全 文 ：2011年 5月
May.2011 　　　　　　　　　　　
华南师范大学学报 (自然科学版)
JOURNALOFSOUTHCHINANORMALUNIVERSITY
(NATURALSCIENCEEDITION) 　　　　　　　　　　　
2011年第 2期
　No.2, 2011
收稿日期:2010-09-19
基金项目:广东省科技攻关项目(2005B33302014)
＊通讯作者 , jingyx@scnu.edu.cn
文章编号:1000-5463(2011)02-0097-06
植物浮床和人工湿地污水处理系统中
风车草生长特性比较
徐婵枝 1 ,靖元孝1＊ ,杨丹菁 2 ,王忠正1 ,吴方猛 1 ,吕改云 1
(1.华南师范大学生命科学学院 ,广东省高等学校生态与环境科学重点实验室 ,广东广州 510631;2.广州市环境保护科学研究院 ,广东广州 510620)
摘要:在塑料水箱(67 cm×51 cm×40 cm)中分别构建风车草浮床和人工湿地生活污水处理系统 , 研究 2个系统中风
车草的生长特性.结果表明 , 植物浮床和人工湿地系统中风车草生长的季节变化规律基本相似 , 在 4— 8月生长较快 ,
9— 12月生长较慢.整个实验过程中 , 植物浮床中风车草的分蘖数 、一级侧根的数量和孔隙度大于人工湿地 ,而株高 、
基径 、叶长和叶宽 、一级侧根的长度和直径小于人工湿地.8月收获植物时 , 植物浮床风车草的生物量大于人工湿地 ,
当 12月收获植物时 ,前者小于后者.
关键词:风车草;植物浮床;人工湿地;生长特性
中图分类号:Q948　　　文献标志码:A
　　植物浮床技术是人工把高等水生植物或改良的
陆生植物 ,以浮床作为载体种植到污染水体的水面 ,
通过植物吸收和微生物降解等来净化污染物 、改善
水质的水面无土种植植物技术.该技术具有不消耗
能量 、不受水深限制 、原位去除污染物和不出现系统
堵塞等优点 [ 1-3] .目前 ,植物浮床技术主要用于水体
污染物浓度较低的富营养化水体的原位修复 [ 4 -5] .
人工湿地技术已被广泛用于处理含各种浓度污染物
的污水 ,是一种低投资 、低能耗 、低成本和能脱氮除
磷的污水处理技术 ,但其基质中有机质积累过高以
及杂质的沉淀会引起堵塞 [ 6-9] .植物浮床能否处理
较高浓度污水? 系统中植物的生长特性与其在人工
湿地相比有什么特点 ?需要在相同的实验条件下进
行研究比较 , 目前这方面的研究报道甚少.LEN-
NARD等 [ 10]研究了莴苣(Lactucasativa)浮床和人工
湿地系统对养鱼废水的净化效果和植物的生长状
况 ,发现人工湿地系统中莴苣的生物量大于植物浮
床系统.
在热带和亚热带 ,风车草(Cyperusalternifolius)
是用于构建植物浮床和人工湿地的优秀物种之一 ,
它全年保持生长 ,即使在冬天仍能维持一定的生长
速率 ,根系发达 ,根生物量大 ,在人工湿地 [ 11 -13]和植
物浮床 [ 14-15]均生长良好.本文在相同的实验条件
下 ,研究植物浮床和人工湿地生活污水处理系统中
风车草的生长状况 ,为更好地利用植物浮床净化生
活污水提供理论依据和指导.
1　材料和方法
1.1　风车草浮床和人工湿地系统的构建
实验于 2009年 3— 12月在广州华南师范大学
生物试验场进行.广州属南亚热带气候 ,年平均气温
22 ℃,最冷月 1月和最热月 7月的平均气温分别为
13.3 ℃和 28.4 ℃,年平均降雨量 1 694 mm.用塑料
水箱(67 cm×51 cm×40 cm)构建植物浮床和人工
湿地系统.植物浮床用聚乙烯泡沫板 (59 cm×
45 cm×3 cm)为漂浮载体 ,在泡沫板上均匀打孔栽
种植物.人工湿地水箱中填料由下至上分别为粗砾
石(粒径为 20mm)和细砾石(粒径为 10mm),厚度
均为 20 cm.2009年 3月 ,选取长势良好 、株高 50cm
的风车草分别移入植物浮床和人工湿地 ,每箱 4株 ,
每株 5个分蘖 ,每个处理 15箱 ,水箱随机排列于平
坦空地上.生活污水来自华南师范大学学生宿舍 ,污
水 CODCr:90 ～ 270 mg/L、BOD5:30 ～ 80 mg/L、总
氮:30 ～ 81 mg/L、总磷:1.5 ～ 5.5mg/L.用水泵从化
粪池出水口抽取污水 ,至蓄水池中沉淀 ,调蓄后进入
各塑料水箱中进行处理.塑料水箱每周灌污水 1次 ,
2009年 3— 4月对风车草浮床和人工湿地系统驯化
培养 , 2009年 5月开始正式记录实验数据.
1.2　植物生长和生物量的测定
每月测定植物浮床和人工湿地风车草的分蘖 、
株高 、基径 、叶长与叶宽.
2009年 8月 、12月抽取各处理风车草 5箱进行
收割 ,分成根 、茎和叶 ,测量一级侧根的数量 、长度与
直径.将根冲洗干净后 ,按照 KLUDZE等 [ 16]方法测
定根孔隙度.用精度 0.1 g天平称取各器官新鲜材
料 100 ～ 500g左右 , 80 ℃烘箱中烘干 48 h,用精度
0.1mg电子天平称干质量.根据含水量计算植株各
器官的干质量.
1.3　数据处理
采用 SPSS15.forWindows进行重复测定方差分
析 ,并用 LSD进行多重比较 ,检验各测定指标在处
理间的差异显著性.
2　结果与分析
2.1　植物浮床和人工湿地风车草根生长状况
图 1(a)表明 , 8— 12月植物浮床风车草一级侧
根的数量均大于人工湿地.8月植物浮床和人工湿
地风车草根的数量分别为 2 172和 1 556条 ,前者远
远大于后者(P<0.01),这主要是因为当年 5— 8月
植物浮床风车草分蘖速率快 ,分蘖数远远大于人工
湿地.12月人工湿地风车草根的数量急剧增长 ,产
生了大量新根 ,平均值达 2 552条 ,比 8月增加了
64%.而植物浮床风车草根的数量增加不多 ,平均值
为 2 797条 ,与人工湿地差异不显著(P>0.05).这
主要是由于植物浮床风车草在 9— 12月生长空间有
限 ,分蘖速率慢 ,从而影响其根数量的增加.图 1(b)
显示 , 8— 12月植物浮床风车草一级侧根的长度均
低于人工湿地(P<0.05).8月植物浮床与人工湿地
风车草的根长分别为 20.3cm和 23.9cm,前者稍小
于后者 (P<0.05).12月植物浮床与人工湿地风车
草的根长分别为 20.4cm和 30.6cm,前者远远小于
后者(P<0.01),前者较 8月没有明显变化 ,而后者
较 8月增加了 28%.图 1(c)可见 , 8月植物浮床与人
工湿地风车草一级侧根的直径分别为 0.173 mm和
0.177 mm,两者差异不显著(P>0.05).12月植物浮
床与人工湿地风车草根的直径分别为 0.20 mm和
0.28 mm,前者远远小于后者(P<0.01),前者较 8
月稍有增加 ,而后者较8月增加了57%.图 1(d)显示 ,
图 1　植物浮床和人工湿地污水处理系统中风车草一级侧根的数量 、长度 、直径和孔隙度
Figure1　Number, length, diameterandporosityoffirst-classlateralrootsofCyperusalternifoliusinplantfloating-bedandconstruc-
tedwetlandsewagetreatmentsystems
98 华 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2011年
植物浮床风车草的根孔隙度明显高于人工湿地
(P<0.01),这可能是植物浮床风车草适应淹水环
境的一种表现.
2.2　植物浮床与人工湿地风车草茎生长状况
图 2(a)表明 ,植物浮床与人工湿地风车草分蘖
数均不断增加 , 分蘖从实验开始的 5个 ,分别增至
(160±4.5)个和(86±1.6)个.植物浮床风车草的
分蘖数明显大于人工湿地.图 2(b)显示 ,植物浮床
和人工湿地风车草分蘖数月增量在 5— 7月不断增
加 , 7月份均达到最大值 ,分别为 32个和 12个 ,随
后植物浮床不断下降 ,而人工湿地仍保持稳定.另
外 ,植物浮床风车草分蘖月增量在 5— 10月明显高
于人工湿地 ,随后逐渐接近人工湿地.
图 2(c)表明 , 2个系统风车草株高在 5— 8月增
长较快 ,随后人工湿地风车草株高仍保持一定的增
长 ,而植物浮床风车草株高几乎停止增长.实验结束
时 ,植物浮床与人工湿地风车草株高分别为(90 ±
1.5)、(158±5.5)cm.整个实验过程中 ,人工湿地风车
草株高明显大于植物浮床(P<0.01).植物浮床风车草
的基径明显小于人工湿地(P<0.01)(图 2(d)).
图 2　植物浮床和人工湿地污水处理系统中风车草的分蘖数 、分蘖数月增量 、株高和基径
Figure2　Tillers, monthlyincrementoftilers, plantheightandbasaldiameterofCyperusalternifoliusinplantfloating-bedandcon-
structedwetlandsewagetreatmentsystems
2.3　植物浮床与人工湿地风车草叶的生长状况
植物浮床与人工湿地系统风车草叶长和叶宽的
变化见图 3.人工湿地风车草的叶片长势比植物浮
床好 ,叶长与叶宽均明显大于植物浮床(P<0.01).
2.4　植物浮床与人工湿地风车草根生物量变化
情况
图 4表明 , 8月收获时 ,植物浮床风车草根 、茎 、
叶的生物量和总生物量分别较人工湿地大 ,两者差
异显著 (P<0.05).12月收获时 ,植物浮床风车草
根 、茎 、叶的生物量和总生物量分别较人工湿地小前
者远 ,两者差异显著(P<0.01).8— 12月植物浮床
和人工湿地风车草根 、茎 、叶的生物量和总生物量的
增量分别为 602、 34、 184、820 g/箱和 2 334、 247、
461、3 072 g/箱 ,两者差异显著(P<0.01).
99第 2期 徐婵枝等:植物浮床和人工湿地污水处理系统中风车草生长特性比较
图 3　植物浮床和人工湿地污水处理系统中风车草的叶长和叶宽
Figure3　LeaflengthandleafwidthofCyperusalternifoliusinplantfloating-bedandconstructedwetlandsewagetreatmentsystems
图 4　植物浮床和人工湿地污水处理系统中风车草的生物量
Figure4　BiomassofCyperusalternifoliusinplantfloating-bedandconstructedwetlandsewagetreatmentsystems
3　讨论
本实验在 8月份收获植物时 ,植物浮床风车草
的生物量大于人工湿地 , 12月收获植物时 ,前者小
于后者.这主要是因为 5— 8月植物浮床风车草的分
蘖速率远远大于人工湿地 ,而 9— 12月植物浮床风
车草由于前期分蘖速率过快 ,后期生长空间受到较
大限制 ,分蘖速率急剧下降.虽然植物浮床风车草分
蘖速度和分蘖数大于人工湿地 ,但植物浮床风车草
每个分蘖的生长状况比人工湿地差 ,其株高 、基径 、
叶长和叶宽 、一级侧根的长度和直径均小于人工
湿地.
通气组织的形成是植物适应淹水环境的一个重
要机制[ 17] ,可用孔隙度来间接评价根的通气组织发
100 华 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2011年
达程度.通气组织的形成增加了地下部分氧气的供
应 ,提高了植物对水分和矿质营养的吸收.本研究
中 ,植物浮床风车草的根孔隙度明显大于人工湿地 ,
这可能是其适应植物浮床系统中完全淹水环境的表
现.王忠正 [ 18]在同期进行的风车草对生活污水净化
效果的结果表明 ,在相同水力负荷条件下 ,植物浮床
系统 TN、BOD5和 CODCr去除率显著大于人工湿地 ,
TP去除率显著小于人工湿地.风车草浮床可优先考
虑用于富含氮和有机物污水的处理 ,风车草人工湿
地可用于富含磷污水的处理.本实验中 ,实验后期植
物浮床风车草生长空间受到较大限制 ,生物量积累
明显下降 ,能否通过收割植株而保持风车草良好的
生长 ,进而维持好的净化效果 , 这有待于进一步
研究.
由于实验条件所限 ,本实验在空间和时间上略
显不够.本研究的植物浮床和人工湿地系统由塑料
水箱构成 ,规模较小 ,且为定期人工灌水 ,系统处于
相对静止状态 ,与实际运行有一定差别.另外 ,风车
草属于多年生草本植物 ,它们的生长状况随着时间
的推移可能会发生变化 ,本研究只是反映了特定生
长阶段的生长状况 ,结果有待在实际应用中在更大
的空间和时间上加以进一步验证.
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XUChanzhi1 , JINGYuanxiao1＊ , YangDanjing2 , WANGZhongzheng1 , WuFangmeng1 , LVGaiyun1
(1.SchoolofLifeScience, SouthChinaNormalUniversity, KeyLaboratoryofEcologyandEnvironmental
ScienceinGuangdongHigherEducation, Guangzhou510631, China;
2.GuangzhouResearchAcademyofEnvironmentalProtection, Guangzhou510620, China)
Abstract:Litleisknownaboutthecomparativestudyofplantgrowthbetweenplantfloating-bedsandconstructed
wetlandwastewatertreatmentsystems.Cyperusalternifoliusfloating-bedsandconstructedwetlanddomesticsewage
treatmentsystemswereestablishedinplastictanks(67 cm×51 cm×40 cm)inSouthChinaNormalUniversity.
TheseasonalchangesofgrowthcharacteristicsofC.alternifoliusinplantfloatingbedsandconstructedwetlandsys-
temsweresimilar.C.alternifoliusmaintainedhighgrowthratefromMaytoAugust, buthadlowgrowthratefrom
SeptembertoDecember.Thetilers, numberandporosityoffirst-classlateralrootsofC.alternifoliusinplantfloat-
ing-bedsweregreaterthanthoseinconstructedwetlands, butplantheight, basaldiameter, lengthandwidthof
leaf, lengthanddiameteroffirst-claslateralrootofC.alternifoliusinplantfloating-bedswerelessthanthosein
constructedwetlands.ThebiomassofC.alternifoliusinplantfloating-bedsweregreaterthanthoseinconstructed
wetlandsinAugust, butlowerinDecember.
Keywords:Cyperusalternifolius, plantfloating-bed, constructedwetland, porosity, growthcharacteristics
【责任编辑　成　文】
102 华 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 2011年