全 文 ：灌木柳对污水氮元素净化的时效及量效
石 磊，王陈路* ，乔 出，黄 成，刘茂松＊＊ (南京大学生命科学学院，江苏南京 210093)
摘要 ［目的］模拟静态人工湿地环境，移栽灌木柳，研究其对污水中氮元素的净化效率。［方法］在时效试验中设立半年栽组(HY组)、
半月栽组(HM组)和无柳对照组(C组)，在量效试验中设置 3棵 /箱组、6棵 /箱组、9 棵 /箱组和无柳对照组，来检测污水浸入后氨氮、硝
氮的变化趋势。［结果］时效试验中 HY组效果最好，灌木柳扦插期越长，对氨氮的净化率越高。量效试验中 6 棵组和 9 棵组的净化率
均达 95%净化目标。［结论］最佳量效和最短时效分别为 17棵 /m2(6棵 /箱)和 1 d。
关键词 灌木柳;扦插期;氨氮;硝氮;净化效率
中图分类号 S792． 12 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2013)34 －13364 －02
Effect of Salix saposhnikovii on the Nutrition Ｒemoval from Polluted Water
SHI Lei et al (School of Life Science，Nanjing University，Nanjing，Jiangsu 210093)
Abstract ［Objective］ To simulate static artificial wetland environment，transplant shrub willow，the purification efficiency on nitrogen in
sewage was studied． ［Method］ In aging test，setting half year group(HY group)，half month group(HM group)and blank control group(C
group)，in dose response test，setting 3 trees /box，6 trees /box，9 trees /box and blank control group，the variation trend of NO4-N and NO3-
N was determined． ［Ｒesult］In aging test，HY group has the best effect，the longer of shrub willow cottage period the NO4-N removal rate is
higher． In dose response test，the purification rate of 6 trees /box，9 trees /box can up to 95% ． ［Conclusion］The best planting density was 17
trees /m2(6 tree /box)and the shortest purification time was one day．
Key words Salix saposhnikovii;Cuttings period;NO4-N;NO3-N;Purification efficiency
基金项目 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07210-003-
004)子课题;国家自然科学基金委项目(NSFCJ1103512)。
作者简介 石磊(1987 －) ，女，回族，山东泰安人，硕士，研究方向:水生
生物学。* 并列第一作者:王陈路(1991 －) ，女，江苏南京
人，硕士，研究方向:动物学。＊＊通讯作者，副教授，从事
生态学方面的研究。
收稿日期 2013-11-01
氮元素是引起水环境富营养化的主要元素之一，氨氮、
硝酸盐氮、亚硝酸盐氮在水中能相互转化，氨氮和硝氮是水
污染检测中的 2种重要指标［1 －2］。植被生态修复是湖泊及
河流污染修复的重要途径之一，水生植物有独特的生理形态
特征，其根系能够通过吸收、吸附等方式净化水质，并且有利
于维持湿地环境的生态平衡［3 －4］。国内外存在利用水生植
物净化污水氮元素的大量研究，其中针对挺水植物和沉水植
物等的研究较多［5 －9］，而对根系生长在水中的木本植物净化
的研究也正日益受到重视［10 －11］。此外，石磊等［12］的研究表
明灌木根系的庇护作用和营养平衡作用能显著提高克氏原
螯虾幼虾的存活率。国外曾报导过柳树对生活污水和农田
灌溉用水的净化作用，瑞典已连续多年开展利用柳树作为植
被滤器的研究［13 －14］。
灌木柳泛指杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix L．)的灌木，
其种类繁多，适应性强，分布广泛［15］。灌木柳生长周期较
长，与其他水生植物相比更易于管理。由此，笔者利用模拟
静态人工湿地的方法，研究灌木柳对污水中氮元素时效和量
效两方面的净化功能，旨在为灌木柳在污水净化方面的深入
研究奠定基础。
1 材料与方法
1． 1 材料
1． 1． 1 植物材料。取 2010 年冬季栽培的灌木柳及江苏省
林业科学院现有灌木柳品种重新栽培，修剪灌木柳的枝叶，
设定株高为 100 cm，中段直径为 1． 2 cm，抽样检测干重为
52. 6 g /株。半年栽培灌木柳组的灌木柳培育时间为 6个月，
半月栽培灌木柳组的培育时间为 15 d。
1． 1． 2 主要仪器。HACH DＲ2800 水质分析仪和配套的消
解仪。
1． 2 方法
1． 2． 1 时效试验。2011 年 7 月底，在林科院温室内安置规
格为(70 cm ×50 cm ×50 cm)的培养箱 9个，在 2个扦插期的
时效试验中设立半年栽组(half year group，即 HY 组)、半月
栽组(half month group，即 HM组)的实验组和对照组(control
group，即 C组) ，每组3个重复。在每个水箱底部依次铺入碎
砂 5 cm，泥土 15 cm，加水至泥土上沿，静置，然后将 2个实验
组中的灌木柳均匀栽培在培养箱中，每个培养箱 6棵。配制
Ⅴ类水注入培养箱，每箱 50 L(约 15 cm高)。然后于第 1、2、
3、4、6天取水样，测定水样中氨氮、硝氮等水质指标。
1． 2． 2 量效试验。2011年 9月，在林科院温室内安置与时效
试验相同规格的培养箱 12个，分别为 3棵 /箱组、6棵 /箱组、9
棵 /箱组和对照组，所用灌木柳皆为半年栽培柳树，每组 3个重
复。操作方法与时效试验一致，测定氨氮、硝氮等水质指标。
1． 2． 3 V类水的配制。依据国家 GB 3838 － 2002 地表水环
境质量标准配制 V 类水，配方为:KNO3:4． 92 mg /L(其中氮
含量为 0． 68 mg /L) ;NH4Cl:7． 64 mg /L(其中氮含量为 2
mg /L) ;KH2PO4:1． 76 mg /L(其中磷含量为 0． 4 mg /L)。
1． 2． 4 净化率的计算。净化率 =(初始浓度 －实际浓度)/
初始浓度。
1． 2． 5 数据分析。以 SPSS18． 0 对试验结果进行统计分析，
采用独立样本 T检验分析灌木柳对氨氮等的净化率的差异性。
2 结果与分析
2． 1 时效试验 由表 1和 2可知，对氨氮的净化方面:净化
1和 6 d后，半年栽组和对照组均有显著性差异(P ＜ 0． 05) ，
净化 2 d，半年栽组与半月栽组有显著性差异(P ＜ 0． 05) ;对
责任编辑 朱琼琼 责任校对 况玲玲安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2013，41(34):13364 － 13365，13389
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2013.34.035
硝氮的净化方面:5 d之内，半年栽组、半月栽组、对照组的净 化效果之间均无显著性差异。
表 1 不同试验处理组不同时间氨氮质量浓度
试验处理组
不同时间氨氮浓度∥mg /L
2011． 7． 29 2011． 7． 30 2011． 7． 31 2011． 8． 1 2011． 8． 2 2011． 8． 4
半年栽组 2 0． 18 ±0． 05 0． 11 ±0． 04 0． 09 ±0． 05 0． 07 ±0． 01 0． 08 ±0． 01
半月栽组 2 0． 66 ±0． 24 0． 31 ±0． 03 0． 22 ±0． 11 0． 23 ±0． 12 0． 22 ±0． 11
对照组 2 0． 81 ±0． 15 0． 34 ±0． 15 0． 25 ±0． 10 0． 25 ±0． 11 0． 27 ±0． 07
表 2 不同试验处理组不同时间硝氮质量浓度
试验处理组
不同时间硝氮浓度∥mg /L
2011． 7． 29 2011． 7． 30 2011． 7． 31 2011． 8． 1 2011． 8． 2 2011． 8． 4
半年栽组 0． 68 0． 37 ±0． 25 0． 27 ±0． 06 0． 27 ±0． 15 0． 17 ±0． 12 0． 13 ±0． 06
半月栽组 0． 68 0． 50 ±0． 10 0． 13 ±0． 15 0． 13 ±0． 23 0． 17 ±0． 21 0． 10 ±0． 17
对照组 0． 68 0． 50 ±0． 17 0． 47 ±0． 41 0． 23 ±0． 40 0． 20 ±0． 26 0． 13 ±0． 23
2． 2 量效试验 从表 3可看出，对氨氮净化方面:3 d之内，
各实验组氨氮浓度与对照组均有显著性差异(P ＜ 0． 05) ，实
验组之间则无显著性差异。由此可见，栽种灌木柳对氨氮有
显著的净化效果，从净化 1 d的数值上来看，6 棵组和 9棵组
净化氨氮的效果分别大于3棵组的4倍和7倍。从表4可看
出，对硝氮净化方面:第 1 天，3 棵组和 6 棵组之间有显著性
差异。其他各组之间在2 d之内对硝氮的净化效果均无显著
性差异。
表 3 不同试验处理组不同时间硝氮质量浓度
试验处
理组
不同时间氨氮质量浓度∥mg /L
2011． 9． 23 2011． 9． 24 2011． 9． 25 2011． 9． 26
3棵组 2 0． 46 ±0． 40 0． 18 ±0． 23 0． 15 ±0． 05
6棵组 2 0． 09 ±0． 03 0． 09 ±0． 07 0． 12 ±0． 01
9棵组 2 0． 06 ±0． 03 0． 10 ±0． 04 0． 11 ±0． 04
对照 2 1． 21 ±0． 11 0． 85 ±0． 13 0． 55 ±0． 11
表 4 不同试验处理组不同时间硝氮质量浓度
试验处
理组
不同时间硝氮质量浓度∥mg /L
2011． 9． 23 2011． 9． 24 2011． 9． 25 2011． 9． 26
3棵组 0． 68 0． 47 ±0． 21 0． 33 ±0． 06 /
6棵组 0． 68 0． 33 ±0． 06 0． 33 ±0． 15 /
9棵组 0． 68 0． 17 ±0． 29 0． 20 ±0． 17 /
对照 0． 68 0． 53 ±0． 15 0． 53 ±0． 15 /
3 讨论
3． 1 关于检测指标和方法的选择 栽植半月的灌木柳根系
的发育程度不及栽植半年的，但也可达到净化水质的目的。
有研究发现嵩柳能有效降低污水中的总氮含量，总氮包括氨
氮、硝氮、亚硝氮等成分［10］，而氨氮对水中的水生动物有危
害［12 －17］。鉴于氨氮、硝氮等成分在水中可相互转化，所以，
笔者在试验中研究了灌木柳对氨氮和硝氮的净化作用。林
惠凤等［11］通过测定柳树根茎叶中总氮含量的方法来推算柳
树对总氮的净化作用，但无法得知短时间内的净化效果。笔
者在试验中采取每天测定水环境中氮元素含量的方法，获得
短时间内灌木柳对氮元素的去除率，以作为分析时效基础。
3． 2 时效分析 植物对污水净化的时间效果尚无专题性的
文献报道，黄子贤等［7］利用 4种沉水植物进行氮磷的去除研
究，试验时间是 30 d。任文君等［17］在利用 4种沉水植物对富
营养化水体的氨氮净化试验中发现蓖齿眼子菜第 9 天对氨
氮的去除率接近 100%，而其他 3种则在 50%，21 d后 4种沉
水植物的氨氮去除率均小于 80%。但目前城市污水多采用
集中处理的方法，如何迅速净化大量污水是人们关注的焦
点。为得到净化的最佳时效(即尽可能短的时间) ，该试验每
天检测 1次，直至时效不明显。
从对氨氮的净化方面来分析:净化 1 d 后，半年栽组就
能达 90%的净化效果，且与对照组的氨氮有显著性差异。净
化 2 d后，半年栽组对氨氮的净化效率为 95%且显著大于半
月栽组。在净化 3 d后 3组数据逐渐趋于平缓，彼此之间已
没有差异。结果表明时间过长效果并不好，也不符合迅速净
化的要求。
从对硝氮的净化方面来分析:1 d后半年栽组对硝氮的
净化效率(45． 6%)为半月栽组和对照组净化率(均为
26. 5%)的 1． 7 倍;2 d 后半年栽组(60． 3%)和半月栽组
(80. 9%)的净化率均约为对照组的 2． 0 ～2． 7倍，净化 6 d后
各组硝氮的去除率几乎相同。而在硝氮绝对值统计检验中，
净化 1 ～6 d期间，各组之间均无显著性差异(P ＞ 0． 05) ，可
能是由于重复太少，误差太大。虽然从数值上看，半月栽组
在 2天后对硝氮的净化效果最好，但为达到最短时效的目
的，可选择用半年栽组对硝氮净化 1 d时间。
3． 3 量效分析 从对氨氮的净化方面来分析:3个实验组第
1天净化的效率最高，之后基本不变。3 d 时间里，3 个实验
组的氨氮浓度与对照组均有显著性差异(P ＜ 0． 05) ，但是 3
棵组、6棵组、9棵组之间无显著性差异，这说明各组灌木柳
均对氨氮有净化效果，从数值上看，净化 1 d后，6 棵组和 9
棵组高于 3棵组，说明灌木柳的数量对净化氨氮的效果有影
响，但为达到资源利用节约化，最佳的栽培密度应为 17
棵 /m2(6棵 /箱)。
从对硝氮的净化方面来分析:净化 1 d后 3 棵组和 6 棵
组之间在统计检验中有显著性差异(P ＜ 0． 05)。从数值上
看，对照组、3棵组、6棵组、9棵组的净化效果依次升高，但 6
棵、9棵组的净化效果相差不明显，表明本次试验模拟的人工
湿地系统中柳树为 6 棵时，数量已达到饱和，再增加密度并
不能提高其净化效果。
柳树净化水体，其效果与其初始生物量有关，崔丽娟
(下转第 13389页)
5633141 卷 34 期 石 磊等 灌木柳对污水氮元素净化的时效及量效
图 4 料液比对玉米秸秆纤维素含量的影响
0． 7 MPa，恒温时间为 60 min，料液比为 1∶ 12。在此最佳工艺
条件下，提取的玉米秸秆纤维素的含量可达 84． 94%。
表 2 L9(3
4)正交试验结果
序号
因素
A B C D
维素含量
%
1 1 1 1 1 77． 80
2 1 2 2 2 84． 76
3 1 3 3 3 72． 29
4 2 1 2 3 81． 75
5 2 2 3 1 74． 12
6 2 3 1 2 82． 85
7 3 1 3 2 76． 30
8 3 2 1 3 77． 84
9 3 3 2 1 76． 26
K1 78． 28 78． 62 79． 50 76． 06
K2 79． 57 78． 91 80． 92 81． 30
K3 76． 80 77． 13 74． 24 77． 29
Ｒ 2． 77 1． 78 6． 69 5． 24
2． 3 验证试验 按上述工艺进行 3 次平行试验，测得纤维
素含量分别为 83． 52%、85． 32%、84． 74%。表明纤维素含量
无显著性差异，玉米秸秆纤维素的提取工艺重现性好。
3 结论
该研究应用单因素考察和正交试验，得到高压蒸煮法提
取玉米秸秆纤维素的最佳工艺条件:NaOH溶液的质量分数
为 12 %，压力为 0． 7 MPa，恒温时间为 60 min，料液比为 1∶
12，此工艺组合下提取的秸秆纤维素含量达 84． 94%，具有巨
大的社会经济效益。该研究为提高秸秆纤维素的利用率提
供了试验基础，为后期研究玉米秸秆纤维复合材料提供了参
考依据。
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73 －77．
(上接第 13365页)
等［10］研究蒿柳对重度富营养化水体中氮磷的去除效果时已
考虑到该因素，采用初始生物量为株长 30 cm，密度 4 棵 /m2
的蒿柳，但该试验未设置不同的生物量梯度，而笔者在试验
中设计了 3个不同的生物量梯度，探索了灌木柳的最佳栽培
密度。
由时效和量效试验的结论可知，灌木柳对治理氮元素污
染方面有很好的效果。灌木柳扦插期越长，对氨氮的净化率
越高，时效越短。用扦插期为半年的灌木柳净化污水，灌木
柳的最佳栽培密度为 17 棵 /m2(6 棵 /箱) ，最短净化时效为
1 d。同时，可有效的利用氮元素的营养，实现灌木柳的经济
生产价值。
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