青萍对富营养化水体氮、磷的去除效果

雷钧镒　李猛　马旭洲　王武

摘要：以网箱内优势植物青萍为研究对象，研究其在不同浓度富营养化水体中对N、P的去除效果。结果表明，在总氮（TN）、总磷（TP）初始浓度分别为6.13～18.72 mg/L和0.40～1.57 mg/L的3种富营养化水体中，经12 d净化，TN、TP浓度分别降至2.94～7.00 mg/L和0.17～0.47 mg/L；青萍对N、P的吸收量分别为62.24～171.13 mg和16.35～5162 mg；青萍对水体N去除的贡献率分别为65.74%、54.17%、51.27%，青萍对水体P去除的贡献率分别为8832%、8306%、78.79%。青萍对水体氮、磷具有较好的去除效果，在富营养化水体中种植青萍可起到改善水质的作用。

关键词：青萍；富营养化水体；氮；磷；去除贡献

中图分类号： X524文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0325-04

收稿日期：2013-05-18

基金项目：上海市重点学科建设项目（编号：Y1101）；欧盟FP7亚欧水产平台项目（编号：245020）；上海高校知识服务平台项目（编号：ZF1206）；上海海洋大学校企横向课题。

作者简介：雷钧镒（1986—），男，湖北荆州人，硕士研究生，主要从事环保型生态网箱研究。E-mail：718559687@qq.com。

通信作者：马旭洲（1965—），男，博士，副教授。E-mail：xzma@shou.edu.cn。随着人类对环境资源开发利用活动的日益增加，富营养化已成为世界范围内水环境保护中的重大环境问题[1]。为了高效、低耗地控制水体富营养化，以利用水生植物为主的污水处理和水体修复生态工程技术一直是水处理领域的研究热点[2-5]。漂浮生长的浮萍科植物因具有生长快、周期短、生活周期长[6]、适应性强、易收获、易加工处理[7]、蛋白质含量高、处理系统设计简单等优点，近年来得到广泛研究和应用[8-12]，利用浮萍去除污水中的氮、磷成为国内外水处理领域的研究热点[13-20]。但关于青萍（Lemna minor）同时去除氮、磷的基础研究还未见报道。网箱养鱼是一种高密度、集约化的养殖方式，将大水体优越的环境条件与高产网箱养殖技术相结合，可促进水产品养殖的优质、高效，提高其市场竞争力。但网箱养殖是一种人工营养型高密度、集约化的养殖系统，越来越多的网箱养殖使水体污染日益严重[21]。降低网箱养鱼对水体的污染，实现水产养殖业的可持续发展，探求环保型生态网箱，成为当前必须面对的课题。

青萍为浮萍科，别名水瓢、绿米、卵萍，长椭圆形，左右不对称，上表面具稀疏排列的小突起，腹面有不明显的三脉纹，两面均为绿色，根鞘有2片明显的翅状附属物，根细丝状，先端尖形。本研究以网箱内优势植物青萍为供试材料，测定不同程度富营养化水体中青萍自身氮、磷含量及其对水体氮、磷的去除量，旨在为提高网箱养殖的净化能力提供科学依据。

1材料与方法

1.1材料

选用宜昌英武长江生态渔业有限公司养殖基地的网箱采集青萍。先用自来水将青萍洗净，再用蒸馏水清洗2次，然后放置在曝气的自来水中驯养7 d，选择健康、生长良好的青萍植株，用蒸馏水冲洗干净后使用。试验容器为60 cm×45 cm×50 cm，容量为70 L的半透明塑料箱，试验水体积为30 L，青萍初始投放量为30.03±0.03 g/箱。

1.2试验设计

2012年8月1日开始在宜昌英武长江生态渔业有限公司基地实验室内进行室内静态试验，试验用水是在长江水中加入硝酸铵（NH4NO3）和磷酸二氢钾（KH2PO4）配制成3种不同程度的富营养化水体（表1）。处理I的水质已严重富营养化，处理Ⅱ、Ⅲ的水质分别达到城镇污水处理厂一级A、B出水的氮、磷浓度。江水取自湖北省宜昌市三峡大坝夷陵区江段（30°46′N，111°19′E）。试验期间室内气温为21.5～375 ℃，日平均光照强度为5 130 lx。

3种处理均设空白对照组，每个处理3个对照。试验期间每隔4 d取1次水样，取样时间为08：00，采集水样前充分搅拌水体，试验期间通过添加蒸馏水使箱内水位稳定，试验开始和结束时捞出全部青萍，测定其鲜重和干重，然后将植株剪碎后置于105 ℃烘箱烘干，磨碎后备用，用以测定组织内氮、磷含量。

1.3测定项目及方法

青萍鲜重测定：用捞网将青萍捞起，待无水滴出现用滤纸吸干水分后称其鲜重；干重测定：先对样品进行杀青，然后烘干后测其干重。用H2SO4-H2O2消煮青萍样品后，采用凯式定氮法测定TN，采用钒钼黄比色法测定TP。定时采集水样，充分搅拌水体后，采用紫外分光光度法（过硫酸钾氧化）测定TN，采用钼酸铵分光光度法测定TP。

1.4计算方法

特定生长率（SGR）=（lnmt-lnm0）/t×100%（1）

氮磷去除率=（C0-Ct）/C0×100%（2）

青萍对氮、磷的吸收量=Pt×mt-P0×m0（3）

式中：mt为试验第t天时青萍重量；m0为初始青萍重量；t为试验持续时间；C0为水样氮、磷初始值；Ct为水样氮、磷终值；Pt为最终青萍全株氮、磷含量；P0为初始青萍全株氮、磷含量。

1.5数据处理与分析

采用SPASS 19.0软件中One-Way ANOVA方差分析、Duncan多重比较法及Excel 软件对试验数据进行处理，所有试验数据采用“平均值±标准误”表示。

2结果与分析

2.1不同程度富营养化水体中青萍的生长特性

青萍在3种不同程度富营养化水体中均能正常生长。青萍初始投放量为29.99～30.08 g/箱时，经12 d生长，青萍鲜重为50.78～77.67 g/箱，干重为3.92～6.47 g/箱（表2）。处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的鲜重、干重均有显著差异（P<0.05），处理Ⅲ的青萍鲜重分别较处理Ⅰ、Ⅱ增加了52.95%、16.88%，处理Ⅲ的青萍干重分别较处理Ⅰ、Ⅱ增加了65.05%、22.77%。处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的青萍鲜重、干重的特定生长率均有显著差异（P<0.05），处理Ⅲ青萍鲜重的特定生长率分别较处理Ⅰ、Ⅱ提高了65.05%、22.77%，处理Ⅲ青萍干重的特定生长率分别较处理Ⅰ、Ⅱ提高了89.11%、25.25%。endprint

2.2青萍对不同程度富营养化水体的氮、磷去除效果

青萍对3种富营养化水体中的N、P均表现出较好的去除效果。在TN、TP初始浓度分别为6.13～18.72 mg/L和040～1.57 mg/L的3种富营养化水体中，经12 d净化，TN、TP浓度分别降至2.94～7.00 mg/L和0.17～0.47 mg/L；青萍对3种富营养化水体的TN、TP去除率分别为52.01%～6131%和57.56%～70.14%（表3、表4）。

处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在试验后4、8 d的TN去除率上无显著差异（P>0.05）；处理Ⅰ和Ⅱ、处理Ⅱ和Ⅲ在试验第12天的TN去除率上无显著差异（P>0.05），处理Ⅰ和Ⅲ在试验第12天的TN去除率上有显著差异（P<0.05）。处理Ⅱ、Ⅲ在试验第12天的TN去除率分别较处理Ⅰ提高了25.64%、1600%。各空白对照在试验后4、8、12 d的TN去除率均无显著差异（P>0.05）（表3）。

由表4可见，关于试验4、8、12 d的TP去除率，处理Ⅲ显著高于处理Ⅰ（P<0.05），处理Ⅰ与Ⅱ间均无显著差异（P>0.05）；试验后8、12 d处理Ⅲ空白对照的TP去除率显著高于处理Ⅰ、Ⅱ（P<0.05）。

2.3青萍在不同程度富营养化水体中的氮、磷吸收量

根据青萍全株干重及其体内N、P含量，计算出青萍在不同程度富营养化水体中的N、P吸收量。青萍体内N、P含量随水体N、P浓度的增大而增加，这与李猛等在大薸对水体氮、磷去除效果的研究结果[22]一致。处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的青萍N含量无显著差异（P>0.05）；关于青萍P含量，处理Ⅰ与Ⅱ间无显著差异（P>0.05），处理Ⅰ与Ⅲ间差异显著（P<0.05）。青萍在3种富营养化水体中的N、P吸收量分别为62.64～171.13 mg和16.35～51.62 mg，各处理间均差异显著（P<005）。青萍对N、P的吸收量均随水体富营养化程度的增加而升高（表5），这与黄蕾等[23]、张志勇等[24]、李猛等[22]的研究结果相似。表5青萍在不同程度富营养化水体中的氮、磷吸收量

2.4青萍对不同程度富营养化水体N、P去除的贡献

由表6可见，青萍在3种富营养化水体中的N、P去除量分别为95.80～333.40 mg和28.70～55.80 mg，各处理间均差异显著（P<0.05）。根据水体的N、P去除量和青萍对N、P的吸收量，可计算出青萍通过吸收作用对水体N、P去除的贡献率。在TN、TP初始浓度分别为6.13～18.72 mg/L和 0.40～1.57 mg/L 的3种富营养化水体中，青萍对水体N去除的贡献率分别为65.74%、54.17%、51.27%，青萍对水体P去除的贡献率分别为88.32%、83.06%、78.79%，各处理间青萍对水体N、P去除的贡献率均无显著差异（P>0.05）。由此可知，青萍对水体中的氮、磷营养均有较高的吸收富集效率。氮、磷浓度的降低速率随水体中氮、磷浓度的增大而升高，而对氮、磷的去除率随水体中氮、磷浓度的增大而降低。表6青萍对不同程度富营养化水体N、P去除的贡献

处理1总去除量（mg）1总吸收量（mg）1贡献率（%）N1P1N1P1N1PⅠ195.80±9.56a128.70±6.61a162.64±6.85a116.35±1.04a165.74±8.89a188.32±5.83aⅡ1221.00±20.85b148.40±5.44b1119.56±9.12b134.48±3.86b154.17±1.28a183.06±6.17aⅢ1333.40±28.50c155.80±14.06c1171.13±19.28c151.62±6.54c151.27±2.54a178.79±13.55a

3结论与讨论

3.1结论

青萍耐污能力较好，在氮、磷浓度较大的情况下也能正常生长，生长速度随着氮、磷浓度的增大而增加，在TN、TP初始浓度分别为6.13～18.72 mg/L和0.40～1.57 mg/L的3种富营养化水体中，青萍初始投放量为29.99～30.08 g/箱，经12 d生长，青萍鲜重的特定生长率可达到7.92%/d，干重的特定生长率可达到8.68%/d。

青萍的存在显著提高了水体N、P的去除率，青萍处理的TN、TP去除率显著高于空白对照（P<0.05）。在TN、TP初始浓度分别为6.13～18.72 mg/L和0.40～1.57 mg/L的3种富营养化水体中，经12 d净化，TN、TP浓度分别降至 2.94～7.00 mg/L 和0.17～0.47 mg/L。

青萍体内N、P含量随水体N、P浓度的增大而增加，青萍对N、P的吸收量均随水体富营养化程度的增加而升高，青萍在3种富营养化水体中的N、P去除量分别为95.80～333.40 mg 和28.70～55.80 mg，青萍对水体N去除的贡献率分别为65.74%、54.17%、51.27%，青萍对水体P去除的贡献率分别为88.32%、83.06%、78.79%。

3.2讨论

金树权等指出，水生植物的净增生物量是决定水生植物水质净化能力的一个重要因素[25]；孙宜敏比较了紫萍、少根浮萍和青萍的种群生长，认为青萍在3种浮萍中生长速度最快，种群结构合理，具备较好的增长能力[26]。本研究中，青萍在3种富营养化程度的水体均表现出良好的净化效果，经 12 d 净化，3种富营养化水体青萍的N、P吸收量分别为6224～171.13 mg和16.35～51.62 mg。试验条件下，青萍能适应较高氮、磷浓度的富营养化水体，青萍属对N、P耐污能力高，增长速度快于浮萍属[26]。在自然条件下，容易形成大片群落，具有竞争性。

大薸和凤眼莲等其他漂浮植物容易造成生态入侵[25]，浮萍是一种小型漂浮植物，属于我国本土品种，生长速度快，易于收获，不会对水体造成太大影响，生活周期较其他维管束植物更长，在水温5～7 ℃、气温 1～3 ℃的低温情况下，浮萍科植物仍能正常生长[26]。浮萍科植物的蛋白质含量可以与大豆相媲美[10]，产量却远远超过大豆，必需氨基酸的平衡性也好，而且类胡萝卜素含量极高，粗纤维素含量低，细胞壁不含木质素，易被消化[27]，蛋白质成本明显优于大豆饼和鱼粉等传统饲料蛋白质源，可作为高蛋白饲料，也可与草鱼养殖结合起来直接产生经济效益，采用浮萍科植物饲喂草鱼[28]、团头鲂[29]等都取得过高产，有较好的经济收益和环境效益。在网箱内栽培青萍净化水质时，必须加强管理，对网箱内的青萍进行定期打捞、清除，并在网箱外面加层围隔防止外逃。本研究中的富营养化水体均为人工配制的水体，与天然水体的氮、磷形态存在差异，青萍对其他氮、磷形态的去除效果还有待进一步研究。endprint

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