3种浮床植物系统对富营养化水体中藻类的抑制效果

周真明,梅玉龙,叶青,沈春花,赵志领

(1.华侨大学土木工程学院,福建泉州 362021; 2.绿城东方建筑设计有限公司,浙江杭州 310012)

3种浮床植物系统对富营养化水体中藻类的抑制效果

周真明1,梅玉龙2,叶青1,沈春花1,赵志领1

(1.华侨大学土木工程学院,福建泉州 362021; 2.绿城东方建筑设计有限公司,浙江杭州 310012)

以叶绿素a、藻类密度表征水体藻类含量,通过静态试验,研究风车草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus ca lam us)和富贵竹(Dracaena sanderiana)3种浮床植物系统对富营养化水体中藻类的抑制效果.结果表明:风车草、菖蒲和富贵竹对叶绿素a的平均抑制率分别为42.6%,36.7%和18.7%,对藻类密度的平均抑制率分别为45.4%,39.9%和23.3%;3种浮床植物系统对叶绿素a、藻类密度的抑制效果与空白对照组对比存在显著差异(P<0.05).风车草对蓝藻、绿藻、硅藻和铜绿微囊藻的平均抑制率分别40.1%,24.8%, 32.3%和29.8%;而菖蒲则分别为38.2%,34.2%,30.1%和27.6%.

富营养化;浮床植物系统;藻类;抑制效应

浮床植物系统修复富营养化的水域,具有投资少、风险小、不产生再次污染等优点,从而受到了人们的青睐[1].浮床植物系统抑藻的途径主要有遮光,减少水体中的营养盐和化感作用[2].操家顺等[3]研究表明,水雍菜(Ipom oea aquatica)对重污染河道水体中藻类抑制率为88.8%.鲜啟鸣等[4]研究表明,金鱼藻(Ceratophy llum demersumL.)、微齿眼子菜(Potamogeton maackianusA.Benn)和枯草(Vallisneria spiralisL.)具有较强的克藻效应.李磊等[5]研究表明,荷花(Nelumbo nucifera)和睡莲(N ymphaea tetragona)对铜绿微囊藻有一定的抑制作用.张维昊等[6]研究表明,菖蒲(Acorus calamus)对铜绿微囊藻有较好的抑制效果.刘佳等[7]研究表明,水葫芦(Eichhornia crassipes)、金鱼藻(Ceratophy llum demersum)和浮萍(Lem na m inor)都具有较好的抑制藻类生长作用.目前,这方面的研究主要集中在对藻类总体或某一特定藻的抑制效果,但对蓝藻、绿藻、硅藻抑制效果的研究鲜见报道.因此,本文通过静态试验,考察3种浮床植物系统对蓝藻、绿藻、硅藻以及水华发生常见的铜绿微囊藻的抑制效果.

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用风车草(Cyperus alternifolius)、菖蒲(Acorus calam us)和富贵竹(D racaena sanderiana)3种浮床植物.所有的植物来自土培苗,苗高15 cm左右,经除土洗净后移植到试验水体中.实验水箱材料为塑料,使用前用原水浸泡数天.

1.2 试验设计

试验在实验水箱中进行,实验水箱尺寸为80 cm×60 cm×80 cm(长×宽×高),水箱中盛放试验原水,水深为75 cm,水样体积为360 L.每个水箱水面上放置一块75 cm×55 cm,厚5 cm的可降解聚苯乙烯泡沫塑料板作为浮床.在浮床上以20 cm×20 cm的间距开12个直径为5 cm的定植孔,每个定植孔中定植1～2株植物,并用海绵辅助固定.

1.3 试验方法

试验共设4组水箱:第1组为只有浮床而无植物的水箱的空白对照组;第2,3,4组分别为风车草、菖蒲、富贵竹单元.试验于2008年3—4月间进行,试验时间为35 d,试验期间水温为24～30℃,平均水温为27℃,水温适合植物和藻类生长,试验原水来自于福建泉州华侨大学秋中湖湖水.

试验期间,每隔7 d在水箱水面下10 cm处取样一次,每次每组测定3个样品,能满足差异性统计检验要求.测定水样中的藻类密度、叶绿素a时,定期补充自来水以消除水分蒸发损失对试验效果的影响.试验均在自然光照和温度下进行,遇到雨天时,需用透明塑料薄膜遮挡.

1.4 测定方法

采用鲁哥氏液固定、目镜视野法[8]测定藻类密度;采用萃取光度法[8-9],以0.45μm醋酸纤维膜过滤,测定叶绿素a的质量浓度.

1.5 数据处理

采用方差分析植物单元系统与空白对照单元系统之间抑制叶绿素a和藻类密度效果的差异.浮床植物系统对叶绿素a和藻类密度的抑制率为

式中:ρ0,i,ρi分别为第i天时,空白对照单元和植物单元系统水体中的叶绿素a的质量浓度或藻类密度.

1.6 原水水质指标[10]

原水水质指标:水温为27℃;p H值为7.8;高锰酸盐指数为13.97 mg·L-1;化学耗氧量(CODcr)为45.17 mg·L-1;总氮(TN)的质量分数为6.8 mg·L-1;总磷(TP)的质量分数为0.26 mg·L-1;叶绿素a的质量分数为224.6μg·L-1;藻类密度为18.2×107个·L-1.从水质指标可以知道,试验原水属于富营养化水体.

2 结果与分析

2.1 单元系统对叶绿素a的抑制效果

不同单元系统水体中叶绿素a质量分数变化及对叶绿素a的抑制效果,如表1所示.表1中:ρch为叶绿素a的质量浓度;ηch为植物单元系统对叶绿素a的抑制率.由表1可知道,风车草、菖蒲、富贵竹3种植物单元系统对叶绿素a的平均抑制率分别为42.6%,36.7%和18.7%.

表1 不同单元系统对叶绿素a抑制效果Tab.1 Inhibito ry effects of chlorophyll-a by different unit system

结合文献[10]的结果可知,3种植物对叶绿素a抑制率随着植物根系生物量的增加有加大趋势.说明生长快、生物量变化大、根系发达的植物与藻类竞争营养物质能力强,遮光效果越明显,从而抑藻效果越明显.方差分析结果表明,3种浮床植物系统对叶绿素a的抑制效果与空白对照组对比存在显著差异(P<0.05),说明植物的存在显著提高了系统抑制藻类生长的能力.

试验第1周,水体中的叶绿素a明显下降,主要是由于水体环境(静态和水体变小等)的骤变使得水体藻类迅速减少;从第2周开始,藻类繁殖生长,其数量迅速增加,水体中叶绿素a明显增加;从第3周开始,由于浮床植物系统抑制藻类生长,使得水体中藻类数量逐渐减少.

2.2 单元系统对藻类密度的抑制效果

不同单元系统水体中藻类密度变化及对藻类密度抑制效果,如表2所示.表2中:ρal为藻类密度;ηal为植物单元系统对藻类密度的抑制率.

由表2可知,风车草、菖蒲、富贵竹3种植物单元系统对藻类密度的平均抑制率为45.4%,39.9%和23.3%,风车草、菖蒲对藻类抑制效果好于富贵竹.方差分析结果表明,3种浮床植物系统对藻类密度的抑制效果与空白对照组对比存在显著差异(P<0.05),说明植物的存在显著提高了系统抑制藻类生长的能力.

结合文献[10]的结果可知,由于风车草根系最发达,菖蒲次之,富贵竹最差,而植物生长越快,根系越发达,与藻类竞争营养物质能力越强,遮光效果越明显,从而抑制藻类能力越强[11-12].

表2 不同单元系统对藻类密度抑制效果Tab.2 Inhibito ry effects of algae density by different unit system

2.3 单元系统对不同藻种的抑制效果

富营养化水体中藻类大多以蓝藻、绿藻、硅藻共存,蓝藻约占71%、绿藻约占10%、硅藻约占15%,而蓝藻中的铜绿微囊藻约占74%.以藻类密度表征水体中各种藻的含量,着重考察不同浮床植物对蓝藻、绿藻、硅藻及铜绿微囊藻4种藻类的抑制效果(ηal),如表3所示.

由表3可以知道,风车草对蓝藻、硅藻、铜绿微囊藻抑制效果最好,菖蒲次之,富贵竹最差;而菖蒲对绿藻抑制效果最好,风车草次之,富贵竹最差.风车草、菖蒲对富营养化水体中不同的藻种都有较好的抑制效果.

不同植物单元系统对不同藻种抑制效果不同,主要是由于不同植物与藻类间化感作用的生物活性物质不同[11],以及不同植物单元系统对水体中N,P去除效果不同[10].因此,在遴选植物种类时应根据原水藻种、地区气候特征选择最佳的植物.

表3 不同单元系统对不同藻种的抑制效果Tab.3 Inhibito ry effectsof different algae species by different unit system %

3 讨论

空白对照单元系统抑藻主要途经是,浮床的遮光和水体自净减少了水体中营养盐.浮床植物单元系统抑藻的主要原因有3点:(1)浮床对光照遮蔽效应,减少了藻类的滋生;(2)植物减少水体中N,P营养盐,导致藻类营养不足而数量减少;(3)可能存在的植物化感作用(此机理有待后续进一步研究).

实验结果表明,风车草、菖蒲和富贵竹浮床植物系统对富营养化水体中叶绿素a抑制率范围分别为33.2%～47.1%,25.5%～41.7%,15.4%～21.4%,对藻类密度抑制率范围分别为35.1%～48.3%, 30.1%～45.4%,16.1%～26.0%.此外,3种浮床植物系统对叶绿素a、藻类密度的抑制效果与空白对照组对比存在显著差异(P<0.05).

风车草和菖蒲对富营养化水体中不同藻种都有较好的抑制效果,风车草对蓝藻、硅藻、铜绿微囊藻抑制效果比菖蒲好,而菖蒲对绿藻抑制效果最比风车草好.因此,风车草和菖蒲可作为富营养化水体治理的优良物种而推广使用.

研究结果可为后续的浮床植物系统修复富营养化水体的动态试验及实际应用提供理论依据.

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[4]鲜啟鸣,陈海东,邹惠仙,等.四种沉水植物的克藻效应[J].湖泊科学,2005,17(1):75-80.

[5]李磊,侯文华.荷花和睡莲种植水对铜绿微囊藻生长的抑制作用研究[J].环境科学,2007,28(10):2180-2186.

[6]张维昊,周连凤,吴小刚,等.菖蒲对铜绿微囊藻的化感作用[J].中国环境科学,2006,26(3):355-358.

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(责任编辑:陈志贤英文审校:刘源岗)

Study on Algae Inhibitory Effects by Three Floating-Bed Plan t Systems in Eutrophic Water

ZHOU Zhen-ming1,M EI Yu-long2,YE Qing1, SHEN Chun-hua1,ZHAO Zhi-ling1
(1.College of Civil Engineering,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China; 2.Greentown Oriental A rchitects,Hangzhou,310012,China)

Using chlorophyll-a and algae density to quantify algae,the algae inhibitory effects by floating-bed plant systems ofCyperus alternifolius,Acorus calamusandD racaena sanderianain eutrophic water were investigated through static experiment.Results show that the average inhibitory rates of chlorophyll-a by three plants are 42.6%,36.7%and 18.7%respectively,and the average inhibitory rates of algae density are 45.4%,39.9%and 23.3%respectively.The algae inhibitory effects of the floating-bed systems in chlo rophyll-a and algae density are significantly different(P<0.05) for three plants and the blank control.The average inhibitory rates of cyanophyta,green algae,diatom andMicrocystis aeruginosabyCyperus a lternifoliusare 40.1%,24.8%,32.3%and 29.8%respectively,and these byAcorus ca lam usare 38.2%,34.2%,30.1%and 27.6%respectively.

eutrophication;p lanted float system;algae;inhibitory effect

X171.4;Q 949.99

A

1000-5013(2011)03-0309-04

2010-10-21

周真明(1981-),男,讲师,主要从事微污染水源水质控制技术与富营养化水体控制技术的研究.E-mail: zhenming@hqu.edu.cn.

福建省自然科学基金资助项目(2008J0196);福建省青年人才科研基金资助项目(2007F301040091);华侨大学科研基金资助项目(07HZR05)