全 文 ：第 22 卷第 2期
2006 年3 月
水 资 源 保 护
WATER RESOURCES PROTECTION
Vol.22 No.2
Mar.2006
　　基金项目:国家“十五”重大科技专项“ 863”资助项目(2003AA 601070)
作者简介:操家顺(1964 —),男 ,浙江嵊州人 ,副教授 ,主要从事水环境治理和水处理技术的研究。 E-mail:chjs@jlonline.com.
水蕹菜对重污染河道净化及克藻功能
操家顺1 ,李欲如1 ,陈　娟2
(1.河海大学环境科学与工程学院 ,江苏 南京　210098;2.河海大学水利水电工程学院 , 江苏 南京　210098)
摘要:研究采用浮床无土栽培种植水蕹菜以控制重污染河道水体水质 。不仅进行了静态试验 ,而且在重污染
河道苗家河上加以应用 ,效果显著。静态试验结果表明 ,在气温 35℃、水温 30℃以上的条件下 ,水蕹菜对重
污染水体中的 CODMn 、TN 、NH+4 -N 、TP 的去除率分别为 37.0%、92.9%、93.9%、93.8%;对藻类的抑制率为
88.8%。示范工程水域中水质得到明显改善 ,透明度达 90 ～ 130 cm 。由此证明水蕹菜是对重污染河道净化
处理的优良生物材料之一 。
关键词:水蕹菜;浮床;重污染河道净化;克藻
中图分类号:X173　　　文献标识码:A　　　文章编号:1004-6933(2006)02-0036-03
Purification of seriously polluted river by Ipomoea aquatica and its allelopathic
effect on algae
CAO Jia-shun1 , LI Yu-ru1 , CHEN Juan2
(1.College of Environmental Science and Engineering , Hohai University , Nanjing 210098 , China;2.College of Water
Conservancy and Hydropower Engineering , Hohai University , Nanjing 210098 , China)
Abstract:The water quality control of seriously polluted river was tested by Ipomoea aquatica on soilless floating beds.
Besides lab test , the technique was applied to a seriously polluted river , Miaojia River , showing a remarkable effect.The
results of static state test showed that removal rates of CODMn , TN , NH+4 -N , and TP by Ipomoea aquatica were 37.0%,
92.9%, 93.9%, and 93.8% respectively , and its inhibition rate of algae was 88.8%when air temperature was above
35℃ and water temperature was above 30℃.The water quality of demonstration project on Miaojia River was improved
obviously , and its transparency reached 90 ～ 130 cm.As a result , Ipomoea aquatica is one of eminent biomaterials to
purify seriously polluted river.
Key words:Ipomoea aquatica;floating bed;purification of seriously polluted river;allelopathic effect on algae
　　苏州地处我国经济最发达的长江三角洲经济圈
内。近年来 ,随着苏州市人口的不断增长和社会经
济的快速发展 ,排入城市河 、湖的废水和生活污水日
益增多 ,而水处理设施建设严重滞后 ,地表水污染日
趋严重;特别是苏州城区内 ,几乎所有河流都存在严
重的富营养化问题。因此 ,如何利用生态工程的方
法治理水环境 ,保障社会经济的可持续发展 ,已成为
关注的热点。
利用植物治理或修复富营养化水体方面的工作
已开展很多年[ 1-7] ,已取得一定的效果 ,但由于不能
产生直接的经济效益和易产生二次污染以及管理维
护困难等原因而未形成一套完整的集成技术 ,尚难
以直接推广应用。戴全裕等人利用水蕹菜处理饮食
废水[ 8]及程树培等人利用水蕹菜处理缫丝生产废
水[ 9]的研究已经取得部分成果 ,但利用水蕹菜治理重
污染河道水质尚未见报道 ,因此本文从实际应用出
发 ,研究利用种植水蕹菜治理重污染河道的可行性以
及应用效果。
水蕹菜(Ipomoea aqutica)又名空心菜 ,属一年生
经济植物 ,有很强的耐高温和耐污性能 ,同时也有很
高的经济价值 。它可以一次栽种而多次采收 ,这对
净化污水 ,将营养盐不断的从污水中输出而不致造
·36·
成水体二次污染卓有成效 。本研究运用浮床技术 ,
在重污染河道中种植水蕹菜 ,以期达到既能净化污
染水体和抑制藻类暴发 ,又能充分利用资源 ,取得良
好的经济 、社会和环境效益。
本项研究包括静态试验和示范工程研究两部分。
1　静态试验的材料与方法
1.1　试验材料
所选水蕹菜来自苏州市某农贸市场 ,苗高 5 ～
10 cm ,洗净后放入塑料桶里预培养 1周 。试验水样
取自苏州古城区的苗家河重污染河道 ,其主要水质
指标为:总氮质量浓度为 8 ～ 15mg/L , 总磷 0.4 ～
1mg/L ,铵态氮5 ～ 10mg/L ,化学需氧量 8 ～ 15mg/L ,
溶解氧为 0 ～ 2mg/L。参照 GB 3838 —2002《国家地
表水环境质量标准》[ 10] ,该河水水质为劣Ⅴ类水。
1.2　试验方法
在容积为 30 L 的清洁塑料桶内注入 20 L 供试
水样 ,桶内水面上放置一块直径 55 cm ,厚 5 cm 的聚
苯乙烯塑料泡沫板作为漂浮栽培的载体 。在此载体
上按 5 cm×5 cm的间距排列若干个孔 ,孔直径以正
好插入供试植物为宜 。将预培养的水蕹菜苗各
250 g ,小心地用去离子水清洗(切勿损伤根系),移植
入试验桶中 ,每个试验取两组平行样 ,另设一个不投
放植物的试验桶作为空白对照 。
试验在自然光照下条件进行 。试验周期为 14 d ,
从2004年 8月 17日开始至 8月 30日结束 ,试验期间
气温在35℃、水温在 30℃以上;每 2 d测定 1次 ,测定
之前以蒸馏水补充蒸腾所蒸发的水分 ,从而保持桶中
水样避免因蒸发而导致污染物浓度的变化。
1.3　测定项目和方法[ 11]
用纳氏试剂光度法测定铵态氮浓度(NH+4 -N);
过硫酸甲氧化-紫外分光光度法测定总氮浓度(TN);
钼锑抗分光光度法测定总磷浓度(TP);高锰酸盐指
数法测定化学需养量浓度(CODMn);丙酮萃取分光
光度法测定叶绿素 a浓度(Chl-a);分别用 pH 值计 、
温度计 、溶氧仪测定 pH 值 、温度 、溶解氧。试验结
果为两组平行样的平均值 。
2　静态试验的结果与分析
2.1　静态试验中水蕹菜的生长情况
水蕹菜在静态试验中的生长情况如表 1所示。
表 1　静态试验期间水蕹菜生物量及水样的变化
时间 水温/℃ 鲜重/ g
株高/
cm
根系长
度/ cm pH 值
ρ(DO)/
(mg·L -1)
08-17 32.1 250.0 8～ 12 3～ 6 7.85 1.25
08-29 30.5 586.2 11～ 18 6～ 20 6.93 3.26
从表 1可见 ,供试水样中的溶解氧浓度上升 ,
pH 值则下降 ,随着供试水样中 ρ(COD)的下降以及
复氧作用 ,水样中的 ρ(DO)值上升 ,这可能与水蕹
菜的根系具有泌氧功能有关。水蕹菜长势很旺盛 ,
鲜重增加比较大 ,比初始鲜重增加了 134.5%,而株
高和水中的根系也比较发达 。这说明水蕹菜较为适
宜在重污染水中生长。
2.2　静态试验中水蕹菜对污染水体的净化能力
从表 2中可以看出 ,在试验时间内 ,水蕹菜对供
试水样中TN 、NH+4 -N的去除效果十分明显:试验水样
的 ρ(TN)从初始的 6.62mg/L 减少到了 0.47mg/L ,去
除率为 92.9%;ρ(NH+4 -N)从 4.57 mg/L 下降到
0.28mg/L ,去除率为 93.9%;而对照水样(无植物)
的 TN 、NH+4 -N 的去除率则低于试验水样(分别为
80.7%和 88.2%)。供试水样中 TN的含量与NH+4 -N
的去除密切相关 ,水体中NH+4 -N在试验初期浓度下
降很快 ,后期则趋于平缓 ,对应的 TN也表现出同样
的下降趋势 ,表明水蕹菜对水体中的离子态氨氮有
“快速”吸收的特性 。
表2　静态试验期间水体污染指标的变化 mg/L
日期 ρ(TN) ρ(NH
+
4 -N) ρ(TP) ρ(CODMn)
试验值 对照值 试验值 对照值 试验值对照值 试验值 对照值
08-17 6.62 6.62 4.57 4.57 0.49 0.49 8.37 8.37
08-19 0.84 2.58 0.65 0.90 0.15 0.29 7.16 12.26
08-21 0.79 2.04 0.48 0.66 0.13 0.18 7.16 10.24
08-23 0.75 1.80 0.38 0.64 0.09 0.14 6.82 10.36
08-25 0.72 1.61 0.36 0.64 0.06 0.09 6.36 10.44
08-27 0.49 1.34 0.31 0.60 0.05 0.09 5.91 13.46
08-29 0.47 1.28 0.28 0.54 0.03 0.08 5.27 12.80
水蕹菜使试验水样的 ρ(TP)从初始的 0.49mg/L
下降到 0.03mg/L ,去除率为 93.8%。其去除率同样
比对照水样的自然净化要高 ,同样水蕹菜对 P 的吸
收有快速吸收的特性 ,即在试验期内 1 ～ 2d内较快 ,
以后趋缓。
水蕹菜对CODMn的净化能力比TN 、TP 的净化能
力低。试样水样的ρ(CODMn)从初始的8.37mg/L下
降到 5.27mg/L ,去除率为 37.0%。而对照样中的
ρ(CODMn)呈波动性上升 ,这主要是因为在试验过程
中 ,对照样中由于水体静止 ,细菌等微生物活动减
弱 ,有机污染加重 ,使得在测定的过程中 ρ(CODMn)
值反而高出初始值 。
2.3　静态试验中水蕹菜对藻类的抑制作用
所有的藻类都含有 Chl-a ,Chl-a 含量的高低与
该水体藻类的种类 、数量等密切相关 ,也与水环境质
量有关 ,是水体理化性质动态变化的综合反映指标。
因此 ,通过测定 Chl-a 含量能够在一定程度上反映
水质状况。如表 3所示 ,从试验开始至试验结束 ,水
·37·
蕹菜对藻类有明显的抑制作用 ,抑制率(用 ρ(Chl-a)
表征)为88.8%,而对照样中的ρ(Chl-a)波动性上升 ,
抑制率为-85.4%,对照样中藻类快速繁殖 ,这与对
照样中N 、P的减少以及 ρ(COD)的升高相吻合。
表 3　水蕹菜对藻类的抑制作用 mg/m3
日期 试验 Chl-a 对照Chl-a 日期 试验 Chl-a 对照 Chl-a
08-17 49.68 49.68 08-25 8.79 85.2
08-19 19.58 93.62 08-27 7.79 99.62
08-21 11.72 85.35 08-29 5.55 92.12
08-23 9.02 84.26
2.4　小结
静态试验的结果表明 ,在气温 35℃、水温 30℃
的条件下 ,水蕹菜在重污染水体中生长良好 ,对重污
染河道水体中的 N 、P 元素有很强的吸收能力 ,对藻
类也有很强的抑制作用。空白对照中水体中藻类恶
性繁殖 ,需要消耗大量的 N 、P 元素 ,造成了水体中
TN 、NH+4 -N 、TP 的质量浓度有不同程度的下降 , ρ
(COD)高出初始值。
3　示范工程
3.1　示范区的选择
该项研究在苏州市苗家河上进行。示范区采用
防水布与其他河段隔开;示范区水域面积 576.0m2 ,
浮床水蕹菜种植面积 120 m2 ,占试验水域面积的
20.8%。
3.2　浮床结构的设计
选择了高密聚苯乙烯塑料泡沫板作为浮床载
体 ,并确定浮床模板尺寸及植物的栽种孔穴。浮床
整体是用铝合金边框 、U型铁钉和软绳 ,把有植物栽
种孔穴的浮床载体连接而成。考虑到河道宽度有限
(14.4m)以及小船航行和维护工作 ,并没有用木桩
将浮床固定 ,而是用软绳把浮床整体连接在岸边。
3.3　示范工程的环境效益
由于苗家河每天的水量交换量很大(每天水位
变化在0.5m 左右),故对示范区的环境效益评价不
能简单地以进 、出水为依据 ,只能以示范区内外的水
质相比较 。
由表 4可知 ,示范区内的水体透明度(SD)提高
明显 ,与示范区外相比 , SD 平均相差 0.29m ,最大相
差0.50m ,最大 SD值达 1.30m;示范区内的 ρ(Chl-a)
比示范区外平均低 13.76 mg/m3 , 最大相差达
20.37mg/m3 。几乎所有示范区外的水质项目指标都
比示范区内差 ,可见浮床水蕹菜在污染河道内对水
质改善以及藻类的控制是有效的。该监测结果与静
态试验相比有很大差距 ,主要因为示范区水体交换
量大;若在水量交换较小或没有的情况下 ,其净化作
用会更明显 。
表 4　示范工程实施后的水质状况
月 份 SD/m ρ(Chl-a)/(mg·m
-3)
示范区内 示范区外 示范区内 示范区外
6 1.30 0.80 10.60 25.75
7 1.00 0.60 15.88 31.56
8 1.00 0.80 43.50 63.87
9 0.90 0.75 24.71 39.22
10 0.95 0.75 8.78 11.86
平均 1.03 0.74 20.69 34.45
3.4　示范工程的经济效益
水蕹菜的经济价值很高 ,可以作为蔬菜食用。
通过比较市售与试验水蕹菜的重金属含量 ,发现试
验水蕹菜重金属含量远低于市售水蕹菜重金属元素
标准(如表 5),所以示范工程收获的水蕹菜可以作
为蔬菜食用 。
表5　试验水蕹菜与市售水蕹菜重金属量比较
mg/ kg(干重)
类别 铜 铅 镉 铬 锰
市售 1.146 0.156 0.061 0.409 4.584
试验 0.347 0.148 0.004 0.380 1.601
试验于 2004 年 5月 30日开始 ,初始种植水蕹
菜 105.0 kg ,至 2004年 11月 28日 ,共实际收割水蕹
菜 2915.0kg ,约为引种前水蕹菜自身总量的 27.8倍。
根据计算:从5月 30至 11月 28日止 ,水蕹菜的收获
量平均为24.3kg/m2(鲜重),折合24.3万kg/hm ,若以
市售价 2元/kg 计 ,则经济价值达 45.6万元/hm。由
此可见 ,该项研究经济效益显著 。
4　结　语
试验结果表明 ,利用浮床无土种植的技术 ,在苏
州市重污染河道水面上种植水蕹菜能产生直接的经
济和社会效益 ,较其他水生植物(沉水植物和浮叶植
物)相比又具较大的干物质生产量 ,在收获农产品 、
美化景观的同时 ,通过水蕹菜对 N 、P 等无机盐的吸
收和吸附作用以及对藻类的抑制作用 ,依靠太阳能 ,
可以转化为大量的有机产品 ,以实现化害为利 ,变废
为宝 ,净化水质 ,保护水域环境的目的 ,所以该项技
术对治理类似污染河道有积极的推广应用意义 。
参考文献:
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2698. (下转第41页)
·38·
数 ,最后得到三库的灾变预测模型 ,见表 2。
表 1　各库的灾变值
水库名称 灾变值/
mm
原始系列 灾变时间集合
清林径水库 1498 1960～ 1998 {4, 8 , 10 , 12, 19, 25 ,30 , 31 , 32}
铁岗水库 1395 1965～ 1998 {3 ,7 , 13, 20, 24 ,26 , 27}
罗田水库 1329 1959～ 1998 {4 , 5, 19 ,22 ,24 , 26 , 31 , 32, 33, 37}
表 2　各水库参数
水库名称 参数
a u
预测模型
清林径水库 -0.1767 9.09 x(t+1)=55.44e0.1767t-51.44
铁岗水库 -0.1879 10.18 x(t+1)=57.19e0.1879t-54.19
罗田水库 -0.1180 14.05 x(t+1)=123.1e0.118t-119.10
利用上述模型做还原计算 ,计算结果见表 3(表
中还原结果已做四舍五入处理)。根据还原结果评
价模型精度 ,结果见表 4。根据“后验差检验法”模
型精度评价标准[ 1] ,三个模型的后验检验均合格 ,其
中罗田与清林径两水库评价等级为好。
表 3　还原计算结果
罗田水库 铁岗水库 清林径水库
实际
序列
(年份)
还原
序列
(年份)
模型
误差
/ a
实际
序列
(年份)
还原
序列
(年份)
模型
误差
/ a
实际
序列
(年份)
还原
序列
(年份)
模型
误差
/a
1962 1967 0 1963
1963 1971 1976 5 1967 1969 2
1977 1976 -1 1977 1978 1 1969 1971 2
1980 1978 -2 1984 1982 -2 1971 1974 3
1982 1980 -2 1988 1985 -3 1978 1978 0
1984 1983 -1 1990 1989 -1 1984 1981 -3
1989 1986 -3 1991 1994 3 1989 1985 -4
1990 1989 -1
1991 1993 2
外延 2000＊ 1990 1990 0
2008＊ 1991 1996 5
1995 1998 3
外延 2003
＊
2008＊
外延 2003＊
2011＊
表 4　模型精度评价
参数 清林径水库 铁岗水库 罗田水库
C 0.3121 0.3868 0.334
P 1 1 1
模型等级 好 合格 好
利用表 2中的模型作外延预测 ,得到罗田水库
2003年 、2008年 ,铁岗水库 2000年 、2008年 ,清林径
水库 2003年 、2011年将出现年降雨量小于 P 75的枯
水情形(表 3中星号表示)。
3　结　语
对于具有境外引水的复杂水资源系统的管理 ,
一方面必须降低联合供水成本 ,尽可能充分利用当
地水资源 ,减少境外引水;另一方面必须保障供水系
统可靠性。因此必须进行当地水资源与境外引水的
联合调度 。建立水资源实时预警系统 ,寻找适当方
法对当地水资源作中长期定性预测 ,有重要意义 。
为了得到枯水年发生时间 ,科学安排境外引水
与境内水库运用计划 ,本文利用GM(1 , 1)模型探讨
了深圳市枯水年预测问题 。GM(1 ,1)模型具有方法
简单 、操作方便等特点 ,但预测的精度与水文灾变事
件发生规律 、灾变阈值的选择等有直接关系 。从表
3的结果看 ,尽管模型精度评价较好 ,但还原计算的
结果并不理想 ,除清林径水库有两年符合外 ,其他均
有一定的错位 ,可见利用灰色系统进行实时预警具
有局限性 。尽管如此 ,灰色系统作为一种选择性预
测方法 ,仍有一定的价值。
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(收稿日期:2005-09-16　编辑:徐　娟)
(上接第 38页)
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(收稿日期:2005-01-19　编辑:高渭文)
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