全 文 ：第 31 卷　第 23期
2009 年 12 月
武　汉　理　工　大　学　学　报
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vo l.31　No.23
　Dec.2009
DOI:10.3963/ j.issn.1671-4431.2009.23.011
睡莲与梭鱼草的生理特性及脱氮除磷比较
卢晓明 ,赵 　丰 ,陈建军 ,张　勇 ,黄民生
(华东师范大学资源与环境科学学院 , 上海 200062)
摘　要:　测定了 6 个净化槽(各水培植物 20 棵;睡莲 、梭鱼草各设 3 个平行槽)植物根 POD、CAT 活性与叶片 Chl、可溶
性蛋白(SP)含量及对应时间的各槽水质指标 ,同时测定了植物生物量与植株大小及氮磷含量 , 统计了分蘖数量与根密
度 ,比较了 2种植物的生理特性及脱氮除磷 ,另设空白槽对照(CK)。结果表明:2 种植物根 POD 活性 、叶片 Chla、Chlb 、
SP含量差异显著 , 而根 CAT 活性差异不显著;睡莲根 POD、CAT 活性分别较梭鱼草高 0.0757 U/(g·min)、
0.084 3 mg/(g·min),而叶片 Chla、Chlb 、SP 含量分别低 0.188 6 mg/g 、0.044 3 mg/ g、24.079 5 mg/g;其根较梭鱼草长 ,
而茎 、叶略短;分蘖数量 、根密度 、生物量比梭鱼草低;根 、茎 、叶氮磷含量分别较梭鱼草根 、茎 、叶低 1.88 g/ kg 与
0.30 g/ kg 、3.07 g/ kg 与 0.54 g/ kg、4.22 g/ kg 与 0.59 g/ kg;睡莲槽 TP、溶 P 去除较梭鱼草槽低 15.84%、13.54%, 而
TN 、NH+4 -N 去除高13.83%、15.60%。
关键词:　黑臭河水;　睡莲;　梭鱼草;　生理特性;　脱氮除磷
中图分类号:　X 17 文献标识码:　A 文章编号:1671-4431(2009)23-0044-04
Comparison of Physiological Traits and Nitrogen and Phosphorus
Removals of Nymphaea tetragona and Pontederia cordata
LU X iao-ming , ZHAO Feng , CHEN J ian-jun , ZHANG Yong , HUANG Min-sheng
(School of Resources and Environment Sciences , East China Normal University , Shanghai 200062 , China)
Abstract:　Two aquatic plants are hydroponics cultivated in 6 tanks(three parallel tanks fo r each plant)w ith same planting
density of 20 , to investigate phy siological tr aits of plants and main physical and chemical traits of effluents.Nitrogen(N)and
phosphorus(P)contents and dimension of plants are measured.Biomass , tillers and roots densities of plants are also measured.
Analysis on phy siological traits of plants and N and P removals of effluents during the treatment for heavy polluted river water is
conducted , ano ther tank without planting fo r contrast(CK).Results show POD activities of roots , Chla , Chlb and SP contents
of leav es between two plants all varied significantly , while CAT activities of roots did no t.POD and CAT activities of roots of
Nymphaea tetragona exceeds Pontederia cordata by 0.075 7 U/(g.min)and 0.084 3 mg/(g.min), while Chla , Chlb and SP
contents of leaves of Pontederia cordata exceeded Nymphaea tetragona.by 0.188 6 mg/g , 0.044 3 mg/ g and
24.079 5 mg/ g.Roo ts leng ths of Nymphaea tetragona.are longer than Pontederia cordata , while stems and leaves leng ths
are shorter , and tillers , roots densities , biomass are lower than Pontederia cordat a.N and P contents of roo ts , stems and leaves
of Nymphaea tetragona.are low er than Pontederia cordata by decreasing 1.88 g/ kg and 0.30 g/ kg , 3.07 g/ kg and
0.54 g/ kg , 4.22 g/ kg and 0.59 g/ kg.TP and soluble P removals of the tanks are lower than tanks w ith Pontederia cordata
by declining 15.84% and 13.54%, w hile TN and NH+4 -N removals exceeded 13.83% and 15.60%.
Key words:　heavy polluted river w ater;　nymphaea tetragona;　pontederia cordata ;　physiological trait;　nitro gen
(N)and phospho rus(P)removal
收稿日期:2009-07-10.
基金项目:上海市科委重点项目(062312019).
作者简介:卢晓明(1970-),男 ,博士生.E-mail:xm155@sina.com
　　黑臭化是我国城市河网的普遍现象 。植物净水技术为当今水环境污染综合治理领域的研究热点。近年
已有较多植物净化比较的报道[ 1 ,2] ,但同时联系生理响应 ,对不同品种进行比较的研究还很少 。植物生理是
植物除污的基础 。叶绿素含量与光合速率密切相关 ,可溶性蛋白(SP)为光合代谢产物 ,光合泌氧关联到除
污效果 。POD与 CAT 在清除和阻止由逆境胁迫引起的活性氧方面起重要协同作用[ 3] 。POD对各种逆境反
应灵敏 ,与植物抵御逆境有相当关系[ 4] 。
研究运用睡莲与梭鱼草现场处理城市黑臭河水 ,分析了植株的氮磷积累 ,比较了其生理特性及脱氮除磷
差异 ,旨为开发观赏植物在城市黑臭河道修复中的应用提供理论依据 。
1　材料与方法
1)装置构建与植物培养　工业河为上海普陀区桃浦镇的断头浜 ,水质属劣 5 类。装置(见图 1)由 1个
平衡水箱(上部 1 500 mm ×1 000 mm , 下部 1 450 mm ×950 mm , 深 600 mm)和 7 个塑料槽(上部
1 240 mm×620 mm ,下部1 150 mm×550 mm ,深 760 mm)组成 。平衡水箱设有溢流管平衡水位 ,使各槽进
水均匀 。各槽末端出水管高程将槽内水深控制在 0.6 m 。各槽中央用隔板隔开 ,留出离槽底高约 20 cm 的
过流断面 ,以防槽内河水短流。各槽连续进 、出水 ,水力停留时间(HRT)设为 8 h。选取大小均匀(高约 10
cm)的睡莲与梭鱼草幼苗(购于上海泽龙生物工程有限公司),分别在 6个槽(sk 、hk为睡莲槽 、梭鱼草槽;sk 、
hk各设 3个平行槽)中各水培 20棵 ,另设空白槽对照(CK),水培 128 d(2008-2-26 ～ 2008-7-3)。为避免气候
对试验结果分析的影响 ,整个装置设在露天现场 ,且周边无高大建筑及树木 ,使 2类净化槽处在相同气候条
件下 。
2)植物样与水质监测　2008年 7 月 3日 ,于各槽生长旺盛的
植物(均有 2片或2片叶以上)中随机选定 7棵植物样 ,从其中每棵
植株上采取生长旺盛的叶片(最上叶)、根(主根)0.400 g ;从每个槽
出水口处采集水样进行水质分析 ,采用标准方法[ 5] ,取均值 。
3)植物根 、茎 、叶长度与生物量及根密度 、分蘖数量测定　统
计各槽植物根密度与分蘖数量 ,取均值;收获选定的植物 ,采用卷
尺与游标卡尺测量根(主根)、茎 、叶(最上叶)长度 ,测定植物生物量(干重),取均值。
4)植物根 、茎 、叶氮磷含量及叶片叶绿素含量　经过自然风干的植物样 ,于 80 ℃下烘 48 h至恒重 。烘
干的植物材料先用硫酸-高氯酸消化 ,然后分别采用靛酚蓝比色法 、钼锑抗比色法测定氮磷[ 6] 。叶绿素含量
测定 , 采用Heged等[ 7]的方法。作以下改进:取 0.05 g 植物叶片加入 80%丙酮溶液 ,浸提 24 h后分光光度
计测定浸提液的吸光值 ,单位为 mg/g 。
5)酶液提取与 SP含量及酶活性测定　取 0.3 g 植物新鲜叶片在预冷的磷酸盐(pH7.8)中匀浆 ,4 ℃下
13 000 r/min 离心 30 min ,上清液即为酶液提取液 。根据 Bradford的考马斯亮兰法测定 SP 含量[ 8] ,用牛血
清蛋白作标准曲线 ,单位为 mg/g 。CAT 活性测定采用 Rao 等[ 9]紫外分光光度法 , 以 D240值每减少 0.1为
一个活性单位。POD活性测定采用愈创木酚法[ 10] ,以每 min 光密度变化表示酶活性大小 ,以 D460 值每增
加 0.1为一个活性单位 ,单位为 U/(g·min)。
6)统计分析　利用 SPSS 15.0 软件中的 One-way ANOVA 以及独立样本的 t 检验方法对数据进行分
析。
2　结　果
2.1　2种植物生理特性的比较
睡莲根较梭鱼草长 ,而茎 、叶略短。2类槽根密度差异不明显 ,梭鱼草分蘖繁殖较强 。睡莲根 POD 、CAT
活性较梭鱼草高 ,而叶片 Chla、Chlb 、SP 含量较低 。2种植物 POD 活性 、Chla 、Chlb 、SP 含量差异显著 ,而
CAT 活性差异不显著 。
2.2　2种植物根 、茎 、叶组织的氮磷含量及生物量比较
睡莲的生物量及根 、茎 、叶的氮磷含量分别较梭鱼草低 ,因此 ,睡莲的氮磷积累比梭鱼草少 。由于 2种植
物的蒸腾吸收不同 ,而植物主要通过蒸腾吸收水体可溶性氮磷[ 11 ,12] 。该研究没有底泥提供氮磷方面的影
45第 31卷　第 23 期　　　　　　卢晓明 , 赵　丰 ,陈建军 , 等:睡莲与梭鱼草的生理特性及脱氮除磷比较　　　　　
响 ,植物通过蒸腾吸收可溶性氮磷来提供养分 。经比较 ,睡莲根吸收氮磷量较少 ,导致根氮磷含量下降 ,影响
了氮磷向茎叶的输送 ,导致茎叶氮磷含量下降 ,又梭鱼草植株较高大(见表 1),因此 ,就植物而言 ,睡莲的脱
氮去磷不如梭鱼草。
表 1(Ⅰ ～ Ⅱ)　2 类净化槽植物生理特性的比较
Ⅰ
均值 根长/ cm 茎长/cm 叶长/cm POD/(U·(g·min)-1) CAT/(mg·(g·min)-1)
睡莲 55.8±4.6a 44.5±3.7a 8.9±0.73a 0.128 6±0.028 7a 0.538 6±0.140 2a
梭鱼草 21.5±2.0b 64.0±5.7b 15.2±1.21b 0.052 9±0.012 4b 0.454 3±0.075 2a
Ⅱ
均值 SP/(mg·g-1)
Chla/
(mg·g -1)
Chlb/
(mg·g -1)
植物分蘖数量/
(棵·槽-1)
根密度/
(根·m-2)
睡莲 40.572 4±7.897 7a 1.737 1±0.114 9a 0.490 1±0.042 9a 173±7a 1 192±48a
梭鱼草 64.651 9±4.442 7b 1.925 7±0.047 9b 0.534 4±0.020 8b 225±10b 1 253±61a
　　注:a、b 分别代表差异显著性 ,下文表同。
2.3　2类净化槽水质的比较
睡莲槽 COD 、TN 、NH+4 -N 去除较梭鱼草槽高 ,而 TP 、溶 P 去除与 DO 、pH 及水温较梭鱼草槽低 。TN 、
NH+4 -N 去除主要靠微生物代谢与植物蒸腾吸收 ,其中前者占主导[ 11 ,12] 。就植物而言 ,睡莲吸收 NH+4 -N 的
效果不如梭鱼草(见表 2),但结果表明睡莲槽 NH+4 -N 去除却较高 ,由于其根长约为梭鱼草的 2.60倍 ,且二
者根密度差异不明显 ,因此其根总表面积明显大于梭鱼草 ,利于其根表面附生更多微生物 ,又由于 2类槽
DO 差异不明显 ,因此睡莲槽微生物更有效去除 NH+4 -N 。睡莲大部分茎浸在水中 ,增加了微生物着生面积 ,
同时略高的水温也利于微生物除污 。睡莲槽 TP 、溶 P 去除较低是由于梭鱼草的磷积累更明显(见表 2)。
TP 、溶 P 去除主要靠自然沉降与植物蒸腾吸收[ 12] 。睡莲槽 pH 略低是由于较高的 NH+4 -N 去除。同理 ,睡
莲槽植物表面附生更多异养微生物 ,导致较高的 COD去除 。
表 2　2 种植物根 、茎 、叶组织的氮磷含量及生物量比较
Ⅰ
平均含量/(g·kg-1) N:根 茎 叶
P:
根 茎 叶
睡莲 14.93±1.13a 21.25±1.35a 23.51±1.72a 1.73±0.12a 2.37±0.16a 2.79±0.19a
梭鱼草 16.81±1.45b 24.32±1.97b 27.73±2.21b 2.03±0.15b 2.91±0.23b 3.38±0.27b
Ⅱ
均值 含水率/ %: 根 茎 叶 生物量(干重)/(g·棵-1): 根 茎叶
睡莲 93.5±2.1a 95.5±2.3a 96.3±2.4a 22.76±0.56a 2.88±0.07a
梭鱼草 92.3±1.7a 93.2±1.8a 93.7±1.9a 19.68±0.45b 8.99±0.21b
3　讨　论
睡莲与梭鱼草的生理差异导致 2种植物 、2类槽间脱氮除磷不同。梭鱼草叶片 Chl含量高于睡莲(见表
1),在相同光照下 ,梭鱼草的光合效率高于睡莲 ,光合代谢产物 SP含量较高 ,泌氧略多 ,使梭鱼草槽 DO略高
于睡莲槽(见表 3),这种 DO 的升高与王传海[ 13]等的研究结果类似 。雒维国[ 11]等也曾报道 ,芦苇的净光合
速率与污水 DO明显相关。但是 ,槽中水体 pH变化的机理与苦草影响 pH 的机理不同 ,苦草通过光合吸收
水中 CO2 而使 pH 升高[ 13] ,而梭鱼草与睡莲通过蒸腾吸收 NH+4 -N 导致 pH 下降。植物对氮磷的吸收主要
靠根 ,与根的生物学性质及污水性质相关[ 14] 。就植物而言 ,睡莲的脱氮除磷弱于梭鱼草 ,且梭鱼草槽 DO略
超睡莲槽(见表 3),利于亚硝化细菌 、硝化细菌去除 NH+4 -N[ 15] ,但由于睡莲根 、茎生长形态上的特点 ,适于
附生更多微生物 ,导致睡莲槽 COD 、TN 、NH+4 -N 去除反而较高 。黑臭河水胁迫引起植物体内超氧自由基增
加而导致氧化胁迫[ 3] 。李宗辉等[ 16]曾报道 ,植物体内抗性酶活性增强是由于植物蒸腾吸收了大量可溶性污
46　　　　　　　　　　　　　　　　　　武　汉　理　工　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　2009 年 12月
染物 。而蒸腾吸收是植物去除污水溶 P 、NH+4 -N等可溶性污染物的重要途径 ,因此具有较强耐污的水生植
物对污染河道修复工程有着重要意义 。睡莲与梭鱼草比较(见表 1),前者根 POD活性强于后者 ,二者根
CAT 活性差异不明显 ,后者叶片 Chl含量与 SP 含量较高 ,前者分蘖繁殖强于后者 ,因此 ,梭鱼草耐污性较
好 ,更适于黑臭河水中生长。且其植株较睡莲高大 ,生物量较高 ,氮磷积累优于睡莲 ,因此 ,在黑臭河道修复
工程应用中比睡莲有优势 。但睡莲的根 、茎生长形态上的特征 ,更利于去除污水中的 COD 、TN 、NH+4 -N ,且
具有很高的观赏价值 ,因此在浮床上可适量配植。
表 3　2 类净化槽水质的比较
均值 溶 P去除率/ %
NH+4-N 去除
效率/ %
DO/
(mg·L-1) pH 值
水温/
℃
COD去除
率/ %
TP 去除
率/ %
TN 去除
率/ %
睡莲 36.97 43.83 0.93 7.7 31.1 54.31 48.39 39.15
梭鱼草 50.51 28.23 0.98 8.0 30.2 45.48 64.23 25.32
对照(CK) 5.62 3.75 0.12 8.2 34.5 6.36 6.71 3.37
4　结　语
梭鱼草耐污性 、分蘖繁殖较睡莲强 ,生物量 、氮磷积累较高 ,茎 、叶较长 ,但根略粗短;其叶片 Chla 、Chlb 、
SP含量分别高出睡莲 0.188 6 mg/g 、0.044 3 mg/g 、24.079 5 mg/g ,而根 POD 、CAT 活性较睡莲低
0.075 7 U/(g·min)、0.084 3 mg/(g·min);2种植物 POD活性 、Chla 、Chlb 、SP 含量差异显著 ,CAT 活性差异
不显著;睡莲槽 TN 、NH+4 -N 去除较梭鱼草槽高 13.83%、15.60%,而 TP 、溶 P 去除分别低 15.84%、13.
54%。
参考文献
[ 1] 　王庆海 , 段留生 ,李瑞华 , 等.几种水生植物净化能力比较[ J] .华北农学报 , 2008 , 23(2):217-222.
[ 2] 　袁东海 , 任全进 ,高士祥 , 等.几种湿地植物净化生活污水 COD、总氮效果比较[ J] .应用生态学报 , 2004 , 15(12):2337-
2341.
[ 3] 　Jabs T.Reactive Oxygen Intermediates as Mediators of Prog rammed Cell Death in Plants and Animals[ J] .Biochem Pharma-
col , 1999(57):231-245.
[ 4] 　Li J , Zu Y G.Generation of Activated Oxygen and Change of Cell Defense Enzyme Activity in Leaves of Ko rean Pine Seedling
Under Low Tempera ture[ J] .Acta Bo tanica Sinica , 2000 , 42(2):148-152.
[ 5] 　国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[ M] .4 版.北京:中国环境科学出版社 , 2002.
[ 6] 　董　鸣 , 王义凤 ,孔繁志 , 等.陆地生物群落调查与分析[ M] .北京:中国标准出版社 , 1996.
[ 7] 　Heged A , Erdei S , Horvath G.Comparative Studies of H2O 2 Detoxifying Enzymes in Green and Greening Barley Seedling Un-
der Cadmium Stress[ J] .Plant Sci , 2001(160):1085-1093.
[ 8] 　Bradfo rd M M.A Rapid and Sensitive Method for the Quantitation of M icrog ram Quantities of P ro tein U tilizing the Principle
of Protein-dye Binding[ J] .Anal Biochem , 1976(72):248-254.
[ 9] 　Rao M V , Paliy ath G , Ormrod D P.Ultraviolet-B Radiation and Ozone-induced Biochemical Changes in the Antioxidant En-
zymes of a Rabidopsisthaliana[ J] .Plant Physiol , 1996(110):125-136.
[ 10] 　张志良.植物生理学实验指导[ M] .北京:高等教育出版社 , 1990.
[ 11] 　雒维国 ,王世和 , 黄　娟 ,等.植物光合及蒸腾特性对湿地脱氮效果的影响[ J] .中国环境科学 , 2006 , 26(1):30-33.
[ 12] 　宋克敏.植物的磷营养:磷酸盐运转系统及其调节[ J] .植物学通报 , 1999 , 16(3):251-256.
[ 13] 　王传海 ,李宽意 , 文明章 ,等.苦草对水中环境因子影响的日变化特征[ J] .农业环境科学学报 , 2007 , 26(2):798-800.
[ 14] 　范国兰 ,李　伟.穗花狐尾藻(Myriophyllum spicatum L.)在不同程度富营养化水体中的营养积累特点及营养分配对
策[ J] .武汉植物学研究 , 2005 , 23(3):267-271.
[ 15] 　Ouellet-Plamondon C , Chazarenc F , Comeau Y , et al.Artificial Aeration to Increase Pollutant Removal Efficiency of Con-
structed Wetlands in Cold Climate[ J] .Ecol Eng , 2006 , 27(3):258- 264.
[ 16] 　李宗辉 ,唐文浩 , 宋志文.人工湿地处理污水时水生植物形态和生理特性对污水长期浸泡的响应[ J] .环境科学学报 ,
2007 , 27(1):75-79.
47第 31卷　第 23 期　　　　　　卢晓明 , 赵　丰 ,陈建军 , 等:睡莲与梭鱼草的生理特性及脱氮除磷比较