全 文 ：农业环境科学学报 2008,27(2):736-740
JournalofAgro-EnvironmentScience
摘 要:以陆生观叶植物红叶甜菜为材料研究其对不同富营养化水体氮磷的去除。在冬季低温条件下,采用浮床无土种植方法,以
鱼塘、华家池和污水处理厂二级出水3种水体代表不同类型的富营养化水体,在其中种植红叶甜菜去除水体中 N、P,以实现在有景
观效果的同时净化水体。结果表明,红叶甜菜对这3种污水中不同形式的氮磷都有较好的去除效果。在试验结束时,对鱼塘水体
TN、NH+4-N、NO-3-N、PO3-4-P和TP去除率分别达到了85.72%、85.41%、93.70%、92.64%和84.24%;对华家池水体相应氮磷化合物去
除率达到了 87.42%、80.62%、87.73%、80.42%和 81.74%;对二级出水相应的氮磷去除率分别也达到了 49.93%、60.54%、48.45%、
59.54%和58.44%。红叶甜菜对各供试富营养化水体表现了良好的适应性。
关键词:观叶植物;花卉;红叶甜菜;氮;磷;富营养化水
中图分类号:X524 文献标识码:A 文章编号:1672-2043(2008)02-0736-05
收稿日期:2007-04-01
基金项目:教育部重大培育基金(705-824);浙江省科技厅重点攻关项
目 (2005C22020)
作者简介:熊集兵(1976—),男,在读博士,主要从事污水处理研究。
E-mail:xiongjib108@163.com
通讯作者:杨肖娥 E-mail:xyang581@yahoo.com
低温条件下陆生观叶植物红叶甜菜去除不同富营养化
水体氮磷的效应
熊集兵 1,4,刘春法 2,杨肖娥 1,常会庆 1,3,何振立 1
(1.环境修复与生态健康教育部重点实验室,浙江大学环境与资源学院,浙江 杭州 310029;2.临安市污水处理有限公司,临安市建
设局,浙江 临安 311300;3.河南科技大学农学院,河南 洛阳 471003;4.中国矿业大学环境与测绘学院,江苏 徐州 221008)
EfectsofTerraneousOrnamentalFoliagePlant,BeetonNitrogenandPhosphorusRemovalfromDiferent
EutrophicatedWaterUnderLowTemperature
XIONGJi-bing1,4,LIUChun-fa2,YANGXiao-e1,CHANGHui-qing1,3,HEZhen-li1
(1.MOEKeyLabofEnvironmentalRemediationandEcologicalHealth,ColegeofEnvironmentandResourceScience,ZhejiangUniversity,
Hangzhou310029,China;2.CompanyofLinanSewageWaterTreatment,ConstructionBureauofLin′an,Lin′an311300,China;3.Colegeof
Agriculture,HenanUniversityforScienceandTechnology,Luoyang471003,China;4.SchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformat-
ics,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China)
Abstract:Theremovaleficiencyofnitrogen(N)andphosphorus(P)fromthreekindsofeutrophicatedwaterbyteraneousornamentalfoliage
plant-beetonfloating-bedswasresearchedunderlowtemperature.TheresultsshowedthatbeetwasefectiveinremovingTN,NH+4-N,
NO-3-N,PO3-4-PandTPfromfishypond,Huajiapondandsecondaryefluentunderlowtemperatureinwinter.Theaverageremovalrateswere
85.72%,85.41%,93.70%,92.64%and84.24%respectivelyforTN、NH+4-N、NO-3-N、PO3-4-PandTPfromfishypond,andwere87.42%,
80.62%,87.73%,80.42%and81.74%respectivelyforTN、NH+4-N、NO-3-N、PO3-4-PandTPbybeetfromHuajiapond.Eveninsecondaryef-
fluentwithhighconcentrationofNandP,thebeetalsoshowedhighremovalrate,andtheaverageremovalratereached49.93%,60.54%,
48.45%,59.54%and58.44%respectivelyforTN、NH+4-N、NO-3-N、PO3-4-PandTP.Moreover,thebeetcangrowwelinthethreetypesof
eutrophicatedwater.
Keywords:ornamentalfoliageplant;floriculture;beet;nitrogen;phosphorus;eutrophicatedwater
目前,地表水富营养化的威胁已引起了全球性的
关注,而营养盐的过量尤其是氮磷的过量进入水体是
引起富营养化的主要原因之一。因此,对地表水氮磷污
染进行修复,控制地表水的进一步恶化已刻不容缓[1~3]。
由于地表水具有水量大、分布广等特点,传统的混凝
沉淀、吸附、萃取、离子交换、膜分离等处理工艺和设
备很难对其进行集中处理,这给地表水污染治理带来
了很大的难度。而植物修复技术具有成本低(仅为传
统物理和化学方法的 30%~50%)、处理效果好(去
第27卷第2期 农 业 环 境 科 学 学 报
除率可达99%以上)、对环境扰动小、操作简便等优
点,并且在处理设备和规模上基本没有限制,这一特点
尤其适合大面积地表水污染的修复治理[4]。
国内外对水生植物净化水体的研究很多,效果显
著。但水葫芦浮萍等水生植物由于容易过度繁殖,因
此老化死亡的植物残体的腐败与分解,会增加系统的
有机负荷,且管理不善也会造成不良后果[5]。有关学者
研究在富营养化水域表面以浮床技术种植粮油、蔬
菜、花卉等各种适宜的陆生植物,在收获农产品、美化
水域景观的同时,通过其吸收利用和吸附作用,富集
去除水体中过多的氮、磷元素,以达到变害为宝、化害
为利、净化水质且使水体产生良性循环的目的[6~10]。然
而,这些植物往往不耐低温在冬季容易死亡,达不到
连续净化水质的目的。本实验室经过多年的筛选发现
陆生的冬季观赏植物红叶甜菜可以很好地生长在富
营养化水体里,该植物的生长于第一年9月到第二年
4月。因此该研究选用红叶甜菜为材料,对不同富营
养状况的水体进行了冬季水体中氮磷的去除效果研
究,目的是为在低温条件下进行污染水体的修复提供
植物材料。
1 材料和方法
1.1试验设计
试验在浙江大学华家池校区进行。红叶甜菜由杭
州花卉市场购得,为生长一致的一个月的幼苗,污水
为杭州浙江大学华家池校区内鱼塘、华家池水和杭州
污水处理厂二级出水。各水体氮磷的浓度见表1,鱼
塘、华家池水属于富营养化水体,二级出水为胁迫氮
磷浓度水体。
试验设在有玻璃棚顶的网室里,相当于露天条件
下的光照和温度,试验容器采用100L的蓝色水桶,
装水有效体积为75L。桶的外面被漆上黑漆以避免光
照的影响。每桶种植红叶甜菜6株,以塑料泡沫为载
体,植物均匀固定于载体上面,每隔 2～3d用重蒸馏
水添至一定的刻度以弥补由于蒸发而丧失的水分,在
整个试验期内不添加或更换任何污水。每个处理3个
重复。试验在12至1月份进行,试验期间,温度为-2～
10℃,每隔 7d取一次水样并进行指标测定,试验周
期为35d。
1.2生物量和检测方法
1.2.1生物量测定
红叶甜菜的生物量采用鲜重称量法。 初始时,
经自来水清洗过的红叶甜菜再用重蒸水清洗3～4遍,
吸干,每桶种植 6株红叶甜菜,共重(40.23±1.24)g,
试验结束后,再次称重,植物生长量=试验结束时植物
鲜重-实验开始前的植物鲜重。
1.2.2.水体的水质指标的测定
NO-3-N、NH+4-N和 PO3-4-P用氮磷自动分析仪进
行测定(AQ2+,SealAnalyticalLtd,UK);TN和 TP分
别采用紫外分光光度法以及钼锑抗法进行测定;植物
体的全氮用水杨酸-锌还原,再用自动定氮仪进行测定
(BüCHIDistilationUnit126,Germany);植物体的全
磷先用H2SO4-H2O2消煮,再用钒钼黄法进行测定[11]。
1.3数据分析
处理的平均值之间的差异用单因素试验统计分
析(P<0.05),分析软件为DPS3.01。
2 结果和讨论
2.1红叶甜菜在富营养化水体的生长状况
红叶甜菜在供试水体中的生长情况见表2。红叶
甜菜在3种供试水体中都能正常生长。经过一个多月
的生长,其株高、根长、鲜重等都有较大程度增加。其各
测定指标在不同供试水体中呈显著性差异(P<0.05)。
在华家池水体较高的 pH条件下表现了较好的耐污
性。二级出水中尽管氮磷含量都较高,但是由于较高
的氨氮以及其他矿质元素的缺乏,同时还存在汞、铬
等重金属以及有机物污染,限制了植物的生长,尤其
是植物的根受到抑制。而从红叶甜菜在污水处理厂二
级出水的生长情况看,尽管与在鱼塘和华家池生长相
比生长较差,由于二级出水氮磷的浓度属于胁迫浓
度,一般植物是无法生存的,而红叶甜菜在冬季低温
不利条件下,生长量却有一定程度的增加。因此,红叶
表1试验水体水质指标
Table1Thequalityparametersofexperimentalwater

 pH COD /mgL TN /mgL NH


-N/mgL NO

-N/mgL PO

-P/mgL TP/mgL

7.37 11.37 1.642 0.406 1.35 0.1988 0.258

8.46 8.89 2.783 0.567 2.05 0.1316 0.378

7.24 40.75 18.004 11.355 1.125 2.4052 0.886

737
2008年3月
表2红叶甜菜在供试水体中的生长情况
Table2Thegrowthofbeetineutrophicatedwater

 /cm
 /cm
 /g
  /g


26.35 ± 2.12 26.12± 2.97 140.11± 9.24 22.58± 2.24

22.56 ± 2.46 22.04± 3.21 106.60± 11.32 19.01± 2.79

15.35 ± 1.87 15.07 ± 1.28 80.27 ± 6.35 14.26 ± 1.26

注:表中同一列中不同小写字母表示差异显著,以下同。
甜菜对二级出水还是表现出了较好的耐污性。
2.2不同富营养化水体植物体TN、TP浓度
由表3可知,红叶甜菜在不同供试水体中植物体
内的 TN、TP呈显著性差异 (P<0.05),植物体内的
TN和TP和各供试水体的初始TN、TP浓度呈正相关
(表1)。此外,鱼塘水的红叶甜菜生长最快(表2),
而植物体内的TN、TP的浓度最低,这表明植物体内
的氮磷的浓度除了与供试水体的初始TN、TP的浓度
有关外,还与植物的生长呈负相关。因为在一定初始
浓度的氮磷的供试水体中,植物生长快相当于降低了
植物体内的氮磷的浓度,这与实验结果也相符。
2.3红叶甜菜对水体TN去除
由图 1可知,红叶甜菜处理的鱼塘水、华家池水
体中TN的去除率分别为87.51%和87.42%,而二级
出水这样胁迫氮磷浓度水体,红叶甜菜处理的TN的
去除率也能达到49.43%。一般植物在超富营养化水
体就表现出较低的TN去除率,在胁迫氮磷浓度水体
几乎无法生存。在75L的水桶中红叶甜菜处理的鱼
塘、华家池和二级出水中 TN的绝对去除量分别为
70.91、133.54和 371.55mg,可见红叶甜菜对不同营
养状况水体中总氮的去除存在不同的去除效果。TN
绝对去除量与水体中的TN的初始浓度呈正相关。此
外,TN的绝对去除量与各供试水体的酸碱程度、有机
物以及水体中重金属元素含量对红叶甜菜的影响也
有关。由表3可知,在低浓度TN富营养化水体的条
件下,水体的TN主要是通过植物直接吸收去除的。
而在二级出水这样极度富营养化水体中,除了植物吸
收较少部分外,水体中减少的总氮主要是以 NH3的
挥发、硝化、反硝化作用与植物根系对颗粒物质的截
获和沉淀等途径去除,而且,硝化和亚硝化菌可以附
着在植物根系的表面,因为植物根系可以提供较大的
用于微生物吸附点,这些条件都有利于总氮的降低。
2.4红叶甜菜对水体NO-3-N和NH+4-N的去除
由图2、图3可知,红叶甜菜处理的鱼塘水、华家
池水体中 NO-3-N去除率分别达到 93.70%、87.73%;
NH+4-N的去除率分别为85.41%、80.62%;红叶甜菜
处理的二级出水水体中 NO-3-N和 NH+4-N的去除率
也达到60.54%和48.45%。而在75L水桶中,红叶甜
菜处理的鱼塘水、华家池和二级出水中NO-3-N的绝
对去除量分别为64.54、86.81和170.48mg;NH+4-N绝
对去除量分别为9.11、5.18和68.36mg。这表明红叶
甜菜对较高浓度的NH+4-N良好的适应性。由于高浓
表3红叶甜菜在供试水体中植物体内TN、TP的浓度及去除量
Table3TheconcentrationsofTNandTPinbeetandtheremovalamountofTNandTPfromeutrophicatedwater

 TN / TP / TN/mg
 TP/mg


0.4000.095 61.6414.63

0.8750.135 103.95 16.34

1.035 0.350 73.38 24.82

熊集兵等:低温条件下陆生观叶植物红叶甜菜去除不同富营养化水体氮磷的效应738
第27卷第2期 农 业 环 境 科 学 学 报
度的NH+4-N有一定的毒害性,一般植物不易存活。各
供试水体中 NO-3-N和 NH+4-N绝对去除量与各供试
水体的初始浓度呈正相关。除了植物对 NO-3-N和
NH+4-N的直接吸收外,各水体的 NO-3-N、NH+4-N主
要是分别通过反硝化和硝化作用去除的,此外,与一
定程度NH3的挥发也有关。
2.5红叶甜菜对水体TP和PO3-4-P的去除
红叶甜菜对供试水体中的 TP、PO3-4-P的去除效
果见图4和图5,红叶甜菜处理的鱼塘水、华家池水、
二级出水中 TP减少 84.24%、81.74%和 58.44%;
PO3-4-P分别去除92.64%、80.42%和59.54%。在75L
水桶中,红叶甜菜对鱼塘水、华家池和二级出水TP
的绝对去除量分别为 15.79、21.60和 30.64mg;
PO3-4-P绝对去除量分别11.81、16.20和21.34mg。由
于各供试水体中的P主要是以PO3-4-P存在的,所以
TP的去除和PO3-4-P呈一定的正相关性。由表3可知,
TP和PO3-4-P的减少主要通过植物的直接吸收获得,
除了与植物吸收有关外,微生物的吸收利用或许是一
个因素,因为植物根际支持大量的微生物群落[12],在植
物根系的好氧区由于提高吸附反应可以增加磷的去
除[13]。水体中每日pH变化也对磷的有效性起着重要
的作用[14],高 pH条件下可以与 Ca离子发生沉淀反
应。结果还表明植物的系统更有利于总磷的降低。
3 结论
红叶甜菜对供试的富营养化以及胁迫的氮磷浓
739
2008年3月
度水体中氮、磷都表现出了较好的去除效果。各种形
态氮、磷的去除率基本与水体的初始浓度成负相关;
去除总量则与水体初始浓度呈成正相关。在低氮、磷
浓度下,水体氮、磷主要通过植物直接吸收获得,而在
高浓度氮的水体中,微生物的硝化反硝化以及氨的挥
发将起主要作用。此外,红叶甜菜是一种良好的陆生
观赏性植物,同时,由于红叶甜菜又是一种集色素原
料、蔬菜、观赏于一体的经济植物,在富营养化水面种
植不仅能修复水生生态环境,而且能产生一定的经济
价值。所以,红叶甜菜修复富营养化水体将具有广阔
的应用前景。
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