aquatic Vegetables［J］.Jiangsu Environmental Science and Technology，2004，17（2）：1－3.（in Chinese））

［6］ 周振兴，黄 田，张 劲.浮床栽培茭白的生物学特征及水质净化作用研究［J］.四川环境，2007，26（5）：1－4.（ZHOU Zhen-xing，HUANG Tian，ZHANG Jin.Research on the Biological Features of Zizania Caduciflora Planted at the Floating-Bed and Its EffectonWater Purification［J］.Sichuan Environment，2007，26（5）：1－4.（in Chinese））［7］ 王国祥，濮培民，张圣照.冬季水生高等植物对富营养化湖水的净化作用［J］.中国环境科学，1999，19（2）：106－109.（WANG Guo-xiang，PU Pei-min，ZHANG Sheng-zhao.The Purification Ability of Aquatic Macrophytes for Eutrophic Lake Water in Winter［J］.China Environmental Science，1999，19（2）：106－109.（in Chinese））

［8］ 卢进登，陈红兵，赵丽娅，等.人工浮床栽培7种植物在富营养化水体中的生长特性研究［J］.环境污染治理技术与设备，2006，7（7）：58－61.（LU Jin-deng，CHEN Hong-bing，ZHAO Li-ya，et al.Study on the Growth Characteristics of Seven Plants Cultivated on Artificial Floating Rafts in Eutrophic Water［J］.Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control，2006，7（7）：58－61.（in Chinese） ）

（编辑：刘运飞）

Purification of Eutrophic W ater Body in W inter by Potherb M ustard Planted on Floating-Bed

SANG Lian-hai，HUANGWei，ZHANG Jin，YIN Da-cong
（Water Resources Department，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Experiments on potherb mustard planted on floating-bed were performed to study the growth characteristic of potherb mustard and its capacity of absorbing Nitrogen and Phosphorus from eutrophic water body.Results showed that the potherb mustard on floating-bed had a fresh weight of30 g，culm heightof15cm and root length of 35 cm on average per plant.The amount of directly absorbed Nitrogen and Phosphorus amounted to 67.3 kg／hm2and 4.8 kg／hm2respectively.The results suggested that potherbmustard could grow well throughout thewinter and was effective for eutrophic water purification.It is a new and alternative approach for the treatment of eutrophic water body in winter.

potherb mustard；cultivation on floating-bed；growth characteristic；water purification

X171.4

A

1001－5485（2011）12－0036－03

2011-10-21

农业科技成果转化资金项目（2011GB23320005）；中央级公益性科研院所基本科研业务费（YWF201004）

桑连海（1976-），男，吉林九台人，高级工程师，主要从事水生态与节水研究，（电话）027-82926456（电子信箱）hlsang1017＠yahoo.com.cn。