全 文 ：第 7 卷 第 11 期 环 境 工 程 学 报 Vol． 7，No． 11
2 0 1 3 年 1 1 月 Chinese Journal of Environmental Engineering Nov ． 2 0 1 3
不同 pH下水葫芦与紫根水葫芦生长
特性与净化效能对比研究
张迎颖1 严少华1 李小铭2 王 岩1 闻学政1
王亚雷1 刘海琴1 张志勇1*
(1. 江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，南京 210014;2. 昆明市环境监测中心，昆明 650228)
摘 要 为了探讨不同 pH条件下水葫芦与紫根水葫芦生长特性与净化效能的差异，以滇池草海原水为实验用水，利
用 HCl和 NaOH稀溶液调节水体 pH，设置 3 个 pH处理，分别是 8. 00、9. 50 和 11. 00，开展了为期 30 d(重复 3 个周期)的静
态模拟实验，结果表明，在实验条件下，pH过高会对水葫芦和紫根水葫芦的生长发育产生抑制作用，紫根水葫芦受到的抑
制效果更为明显;水葫芦和紫根水葫芦的生长也会使水体 pH 降低至接近中性，水葫芦调节水体 pH 的能力更强;pH 为
8. 00、9. 50 时，水葫芦和紫根水葫芦对水体氮磷污染物具有净化作用，水葫芦的净化能力更强;pH为 11. 00 时，水葫芦和紫
根水葫芦处理的水体氮磷浓度均表现起伏，表示在高碱度条件下，两者的净化能力减弱。
关键词 pH 水葫芦 紫根水葫芦 生长特性 净化效能
中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1673-9108(2013)11-4317-09
Comparison research on growth characteristics and purification
efficiency of water hyacinth (Eichhornia crassipes)and water
hyacinth with purple root under conditions of different pH
Zhang Yingying1 Yan Shaohua1 Li Xiaoming2 Wang Yan1 Wen Xuezheng1
Wang Yalei1 Liu Haiqin1 Zhang Zhiyong1
(1. Institute of Agricultural Ｒesource and Environmental Sciences，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China;
2. Kunming Environmental Monitoring Center，Kunming 650228，China)
Abstract In order to discuss the difference of grow characteristics and purification efficiency of water hya-
cinth and water hyacinth with purple root under the conditions of different pH，a 30-day static simulation experi-
ment with three cycles was carried out． The experimental water was taken from Caohai of the Dianchi Lake and
pH values of the water were adjusted to 8. 00，9. 50 or 11. 00 by the dilute solution of HCl or NaOH． Ｒesults
showed that the growth and development of water hyacinth were inhibited and water hyacinth with purple root was
significant inhibited at too high pH value，while the pH values of water decreased close to neutral with the growth
of the two plants and water hyacinth had more powerful capability of adjusting pH． At pH 8. 00 and pH 9. 50，
the two plants could purify the pollution of N and P in water and purification capability of water hyacinth was
stronger． At pH 11. 00，the concentrations of N and P in water of the two plants treatments showed fluctuation，
while indicated purification capability of the two plants was limited at too high pH value．
Key words pH;water hyacinth;water hyacinth with purple root;growth characteristics;purification effi-
ciency
基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(41201533) ;国家“水
体污染控制与治理”科技重大专项(2012ZX07102-004-002-
003) ;江苏省农业科技自主创新资金项目(CX(12)5054)
收稿日期:2013 － 04 － 08;修订日期:2013 － 06 － 04
作者简介:张迎颖(1980 ～) ，女，副研究员，主要从事富营养化湖泊水
生植物生态修复方面的研究。E-mail:fly8006@163. com
* 通讯联系人，E-mail:jaaszyzhang@ 126． com
水葫芦，学名“凤眼莲(Eichhornia crassipes)”，
雨久花科水葫芦属，为多年生漂浮性草本植物，原产
于南美洲亚马逊流域。1901 年作为观赏植物被引
入我国后快速扩繁长势旺盛，作为猪禽饲料。20 世
纪 80 年代，水葫芦被应用于富营养化水体的治理。
近年来研究显示，水葫芦是富集水体氮磷及净化水
环 境 工 程 学 报 第 7 卷
质效果最好的水生植物之一［1-3］。2010 年，以江苏
省农业科学院为技术支撑，“水葫芦富集氮磷与资
源化利用研究与示范”项目实施，在滇池外海白山
湾水域控制性种养水葫芦 0. 68 km2;2011 年，滇池
“十二五”规划项目“滇池水葫芦治理污染试验性工
程”实施，在滇池草海与外海共控养水葫芦 9. 26
km2，通过水葫芦机械化采收以达到削减滇池内源
污染，改善滇池水质的目的，并将水葫芦堆制成有机
肥，从而实现氮磷污染物的资源化利用。
2010 年，课题组在滇池草海与外海选择了若干
水域控养水葫芦，开展了大水域水葫芦生长特性与
氮磷富集能力的实验研究。结果显示，外草海实验
点水体 pH范围为 7. 22 ～ 8. 06，水葫芦长势良好，茎
杆粗长，叶片宽大呈深绿色，生长速度快，氮磷吸收
量高。实验初期，老干鱼塘实验点水体 pH 范围为
10. 02 ～ 10. 55，水葫芦生长缓慢，茎杆矮小，叶片瘦
小呈黄绿色，进入雨季后，pH 稳定在 9. 07 ～ 9. 83，
水葫芦株高增加，叶片逐渐变绿，生长速度加快，
氮磷吸收量增加［3］。以上研究表明，水葫芦的生
长特性及氮磷富集能力很大程度上受水体 pH 的
影响。
近年来，云南省生态农业研究所利用诱导剂培
育了紫根水葫芦，其特点是根系以紫色为主白色为
辅，柄叶矮小，约为 10 cm，根系极为发达，长达 70
cm以上，干重根冠比达(3 ～ 4)∶ 1，属于巨柄小叶型
水葫芦;有研究显示紫根水葫芦对富营养化水体中
氮磷污染物具有较好的吸收富集作用［4］。云南省
生态农业研究所认为，紫根水葫芦属于研发的新品
种，但笔者认为，它与自然生长的水葫芦属于同一品
种，仅是在诱导剂作用下生理性状发生了变异，且在
中国植物志电子查询系统中未见列出紫根水葫芦，
后续文中标题均以水葫芦统称。
本实验根据滇池水质特点(水体偏碱性，主要
污染物为氮磷) ，设置不同的 pH 处理，利用水葫芦
与紫根水葫芦作为研究对象，在滇池草海湖畔西园
隧道管理处开展静态模拟实验，目的在于明确不同
pH条件下水葫芦与紫根水葫芦生长特性与净化效
能的差异，从而为水生植物生态修复技术广泛应用
于富营养化湖泊治理提供依据与参考。
1 实验部分
1. 1 实验材料与地点
实验植物为水葫芦和紫根水葫芦，其中水葫芦
取自滇池草海水葫芦控制性种养围栏内，紫根水葫
芦来自云南省生态农业研究所。实验装置为上口直
径 46 cm，下底直径 34 cm，高 53 cm 的蓝色 PVC 圆
桶。实验原水取自滇池草海西园隧道出水口。利用
HCl稀溶液和 NaOH 稀溶液调节原水的 pH。实验
地点选在滇池草海西园隧道管理处的庭院内，设有
透光板遮雨棚，避免雨水对实验的影响。
1. 2 实验方法
实验开始前，选取生长健壮大小基本一致的水
葫芦与紫根水葫芦幼苗，用清水洗净根系，在滇池草
海原水中进行适应性培养。由于滇池不同于一般中
性湖泊，其水体明显呈碱性，其中草海 pH在 7. 22 ～
9. 26 之间［3］，外海 pH在 9. 09 ～ 10. 63 之间［5］，因此
本实验利用少量 HCl和 NaOH稀溶液迅速调节水体
pH，模拟滇池水体的 pH条件。实验时，用水泵抽取
60 L滇池草海原水于实验装置内，pH 设为 3 个梯
度，分别是 8. 00、9. 50 和 11. 00。实验开始时，分别
选取水葫芦和紫根水葫芦幼苗约 0. 600 kg，种养在
不同 pH的水体内，每种处理设置 3 个平行，每种
pH设置 3 个空白，共 27 个处理。实验期间每隔 5
天测定水体 pH、溶解氧(DO) ，并采集水样测定水体
总氮(TN)、总磷(TP) ，之后利用蒸馏水补足蒸发蒸
腾及采样消耗的少量实验用水，并将水体 pH 调至
初始值。实验开始与结束时，测定水葫芦和紫根水
葫芦的株高、根长、叶绿素含量和生物量，并采集植
株样 3 份称取鲜重，杀青烘干后称量干重，粉碎制样
以测定干物质及氮磷含量。实验从 2011 年 7 月 10
日持续到 10 月 29 日，共设 3 个周期，每个周期设为
1 个月。
1. 3 测试方法
溶解氧(DO) ，采用 JPB-607 型便携式溶解氧仪
测定;pH，采用 PHB-10 型笔式 pH 计测定;水体总
氮(TN)、总磷(TP) ，将水样消煮后，采用 AutoAna-
lyzer3 Applications 流动分析仪测定，植株干物质全
氮，采用混合催化剂硫酸消化凯式滴定法测定;植株
干物质全磷，采用硫酸高氯酸消煮钼锑抗比色法测
定;植株叶绿素含量(Spad 值)采用 SPAD-502Plus
叶绿素仪测定，植株生物量将其从水中捞起放在筛
网上，直至无滴水时称重而得。
1. 4 数据处理
实验数据取 3 个周期的平均值，由均值 ±标准
差表示，统计处理采用 Excel2003 和 SPSS13. 0。各
污染物去除率的计算公式为:去除率(%)=(C0 ×
8134
第 11 期 张迎颖等:不同 pH下水葫芦与紫根水葫芦生长特性与净化效能对比研究
V0 － C1 × V1)÷(C0 × V0)× 100%，式中:C0(mg /L)
为污水初始浓度;V0(L)为初始体积;C1(mg /L)为
实验结束污水浓度;V1(L)为实验结束时体积。植
株氮磷含量的计算公式为:A = Q × η × 1 000，式中，
A 为植株氮磷含量(mg) ，Q 为植株生物量(kg) ，η
(‰)为植株鲜重中氮或磷含量比值(即干物质含量
与植株干物质全氮或全磷的乘积)。
2 实验结果与分析
2. 1 实验用水水质状况
2011 年滇池草海水域控制性种养水葫芦约
5. 56 km2，入湖河道排水进入草海，经过规模化水葫
芦种养区后，大量的污染物被水生植物吸收富集截
留，沿着湖流方向自北向南氮磷污染物浓度逐渐降
低，西园隧道作为草海出水口，该点相对于整个草海
水体而言水质较好，TN 和 TP 相对较低［6］，接近地
表水环境质量标准 V 类标准。本实验用水取自草
海西园隧道出水口处，实验水体的初始水质如表 1
所示，各处理之间无差异。
表 1 不同处理水体的初始水质
Table 1 Initial water quality of different treatments
序 号 pH DO(mg /L) TN(mg /L) TP(mg /L)
1 8. 00 7. 5 ± 0. 5a 2. 60 ± 0. 01a 0. 200 ± 0. 005a
2 9. 50 7. 4 ± 0. 1a 2. 73 ± 0. 07a 0. 209 ± 0. 011a
3 11. 00 6. 6 ± 1. 6a 2. 34 ± 0. 07a 0. 208 ± 0. 009a
2. 2 pH对水葫芦生长特性的影响
在 3 种 pH条件下，水葫芦的株高略有降低，根
系长度明显增加，分析是由于植物生长环境的改变，
植株新陈代谢，老叶枯死，新叶长出，使得整体株高
略有降低，而随着水体氮、磷浓度的降低，植物根系
增长试图吸收更多的营养物质［3，7］。水葫芦的根冠
比有所升高，其中 pH = 9. 50 时，增加值达到 0. 26，
推测水体中氮磷含量降低，限制了水葫芦茎叶生长，
使得根系变长，根冠比升高;而紫根水葫芦的根冠比
有所降低，其中 pH = 8. 00 时，降低值达到 0. 27，紫
根水葫芦植株根系原本异常发达，根系部位远重
于茎叶部位，而实验期间未施用诱导剂，根系生长
缓慢，甚至发生退化，使得根冠比降低。水葫芦与
紫根水葫芦的生物量和分蘖数均有不同程度的增
加，其中 pH = 8. 00 时，两者的生物量增加值最大，
分别达到 0. 694 kg和 0. 369 kg，pH = 11. 00 时，两
者的生物量增加量最小，仅为 0. 234 kg 和 0. 080
kg;pH为 8. 00 和 9. 50 时，两者的分蘖数增加值均
较高，pH = 11. 00 时，两者的分蘖数增加值最低。
水葫芦和紫根水葫芦的 Spad 值均略有降低，主要
是实验装置内氮、磷等污染物随着实验进行逐渐
降低，不似外界大水域环境氮磷浓度基本维持恒
定，使得植株新长出的叶片颜色较浅，叶绿素含量
较低。
表 2 不同 pH值条件下水葫芦和紫根水葫芦的生长特性
Table 2 Growth characteristics of water hyacinth and water hyacinth with
purple root under condition of different pH
水葫芦 紫根水葫芦
pH = 8. 00 pH = 9. 50 pH = 11. 00 pH = 8. 00 pH = 9. 50 pH = 11. 00
株高(cm)
初 值 29. 8 ± 2. 2b 29. 9 ± 5. 1b 29. 7 ± 3. 4b 35. 4 ± 2. 0a 33. 9 ± 1. 4ab 34. 9 ± 2. 7ab
终 值 28. 1 ± 2. 2bc 26. 8 ± 0. 9c 20. 1 ± 2. 6d 30. 6 ± 4. 5a 29. 4 ± 3. 2ab 22. 0 ± 3. 7d
根长(cm)
初 值 28. 8 ± 2. 3b 28. 2 ± 2. 3b 27. 0 ± 0. 5b 66. 7 ± 4. 7a 71. 4 ± 3. 4a 71. 1 ± 4. 4a
终 值 37. 4 ± 1. 5b 38. 2 ± 2. 6b 28. 6 ± 1. 5b 68. 8 ± 0. 3a 72. 9 ± 3. 4a 70. 9 ± 4. 9a
根冠比(鲜重)
初 值 0. 60 ± 0. 08a 0. 60 ± 0. 08a 0. 60 ± 0. 08a 1. 24 ± 0. 06a 1. 24 ± 0. 06a 1. 24 ± 0. 06a
终 值 0. 78 ± 0. 03a 0. 86 ± 0. 04a 0. 65 ± 0. 03a 0. 97 ± 0. 04a 1. 10 ± 0. 06a 1. 21 ± 0. 06a
生物量(kg)
初 值 0. 566 ± 0. 063a 0. 566 ± 0. 065a 0. 577 ± 0. 068a 0. 578 ± 0. 027a 0. 607 ± 0. 037a 0. 611 ± 0. 010a
终 值 1. 260 ± 0. 040a 1. 239 ± 0. 052a 0. 811 ± 0. 053c 0. 947 ± 0. 016b 0. 908 ± 0. 023bc 0. 691 ± 0. 013d
分蘖数 增加值 11 ± 2a 11 ± 3a 7 ± 2c 10 ± 1ab 8 ± 1bc 5 ± 1c
Spad
初 值 48. 2 ± 3. 9a 48. 2 ± 3. 9a 48. 2 ± 3. 9a 40. 2 ± 2. 1a 40. 2 ± 2. 1a 40. 2 ± 2. 1a
终 值 38. 3 ± 2. 8a 37. 0 ± 2. 0a 33. 2 ± 3. 7a 40. 5 ± 2. 9a 38. 4 ± 2. 5a 33. 1 ± 2. 2a
注:采用 SPSS的“One-Way ANOVA”进行单因素方差分析，选用 Duncan 法进行多重比较，同一行中不同字母表示显著性差异(P ＜
0. 05)
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环 境 工 程 学 报 第 7 卷
2. 3 水葫芦生长对水体 pH的影响
采用 SPSS的“Univariate”进行单因变量多因素
方差分析，对比空白、水葫芦和紫根水葫芦各处理出
水水体 pH 的差异，选用 Duncan 法进行多重比较，
不同字母表示显著性差异(P ＜ 0. 05) ，具体见图 1，
图 2 ～图 4 亦采用同样的分析方法和标注方式。
图 1 不同处理水体出水 pH变化
(IV—初始，CK—空白，PＲ—紫根水葫芦，WH—水葫芦)
Fig. 1 Variation of water pH value in different treatments
如图 1 所示，水葫芦和紫根水葫芦均具有调节
水体 pH的能力。在 pH =8. 00 的情况下，空白处理
水体 pH逐渐升高，达到 8. 67 ～ 8. 88，而水葫芦和紫
根水葫芦处理水体 pH 逐渐降低，维持在 7. 55 ～
7. 86，其中水葫芦对水体 pH 降低效果更甚。当 pH
=9. 50 时，空白处理水体 pH 基本保持在 9. 29 ～
9. 49，水葫芦和紫根水葫芦处理水体 pH 均明显降
低，水葫芦处理降低至 7. 77 ～ 7. 89，紫根水葫芦处
理降低至 7. 99 ～ 8. 15。表明水葫芦能有效降低水
体 pH，使之逐渐接近中性，有助于浮游动物、底栖动
物的繁殖与生长［8-10］，而紫根水葫芦也有类似的效
果，只是调节能力相对较弱。在 pH = 11. 00 的情况
下，空白、水葫芦、紫根水葫芦处理水体 pH 均有一
定的降低，在实验初期的 5 ～ 10 d 内，降低效果明
显，水葫芦处理最低达到 9. 51，但是在 15 d之后，降
低效果减弱，这可能与后期水葫芦、紫根水葫芦在强
碱性条件下生长缓慢，叶片枯萎、根系脱落、活性减
弱有关。
2. 4 不同 pH条件下水体 DO的变化
如图 2 所示，在 3 种 pH 条件下，空白处理的水
体 DO明显较高，维持在 5. 2 ～ 7. 5 mg /L，水葫芦和
紫根水葫芦处理的水体 DO 较低，水葫芦处理维持
图 2 不同处理水体 DO变化
Fig. 2 Variation of water DO in different treatments
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第 11 期 张迎颖等:不同 pH下水葫芦与紫根水葫芦生长特性与净化效能对比研究
在 2. 4 ～ 4. 3 mg /L，紫根水葫芦处理维持在 2. 8 ～
3. 7 mg /L，主要原因是水葫芦和紫根水葫芦的生长
基本占据了实验装置的全部水面，影响了大气复氧，
也影响了水体初级生产者光合作用放氧［11，12］。也
有研究指出，大水面种养水葫芦的覆盖度不超过水
面面积的 50%，对水体复氧和水生动物的生长无明
显不利影响［8-10］。
2. 5 pH对水葫芦净化效能的影响
如图 3 所示，在 pH = 8. 00 的情况下，空白、水
葫芦、紫根水葫芦 3 种处理的水体 TN 浓度均呈降
低趋势，空白处理的 TN去除率约为 35. 6%，水葫芦
处理的 TN去除率约为 72. 1%，紫根水葫芦处理的
TN去除率约为 62. 8%。在 pH = 9. 50 的情况下，空
白、水葫芦、紫根水葫芦 3 种处理的水体 TN 浓度也
呈下降趋势，但去除率略低于 pH = 8. 00，空白处理
的 TN去除率为 32. 7%，水葫芦处理的 TN去除率约
为 67. 4%，紫根水葫芦处理的 TN 去除率约为
图 3 不同处理水体 TN的变化
Fig. 3 Variation of TN in water of different treatments
57. 0%。可见，水葫芦对水体 TN 的净化效果较好，
分析原因在于两方面:一是水葫芦生物量增加较多，
吸收了水体氮素合成自身的营养物质，二是水葫芦
根系发达，有利于微生物附着，发生硝化反硝化反应
有助于水体脱氮［13-15］;而紫根水葫芦主要是根系微
生物降解作用，植株本身对氮素的吸收同化能力相
对较弱。在 pH = 11. 00 的情况下，空白、水葫芦、紫
根水葫芦 3 种处理的水体 TN 浓度呈现不同程度的
起伏，分析原因是水体碱性过大，水葫芦和紫根水葫
芦的根系均发生了脱落，腐烂后氮素释放回到水体，
使得水体 TN浓度起伏不定。
如图 4 所示，由于实验原水中 TP 浓度较低，实
验过程中根系吸附的磷素也会重新回到水体造成
TP浓度不断起伏。在 pH =8. 00 的情况下，空白、水
葫芦、紫根水葫芦 3 种处理的水体 TP浓度虽然有所
起伏，但总体呈下降趋势，空白处理的 TP 去除率为
21. 0%，水葫芦处理的 TP 去除率约为 58. 9%，紫根
水葫芦处理的 TP去除率约为 52. 1%。在 pH =9. 50
图 4 不同处理水体 TP的变化
Fig. 4 Variation of TP in water of different treatments
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环 境 工 程 学 报 第 7 卷
的情况下，空白、水葫芦、紫根水葫芦 3 种处理的水
体 TP浓度有较大起伏，在第 15 天时，TP 浓度出现
高值，分析水体 pH 较高，影响了植物对水体 TP 的
净化效果，但总体还是呈下降趋势，空白处理的 TP
去除率为 15. 1%，水葫芦处理的 TP 去除率约为
53. 5%，紫根水葫芦处理的 TP 去除率约为 51. 0%。
由此可见，水葫芦和紫根水葫芦对水体 TP 均有较
好的净化效果，其中水葫芦的净化能力略强。水体
磷素的去除主要依靠植物吸收、根系吸附、微生物作
用及颗粒物沉降。在 pH = 11. 00 的情况下，空白、
水葫芦、紫根水葫芦 3 种处理的水体 TP浓度呈现较
大起伏，分析原因主要是水体碱性对植物生长造成
了较大的影响，使得根系脱落物增加，磷素释放回到
水体。
2. 6 pH对水葫芦氮磷吸收能力的影响
以水葫芦生物量(见表 2)与鲜重 N‰、P‰相乘
可知水葫芦植株体中氮磷含量(见表 3)。由于实验
原水中 TN、TP浓度较低，实验过程中虽然水葫芦生
物量增加较多，鲜重 N‰、P‰却降低了，但在 pH 为
8. 00、9. 50 时，水葫芦植株体中氮磷含量仍有增加，
即水葫芦和紫根水葫芦均从水中吸收了一定量的氮
磷，水葫芦的氮磷吸收量相对更多。在 pH为 11. 00
时，水葫芦和紫根水葫芦植株体中氮磷含量均降低，
即高 pH对两者的生长造成负面影响，使得根系脱
落物中的氮磷元素释放回到水体中，而紫根水葫芦
受到的影响更甚，这与水质监测数据的结果一致，水
体 TN、TP浓度起伏不定，甚至出现高出初始浓度的
情况。
实验原水中氮磷浓度原本较低，虽然植物吸收
的氮磷量是微量的，但对于整个实验水体氮磷的总
消减量来说还是比较高的。以 pH = 8. 00 的水葫
芦处理为例，水体 TN浓度降低了 1. 87 mg /L，乘以
体积 60 L，则水中氮素总量削减了 112. 2 mg，而水
葫芦植株氮含量增加了 87. 0 mg，即水葫芦吸收作
用占水体 TN削减量的 77. 5%(见表 3) ;而氮素的
其他削减途径有硝化反硝化作用、根系吸附滞留、
颗粒物沉降等，高岩等［15］的研究结果显示，硝化反
硝化过程释放 N2O而脱除氮素的量占整个水体 N
削减量的 13. 57%。实验水体 TP 浓度偏低，植物
吸收的磷量也较少，以 pH = 9. 50 的紫根水葫芦处
理为例，水体 TP 浓度降低了 0. 103 mg /L，乘以体
积 60 L，则水中磷素总量削减了 6. 18 mg，而紫根
水葫芦植株磷含量仅增加了 1. 00 mg，即紫根水葫
芦吸收作用仅占水体 TP 削减量的 16. 2%(见表
3) ，表明紫根水葫芦在 pH = 9. 50 时对水体磷素的
吸收能力较弱，推测其余的磷主要是依靠根系吸
附滞留、根际微生物矿化吸收、颗粒物沉降等过程
去除的。
表 3 不同 pH条件下水葫芦和紫根水葫芦的氮磷含量
Table 3 N and P content in water hyacinth and water hyacinth with purple roots under different pH
水葫芦 紫根水葫芦
pH = 8. 00 pH = 9. 50 pH = 11. 00 pH = 8. 00 pH = 9. 50 pH = 11. 00
鲜重 N(‰)
初 值
终 值
3. 10 ± 0. 17ab
1. 46 ± 0. 26ab
3. 25 ± 0. 12a
1. 53 ± 0. 13ab
2. 91 ± 0. 26b
1. 90 ± 0. 14a
2. 09 ± 0. 16c
1. 32 ± 0. 18b
2. 06 ± 0. 13c
1. 41 ± 0. 11b
2. 09 ± 0. 14c
1. 47 ± 0. 23ab
N含量(mg)
初 值
终 值
1 753
1 840
1 838
1 896
1 678
1 565
1 208
1 250
1 250
1 280
1 277
1 016
水葫芦吸收作用对于水体 TN
去除效果的贡献(%)
77. 5 54. 2 — 42. 9 32. 6 —
鲜重 P(‰)
初 值
终 值
0. 260 ± 0. 057a
0. 120 ± 0. 012a
0. 261 ± 0. 049a
0. 121 ± 0. 026a
0. 260 ± 0. 057a
0. 134 ± 0. 035a
0. 189 ± 0. 005b
0. 119 ± 0. 035a
0. 190 ± 0. 021b
0. 128 ± 0. 005a
0. 192 ± 0. 015b
0. 139 ± 0. 016a
P含量(mg)
初 值
终 值
147
151
148
150
150
109
109
113
115
116
117
96
水葫芦吸收作用对于水体 TP
去除效果的贡献(%)
58. 0 32. 7 — 64. 1 16. 2 —
注:采用 SPSS的“One-Way ANOVA”进行单因素方差分析，选用 Duncan法进行多重比较，同一行中不同字母表示显著性差异(P ＜0. 05)
2234
第 11 期 张迎颖等:不同 pH下水葫芦与紫根水葫芦生长特性与净化效能对比研究
3 讨 论
本实验中水葫芦与紫根水葫芦均表现出类似的
生长特性，随着 pH的升高，植株高度与叶片叶绿素
含量依次降低，生物量和分蘖数依次减少，表明实验
水体的高碱度对水葫芦与紫根水葫芦的生长发育产
生了抑制作用，而紫根水葫芦受到抑制的影响更为
明显。王桂荣等［16］的研究也证实盐碱对水葫芦生
长产生负面影响:随着 pH 的增大，水葫芦植株高
度、叶片宽度和生物量明显减少，这主要是因为 pH
会对水葫芦的蒸腾速度产生影响，即碱度增大，水葫
芦的生理活性受到明显抑制，植株生理代谢强度减
弱，蒸腾速度减慢，气孔开度减小，气孔阻力增加。
本实验中水葫芦根系明显增长，紫根水葫芦的根系
略有增加，这是由于实验原水中氮磷污染物存量不
似大水面源源不断的补充，使得水葫芦根系长度明
显增加，以实现对营养物质最大程度的吸收，这与野
外实验的研究结果一致［3，7］。
水体 pH对水葫芦生长产生影响，反之，水葫芦
的生长也会使水体 pH 降低。研究显示，水葫芦是
水体良好的 pH 稳定剂［17］。随着实验时间的延长，
种养水葫芦和紫根水葫芦的实验水体 pH 也逐渐下
降，接近中性，而对照水体 pH 变化较小。这是由于
水葫芦的光合作用吸收空气中的 CO2 产生 O2，通过
植株体的输气组织输送至根系以供其呼吸作用，而
根系的呼吸作用不断地向水中补充 CO2，使水体
CO2 －3 含量增加，同时水葫芦能够吸收水中的 NH
+
4 -
N，在水中留下 H +;另外，水葫芦根系附着的厌氧微
生物的厌氧发酵还会产生大量有机酸，这些都会导
致水体 pH 下降［18］，也有研究认为，水葫芦根系分
泌物会降低水体 pH［19］。
水葫芦和紫根水葫芦的种养均使实验水体的
DO远低于空白对照，这与前人的研究一致，蔡雷
鸣［20］和 Ｒommens W．等［21］的研究也发现，水葫芦覆
盖区域水体 DO显著性低于无水葫芦覆盖区。水体
DO受大气复氧、水体初级生产者光合作用放氧及
水体有机物分解耗氧的影响［10］。水葫芦的紧密覆
盖一方面阻断了大气向水体复氧［11］;另一方面水葫
芦的存在阻碍了水体初级生产者对水体光能的利用
从而减少了水体初级生产者的光合放氧［12］;且水葫
芦根系脱落物的腐烂分解要消耗水体中的溶解氧，
从而造成水葫芦和紫根水葫芦处理水体 DO 较空白
对照低。但实践证明，当水葫芦覆盖度不超过 50%
时，水葫芦对湖泊水体复氧和浮游动物的生长无明
显不利影响，且水葫芦的根系发达，可为底栖动物提
供栖息场所，提高水生生物多样性，有效改善水体底
栖生态环境［8-10］。
2011 年滇池草海水域种养了约 5. 56 km2水葫
芦，草海水体沿着湖流方向自北向南，经过规模化水
葫芦种养区后，水质明显改善，水体 TN、TP 浓度明
显降低，西园隧道出水口处水质接近地表水环境质
量标准 V 类水。实验用水取自草海西园隧道出水
口处，且实验装置内水量有限，不似湖泊水体氮磷污
染物源源不断的供给，因此本实验主要考察的是低
氮磷浓度下不同 pH对水葫芦和紫根水葫芦净化效
能的影响。pH 为 8. 00、9. 50 时，与紫根水葫芦相
比，水葫芦对水体氮磷污染物表现出更好的净化效
果，pH为 11. 00 时，水葫芦和紫根水葫芦对水体氮
磷的净化效果均受到抑制，甚至出现根系脱落物腐
烂，氮磷释放回到水体的情况，表明高碱度条件不利
于水葫芦和紫根水葫芦发挥净化水体氮磷的能力。
实验期间水葫芦生物量增加大，氮磷吸收富集
量高;且水葫芦的根际效应增加了水体硝化反硝化
细菌的数量，促进了微生物的硝化、反硝化和成对硝
化反硝化反应过程［13-15］;植株吸收作用是除磷的主
要途径，另外与其他水生植物一样，水葫芦还可强化
根系对颗粒磷的吸附滞留、根际微生物对有机磷的
矿化吸收等过程［22，23］。而紫根水葫芦为施用诱导
剂之后生理性状发生变异的水葫芦，其根系极为发
达，对颗粒态污染物的截留能力较强，根际效应也可
促进微生物的降解作用，但其叶片生长受到抑制，茎
叶发生退化，植株本身对于水中氮磷污染物的吸收
能力大为降低，另外，异常发达的根系也会造成根系
脱落物增加，使得氮磷污染物随着脱落物的腐烂分
解再次回到水体造成二次污染。
实践工程中，将水葫芦或紫根水葫芦应用于富
营养化水体的生态修复时，可根据种养水域风浪状
况采用木桩围网、锚基管架浮球围栏或双排钢管挂
网等设施将水葫芦控制在指定区域内生长，并设置
专人管理维护，定期巡查控养设施和水葫芦生长状
况，发现设施破损时及时维修，水葫芦挂网或叠加时
及时疏导，从而有效防止水葫芦逃逸。在单位面积
生物量累积到 20 ～ 25 kg /m2 后即可采收［24］，江苏
省农业科学院自主研发的水葫芦专用机械化采收挤
压脱水生产线的处理能力已达到 600 t /d。通过水
葫芦的采收上岸，可将其吸收的氮磷污染物从富营
3234
环 境 工 程 学 报 第 7 卷
养化水体中彻底清除，并通过研发有效利用途径，例
如堆制有机肥、制作生物基质或青贮饲料等，实现水
葫芦富集的氮磷污染物的资源化利用。
4 结 论
(1)在实验条件下，pH 过高会对水葫芦和紫根
水葫芦的生长发育产生抑制作用，紫根水葫芦受到
的抑制效果更为明显;水葫芦和紫根水葫芦的生长
也会使水体 pH 降低至接近中性，水葫芦调节水体
pH的能力更强。
(2)在实验条件下，水体氮磷浓度偏低，pH 为
8. 00 和 9. 50 时，水葫芦和紫根水葫芦对水体氮磷
污染物具有净化作用，水葫芦的净化能力更强;pH
为 11. 00 时，水葫芦和紫根水葫芦处理的水体氮磷
浓度均表现起伏，表示在高碱度条件下，两者的净化
能力减弱。
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