全 文 ：第 19卷第 2期
1999年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOI OGICA SINICA
VoI．19，N o．2
M8r．。l999
人工污水中的磷在模拟秋茄湿地
系统中的分配与循环
陈挂鞋．
【广州师范学院l车物系 广州 510400) (中山大学环境科学研究所
黄玉 山
[香港科技大学研究中心 香港清水湾)
天 J3，L
7fjIr Z
广州 510275)
谭凤仪
(香港城市理工大学应用科学系 香港九龙1
摘要 在温室中建立模拟秋茄湿地系统．古底泥 潮汐海水和 1年生秋 茄苗 对照组厝 15‰的凡工海水，污
水址理组分别用正常、5倍和 1o倍维麈的凡工污水每周定时、定量对模拟系统污瑾 2捉 ．持续 1a，用 研究 P
在系统中的分配与循环 结果表明；加凡系统的污水中的 P主要存留在土壤中，留存于植物体和凋落 叶中的
很少；植物吸收土壤或污水中的 P在污水处理组中 ，以叶中含量最大 ，与对照组以根古量最高有明显的区别；
对照组及 3个污水处理组 P元素的周转期依次为 6．7a、8 2a、9．2a和 5．8a 模拟系统对污水中P的净化效应
在 3个污水处理组 中依次为 88．71 89 24 和 88 34 。
}麓词：曼萱，遵垫垂些墨绩， ! ，壁五童撮珏 红柑
ALLoCATloN AND ClRCULATloN 0F PHoSPHoRUS
IN ARTIFICIAL W ASTEW ATER W ITHIN A
SIM ULATED M ANGRoVE W ETLAND SYSTEM
M IA0 Shen—Yu
(￡ 舭 村 。，Biology，Guangzh~ Teache# Colege，Guangzhou，510400，Ch ina )
CHEN Gui—Zhu
fResearch lns~tute E~ ironraental Science，Zhongshan University，Guangzhou，510275，China)
W oNG Yuk—Shan
Re~earc6 C~tre／Biology Departmor~．Hong 删g Uniwrsity Science andT*ch~ logy，HongK~ g，cMnu)
TAM Nora Feng—Yi
(Department of Biology and Chemistry cn University Hang Kong—HongKong Ch ina
Abstract A greenhouse experiment was performed to research the behaviour of phospho—
YUS in artificial wastewater within a simulated mangrove wetland system It consisted of
one—year old seedlings of Kandelia candel，sediment and tidal water．Three treatmen|of aF—
tificial wastewater with different concentrations，namely C1，C5 and C Lo，were discharged in一
1o the system．C L had the characteristics and strength similar to normal municipal sewage
while C5 and C L0 contained five and ten times of the nutrients and heavy metals as that in
* 国家 自然科学基金(39470131)和香港科技大学研究基盎资助项 目。
收稿 日期：1996-11-14，修改稿收到 日期 ：1997 o7 02，
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2期 缪绅格等 ：人工污水中的磷在模拟秋茄湿地 系统 中的分配与循环 237
C1，respectively．ArtificaI seawater of 1 5 。salinity was used as the contro1．The contents of
total phosphorus in tidal waters，sediments，seedlings and litters were determined．Results
showed that the total phosphorus in artificial wastewater discharged into the systems stag
nated mainly in soft subsystem and only small amount in seedlings and litters．In wastewa
ter treatment groups，the total phosphorus which were assimilated by seedlings retented
mainly in living leaves，differing from the control group which were mainly in roots．In the
control，C1，C；and C1。groups，the circulation times of phosphorus uptaken by seedlings
were about 6．7 years，8．2 years，9．2 years and 5．8 years．respectively．They were shorter
than that of 20 years Kandelia community．The removal rate of phosphorus by the wetlamt
system were 88．71％ ，89．24 and 88．34 ，respectively in C ，C5 and C groups．
Key words KandeHa candet，mangrove wetland system ，wastewater，phosphorus circuta
rion．
红树林是热带、亚热带潮间带的优势植物群落 ，对高盐度和水渍环境 有很好的适应性 ，并能耐受高浓
度的营养物 和重金属 -。Boto等认为 ，给红树群落旌加 N、P会促进植物生长和引起组织 中营养元素含
量上升Ⅲ 红树林招泽对稀释的有机 暖水具较大净化惜力 ．其底泥一般沉积较多的暖水污染物 。另有研
究认为，污水会导致红树植物群落消失 ，或目影响光台速率 、叶绿素含量和酶活性而引起植物死亡 =作
者曾研究人工城 市污水对红树植物秋茄生长的影响及营养元素 N在模拟秋茄湿地系统 中的行为[a-t0。．本
文旨在讨论人工污水中P在模拟系统中的迁移循环和净化效应，以研究该系统对污水中营养污染物 P的
承受力
l 材料与方法
1．1 实验材料
试验用植物材料为深圳市幅田红树林优势种之一 稠藩叶取走②
的秋茄 Kandetia candet(L．)Druce 1年生幼苗．隶属
于红树科，从深圳运回广州玻璃温室试验盆中种植。
1．2 模拟试验 方法
每十模拟湿地系统由 3个试验盆 (平行处理 )和
1十潮汐海水盆 组成 (均 由 PVC塑辩 板制戚 ．容积
为：0．75m(长 )×0．5m(宽)X O．4m(高 )。每盆 装
1000kg(风干重 )红树林底泥 ，均 匀种 植秋茄 15株
模拟半 日潮汐于每天 24h内两涨两退。用海盐 加纯
水 备而成 的人工潮汐海水盐度 l5‰ ，每 2个 月更
换 1次．期间常用纯水补充目蒸发而丧失的水分 试
验对照组不灌污水(以c。表示)，其余 3组分别灌正
常(c )、5倍(cs和 】0倍(c，。)浓度的人工 污水。每周
2次 ，每次 1．75L／盆 ．均匀排放，持续 la 模拟系统中
各子系统的相互关 系见图 1。
I．3 人工污水配备方法
参加“f亏术综合撵放标准．in 7及实测的香港城市
污 水中的污染物 含量(N、P为主要的营养污染物)，
确定 L亡配制的正常浓度污水 (C )的成分 (表 n
系
统
边
界
① L体 -_—咏子系统@—J
污灌 潮汐水加入与排出@
图1 模拟社茄湿地系统厦其边界方框图
Fig．1 Compartments l】】of K 口 wetland syst~
and its b0un
①Systeal boundary，②In liters，@Ham sul~ystern，④Soil
~ology and nonh／olegy sub 廿n．@Water subsystem，@
WastewateT．inputed 皿 d outputed of tides
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238 生 态 学 报 19卷
1．4 样品采集与分析测试方法
每 两个月更换潮汐水时每盆取水样 1十并记录潮汐水体积，水 中总 P用氯化亚锡(SnCI )还 原法测
定
实验前和灌污实验结束时每盆土壤取样分 七层(0～15cm层)高(潮汐盆颤斜 角放置 ，高端为高)、上
低、下层(16~30cm)高和下低 4个 。试验前所用土壤取 自深圳福田红树林 ，经处理使土壤容重相等后使用。
采样飘干磨研过 60目筛，总 P用 HC[O H SO 消化法消化，定容 fi0ml，用钼锑抗比色法测定
植物样品取试验前、后的植株洗净，分根、旺轴、茎和叶不同器官在 60℃下烘干，研磨过 60目筛；凋落
叶随时收集洗净烘干，每月汇总；样品用于测定生物量的部分在恒温 105 C F烘干至恒重。其处理、消化、分
析方法与土壤相同。
2 结果与讨论
2．1 水中含 P量的变化
经过 1年 6提对模拟系统 潮汐水体积及
总 P浓度的测定 ，计 算得 1年内系统排水所
带走的单位面积总P量如表 2。表 2中的存留
量 一总加入量一总排 出量 ，即存留于土壤一植
物 (含调落叶)子 系统的值 每个模拟 系统(每
组 3盆)的 面积为长 0．7tim×宽 o．5m×3—
1．125m 。加入量的计算 ，每 2十月c 组总 P
加 入 量 为 16(提 )×10．0mg／L×5．25L一
840rag；cs和 c 擅1分别在此基础上乘以浓度
表 2 1年内系统中总 P加人量，排出量和存留量(g／m。)
Table 2 Inputed，outputed and remained amount of total
P in the system during ODe year period
系数 5或 10，各污水处理组也应同时考虑到对照组 C 。的加入量 8mg(每次加入系统时测 定潮汐水平均含
P量 0．064mg／L，每次 定量加 入海水体积 为 130L，每{炙由潮汐水共 带入总 P量为 0．~)64mg／1 ×130L一
8rag．即 0．007g／m )．则 C⋯C C 组的每 2个月实际加入量分别为 0．848g、4．208g、8．408g，换算 为单位面
积时依提为 0．754g／ra。、3．740g／m。、7．474g／ra ，表 2中的加入量在此基础上再乘 以 6提 (1年的 总量)。
由于水体与土壤中 P元素存在吸附和解吸 (相当于不溶性和可溶性 P)的动态平衡 ，但 当加入含 P污
水时 ，该平衡会发生移动 ，经历一段时间后处于一种新的平衡状态，故表 2显示，各污水处理组因更换潮汐
承所排出系统的可溶性 P量随着污水处理浓度的增大而有明显的升高趋势。
2．2 土壤含 P量的变化
土壤总 P量的测定结果见表 3。每组土壤烘干重根据测定 ，其风干土含水量平均为 4．78 ，则每组土
壤 的总烘干重=300kg(风干重)×(1—4．78％)=285 660kg 表 3中每组土壤的总 P量 (g／m )一每组土壤
的总重量 (即供干重 285．660kg)×土壤总 P 的平均值÷每组面积 (1．1 25m )。净增量指每组土壤中试验
后的总 P量减击试验前的总 P量(背景值)
表 3中c。的总 P净增量出现负值 ，是因为实验 1年 中未加入婿 水，虽然更换潮汐水时会带入一定量
的 P，但测得排出系统的潮汐水所含 P量更高(溶 出土壤中的可溶性 P)，且植物在生长过程中也会从土壤
中吸收 P。表 3中土壤含 P量背景值 D．026 ，低于台湾竹围红树林土壤 的 0．11 1] ，高于广西 的0．o1 5
和海南的 0．004 。由表 3可见，随着污水处理浓度的升高，土壤总 P量也有明显提高 ，即不同浓度污水
处理组之间存在显著性差异，说 明在土壤容量来饱和前 ，由污水所加入的营养污染物 P可 被土壤不断地
吸附 。
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2期 缪绅裕等：』、工污水中的磷在模拟秋茄湿地系统中的分配与循环 239
上高 High—upper
上慨 High—dowa
下高 Low upper
F低 Low down
0 026士0 002 0 。26 士0．O0l 0．027‘±0 002 0．036 士0 006 0 042 土0 007
0 025 土 0．001 0．028‘士 0 005 0．032 士 0．002 0．041 c士 0 002
c 026士 0 O01 0 027 士0．002 0 028 士 0 004 0．035 土 0．003 0 042 c土 0．004
0．025 ±0．002 0 027 士 0．003 0．032 士 0．005 0 041 c士 0．003
均 值 Mean( )
总 P量 Total—P(g／m )
净增量 Net itLc~ment(g／m。)
0．0260 0 0258 0．0275 0 0338 0 0415
66．O19 65．511 69．828 80．825 i n5．377
— 0 508 3 809 19．806 39．358
( =3)，每行技据间经方差分析 a、h、c之间存在显著性差异(P<0．05)．a．h and cindicatedtheywere significant dif
ferent at a probability levels of 0．05 according tO ANOVA test among different columns alter ⋯ ⋯
，
2．3 植物体含 P量的变化 ．
植物体含 P量的分析结果 见表 4。
表 4 秋茄幼苗各器官总 P含量( )
Table 4 Contents of total—P in different organs of Kandelia seedlings
* =3)，试验后同一器官各组间经方差分析·无显著差异 (P>o．05)．ThereⅥ retto slgnifieant different among
diferent treatment grou~ in the same plant orgaa accordiag to ANOVA
表 4反映了植物体各器官含 P量的高低依次为 ：叶>报>茎>胚轴 ，且都有随污水浓度上升而上升的
趋势 该顺序与前人的研究 ：成体含 P量 ，果>；由枝>叶>树皮>多年生枝>报>树干材的结果基本一
致。但试验 i年后，对照组植株的报要比成体的0．06 高，而叶赠比成体的0．15 低．可能与P元素在植
物体不同生长期 的分配有关 。表 4中方差分析的结果显示．各处理组植株之间含 P量无 明显差异 ．说 明营
养-污染物 P在实验 1年中不断加入模拟系统 表 5 1年中植物总 P的存冒量(g／m。)
并未对秋茄幼苗 的生长造成不利的影响 。 Table 5 Retentions of total P in plants during one year
根据试验 前随机选 出 2l株秩茄苗的生 period
物量 、茎高 、茎径 及各器官的重量 实测数据 ．
求得有关器 官的回归方程和相关关系 ]。然
后根据 回归方 程及每组 45株秋茄苗试验前 、
后的茎高和茎径求出各组植株各器官试验前
后的总生物量 ，并求 出每组植 物吾器官总干
重的增量 根据各组植物各器官含 P量 的增
量及各器官总干重 的增量求出 1年内植物从
土壤中吸收的总 P量(表 5未包括凋落叶部
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分 ，实为存留量)
表 5中可见 ，随着污水处理浓度的增加 ，存留于植物体的总 P量也有增加的趋势 ，表明在 一定范 围内一
秋茄幼苗可以不断吸收积累 P素以供生长发育需要 ．
2．4 凋落叶含 P量
污水处理期 间收集的各组凋落叶每月汇总统计出生物量 ，井分 析其含 P量 ， 求 出 1年 中凋落叶带走
的总 P量 (即归还量)，C。～c1擅l依次为 0．059g／m 、o 055g／m。、O．O52g／m。和 0．O?gg／m 。本研究测得的秋
茄苗凋落叶含 P量(O．061 ～0．1 24 ，平均 O．095 )．与戚体落 叶古 P量的 0．075 ～0．089 蜘相接近
或稍高
2．5 模拟系统中 P的分配
若不考虑模拟系统外的其它因素的影响 ，则总P在水体 、土壤及植物 3个子系境的分配见表 6。再假设
实际 由凋落叶带走的 P全部返 回土壤子系统 ，则可构成整个模拟系统 中P的循环。
表 6 模}l}c系统中 P的分配 (g／m )
Table 6 Distribution of total-P in sire ulated system
2．6 营养污染物 P在模拟系统中的循环
由表 4的含 P量乘 以各组植 株试验后 的 总干重 ，计算 出 Co～C 。组 植株 中总 P的现 存量 依次 为
0．39缸／m 、0．452g／ 、0．477g／m：和 0．460g／m 。固元素的周转期是以某元素在现存量 中的储存量与年凋
落物中元素重量的比率 ’，所以再结合凋落叶的总 P量 (表 6中落叶带走项)计算出 Co～c 。组植株 P元素
的周转期依次为 6．7a、8．2a、9．2a和 5．8a，均比 20年林龄的秋茄群落 P周转期的 10年短_I ，主要是因为
秋茄幼苗中 P的现存量较低 但表 6中显示植物中 P的现存量远大于凋落叶的归还量，故随着时间的推
移，秋茄幼苗体内P元素现存量有增大的 表7 模拟秋茄湿地系统对污水中P的净化效应( )
趋势 Table 7 Purifying rates of total—P in the simulated wetland
2．7 模拟湿地 系统对 人工污 水中 P的净 system
化效应
根据模拟 系统 中土壤、植物及整个 系
统的总 P加入量、排 出量及存 留量，可计算
出其净化污水中 P的能力 净化效应为土
壤或植物体中存 留的总 P量除 以由水体加
入的总 P量 (表 7) 因对照组( )未加入污
水 ，故不计算其净化率
表 7中可见，对污 水中的 P起净化作
用的主要是土壤 子系统 ，约占总净化效应
*括号内为占总教应的百分 比 The percentage soil or plato
tO total purifying rate in bracket一
的 94．87％～99．35 ，且随着处理的污水浓度增大，其主导作用越 明显。相对而言，植物的净化作用较 小，
只占总净 化率的 0．65 ～5．13 ，且污水浓度越大 ，其净化率越小 尽管在较短的时间内，植物对 P的净化
要 比土壤的净化率小，但植物会不断生长，并从水体和土壤Tg-统 中吸收 P索 ，故不能忽视 植物对环境中
P污染物的净化作用 。相反 ，土壤对 P素的吸附能 力在短期内表现显著 ，但毕竟有一定容量限度 。因此 ，把
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2期 缪绅裕等 ：人工污水中的磷在模拟秋 茄湿地系统中的分配与循环 241
植物和土壤结合为一个整体的湿地 系统 ，才可能对朽水 中的 I’起最有数长久的净化作用。模拟秋茄湿地 系
统对污水中的 P的总净化率稍高于 N的 23．50 ～83．88 ；而秋茄幼 苗对污水 中 P的吸收率与 N的
3 ～4 相 当 。
由于污水是综合性的指标 ，因此对于整个模拟 湿地系统 而言，除 r考虑营养污染物 P的影响外，还应
考虑 N及各种重金属对系统的影响 ，特别是它们的综台效应 研究表 明，尽管高堆度的人工污水对秋苗幼
苗的某些生理生态指标会有一定的影响 ，但植物体仍能维持正常的生长(高生长及生物量与对照组无明显
差异；甚至正常堆度污水处理组植株的生物量 明显高于对照组)，也未发现 明显的受害症 状l{ ]，说 明红树
植物秋茄幼苗对人工污水 (含较 多的重金属 )的抗性较强，能耐受较高堆度的营养污染物(P和 N)，与前人
的研究 结果一致 。另一方面，由于红树林土壤本身所含的营养物质比较缺乏 (尤其是 P)，导致 了模拟湿
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