全 文 ：第 22卷 ,第 3期 深圳大学学报理工版 Vo l. 22, No.3
2005年 7月 JOURNAL OF SHENZHEN UNIVERSITY SC IENCE AND ENG INEERING Ju ly 2005
文章编号:1000-2618(2005)03-0264-05
收稿日期: 2005-05-18
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (39770154)
作者简介:阳承胜 (1971-), 男 (汉族), 湖南省衡阳市人 , 深圳大学在读博士研究生. E-m ail: golfcoly@ hotm ai l. com
N、 P、 K在宽叶香蒲人工湿地系统中的分布与积累
阳承胜1 , 蓝崇钰2 , 张　干 3
(1. 深圳大学高尔夫学院 , 深圳 518060;2. 中山大学生命科学学院 , 广州 510275;
3. 中国科学院广州地球化学研究所 , 广州 510640)
摘　要:通过对广东省韶关市凡口宽叶香蒲 (Typha la tifolia)人工湿地系统的进出水口 、 土壤剖面及
宽叶香蒲 、 芦苇 、茳芏和伴根草等 4种主要水生植物体内的 N、 P、 K含量进行分析. 结果表明 , 土壤表层
是人工湿地系统营养物质的主要贮藏库. 从进水口到出水口 , 人工湿地土壤中 N、 P、 K含量逐渐增加 , 而
在同一地点 , N、 P、 K的含量随土壤剖面深度增加而递减. N 、 P、 K三种元素在 4种被测植物体各组分中
的含量变化各不相同. N为叶 >凋落物 >地上茎 >地下茎 >根;P为叶 >凋落物 >根 >地上茎 >地下茎;K
在地下茎及叶中的含量相当高.
关键词:宽叶香蒲;营养元素;人工湿地
中图分类号:X 703　　　　文献标识码:A
　　自然或人工湿地生态工程是近年来迅速发展起
来的一种污水处理技术. 因其低耗高效 、 经济等优
点广泛应用于城市生活污水及工业废水处理[ 1] . 与
城市生活污水相比 , 采矿废水通常含较高浓度的重
金属 、 极端的 pH值 、有机物含量低 、 流量不稳定 ,
因而处理难度大 [ 2, 3] . 本文通过对广东省韶关市凡
口宽叶香蒲人工湿地系统的进出水口 、 土壤剖面及
主要的 4种水生植物体内的营养物质 N、 P、 K含
量进行分析 , 探索三种植物营养元素在人工湿地系
统中的分布规律 , 为湿地保护 、 恢复与重建提供理
论依据 , 为进一步研究和利用人工湿地系统净化采
矿废水提供了佐证.
1　材料与方法
1.1　研究地自然条件
凡口铅锌矿位于广东省韶关市仁化县境内. 该
区属于潮湿多雨的亚热带气候 , 海拔高度为 100 ～
150m , 年平均气温约 20℃, 最低为 - 5℃, 最高为
40℃, 多年平均降雨量 1 457 mm , 地下水资源丰
富 , 土壤为红壤.
凡口铅锌矿是中国乃至亚洲最大的同类型矿之
一 , 原矿品位高 , 开采量大 , 日排放废水量多达 6
×105 .t 废水中含有大量的废矿砂以及 Pb、 Zn、
Cu和 Cd等重金属 , 严重污染周边环境. 20世纪
80年代中期 , 在凡口一号尾矿库种植宽叶香蒲 , 经
过 15年的自然生长和人工扩种 , 现有植物达 98
种 , 逐渐形成以宽叶香蒲为优势种 , 集群分布有芦
苇 (Phragm ites commun is )群落 、 茳芏 (Cyperus
malaccensis)群落等较复杂的人工湿地系统 (如图
1). 废水经人工湿地系统处理后 ,供农田灌溉利用.
图 1　宽叶香蒲湿地系统平面图
Fig.1　Planer d iagram of the Typha latifolia
man-made w etland
1.2　采样与分析
1.2.1　水样采集与分析
2003年 9月 28日 , 距排污口由近到远设计了
第 3期 阳承胜 , 蓝崇钰 , 等:N、 P、 K在宽叶香蒲人工湿地系统中的分布与积累 265　
1
#、 2#、 3#和 4#四个采样点 (如图 1),并连续取样 7
天 , 每次 3个重复. 参照国标地面水标准 (GB3838-
2002)测定水样中的硝态氮 、 氨态氮 、 全凯氏 N、
总氮 、 总 P、总 K和化学需氧量 COD[ 4] .
1.2.2　植物采样与分析
2003年 5月对该人工湿地植被进行调查 , 采用
样方法对植物群落进行测定 , 距排污口由近到远设
S1 、 S2 、 S3、 S4四个 5 m ×5 m的样方 (如图 1).
在上述 4个样方及对照区中 , 分别取宽叶香蒲 、 芦
苇 、茳芏和狗牙根 4种植物. 植物样经洗净后 , 把
植株分成根 、地下茎 、地上茎 、 嫩叶和凋落物 5个
部分 , 进行粉碎 、过筛和消化 , 并用原子吸收分光
光度计测定 N、 P、 K [ 5] .
在 4个样方中 , 分别取一个 1 m ×5 m的小样
方 , 取小样方中的植物地上部分 、地下部分及凋落
物 , 烘干测干重.
1.2.3　土壤采样与分析
在上述每个样方内 , 按 0 ～ 10 cm、 10 ～ 20 cm、
20 ～ 30 cm三层取土样 , 4个重复. 土样经风干 、
过筛 、 消化 , 测定 N (采用凯氏定氮法 )、 P (采用
紫外分光光度计 )、 K (采用原子吸收分光光度计 )
和有机质 (采用重铬酸钾容量法—水合热法 [ 5] ).
2　结果与分析
2.1　水体中营养元素 N、 P、 K的分析
测定人工湿地系统 4个采样点水体中营养元素
N、 P、 K的浓度 (如表 1), 由表 1可见 , 湿地系
统的采矿废水中含较高的 N、 P、 K , 且由 1# ～ 4#采
样点 , 水体中营养物质的质量分数逐渐降低 , 这说
明采矿废水中一部分营养元素进入了土壤库和植物
库. 靠近出水口 4#采样点水体中含较高的 N 、 P ,
用于作物灌溉 , 能缓解当地水资源短缺的问题 , 但
长期效果仍需要进一步监测. 人工湿地系统对固体
悬浮物及 COD的去除率分别达到 99%及 92%以上 ,
效果明显.
表 1　宽叶香蒲人工湿地系统进出水口水质测定值
Tab le 1　Physicochem ica l data of water sam p les collec ted at the in fluen t and effluen t of them an-made w etland
采样点 TSS COD ρ(NO3-N)
/(m g L - 1)
ρ(NH4-N)
/(m g L- 1)
ρ(KN)
/(mg L - 1)
ρ(TN)
/(m g L - 1)
ρ(TP)
/(m g L - 1)
ρ(K)
/(mg L - 1)
1#
2#
3#
4#
去除率 /%
7905
±1075
5091
±205. 9
8802
±1047
29. 53
±8. 97
99. 59
170. 6
±66. 5
86. 31
±23. 7
75. 88
±18. 7
7. 08
±3. 18
92. 13
1. 88
±0. 39
1. 52
±0. 46
0. 85
±0. 31
0. 42
±0. 16
77. 66
0. 11
±0. 10
0. 06
±0. 05
0. 01
±0. 01
0. 02
±0. 01
81. 81
1. 57
±0. 48
1. 54
±0. 07
1. 01
±0. 72
0. 38
±0. 26
75. 79
2. 232
±0. 19
1. 524
±0. 25
0. 973
±0. 46
1. 043
±0. 37
53. 22
0. 261
±0. 11
0. 247
±0. 04
0. 149
±0. 18
0. 113
±0. 26
56. 70
38. 63
±3. 47
21. 06
±6. 49
8. 029
±4. 47
8. 422
±1. 66
78. 23
2.2　土壤基质中营养元素 N、 P、 K的分析
对基质中 N、 P、 K的分析表明 (如表 2), 宽
叶香蒲人工湿地各群落基质中的 N、 P和 K质量浓
度分别在 398.5 ～ 1 062mg /L、 567 ～ 1 423 mg /L和
762.6 ～ 9 599 mg /L之间. 其中 , P和 K已达到中
等肥力水平. 从表 2发现 , 营养元素 N、 P、 K随
进水口到出水口的距离延伸而逐渐递增 , 随土壤剖
面深度增加而下降. 它们主要分布在土壤表层 (0
～ 10 cm ), N 约占被分析层 (0 ～ 30 cm )的
40.44%, P占 40.76%, K占 39.49%. 基质中有
机物的平均质量分数为 0.54% ～ 1.175%之间 , 尾
矿基质有机物含量低 , 仅为 0.54%. 不同植物样方
基质中有机物含量不同 , 伴根草样方基质中有机物
含最高 , 这说明湿地有机质主要来源于植物凋落
物 , 其含量自基质表土向深层递减.
266　 深圳大学学报理工版 第 22卷
表 2　植物营养元素在湿地基质中的水平及垂直分布
Tab le 2　D istr ibu tion of nu tr ien t e lem en ts along the d istance from thew astew ater en trance and in the profile of soil
样点 ρ(TN) /(m g L - 1) ρ(TP) /(mg L - 1) ρ(TK) /(m g L - 1) 有机物质量分数 /%
S0
0 ～ 30 cm
S1
0 ～ 10 cm
10 ～ 20 cm
20 ～ 30 cm
S
2
0 ～ 10 cm
10 ～ 20 cm
20 ～ 30 cm
S3
0 ～ 10 cm
10 ～ 20 cm
20 ～ 30 cm
S
4
0 ～ 10 cm
10 ～ 20 cm
20 ～ 30 cm
398. 5±104. 5
647. 5±105
535. 1±248. 4
398. 3±208. 1
843. 6±133. 2
796. 4±205. 6
419. 6±236. 1
722. 4±139. 8
793. 3±440. 1
388. 7±128. 6
1062. 4±439
976. 6±305. 7
588. 3±372. 4
694. 8±197. 3
850. 4±231. 7
975. 9±552. 1
567. 0±227. 7
1317. 6±327. 9
692. 8±16. 7
794. 9±157. 7
1423. 1±370. 3
654. 6±306. 0
609. 2±446. 0
2045. 6±1302
1912. 1±706. 4
1060. 8±199. 8
2125±984
2568. 3±2526
996. 9±517. 4
762. 6±53. 96
12316±1377. 6
2887. 8±1666. 0
2044. 9±572. 7
9599. 5±321
5400. 5±1368
1368. 4±55. 2
2782. 7±1470. 9
2529. 3±1779. 4
1733. 4±839. 2
0. 54±0. 32
0. 726±0. 22
0. 843±0. 19
0. 711±0. 27
1. 175±0. 15
0. 791±0. 44
0. 518±0. 37
0. 974±0. 34
0. 561±0. 16
0. 573±0. 11
1. 813±0. 45
1. 022±0. 38
0. 948±0. 26
注:S
0
为铅锌尾矿样地
2.3　人工湿地植物的生物量及其分配
对 4个样地生物量测试结果 (如图 2)表明 ,
湿地植物群落生物量大 , 生产力水平高. 平均总生
物量达 3.638 kg /m2 , 其中芦苇干生物量 (6.61
kg /m
2)最高 , 茳芏干生物量 (1.25 kg /m2)较低 ,
图 2　宽叶香蒲人工湿地植物群落生物量 (干重)
F ig.2　Biomass of the Typha latifolia man-made we tlands
生物量差异显著 (p <0.05). 这是植物内在的生长
特性 , 也表现了物种对这种环境的适应能力. 相对
来说 , 各植物地下部分生物量较大 , 与被分析植物
属于根茎型有关. 而植物凋落物含量较低.
2.4　湿地植物中营养元素 N、 P、 K的分析
分别对人工湿地的 4种植物嫩叶 、 地上茎 、地
下茎 、 根及凋落物中的营养元素 N、 P、 K进行分
析 (如图 3), 结果表明 , 积压植物体中的 N、 P、
K质量分数浓度分别在 269.5 ～ 1 362 mg /kg、 215.8
～ 625.7mg /kg和 320.4 ～ 1 895 mg /kg之间. N和
P在茳芏植物中含量最高 , K在伴根草中含量最高.
植物各部分中 N、 P、 K含量各不相同 , 按高低顺
序排列 , N为嫩叶 >凋落物 >地上茎 >地下茎 >
根 , P为嫩叶 >凋落物 >根 >地上茎 >地下茎 , K
在植物地下茎及嫩叶中含量相当高.
第 3期 阳承胜 , 蓝崇钰 , 等:N、 P、 K在宽叶香蒲人工湿地系统中的分布与积累 267　
图 3　4种植物体各组分的 N、 P和 K分布及积累
F ig.3　N , P and K con ten ts of severa l p lan t grow ing on man-made wetland
参考文献:
[ 1] 蓝崇钰 , 陈桂珠. 利用水生植物处理铅锌矿废水 [ J] .
环境管理 , 1995, 90(3):371-377. (英文版).
[ 2] 蒋跃平 , 葛　滢 , 岳春雷 , 等. 人工湿地植物对观赏水
中氮磷去除的贡献 [ J] . 生态学报 , 2004, 24(8):
1720-1725.
[ 3] 阳承胜 , 蓝崇钰 , 束文圣 , 等. 凡口宽叶香蒲湿地植物
群落恢复的研究 [ J] . 植物生态学报 , 2002, 26(1):
101-108.
[ 4] 水和废水的监测分析方法编委会. 水和废水的监测方法
[ M ] . 北京:中国环境科学出版社 , 1989.
[ 5] 环境污染分析方法组. 环境污染分析方法 [M ] . 北京:
科学出版社 , 1987.
Abstrac t:1000-2618(2005)03-0267-EA
Accumulation and distribution ofN , P and K
in man-made wetland w ith Typha latifolia
YANG Cheng-sheng1 , LAN Chong-yu2 , and ZHANG Gan3
1) Co llege ofG olf
Shenzhen university
Shenzhen 518060
P. R. China
2) Co llege of L ife Science
Zhongshan Univers ity
Guangzhou 510275
P. R. China
3) Guangzhou Institu te o f
　Geochem istry Chinese
　A cademy of Sciences,
Guangzhou 510640
P. R. China
Abstract:Analysis of w ater, soil and biomass inm an-m ade w etlands popula ted w ith Typha latifo lia show s tha t nu-
268　 深圳大学学报理工版 第 22卷
trientsma in ly accumu late in the so il surface laye ro .f The concentra tions o fN , P and K in the soil g radually increase
w ith the distance from thew astew ater influent, and decreasew ith the so il sec tion depth. The con tents o fN , P, K in
four k inds o f thed e tec ted plauts show ed different:N:Leaf>w ither>aerial stem >sub terranean stem >roo t, P:a
lea f>w ithe r>roo t>aerial stem >subterranean stem , while the content o fK in leases and unde rg round stem s is very
high.
Key words:Typha la tifolia;nourishmentmate ria l;m an-m ade w etland
References:
[ 1] LAN Chong-yu, CHEN Gui-zhu. U se of cattails in trea ting
wastewa te r from a Pb /Zn m ine [ J] . Env ironm enta l M an-
agem en t, 1995, 90(3):371-377.
[ 2] JIANG Yue-p ing, GE Ying, YUE Chun-le i, e t a .l Nutrient
remova l role o f p lants in constructed we tland on sightsee ing
w ater [ J] . A cta Eco log ica Sinica, 2004, 24(8):1720-
1725 ( in Chinese).
[ 3] YANG Cheng-sheng, LAN Chong-yu, SHU W en-sheng, et
a.l Re sto ra tion of w etland plant comm un ities dom ina ted by
Typha la tifolia [ J] . A c ta Phy toeco log ica S in ica, 2002, 26
(1):101-108 ( in Ch inese).
[ 4] M ethods fo r the Exam ina tion o fW a ter andW astew a te rA sso-
c iation. Standard M ethods for the Exam ination o fW ater and
W astew a te r [ M ] . Be ijing:P re ss o f Ch ina Env ironm en tal
Science, 1989 ( in Chine se).
[ 5] A ssocia tion fo rAna ly sis o fEnvironm en ta l Po llution. Me thods
for the Analy sis of Environm en ta l Po llution [ M ] . Beijing:
Science P ress, 1987 ( in Chinese).
【中文责编:坪　梓;英文责编:艾　琳】
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