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雨久花对水中有机污染物酚、氨氮的抗性及吸收积累效果



全 文 :北方园艺2013(14):69~72 植物·园林花卉·
第一作者简介:张晓菲(1987-),女,硕士研究生,现主要从事水生
植物应用研究工作。E-mail:zhxf_fei@126.com.
责任作者:周广柱(1964-),男,博士,教授,现主要从事园林植物生理
生态与栽培的教学与研究工作。E-mail:zhouguangzhu@sina.com.
收稿日期:2013-03-11
雨久花对水中有机污染物酚、氨氮的
抗性及吸收积累效果
张 晓 菲,周 广 柱,孔 重 人,王 明 辉,解 璐 毓,王 振 廷
(沈阳农业大学,林学院,辽宁 沈阳110161)
  摘 要:以水生植物雨久花为试材,在含有不同浓度的酚、氨氮的营养液中培养,研究了雨久
花地上部分、地下部分的生长和其对酚、氨氮的抗性及吸收积累规律。结果表明:雨久花能够在
含有一定浓度酚、氨氮的污水中正常生长,并且对酚和氨氮的去除力也比较可观,平均去除率分
别为85.2%和73.1%;同时雨久花地上部分、地下部分对酚的富集系数最大,分别达到9.58和
4.64,其对氮的积累量分别高达712.682和498.815mg/株。可见雨久花能够去除水中的酚和氨
氮,对净化水质具有良好的作用。
关键词:雨久花;酚;氨氮;抗性;吸收积累
中图分类号:S 68 文献标识码:A 文章编号:1001-0009(2013)14-0069-04
  随着经济的快速发展和人口的逐年增长,工业污水
中有机污染物的控制和净化问题已成为目前全球的重
大问题之一。植物所能吸收转化的污染物种类及效果,
已有大量相关研究[1-3]。但此类研究多集中于我国南
方,对于北方湿生植物的净化能力报道较少。
水生植物是水生生态系统的重要组成部分,自20
世纪中叶以来,人工湿地为代表的利用水生植物系统净
化污水的生物净化模式迅猛发展,同化学治理法(如投
放硫酸铜和氢氧化铝)和物理措施(曝气、引水冲刷、挖
泥清淤)相比,成本低、效果好,处理优势明显[4-5]。根据
易得易培养性、美观性、植物根系发达和生长期长的选
择原则[6],结合对沈阳市湿地水生植物的实际情况与凤
    
眼莲实地调查及查阅中国植物志[7],同时鉴于凤眼莲在
南方治理工业污水案例的成功经验,故猜测同科同属的
水生植物雨久花同样可以有效地净化工业污水。
雨久花(Monochoria korsakowi)属雨久花科雨久花
属1a生挺水草本植物,适应性强,常生长于池塘、湖边
及沼泽地等浅水处,在生长环境中自播繁衍不需管理,
是一种观赏性极强的水生植物[8]。现以雨久花为试材,
通过其在含有不同浓度酚、氨氮的营养液中的培养,初
步研究了雨久花对酚和氨氮的抗性及去除能力,以期为
水污染的净化提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试雨久花挖取于沈阳市沈苏家屯地区,将其用水
冲洗干净后于营养液中缓苗2周左右,待长出新叶后用
于试验。营养液的组成[9]见表1。
1.2 试验方法
该试验在温室内进行,雨久花用8L的塑料桶进
    
Abstract:Taking potted Petunia hyhrida Vilm flowers as test materials,diferent proportion matrix of vinegar residue,
peatmoss and vermiculite were evaluated as substrates,the physico-chemical properties of matrix,morphological and
physiological characteristics of flowers were measured,in order to screen the optimal matrix formula for Petunia hyhrida
Vilm.The results showed that volume ratio of matrix with vinegar residue∶peatmoss∶vermiculite as 3∶1∶1was the
best appropriate formula for the growth of Petunia hyhrida Vilm with bulk density 0.338g/cm3,pH 6.6,TN
14.7g/kg,TP 2.0g/kg,TK 4.6g/kg,available N,P and K 2.04g/kg,0.50g/kg,0.75g/kg,respectively.Comparing
with conventional control treatment,the average plant height of Petunia hyhrida Vilm,crown breadth,biomass of
overground,flowering proportion increased 14.8%,48.1%,53.1%and 31.0%,respectively.
Key words:Petunia hyhrida Vilm;vinegar residue;cultivation matrix;physical and chemical properties;growing index
96
·园林花卉·植物 北方园艺2013(14):69~72
  表1 营养液的组成
  Table 1 The composition of the nutrient solution
物质名称 浓度/mg·L-1 物质名称 浓度/mg·L-1
KH2PO4 135 KNO3 510
MgSO4·7H2O  490 Ca(NO3)2·4H2O  1 180
H3BO3 2.86 MnCl2·4H2O  1.81
ZnSO4·7H2O  0.22 CuSO4·5H2O  0.08
(NH4)6Mo7O24·4H2O  0.02 EDTA-Na2 37.25
FeSO4·7H2O  27.85
行培养,每桶营养液为5L,营养液组成同表1。根据预
试验结果,酚浓度设为0、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、50.0、
400.0、500.0mg/L 9个水平,氨氮浓度设为0、0.1、0.5、
1.0、5.0、10.0、20.0、30.0mg/L 8个水平,共计17个处
理,另加1个无植物无处理空白对照组,每组3次重复。
每个桶内添加不同浓度的酚和氨氮后,选取生长旺盛的
雨久花移栽到塑料桶内,确保每桶内的植物量大致相同
并且适量,测定并记录每桶的总植物量。
1.3 项目测定
雨久花培养30d后,分别收获各桶培养液及植株样
品,并用自来水将植株冲洗干净,用吸水纸把表面水吸
干,分成地上部和地下部,以备试验,同时测定并记录每
桶的总植物量及地下部分即根量。氨氮被植物吸收后,
在植物体内发生转化,故采取测定植物体内总氮的含
量,通过比较确定植物体对氨氮的吸收能力。植物中总
氮的积累量=植物中总氮的含量(终值)×试验后植物
的总重(终值)-植物中总氮的含量(初始值)×试验前
植物的总重(初始值)。
水体中酚、氨氮含量的测定:将收获的培养液蒸馏,
取蒸馏液分别以4-氨基安替比林-氯仿萃取比色法[10]和
钠氏试剂光度法[11]测定水体中酚和氨氮的含量。植物
地上部分及地下部分中酚、总氮含量的测定:称取样品
地上部和地下部分10g,蒸馏,蒸馏后的蒸馏液分别以
4-氨基安替比林-氯仿萃取比色法和微量凯氏法测定植
物地上部分、地下部分中酚和总氮的含量。
2 结果与分析
2.1 试验前后雨久花植物量的变化
从表2可以看出,雨久花于营养液中生长旺盛,试
验前后植物量变化显著,经过30d生长,无处理对照组
的植物总重平均增加406.9%,根重占总重的32.6%;酚
处理组的植物总重平均增加285.5%,根重占总重的
16.9%;氨氮处理组的植物总重平均增加542.8%,根重
占总重的42.4%。表明酚会在一定程度上抑制雨久花
的生长;氨氮有利于雨久花生长,相对酚处理更能促进
根的生长。
表2 试验前后雨久花植物量的变化
  Table 2 The plant weight before and after the experiment  g
酚浓度
/mg·L-1
试验前总重
试验后总重
/根重
氨氮浓度
/mg·L-1
试验前总重
试验后总重
/根重
0  64  320.7±15e 0  62  318±19b
/106 /102
0.1  61  271±12.5d 0.1  69  410±37c
/41 /170
0.5  66  261±11d 0.5  65  452±29cd
/42 /174
1.0  68  252±7.2cd  1.0  62  444.7±42cd
/42 /175
5.0  61  234.3±7.8bc  5.0  68  501.7±18d
/40 /192
10.0  60  220±10.1ab  10.0  62  353±29b
/42 /180
50.0  67  211±10a 20.0  62  218±31a
/46 /165
400.0  68  200±16.5a 30.0 - -
/40
500.0 - -
  注:酚浓度在500.0mg/L及氨氮浓度在30.0mg/L,雨久花均不能正常生长,最
终枯萎死亡。
2.2 试验前后培养液中酚、氨氮含量的变化
30d的培养过程中,营养液没有更换过,植物生长
良好,无植物无处理的空白对照组中营养液已浑浊不
堪,但有植物组的桶中营养液仍清澈见底,肉眼直观可
见雨久花有改善水质的功能。
从表3、4可以看出,通过对试验后各个桶中酚、氨
氮的含量的测定,试验后比试验前营养液中酚、氨氮均有
明显的降低。营养液中酚的去除率平均为85.2%,最高为
    表3 试验前后培养液中酚浓度及去除率
  Table 3 The phenol concentration in
the culture medium and the removal rate before and after the experiment
试验前酚浓度
/mg·L-1
试验后酚浓度
/mg·L-1
去除率
/%
0 - -
0.1  0.015  97.2±2.0e
0.5  0.065  95.1±2.4de
1.0  0.105  93.7±2.8de
5.0  0.306  90.2±2.8d
10.0  2.135  82.5±3.4c
50.0  14.213  71.3±2.8b
400.0  108.239  66.3±3.3a
  表4 试验前后培养液中氨氮浓度及去除率
  Table 4 The ammonia nitrogen concentration in
the culture medium and the removal rate before and after the experiment
试验前氨氮浓度
/mg·L-1
试验后氨氮浓度
/mg·L-1
去除率
/%
0 - -
0.1  0.008  94.7±3.2d
0.5  0.092  88.3±2.5d
1.0  0.186  84.7±1.9cd
5.0  1.898  72.0±3.6bc
10.0  4.012  59.9±9.0a
20.0  12.268  38.7±4.8a
07
北方园艺2013(14):69~72 植物·园林花卉·
97.2%;氨氮的去除率平均为73.1%,最高达到94.7%。
对不同浓度处理的酚、氨氮的去除率的变化趋势见图1
(图中50.0mg/L处对应的氨氮浓度为20mg/L)。
图1 不同浓度酚、氨氮的去除率变化趋势
Fig.1 The trend of removal eficiency of phenol of and
ammonia nitrogen with diferent concentrations
2.3 植物地上、地下部分对酚的吸收积累及总氮含量
的变化
植物体内污染物的含量是表示环境污染程度和确
定植物净化能力大小的主要指标之一[12]。由表5可知,
在一定浓度范围内,随着营养液中酚浓度的增加,植物
地上部分及地下部分对酚是吸收积累也均增加,且地上部
分的积累大于地下部分。为说明某种植物对某种污染物
的吸收特点,常用富集系数来表示,即雨久花中酚含量与
营养液中酚含量的比值。从图2可以看出,在一定的浓度
范围内,地上部分及地下部分对酚的富集系数均随着营养
液中酚浓度的增加而变大,且地上部分大于地下部分。表
明雨久花有从含酚的污染水中吸收外源酚的能力。
图2 试验后植物地上部分、地下部分中酚的富集系数的变化
Fig.2 The trend of enrichment factor with phenol of plants on
the ground parts and underground parts after the experiment
表5    试验后植物地上部分、地下部分中
    酚的含量及富集系数变化
  Table 5 The content of phenol of plants on the ground
parts and underground parts and enrichment factor after the experiment
酚浓度
/mg·L-1
地上部分酚含量(A)
/mg·L-1
富集
系数
地下部分酚含量(B)
/mg·L-1
富集
系数
A/B
0 0 - 0 - -
0.1  0.056  3.73  0.028  1.87  1.98
0.5  0.257  3.95  0.144  2.22  1.79
1.0  0.563  5.33  0.281  2.68  2.00
5.0  2.930  9.58  1.419  4.64  2.07
10.0  5.129  2.40  2.259  1.06  2.27
50.0  19.701  1.39  15.325  1.08  1.29
400.0  179.716  1.66  110.892  1.02  1.62
  从地上部分和地下部分中酚含量的对比来看,酚在
地上部分的含量远高于地下部分,这是由于酚比较活
跃,流动性比较大,从根吸收后能够迅速的转移到地上
部分。并且该试验是在7月份进行,气温较高,蒸腾作
用强烈,酚在植物体内转移加速,便更多积累于地上部
分。氨氮被植物吸收后,在植物体内发生转化,故采取
通过测定植物体内总氮积累量,确定雨久花对氨氮的吸
收能力。由表6可知,雨久花试验后植株含氮量均明显
增加,并且经氨氮处理的雨久花中氮含量大多高于未处
理组。
从图3可以看出,在一定浓度范围内,雨久花的氮
积累量随着营养液中氨氮浓度的升高而增加,在氨氮浓
度为5.0mg/L左右的处理时,氮积累量达到最大,之后
雨久花的氮积累量又随营养液中氨氮浓度的升高而
较少。
表6 试验前后植株含氮量及氮积累量
  Table 6 The amount of plant nitrogen and
nitrogen accumulation before and after the experiment  mg
氨氮浓度/mg·L-1  0  0.1  0.5  1.0  5.0  10.0  20.0
试验后整株含氮量 643  882  954  932  1 000  746  694
试验前整株含氮量 128  122  132  137  119  117  141
整株氮积累量 515  760  822  795  883  629  553
图3 试验后植株氮的积累量
Fig.3 The nitrogen accumulation of plant after the experiment
  从表7可以看出,雨久花地上部分氮含量均高于地
下部分,这与氮元素对植物生长的作用有关,氮是制造
叶绿素的主要成分,能促进枝叶生长;此外雨久花地上
部分的含氮量与地下部分的比值变化与氨氮的处理浓
度没有明显关系。
表7    试验后植物地上部分、地下部分
    总氮的含量及比值
  Table 7     The content of total nitrogen of
    plants on the ground parts and underground parts and
    ratio after the experiment  mg
氨氮浓度/mg·L-1  0  0.1  0.5  1.0  5.0  10.0  20.0
地上氮的含量(A) 371  493  560  547  549  434  408
地下氮的含量(B) 272  389  394  385  453  312  286
A/B  1.36  1.27  1.42  1.42  1.21  1.39  1.43
3 结论与讨论
一般植物吸收有机物的浓度是随水中污染有机物
17
·园林花卉·植物 北方园艺2013(14):69~72
浓度的增高有变大的趋势,当污染有机物的浓度增加到
一定程度后,会对植物的生长产生危害,使其生理生化
过程受阻,生长发育停滞,甚至死亡。营养液中酚浓度
在500.0mg/L及氨氮浓度在30.0mg/L时,雨久花均
不能正常生长,最终枯萎死亡。
随着营养液中酚、氨氮浓度的增加,雨久花植株体
内酚和氮的含量都增加,这与大量植物积累有机物的研
究结果一致。其中,雨久花对酚的吸收积累程度很大,
这与酚本身比较活跃的特点有关;而相对酚,雨久花对
氨氮的吸收积累较少。有研究表明,大部分湿地不能很
好的去除氮[13-15]。Brix[16]研究表明,大部分湿地氮的去
除率多低于30%。Reed等[14]报道美国大部分正在运行
的湿地氨氮去除率都很有限。
该试验结果表明,无论是地上还是地下部分对酚的
富集趋势是一致的,都是先增大到一定程度后再减小。
在酚的浓度为5mg/L时,雨久花对酚的富集达到最大,
地上部分和地下部分的富集系数分别为9.58和4.64。
同时小于5mg/L时的富集系数一般较大于5mg/L时
的富集系数要大,是由于酚的浓度大于5mg/L时,雨久
花对酚的吸收量增大的原因。地上部分的富集系数明
显大于地下部分,原因是由于酚本身比较活泼。地上部
分和地下部分中氮积累量都是随着营养液中氨氮浓度
的增加而变大,并且地上部分积累量大于地下部分。地
上部分对氮的积累量最大达712.682mg,地下部分最大
也达到498.815mg,对照表7中地上与地下部分对氮积
累量的比值,在1.21~1.43之间变动,比较稳定。通过
试验证明,雨久花的确对水中的有机污染物酚、氨氮有
较强的去除能力,是净化水质较强的优秀水生物种,在
应用中可作为除污染物主要的植物材料。
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Effect of Resistance Uptake and Accumulation of Organic Polutants in Water Phenol and
Aammonia Nitrogen of Monochoria korsakowi
ZHANG Xiao-fei,ZHOU Guang-zhu,KONG Zhong-ren,WANG Ming-hui,XIE Lu-yu,WANG Zhen-ting
(Colege of Forestry,Shenyang Agricultural University,Shenyang,Liaoning 110161)
Abstract:Taking aquatic plants Monochoria korsakowi as materials,under the conditions of the nutrient solution
containing,diferent concentrations of phenol and ammonia nitrogen on the growth of Monochoria korsakowi of the
ground part and the underground part,and Monochoria korsakowi resistance uptake and accumulation of organic
polutants in water phenol and ammonia nitrogen were studied.The results showed that Monochoria korsakowi could
grow in the sewage contains a certain concentration of phenol and ammonia nitrogen,and removal force of phenol and
ammonia nitrogen was more considerable,the average removal rates respectively was 85.2%and 73.1%;while the
enrichment coeficient for phenol of Monochoria korsakowi of the ground parts of the underground part respectively
reached 9.58and 4.64,the largest accumulation of its nitrogen were 712.682mg and 498.815mg per plant.It showed
Monochoria korsakowi could remove the phenol and ammonia nitrogen in the waste water and played a good role for
purifying water.
Key words:Monochoria korsakowi;phenol;ammonia nitrogen;resistance;uptake and accumulation
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