水生蔬菜對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體凈化及資源化利用

1、湖泊科學(xué)水生 蔬萊 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體 凈 化及資源化 利 用胡綿好 袁菊紅 楊 肖娥江西 財(cái) 經(jīng)大學(xué) 資源 與環(huán)境 管 理學(xué) 院 南昌浙 江 大學(xué)環(huán)境與 資源 學(xué) 院 污染 環(huán)境 修 復(fù)與生態(tài) 健 康教 育 部重點(diǎn) 實(shí) 驗(yàn)室 杭 州摘 要 通過(guò) 采 用水生 蔬菜 水 芹 和 豆瓣菜 作 為生態(tài)浮 床 栽 培材 料 對(duì) 其 凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的效果及 其 處 理后的 品 質(zhì)等方 面進(jìn) 行 研究 結(jié)果 表明 水生 蔬菜 不 僅 能在富營(yíng)養(yǎng)化水體中 正 常 生 長(zhǎng) 還 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體有 較 強(qiáng) 凈化能力 且 凈化能力隨 著 處 理 時(shí) 間的 延 長(zhǎng) 而提 高 處 理 水 芹 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的 的去除

2、率 分 別 達(dá)到 和 豆瓣菜 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的 的去除 率 分 別 達(dá)到 和 水 芹 和 豆瓣菜 不 僅 能 顯 著改善 富營(yíng)養(yǎng)化水體的水質(zhì) 且 沒(méi) 有產(chǎn)生 硝酸 鹽 及 重 金 屬 富集 符 合食用 標(biāo) 準(zhǔn) 還 能產(chǎn)生一 定 的經(jīng)濟(jì)效 益關(guān)鍵詞 水 芹 豆瓣菜 富營(yíng)養(yǎng)化 凈化 資源 化利用隨著 工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā) 展 以及 人 民 生 活 水 平 的提 高 由于大量 使 用化肥及排放 各 類(lèi) 污 水 已造成 許 多湖 泊 河流 等水體中氮磷等營(yíng)養(yǎng) 鹽日 益 增加 自 養(yǎng)性生物 浮游藻類(lèi) 生 長(zhǎng) 旺 盛 最 終 致 使 水域環(huán)境 惡 化 富營(yíng) 養(yǎng)化水域 增 多 富營(yíng)養(yǎng)化 程 度提 高 美 國(guó)的

3、 個(gè) 湖泊 河流 中由于氮磷營(yíng)養(yǎng) 鹽 濃 度 超標(biāo) 而不能達(dá) 標(biāo) 的水 體 占 我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化和 超 富營(yíng)養(yǎng)化湖泊 亦 已達(dá)湖泊 總 量的 和 水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象是 世界 水 污染 治理的難題 并已成為 全 球 最重要的環(huán)境問(wèn)題之一 水生植物在 其 生 長(zhǎng) 過(guò) 程 中 需 要吸收大量的氮 磷 等營(yíng)養(yǎng)元 素 收 獲 水生植物可 將 其 吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨之 帶走 從而 使 水體中的氮 磷等營(yíng)養(yǎng) 鹽 含 量降低 減 輕 水體富營(yíng)養(yǎng)化 程 度 近 年來(lái) 利用水生植物富集氮 磷等營(yíng)養(yǎng) 鹽 是治理 調(diào) 節(jié) 和 抑 制湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的有教 育 部科技研究重點(diǎn)項(xiàng)目 和 浙 江省 科技局重點(diǎn)項(xiàng)目 聯(lián) 合 資助 收 稿

4、 收 修改稿 胡綿 好 男 年 生 博士 講 師通 訊 作者胡綿好 等 水生 蔬萊 對(duì) 富營(yíng)養(yǎng)化 水體 凈化 及 資 源 化 利用效 途徑 大量的研究 表明 水生植物對(duì)水體中的氮磷等營(yíng)養(yǎng) 鹽 具有 明 顯 的去除效果 可用于控制湖泊 水 庫(kù)等水體的富營(yíng)養(yǎng)化 但是 這些 研究 僅 停 留 在水生植物的凈化效果 層 面上 而對(duì)水生植物在凈化過(guò) 程 中 植物收 獲 后的后 續(xù)資源 化 處 理及 其 經(jīng)濟(jì)效 益 等方面的研究 卻報(bào) 道 較少 尤 其 是在水生 蔬菜 對(duì) 受污染 水體的 處 理方面 基 于此 本研究從水生 蔬菜 凈化 受污染 水體出發(fā) 進(jìn)一 步 對(duì) 其 品 質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效 益 等方面 展開(kāi)

5、了研 究 以 期 為 污染 水體的生態(tài) 修 復(fù)及 處 理后生物的 資源 化利用提 供 科學(xué)的理論 依 據(jù)材料與方法系 統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 試 驗(yàn)用水及植物的預(yù)培養(yǎng)生態(tài)浮 床 技 術(shù) 系統(tǒng) 用 長(zhǎng) 寬 高 分 別 為的 塑 料 容 器 圖 不 同 植物 種 植于 盛 有 富營(yíng)養(yǎng)化水的浮 床 系統(tǒng)中 用于 試 驗(yàn) 的 污 水 取 B 無(wú)工 業(yè) 排放的 浙 江 大學(xué)華家 池 污 水經(jīng)過(guò) 測(cè) 定 濃 度分 別 為平 均 值 標(biāo) 準(zhǔn) 誤 說(shuō) 明 該 水體 屬 于富營(yíng)養(yǎng)化水體 試 驗(yàn) 開(kāi)始 前 試 驗(yàn) 用水 先 在系統(tǒng)中 靜 置 平 衡水 芹 和 豆瓣菜 兩 種 水生植物用 作試 驗(yàn) 材 料 先 用 去 離子 水

6、 將 它們 洗干 凈 再 放到 玻璃 溫 室 在 B 然 光照 下 培 養(yǎng) 培 養(yǎng)的 溫 度為 白天 和晚 上 培 養(yǎng) 三 周 后 即 當(dāng) 豆瓣菜 苗 長(zhǎng) 到 水 芹 苗 長(zhǎng) 到 時(shí) 開(kāi)始 進(jìn) 行試 驗(yàn) 圖 生態(tài)浮 床 植物技 術(shù) 系統(tǒng) 示 意圖靜 態(tài) 試 驗(yàn)試 驗(yàn) 于 年 月 日 在 浙 江 大學(xué)華家 池 校 區(qū) 進(jìn) 行 稱(chēng) 取 預(yù) 培 養(yǎng) 好 的 各 植物 放在 孔 的 泡 沫 板 上 株 行 距 為 再 分 別 放于 盛 富營(yíng)養(yǎng)化水和 盛 完全 營(yíng)養(yǎng) 液 的生態(tài)浮 床 技 術(shù) 系統(tǒng) 最 后 轉(zhuǎn)移 到 玻璃 溫 室 中 開(kāi)始試 驗(yàn) 每 個(gè) 處 理重復(fù) 三 次 試 驗(yàn) 期 間的 平 均光照

7、度為光 暗 周 期 為 溫 度控制在 試 驗(yàn) 期 間 每 隔 采 集水 樣 一 次 采 樣時(shí) 間為上 午 的 點(diǎn) 試 驗(yàn) 開(kāi)始 和結(jié) 束 采 集植物 樣 用于植物 品 質(zhì)及 其 體內(nèi)氮 磷 含 量和重 金 屬 的分析測(cè)定 項(xiàng) 目及其方法水質(zhì) 測(cè) 定 項(xiàng)目有 等 具體分析方法 均按 國(guó)家 標(biāo) 準(zhǔn) 方法 為了 使 試 驗(yàn) 水中 的凈化效果與 B 然 狀態(tài) 更 符 合 因此 本 試 驗(yàn) 不 添 加 水量 而是通過(guò) 稱(chēng) 水重 來(lái) 換 算 所 測(cè) 定 指 標(biāo) 的 總 量 由此 計(jì) 算 去除 率 這樣就 克服 了 添 加 水對(duì)植物吸收營(yíng)養(yǎng)的 影響 參 照 葛 謹(jǐn) 等 的方法 計(jì) 算 去除 率 即去除 率式

8、 中 為 初 始時(shí) 的 濃 度 為 初 始時(shí) 的體積 為 第 天 的 濃 度 為 第 天 的體積試 驗(yàn) 開(kāi)始 和 試 驗(yàn) 結(jié) 束 后 收集植物 樣 品 用 超 純 水 洗 凈 用吸水 紙 吸 干 后放到 信 封 中 最后放到 恒 溫 箱 中 在 烘 干 至 恒 重 磨碎 后 稱(chēng) 取 一 定 量的 干 樣 用 濃 消 制 備 成 溶液 用于植物 葉 片 中 濃 度 測(cè) 定 濃 度分 別 采 用 氏 比 色 法和 黃 比 色 法 測(cè) 定 植物體內(nèi)氮磷的凈積累量 的 計(jì) 算 公式 為式 中 為植物的氮磷 濃 度 為植物生物量植物 葉 片 的可 溶 性 糖 含 量 測(cè) 定 采 用 意 酮 比 色 法

9、可 溶 性 蛋 白 質(zhì) 含 量的 測(cè) 定 采 用考 馬 斯 亮 藍(lán) 染 色 法 硝酸 鹽 含 量的 測(cè) 定 采 用 酚 二 磺 酸 比 色 法 維 生 素 含 量 采 用 紫 外分 光光 度 計(jì) 測(cè) 定 重 金 屬 含 量 采 用 測(cè) 定數(shù)據(jù) 統(tǒng) 計(jì)及分析所有數(shù) 據(jù)均 用 三 次 重復(fù)的 平 均 值 利用 和 等 軟 件對(duì)分析結(jié)果進(jìn) 行 處 理結(jié)果與討論水生 蔬萊 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的 凈 化 能 力靜 態(tài) 試 驗(yàn) 結(jié)果 表明 水 芹 和 豆瓣菜 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體 均 有 較 強(qiáng) 凈化能力 且 其 凈化能力隨著 處 理 時(shí) 間的 延 長(zhǎng) 而提 高 表 試 驗(yàn) 后 期 水 芹 和 豆瓣菜 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水

10、體中 的去除 率均 達(dá) 以上 對(duì) 的去除 率 也 達(dá) 以上 黃 田 等的研究結(jié)果 也表明 在低 溫 條件 下 水 芹 不 僅 能有效去除水體 中的 并對(duì)藻類(lèi) 也 有很 強(qiáng) 的 抑 制 作 用 這 可能是由于水生植物在浮 床 培 養(yǎng)的過(guò) 程 中 有 助 于 硝 化 菌 和 反 硝 化 菌 的生 長(zhǎng) 而 硝 化和 反 硝 化 作 用是對(duì)氮的主要去除 機(jī) 制 并 且 在 其 生 長(zhǎng) 過(guò) 程 中 會(huì) 直接吸收 磷 酸 鹽 因此水體中磷 酸 鹽 的去除效果 也較明 顯 試 驗(yàn) 后 期 水 芹 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中 的去除能力 較 豆 瓣菜 要 強(qiáng) 表 這 一方面可能由于 試 驗(yàn) 前期 豆瓣菜 的 新 根系

11、較 水 芹 多 提 供 微 生物生 長(zhǎng) 的面積 較 大 因此 前期 吸收 的能力 較 水 芹 要 強(qiáng) 但在 試 驗(yàn) 后 期 水 芹 的 新 根系 較 豆瓣菜 多 提 供 微 生物生 長(zhǎng) 的 表 面積 增 大 且 其 生物量 也較高 的 緣故 因此 試 驗(yàn) 后 期 其 去除能力 增 強(qiáng) 另 一方面可能是由于水 芹 對(duì) 按 態(tài)氮的吸收能 力 較 豆瓣菜 強(qiáng) 的 緣故 胡綿 好 等的研究結(jié)果 也表明 水 芹 對(duì)低 濃 度的 按 態(tài)氮和 硝 態(tài)氮的吸收能力 較 豆瓣菜 強(qiáng) 試 驗(yàn) 還 發(fā)現(xiàn) 用于凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的水 芹 和 豆瓣菜 在 試 驗(yàn) 后 期 其新 葉 有點(diǎn) 變 白 且 成淺 黃 顏 色 這

12、可能由于富營(yíng)養(yǎng)化水體中 某 些 元 素 的 缺 乏 所致 然 而 有關(guān)富營(yíng)養(yǎng)化水體 種 植水生 蔬菜 缺 乏 氮 磷之外的營(yíng) 養(yǎng)元 素 的問(wèn)題 還 有 待 進(jìn)一 步 研究表 水 芹 和 豆瓣菜 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果項(xiàng)目水 芹 不 同 取樣時(shí) 間 下 的去除 率 豆瓣菜 不 同 取樣時(shí) 間 下 的去除 率 圖 富營(yíng)養(yǎng)化水體 處 理中水生 蔬菜 體內(nèi) 氮磷的積累量水生 蔬萊 體內(nèi)氮磷的 積累 量植物體內(nèi)的氮磷 濃 度能 夠 反 映 出 該種 植物對(duì)氮磷 的吸收能力 富營(yíng)養(yǎng)化水體 處 理中水 芹 莖 葉 部分 和 的凈積累量分 別 為 和 株 豆 瓣菜 莖 葉 部分 和 的凈積累量分 別 為 和

13、 株 圖 這 一結(jié)果與本 人 在 前期 對(duì) 黑 麥 草 的研究結(jié)果相一致 待 發(fā) 表 試 驗(yàn) 還表明 水生 蔬 菜 體內(nèi)的氮磷積累量分 別 與生物量和氮磷 濃 度 顯示 了 顯 著 的 線 性關(guān)系 數(shù) 據(jù) 沒(méi) 有 給 出 因而可以直接通過(guò) 生物量 來(lái) 評(píng)價(jià) 它們 對(duì)氮 磷的去除 作 用 蔣躍 平 等在 輕 度富營(yíng)養(yǎng)化水體 人工 濕 地 處 理系統(tǒng)中植物的 特 性研究 中 也 得出 同 樣 的結(jié)果胡綿好 等 水生 蔬萊 對(duì) 富營(yíng)養(yǎng)化 水體 凈化 及 資 源 化 利用富營(yíng)養(yǎng)化水體 中 水生 蔬萊品質(zhì) 及 作為食品或飼 料的 安全 性分析富營(yíng)養(yǎng)化水體 處 理中 水生 蔬菜 葉 片 內(nèi)可 溶 性 蛋

14、白 和可 溶 性 糖 含 量與營(yíng)養(yǎng) 液 中 培 養(yǎng)的水生 蔬菜 無(wú) 顯 著 差 異 但 硝酸 鹽 含 量 存 在 極 顯 著差 異 表 水 芹 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體 處 理中 其 體內(nèi) 維 生 素 含 量 明 顯 小 于營(yíng) 養(yǎng) 液 培 養(yǎng) 但 豆瓣菜 處 理的富營(yíng)養(yǎng)化水體中 其 體內(nèi) 維 生 素 含 量與營(yíng)養(yǎng) 液 培 養(yǎng)的 無(wú)明 顯 差 異 這 可能 受 富 營(yíng)養(yǎng)化水體中氮磷的 濃 度 其它 植物元 素 的 含 量 較 低及植物 種 類(lèi)等因 素 造成的 王 強(qiáng) 等的研究 也表明 小 青 菜 體內(nèi) 維 生 素 和 硝酸 鹽 含 量隨著氮量的提 高 而提 高 水生 蔬菜 對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中的重 金 屬 有

15、一 定 的吸 收 作 用 但吸收量很 小 這 可能主要是由于 受 試 水體中重 金 屬 含 量不 高 造成的 因?yàn)閺睦碚撋?吸 附 量的大 小 應(yīng)與富營(yíng)養(yǎng)化水體中重 金 屬 含 量有關(guān) 表 在本研究的 試 驗(yàn) 環(huán)境 下 水生 蔬菜 均 完全 符 合允 許 食用 標(biāo) 準(zhǔn) 是安 全 的 表表 富營(yíng)養(yǎng)化水體 處 理中水生 蔬菜 的 品 質(zhì) 特 性指 標(biāo)水 芹 豆瓣菜維 生 素可 溶 性 蛋 白 質(zhì)可 溶 性 糖硝 態(tài)氮分 別表 示 在 水 平 的 顯 著差 異表 富營(yíng)養(yǎng)化水體 處 理中水生 蔬菜 體內(nèi)重 金 屬 含 量蔬菜測(cè) 定 項(xiàng)目水 芹豆瓣菜允 許 食用 標(biāo) 準(zhǔn)富營(yíng)養(yǎng)化水體 中 水生 蔬萊 的經(jīng)

16、 濟(jì)效益 分析水 芹 和 豆瓣菜 在 處 理富營(yíng)養(yǎng)化水體 時(shí) 均 能 迅 速 生 長(zhǎng) 在富營(yíng)養(yǎng)化水體中水 芹 每 收 割 一 次 豆瓣 菜 每 收 割 一 次 據(jù) 估算 富營(yíng)養(yǎng)化水體中水 芹 莖 葉 可食用部分 的 畝 產(chǎn)量為 若 以 市 售 最低 價(jià) 元 計(jì) 則 每 畝 水面的經(jīng)濟(jì)效 益 為 元 扣 除 載 體和 勞 動(dòng)力成本 獲 利 近 元 左右 據(jù) 估算 富營(yíng)養(yǎng)化水體中 豆瓣菜 莖 葉 可食用部分 的 畝 產(chǎn)量為 若 以 市 售 最低 價(jià) 元 計(jì) 則 每 畝 水面 的經(jīng)濟(jì)效 益 為 元 扣 除 載 體和 勞 動(dòng)力成本 獲 利 近 元 左右對(duì) 無(wú)工 業(yè) 污染 的富營(yíng)養(yǎng)化水體中水 芹 和 豆

17、瓣菜 中重 金 屬 的分析 表明 其 含 量 均 達(dá)到 允 許 食用 標(biāo) 準(zhǔn) 據(jù) 對(duì)我國(guó) 個(gè)代表 性湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀 況 評(píng)價(jià) 結(jié)果 表明 全年 有 個(gè) 湖泊 呈 富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài) 占 評(píng)價(jià) 湖泊 總 數(shù)的 個(gè) 湖泊為中營(yíng)養(yǎng) 占總 數(shù)的 如果能 采 用如水 芹 豆瓣菜 等經(jīng)濟(jì) 作 物 來(lái) 凈化水 質(zhì) 就 可以 變 廢 為 寶 該 項(xiàng)研究成果 適 用于 無(wú) 嚴(yán) 重重 金 屬 污染 廢 水 如 飲 用 廢 水 啤酒 廢 水或 其它 食 品 廢 水 如 屠宰 淀 粉 加工 制 糖 味 精 水產(chǎn)及 肉 類(lèi) 加工 等 廢 水 的 處 理利用結(jié)論本研究在 人工 生態(tài)浮 床 技 術(shù) 系統(tǒng)中 利用水生 蔬菜 水 芹

18、和 豆瓣菜 來(lái) 處 理富營(yíng)養(yǎng)化水體 其 不 僅 能在富 營(yíng)養(yǎng)化水體中 正 常 生 長(zhǎng) 還 能有效 地 去除水體中的氮 磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 且 是 人們 食用的 特 色 綠 葉 蔬菜 它們 不 僅 可以用于水面 種 植以 修 復(fù) 無(wú) 重 金 屬 或 特 殊 有 機(jī) 物 污染 水體生態(tài)環(huán)境 而 且 還 可以 作 為 特 色 綠 色 蔬菜 在 市 場(chǎng)銷(xiāo)售 其 經(jīng)濟(jì)效 益 相當(dāng)可 觀 能產(chǎn)生一 定 的經(jīng)濟(jì) 價(jià) 值 因此可以大面積應(yīng)用 具有 良好 的應(yīng)用 前 景從環(huán)境的 角 度 來(lái)看 富營(yíng)養(yǎng)化是由于水體中氮 磷等營(yíng)養(yǎng)元 素 過(guò)度富集而導(dǎo)致的水生生態(tài)系統(tǒng) 初 級(jí) 生 產(chǎn)力 增高 的 異 常 現(xiàn)象 但從 資源 的

19、 角 度 來(lái)看 水體營(yíng)養(yǎng)是一 種 不可多得的農(nóng)業(yè) 資源 我國(guó)湖泊 眾 多 富營(yíng)養(yǎng) 化問(wèn)題普遍而 嚴(yán) 重 也 可以說(shuō)水體營(yíng)養(yǎng) 資源 豐 富 如何有效利用 這些資源 進(jìn) 行 農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 緩 解 耕 地 緊 張 的 矛 盾 又有效 地 治理富營(yíng)養(yǎng)化水體 既 是我 們 面臨的 挑 戰(zhàn) 也 是我 們 面臨的 機(jī) 遇 人工 生態(tài)浮 床 栽 培 農(nóng) 作 物的 水上農(nóng)業(yè) 資源 化治理富營(yíng)養(yǎng)化水體 模 式 應(yīng) 該 是一 種 很 好 的 選 擇NOPQ唐 靜杰 周 青 湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的生態(tài) 修 復(fù)研究進(jìn) 展 生態(tài)環(huán)境吳 振 斌 邱 東 茹 賀 鋒 等 沉 水植物重建對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體氮磷營(yíng)養(yǎng)水 平 的 影 響 應(yīng) 用 生 態(tài) 學(xué) 報(bào)劉 春 常 安 樹(shù) 青 夏漢平 等 幾 種 植物在生 長(zhǎng) 過(guò) 程 中對(duì) 人工 濕 地 污 水 處 理效果的 影響 生態(tài)環(huán)境方 云英 楊 肖 娥 常會(huì) 慶 等 利用水生植物原 位 修