全 文 ：第 2 卷第 1 期 湖南生态科学学报 Vol． 2 No． 1
2 0 1 5 年 3 月
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Journal of Hunan Ecological Science Mar． 2015
收稿日期:2014 － 10 － 25
基金项目:国家星火计划项目资助(编号:2008GA760007)
作者简介:王珊珊(1990 －) ，女，河北邯郸人，硕士研究生，研究方向:环境生态学．
* 通讯作者，E-mail:ljd@ hubu． edu． cn．
文章编号:2095 － 7300(2015)01 － 006 － 05
浮床栽培蕹菜根际脱氮微生物研究
王珊珊， 翁沁玉， 袁 檬， 陈红兵， 卢进登*
(湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062)
摘 要:浮床栽培植物是一种利用植物根系的吸收和根际微生物作用来改善水质的生物修复技术．本研究以温棚
内浮床栽培蕹菜试验为基础，采用 PFU法定期监测脱氮细菌变化情况，并与水中总氮含量进行对比，分析在浮床栽
培植物情况下脱氮细菌的特征及其与水中总氮含量变化的关系，结果表明:1)栽培蕹菜有利于脱氮细菌的稳定生
长;2)脱氮细菌的生长与总氮的去除有良好的相关性．研究为浮床栽培植物净化水质提供了理论依据，对该技术的
推广应用有一定的理论和现实意义．表 5，参 10．
关键词:浮床栽培;蕹菜;脱氮细菌;总氮
中图分类号:Q939． 9 文献标识码:A
生态浮床技术通过水生植物根系的截留、吸
附、吸收和水生动物的摄取以及微生物的降解作
用，达到水质净化的目的，同时营造景观效果［1］． 其
基本原理主要包括以下两个方面:一是植物在富营
养化水体中的修复作用，水生植物能直接吸收利用
污水中的总氮以供其生长发育和繁殖，而污水中的
有机氮可以被微生物分解和转化为无机氮从而被
植物直接摄取;二是植物—微生物协同效应的修复
作用，水生植物为微生物提供可附着的载体，强化
了系统的除污能力，同时为水体中的微生物提供营
养物，并能诱导微生物降解某些难降解的有毒
物质［2］．
根系是植物与外界环境进行物质与能量交换
的重要器官，植物根际微生物、根际分泌物以及周
围环境构成了根际微生态［3］．植物根际微生物及其
分泌物对根际微生态环境起着重要的作用． 与脱氮
有关的微生物主要是氨化细菌、硝化细菌、反硝化
细菌［4］．这三类细菌是根际微生态氮循环过程中氮
的转化和去除的主导者，也是本研究的重点
对象［5］．
研究采取温棚内浮床栽培蕹菜的试验方法，对
比分析根际脱氮细菌(即氨化细菌、硝化细菌、反硝
化细菌)的特征变化和水中总氮含量这二者之间的
关系，考察在浮床栽培植物情况下脱氮细菌的特征
及其与水中总氮含量变化的关系，进而论证浮床栽
培植物其根系脱氮细菌对水中总氮的去除效应．
1 材料与方法
1． 1 试验材料
试验选取 5 个大水箱，加入污水至试验水深
(80 cm)的 1 /2 处，加自来水至试验水深，在每个水
箱中水面下 40 cm处放置 5 个 PFU 块．给水箱分别
编号，1 号与 2 号栽培占水面 50%面积的蕹菜，3 号
和 4 号栽培占水面 25%面积的蕹菜，5 号作为空白
对照，不栽培蕹菜． 栽培地点在湖北大学温棚内，栽
培时间 8 周，每 2 周测量一次水箱中水样的总氮含
量和 PFU块样品中脱氮细菌的数量．
1． 2 药品试剂
无氨水，200 g /L氢氧化钠溶液，20 g /L 氢氧化
钠溶液，碱性过硫酸钾溶液，盐酸 1 + 9 溶液，硝酸钾
标准溶液，100 mg /L硝酸钾标准贮备液，10 mg /L硝
酸钾标准使用液，硫酸 1 + 35 溶液，蛋白胨琼脂培养
基(检测氨化细菌) ，改良的史蒂芬逊培养基 A(检
测亚硝酸菌) ，改良的史蒂芬逊培养基 B(检测硝酸
菌) ，反硝化细菌培养基(检测反硝化细菌) ，纳氏试
剂，格里斯试剂，二苯胺试剂．
1． 3 仪器设备
分光光度计 UV2100，10 mm 石英比色皿，蒸汽
灭菌器，25 mL 具玻璃磨口塞比色管，三角瓶、培养
皿、滴管、白瓷比色板、酒精灯，洁净工作台、恒温培
养箱，以及试管、烧杯、玻璃棒、移液管等常用试验
器材．
1． 4 取样方法
试验取样时采用 PFU微型生物群落监测法，试
验原理为:应用聚氨酯泡沫塑料块(简称 PFU)作为
人工基质收集水中的微生物群落，测定该群落结构
与功能的各种参数，以评价水质［6］． 微型生物群落
在水生生态系统中是客观存在的，用 PFU 块浸泡水
中，曝露一定时间后，水体中大部分微型生物种类
均可群集到 PFU内，挤出的水样能代表该水体中的
微型生物群落．
1． 5 测定方法
试验采用 MPN 多管发酵法测定脱氮细菌的数
量，最大可能数(或最大或然数法，most probable
number，MPN)计数又称稀释培养计数，适用于测定
在一个混杂的微生物群落中但却具有特殊生理功
能的微生物类群．该方法是基于选择适当稀释倍数
的悬液，接种在特定的液体培养基中培养，检查培
养基中是否有该生理类群微生物的生长． 根据不同
稀释度接种管的生长情况，用统计学方法求出该生
理类群的微生物数量［7］．总氮的测定采用碱性过硫
酸钾紫外分光光度法［8］．
2 结果和分析
2． 1 脱氮细菌的生长状况
试验栽培时间为2014年7月18日，由于恒温培养
箱严重故障，未能成功监测初始的脱氮细菌数量，成功
监测的时间分别为 7月 31日，8月 14日，8月 28 日，9
月 11日，通过测定各时期 PFU块挤出水样中脱氮细菌
的数量，分析其变化情况，同时将 50%栽培面积、25%
栽培面积、不栽培蕹菜这三组变化进行对比，分析栽培
面积对脱氮细菌的影响:(见表 1 ～表 4)．
表 1 不同栽培面积氨化细菌数量 单位:个 /ml
Tab． 1 The number of ammoniated bacteria in different
cultivation area Unit:pcs /ml
时间 7 月 31 日 8 月 14 日 8 月 28 日 9 月 11 日
50% 面积氨
化细菌数量
9． 7 × 106 5． 0 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109
25% 面积氨
化细菌数量
1． 0 × 107 1． 75 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109
空白氨化细
菌数量
1． 8 × 107 1． 4 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109
表 2 不同栽培面积亚硝酸菌数量 单位:个 /ml
Tab． 2 The number of nitrite bacteria in different
cultivation area Unit:pcs / ml
时间 7 月 31 日 8 月 14 日 8 月 28 日 9 月 11 日
50% 面积亚
硝化细菌数
1． 8 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109 1． 8 × 1010
25% 面积亚
硝化细菌数
1． 0 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109 1． 8 × 1010
空白亚硝化
细菌数量
3． 0 × 106 3． 5 × 107 1． 0 × 108 9． 0 × 108
表 3 不同栽培面积硝酸菌数量 单位:个 /ml
Tab． 3 The number of nitrate bacteria in different
cultivation area Unit:pcs / ml
时间 7 月 31 日 8 月 14 日 8 月 28 日 9 月 11 日
50% 面积硝
化细菌数
1． 8 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109 1． 8 × 1010
25% 面积硝
化细菌数
1． 0 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109 1． 8 × 1010
空白硝化细
菌数量
3． 0 × 106 3． 5 × 107 1． 0 × 108 9． 0 × 108
7第 2 卷第 1 期 王珊珊，等:浮床栽培蕹菜根际脱氮微生物研究
表 4 不同栽培面积反硝化细菌数量 单位:个 /ml
Tab． 4 The number of denitrifying bacteria in different
cultivation area Unit:pcs / ml
时间 7 月 31 日 8 月 14 日 8 月 28 日 9 月 11 日
50% 面积反
硝化细菌数
1． 8 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109 1． 8 × 1010
25% 面积反
硝化细菌数
1． 0 × 107 1． 8 × 108 1． 8 × 109 1． 8 × 1010
空白反硝化
细菌数量
4． 5 × 106 6． 0 × 107 1． 0 × 108 1． 0 × 109
分析以上数据，可以得出以下结论:1)脱氮细
菌的生长较快，数量大概以 10 倍速度增长;2)栽培
蕹菜对脱氮细菌的生长有利，栽培蕹菜时脱氮细菌
数量比不栽培蕹菜时的数量多，氨化细菌例外，蕹
菜对氨化细菌的影响较小;3)蕹菜的栽培面积对脱
氮细菌的影响较小，50%栽培面积和 25%栽培面积
的脱氮细菌数量基本一致，尤其体现在栽培后期．
4)栽培蕹菜有利于脱氮细菌的稳定生长，栽培蕹菜
时氨化细菌、亚硝酸菌、硝酸菌、反硝化细菌的比例
为 1∶ 10∶ 10∶ 10，尤其体现在栽培后期，而不栽培蕹
菜时脱氮细菌的比例波动很大;5)氨化细菌的生长
受其他脱氮细菌的影响，随着时间推移，氨化细菌
的比例下降，而其他脱氮细菌比例上升．
2． 2 不同条件下水中总氮的变化
在测定脱氮细菌数量的同一时间(7 月 18 日，7
月 31 日，8 月 14 日，8 月 28 日，9 月 11 日) ，监测水
箱中总氮的含量(单位:mg / l) ，分析其随时间的变
化情况，同时将 50%栽培面积、25%栽培面积、不栽
培蕹菜这三组变化进行对比，分析栽培面积对水质
的影响，分析如下:
表 5 不同栽培面积时水中总氮的含量及总氮的去除率 单位:个 /ml
Tab． 5 Total nitrogen in water and total nitrogen removal rate in different cultivation area Unit:pcs / ml
7 月 18 日 7 月 31 日 8 月 14 日 8 月 28 日 9 月 11 日 去除率
50%面积 8． 637 7． 594 2． 128 1． 701 1． 267 85． 33%
25%面积 9． 311 8． 136 2． 473 1． 693 1． 441 84． 52%
空白 9． 552 8． 278 3． 844 2． 528 2． 155 77． 44%
由表 5 可知:1)栽培初期总氮含量变化很小，
两周后变化较大，当总氮含量达到 2 mg / l 时氮的
去除比较困难;2)不同栽培面积时总氮含量变化
趋势一致，栽培面积对氮的去除率影响较小，这明
显与前人研究有出入，宋超、陈家长［9］等人在浮床
栽培空心菜对罗非鱼养殖池塘水体中氮和磷的控
制的研究中，证明了蕹菜栽培时间与栽培面积与
氮的去除效果呈现较好的正相关关系，栽培时间
越长(＞ 60 d) ，栽培面积与去除效果的正相关性
越明显．这有可能是本试验中水箱较小，植物和微
生物数量接近水箱中生物承载量所致． 3)栽培蕹
菜有效提高了水中总氮的去除率，栽培面积越大，
提升幅度越大．
2． 3 分析
根据本试验中得出的一系列数据进行比较分
析，1)蕹菜对总氮的去除效果:在栽培初期，蕹菜呈
倒伏状态，显然尚未适应水箱中的环境，对总氮的
去除效果不明显，栽培两周后，植株直立并开始快
速生长，对总氮的去除效果非常显著，后期由于水
中总氮含量很低，蕹菜的生长速度和对总氮的去除
效果同时降低;2)脱氮细菌对总氮的去除效果:由
于脱氮细菌的生命周期较长，在栽培初期并未完全
发挥出应有的作用，两周后脱氮细菌对氮的去除较
为明显;3)蕹菜对水中脱氮细菌的生长有促进作
用，栽培蕹菜的水箱中脱氮细菌数量比空白水箱高
出近一个数量级，且栽培时间越长，差距越明显;4)
蕹菜栽培面积对氮的去除率影响较小，这与前人研
究不一致，初步推测可能是由于宋超、陈家长等人
的研究是在池塘中进行的，而本试验是在水箱中进
行的，环境不同所致;5)总氮去除率与是否栽培蕹
菜有很大关系，栽培面积较大时去除率也有小幅提
8 湖南生态科学学报 2015 年 3 月
升，初步推测如果水域面积适合栽培数量，栽培面
积与去除率的正相关性会更明显［10］．
3 结论与展望
3． 1 主要结论
栽培蕹菜的情况下，脱氮细菌的生长有以下几
个特征:1)脱氮细菌的增长速度较快，以将近 10 倍
的速度增长;2)栽培蕹菜对脱氮细菌的生长有促进
作用，栽培蕹菜时脱氮细菌的数量明显比不栽培时
要多，但栽培面积对脱氮细菌的影响较小;3)栽培
蕹菜对氨化细菌的促进作用不如其它脱氮细菌，氨
化细菌、亚硝酸菌、硝酸菌、反硝化细菌的比例最终
稳定在 1∶ 10∶ 10∶ 10．
脱氮细菌对总氮的去除主要体现在以下几个
方面:1)栽培两周后脱氮效果较好，当总氮含量达
到 2 mg /L 时，氮的去除比较困难;2)脱氮细菌的数
量与氮的去除有良好的正相关性．
3． 2 展望
试验过程中，还有许多地方有待进一步研究:
1)该文因测量数据有限，只分析脱氮细菌对总氮的
影响，而其对氨氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮，有机氮，
COD的影响可以进一步研究;2)对脱氮有影响的除
了脱氮细菌这一因素之外，应该还有植物根系的吸
收等其他因素，两者之间是否存在一定的数量关系
有待进一步研究;3)脱氮细菌除了对总氮有影响
外，还可能对其他水质指标(如 COD)有影响，有待
进一步研究． 若能解决以上几个问题，相信浮床栽
培技术的理论体系会更加完善，这一技术的应用也
会更加广泛．
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The Ｒesearch of Ｒhizosphere Microecological in
Floating Bed Cultivated Swamp Cabbage
WANG Shan-shan， WENG Qin-yu， YUAN Meng，
CHEN Hong-bing， LU Jin-deng*
(Faculty of Ｒesources and Environmental Science Hubei University，Wuhan 430062，China)
Abstract:The floating bed is a kind of ecological restoration technology conducted by the absorbing
of plant roots and the activities of the microbial to solving the problem of eutrophication． This article is
based on the experiment of the floating bed cultivated swamp cabbage inside the greenhouse，measuring
the amount of the denitrification bacteria using regularly by the PFU method，compared with the content of
total nitrogen in water，analyzing the characteristics of the denitrification bacteria and the relationship be-
tween the denitrification bacteria and the total nitrogen removal amount． The results show:First，cultivation
of swamp cabbage is conducive to the stability of the denitrification bacteria growth;second，the denitrifi-
cation bacteria have mutual effect with each others;thirdly，denitrification bacteria have a well correlation
with total nitrogen removal amount． This provides theory basis for the floating in purifying water quality，
and enrich the theory of the floating bed planting technology． 5tabs．，10refs．
Keywords:Floating bed cultivated plants Ipomoea denitrification bacteria total nitrogen amount
Biography:WANG Shan-shan，female，born in 1990，M． E．，research direction for environmental e-
cology．
01 湖南生态科学学报 2015 年 3 月