凤眼莲与微生物组合处理对水体中氮磷去除能力的比较研究

王非++吴金男++尹凡++范益民++王立新

摘要 以前期激素诱导形成的类紫根凤眼莲以及自然河道采集的普通凤眼莲为研究对象，加入液体混合菌剂，比较这2种凤眼莲与液体菌剂单一及其组合处理时去除富营养化水体中氨氮、总磷的能力。结果表明：经过45 d的处理，发现类紫根凤眼莲与液体混合菌剂组合的去除效果最好，其氨氮的去除率为55%，总磷的去除率可达85%；综合效果其次的是用类紫根凤眼莲单独处理；而普通凤眼莲与液体混合菌剂组合在去除氨氮效果上比类紫根凤眼莲单独处理稍好，液体混合菌剂单独处理效果较差，总磷去除率仅为34%，氨氮去除率27%。

关键词 类紫根凤眼莲；微生物菌剂；氨氮；总磷；去除率；比较

中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）17-0232-02

Comparison of Ability of Eichhornia crassipes Synergetic with Microorganism in Removing Nitrogen and Phosphorus

from Eutrophic Water

WANG Fei 1 WU Jin-nan 1 YIN Fan 2 FAN Yi-min 3 WANG Li-xin 1 *

（1 College of Biology and Food Engineering，Changshu Institute of Technology，Changshu Jiangsu 215500； 2 College of Chemical and Material Engineering，Changshu Institute of Technology； 3 Zhongjing Village Committee of Yushan Town in Changshu City）

Abstract Taking similar purple root Eichhornia crassipes dealt by plant hormone and common Eichhornia crassipes as subject，liquid mixing agent was added to compare the ability of Eichhornia crassipes，the purple root Eichhornia crassipes and mixed agent Eichhornia crassipes and their different combination removing the ammonia nitrogen and total phosphorus.The results showed that the similar purple root Eichhornia crassipes cultured with mixed agent had the best removal effect after 45 days′ treatment.Its ammonia nitrogen removal rate reached 55% and total phosphorus removal rate could reach 85%.The removal effect with a little better was the purple root Eichhornia crassipes.The combination of common Eichhornia crassipes with mixed agent had better removal effect on removing the ammonia nitrogen.However，the worst removal effect was the group of culturing mixed agent only.Its total phosphorus removal rate reached 34% and ammonia nitrogen removal rate reached 27%.

Key words similar purple root Eichhornia crassipes；microbiological mixed agent；ammonia nitrogen；total phosphorus；removal rate；comparison

凤眼莲（Eichhornia crassipes Mart.）俗称水葫芦，雨久花科凤眼莲属，多年生漂浮性草本植物。水葫芦生长繁殖快、耐污能力强，且能够快速、高效地从水体中吸收氮磷营养盐，同时水葫芦根系能够分泌大量的化感物质及具有抑制藻类生长等能力[1]，是最合适的快速移除水体中氮磷的水生生物[2]。但在实际应用中，由于水葫芦超强繁殖能力往往会带来很多负面作用。因此，对水葫芦的诱导变异成为一项研究热点。受云南那中元团队对水葫芦的诱导变异形成“巨紫根凤眼莲”启发[3]，将前期研究利用萘乙酸诱导形成了根系长度可达25 cm以上的凤眼莲命名为“类紫根凤眼莲”[4]。

水生植物对环境的修复是环境、植物、根际微生物等多方面共同作用的结果。植物根部及相应水环境中具有大量的多种微生物，这些微生物与植物间的相互作用非常复杂，在某些情况下，植物与微生物是互惠互利的[5]，而这种互惠关系是植物能够对环境中的污染物进行降解的主要原因[6]。本研究旨在通过试验比较类紫根凤眼莲与普通凤眼莲对富营养化水体中氮磷的吸收能力。同时，尝试在水环境治理中引入液体微生物混合菌剂，通过水生植物与微生物的协同作用以增强净化水质的效果。一旦此法可行，有望探索出一种价格低廉有效的组合生态修复技术。

1 材料与方法endprint

1.1 试验材料

1.1.1 凤眼莲来源。一种为江苏省常熟郊区自然河道采集的普通凤眼莲；另一种为在普通凤眼莲基础上经诱导培育的类紫根凤眼莲。筛选性状相似、生长一致的凤眼莲植株，分组培育，备用。

1.1.2 水样选择。水样取自常熟市区城市河道的富营养化水体，该河道旁集中分布有饭店、小型生产厂房等，水样具轻微黑臭，其初始氨氮含量为4.2 mg/L，总磷含量达到1.7 mg/L。

1.2 试验方法

1.2.1 液体菌剂的制备。在无菌条件下取1 g自主研发的高效微生物菌剂，加入到装有100 mL无菌水的锥形瓶中，置于30 ℃、180 r/min的摇床上振荡活化24 h。培养基制备：按照培养配方称取牛肉膏10 g、蛋白胨10 g、酵母粉5 g、柠檬酸氢二铵2 g、无水乙酸钠5 g、磷酸氢二钾2 g、MgSO4·7H2O 0.58 g、MnSO4·4H2O 0.25 g、葡萄糖20 g，加水搅拌均匀后定容至1 000 mL，制备好的培养基分装至三角瓶，并置于高温灭菌锅中，在121 ℃的条件下灭菌20 min。

取活化好的菌剂接种到培养基中，接种量为10%，并置于25 ℃、240 r/min的摇床上培养24 h至OD600达到0.4，将制备好的液体菌剂吸取2 mL的量投入含有4 L生活污水的培养桶内。

1.2.2 处理方法。选用塑料桶（上部内径20 cm，下部内径15 cm，桶高20 cm）作为试验容器，桶外裹以黑纸以模拟根系黑暗环境。每桶中加入刚采集的生活污水4 L。将前期挑选出来的普通凤眼莲及类紫根凤眼莲各分成2组（A、B组），每组3桶，每桶3株（合计18株），在其中一组中加入活化的液体混合菌剂。3桶只加入液体混合菌剂和3桶空白对照组（CK），共计18桶。

培养条件：所有分组保持培养条件一致，均是放在光照充足、通风状况良好的自然条件下进行培养，每7 d加1次生活污水，加水量1 L，每15 d测1次水样中氨氮与总磷的含量。

1.3 数据处理

利用Excel软件进行数据处理，用Origin软件作图并进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水样中氨氮含量的影响

由图1可以看出，水样最初的氨氮含量均为4.2 mg/L，空白组在整个试验过程中氨氮浓度基本没有发生变化。而其他处理组经过15 d的培养各桶的氨氮含量都在减少，其中去除效果最明显的是类紫根凤眼莲及液体混合菌剂的组合。培养至30 d氨氮的去除效果有了比较显著的差异，普通凤眼莲、液体菌剂单独使用时效果不及类紫根凤眼莲、普通凤眼莲与菌剂混合，类紫根凤眼莲与菌剂混合的效果强。培养至45 d的结果更加明显，其中氨氮去除率最强的是类紫根凤眼莲与液体菌剂联合作用组，与空白对照组相比差异极显著。效果其次的是普通凤眼莲与菌液组合。菌液单独处理效果最差。

2.2 不同处理对水样中总磷含量的影响

由图2可以看出，随着培养时间的延长，水样中的总磷含量都在不断减少，只有空白的污水中总磷的含量基本保持不变。其中，类紫根凤眼莲与液体菌剂共同作用的水样总磷浓度下降最为明显，其次是类紫根凤眼莲单独作用，与普通凤眼莲加菌剂的效果较为接近；但就单一处理来说，凤眼莲对降低总磷浓度的能力比液体混合菌剂单一处理作用效果明显。经过45 d处理，类紫根凤眼莲和液体菌剂组合使水样中总磷含量从最初的1.7 mg/L降至0.25 mg/L，差异极显著。与氨氮有所不同的是，在降低总磷浓度的效果中，类紫根凤眼莲单独使用比普通凤眼莲与菌剂组合的效果强。

2.3 不同处理对水样中氨氮的去除效率

由图3可以看出，氨氮的去除效率各处理组有很大的区别，其中类紫根凤眼莲与菌剂组合去除效率最高，为55%；单独使用菌液的去除效率最低，为27%。其次，还可以看出普通凤眼莲去除氨氮的效果明显比菌果好，而类紫根凤眼莲的去除效果明显比普通凤眼莲的效果好。普通凤眼莲与菌剂混合的去除效果介于类紫根凤眼莲与普通凤眼莲之间。

2.4 不同处理对水样中总磷的去除效率

由图4可以看出，单独使用凤眼莲去除总磷的效果比单一菌液好，类紫根凤眼莲去除效果也比普通凤眼莲好，普通凤眼莲与菌液组合使用效果与类紫根凤眼莲与菌液组合后的效果相类似。组类紫根凤眼莲与菌剂混合后经过45 d的培养对于总磷的去除效率能力最强，达到85%。与氨氮去除率相比，该组合在总磷的去除能力上尤为突出。

3 结论与讨论

从试验结果中可以看出，凤眼莲对富营养化水体的净化效果与凤眼莲的品种直接相关，类紫根凤眼莲与普通凤眼莲两者之间不仅从外观形态上有着非常明显的不同，进而在本试验结果上表现出明显的区别。表现为在氨氮与总磷的去除效果上类紫根凤眼莲都比普通凤眼莲强，此结果与唐静杰等[7]、徐在宽等[8]利用改良凤眼莲品种得到净水效果类似。其原因为植物对于氮磷的需求主要由根系从周围环境吸收，由于类紫根凤眼莲具有非常强大的根系，其相应的吸收能力也会有所增强。

本试验所采用的微生物菌液是在自主研发的高效微生物菌剂的基础上克服固体菌剂相对活性较弱、效率较低的缺点，改用生产周期短、活性高的液体菌剂加以应用。该菌液为含有乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌等多种微生物的混合菌液。但从单一使用试验结果来看其效果并不突出，其主要原因是微生物对污水的净化主要作用于有机物，而对氨氮、总磷的直接作用较小。但在与凤眼莲组合使用之后，无论是类紫根凤眼莲还是普通凤眼莲其净化效果都得到了加强。这是因为微生物一方面可以吸收利用氨氮及有机磷，同时还可以促进水葫芦根系的生长及吸收，二者对污水起到协同净化的作用[9]。富营养化水样经过类紫根凤眼莲与液体混合菌剂组合处理，由一开始氨氮4.2 mg/L、总磷1.7 mg/L的浓度下降为氨氮1.89 mg/L、总磷0.24 mg/L，氨氮去除效率达到了55%，总磷去除效率达到了85%，显示最好的净化效果。此结果与其他水生植物的净水效果相比毫不逊色[10-12]。而且此效果是在短期处理中得到的，相信随着处理时间的延长，净水效果还会进一步凸显。值得注意的是在实际应用当中还需考虑快速增长的凤眼莲后期的处理问题。凤眼莲的后期处理不仅只集中于打捞和收集，其资源化利用极其广泛，目前凤眼莲已被应用于制作饲料，制备肥料；同时还被应用于制作清洁燃料能源等[13]。故利用合适的水生生物如类紫根凤眼莲与微生物技术相结合作为一种价格低廉有效的组合生态修复技术是切实可行的。endprint

4 参考文献

[1] 杨善元，俞子文，孙文浩，等.凤眼莲根系中抑藻物质分离与鉴定[J].植物生理报，1992，18（4）：399-402.

[2] 张志勇，刘海琴，严少华，等.水葫芦去除不同富营养化水体中氮、磷能力的比较[J].江苏农业报，2009，9（5）：1039-1046.

[3] 张宪中，孙梅，张维娜，等.2种水葫芦-微生物系统水质净化效果的比较[J].安徽农业科学，2011，39（8）：4645-4648.

[4] 王立新，王非，徐武升，等.三种诱导因子对凤眼莲生长发育的影响[J].常熟理工学院学报，2015，29（2）：116-119.

[5] HEDGE R S，FLETCHER J S.Influence of plant growth stage and season on the release of root phenolics by mulberry as related to development of phytoremedia tion technology[J].Chmosphere，1996（32）：2471-2479.

[6] SHIMP J F，TRACY J C DAVIS L C，et al.Beneficial effects of plants in the remediation of soil and ground- water contaminated with organic materials[J].Environment Science Technology，1993（23）：41-77.

[7] 唐静杰，成小英，张光生.不同水生植物—微生物系统去除水体氮磷能力研究[J].中国农学通报，2009，25（22）：270-273.

[8] 徐在宽.水葫芦对水质改良效果的研究[J].南京林业大学学报（自然科学版），2000（增刊1）：97-102.

[9] 王兴华，王云.微生物与植物协同去除生活污水中总氮、总磷、COD的效果研究[J].山东农业科学，2015，47（3）：45-48.

[10] 徐秀玲，陆欣欣，雷先德，等.不同水生植物对富营养化水体中氮磷去除效果的比较[J].上海交通大学学报（农业科学版），2012，6（1）：8-14.

[11] 刘燕，万福绪，王瀚起.不同水生植物对富营养化水体氮磷的去除效果[J].林业科技开发，2013，6（3）：88-92.

[12] 梁团伟，周利，葛建华，等.巨紫根水葫芦对平原水库富营养化水体净化效果的研究[J].城镇供水，2013，2（8）：1-4.

[13] 蒋伟军，颜幼平，李萍.水葫芦资源化利用综述[J].水资源保护，2010，15（6）：79-83.endprint