水培芹菜的植物學特征及環(huán)境效益分析

桑連海，黃 薇，陳 進，黃 茁，曹小歡

（長江科學院 水資源綜合利用研究所，武漢 430010）

水培芹菜的植物學特征及環(huán)境效益分析

桑連海，黃 薇，陳 進，黃 茁，曹小歡

（長江科學院 水資源綜合利用研究所，武漢 430010）

通過水面浮島栽培試驗，研究了鄂水芹一號植株的生長特征、植物量的分布結(jié)構(gòu)，及其在富營養(yǎng)化水體中對氮、磷的吸收情況。研究成果如下：水芹植株的平均鮮量35.22 g，其中水上部分占77%，水下部分占23%，生物量分布主要集中在水上部分；其對N，P的直接吸收分別可以達到13.05～33.14 kg／（hm2·a）和5.62～6.67 kg／（hm2·a）。結(jié)果表明，水芹是一種適合在低溫的情況下進行水培的植物，并對富營養(yǎng)化水體有良好的凈化效果。

水芹；水培；植物學特征；環(huán)境效益

1 概述

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)點源污染日益加劇，由此引發(fā)的水體富營養(yǎng)化問題越來越多。對水體富營養(yǎng)化進行有效的控制和整治，以修復水生態(tài)系統(tǒng)，已經(jīng)成為人們關注的熱點問題。

利用水上種植技術，以人工生物浮島為載體，將適宜水培的陸生農(nóng)作物種植于富營養(yǎng)化水體中，通過作物根系的吸收、吸附作用，降解水中的氮磷及其它有害物質(zhì)，可以實現(xiàn)對水體的凈化。由于該技術具有凈化水質(zhì)、營造生物棲息地、改善水上景觀等多重功能，浮島終端產(chǎn)物又能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益，日益受到國內(nèi)外專家學者的關注［1］。目前，國內(nèi)已經(jīng)有人采用該技術對油菜（Brassica campestris L.）、水蕹（Ipomoea aquatica）、茭白（Zizania caduciflora）、水稻（Oryza sativa）、絲瓜（Luffa Cylindrica）等水生蔬菜開展了凈化水體的試驗研究［2～6］。

水芹菜（Oenanthe javanica）是一種耐寒的水生植物，為傘形花科水生宿根屬，長江流域及其以南各省、自治區(qū)均有分布。水芹是一種味道鮮美的可食用蔬菜，含有豐富的營養(yǎng)成分，及多種維生素和礦物質(zhì)，具有清熱、利尿、降低血壓和血脂等多種食療功效。水芹成片栽植時枝葉細密、青翠，花期有白花點綴，觀賞價值較高。水芹作為一種水生植物，具有很強的適應能力，生物量大，易于無土栽培，田間管理簡單，是作為生物浮島修復湖泊富營養(yǎng)化的理想植物。用浮島栽培水芹既可以治理水體富營養(yǎng)化，又可以獲得農(nóng)業(yè)收益，具有很好的推廣前景。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

實驗中選用的水芹品種為鄂水芹一號，為武漢本地種，于2008年4月浮島栽培于江夏嚴家村池塘（池塘面積30 m×25 m，水深0.5～1.3 m）。實驗塘水體為富營養(yǎng)化水體，其TN 10.6 mg／L，TP2.6 mg／L，pH為7.44（2008年7月22日，測定水溫30℃）。

2.2 浮島制作

選用竹子作為實驗用浮島材料，其優(yōu)點是既能承重，又能抗風。具體做法是將直徑為4～8 cm的竹竿扎成2.0～2.8 m見方的竹框，用2根細竹竿夾住11個10～15 cm長的竹筒，竹筒直徑為4～5 cm，間距為15～20 cm，再將其綁在竹框上，每個竹框上綁13條，間距約為20 cm。

2.3 水培芹菜的管理

水培芹菜種源取于武漢市蔬菜科學研究所實驗田，移栽時不作任何前期的適用性處理，水芹直接種在生物浮島上，每個竹筒內(nèi)種植一株，用稻草竿包裹固定，使根部能完全浸泡于水中。固定后不施任何化學、生物肥料，使水芹自然生長。每塊浮島栽植143株。管理參考水芹田間基本管理。

2.4 檢測方法

2.4.1 水芹高度和生物量（鮮量）檢測

隨意抽取浮島水芹12株，收割自然風干后，采用直尺法對水芹植株的高度進行測量。將風干后的浮島水芹按植株高度分為3組，每組水芹以莖稈基部為起點，對水上部分以每段8 cm進行橫切，并分別測定每段的鮮量。然后對每組水芹各部位分段，根據(jù)相同分段的鮮量進行平均，得到水芹各部位的生物量。

2.4.2 植株氮、磷和含水率的檢測

水芹植株的氮磷含量和含水率送檢湖北省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院。氮、磷和含水率的檢測方法分別采用下列國標：《食品中蛋白質(zhì)的測定（GB／T 5009.3-2003）》、《食品中磷的測定（GB／T 5009.87-2003）》和《食品中水分的測定（GB／T 5009.3-2003）》。

3 結(jié)果與討論

3.1 浮島水芹的植株高度

水芹的植株高度、根長測量結(jié)果見表1，浮島水芹的株高介于35.0～47.4 cm之間，平均高度40.7 cm，而水田里生長的水芹株高為45～50 cm，兩者相差不大。浮島水芹的根長介于10.3～26.0 cm之間，平均根長20.0 cm。

表1 浮島水芹的株高、根長Table 1 The height and root length of oenanthe javanicas on an artificial floating island cm

3.2 浮島水芹的生物量分布規(guī)律

圖1 水芹生物量結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The biomass structure diagram of oenanthe javanicas

水芹的生物量結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中W根表示植株的整個水下部分，從 W1至 W6則表示植株水上部分自下而上的不同分段。根據(jù)所測數(shù)據(jù)得到：水芹植株的平均鮮量為35.22 g，其中水上部分占77%，水下部分占23%。植株的最大生物量集中在W根分段，包含了老根和根須。從W1至W6分段生物量差距不大。植株的高度對生物量的分布有一定的影響。一般情況下，植株越高，各段的生物量分布越均勻，植株越矮，水下部分占整個植株的比重越大。

3.3 水芹植株的含水率及氮、磷含量

水芹各組分的含水率及氮、磷含量測量結(jié)果見表2，根、莖、葉、花籽的含水率均在85%以上，其中根的含水率最大。植株各組分含水率平均值的計算結(jié)果是：根＞莖＞葉＞花籽。從植株各組分的含水率分布情況來看，由下至上呈遞減趨勢，這是由于植物根和莖是吸收和傳輸水分的主要器官，而葉片和花籽是水分蒸發(fā)的主要場所。

表2 浮島水芹各組分的含水率及氮、磷含量Table 2 The contents of water，N and P of different bodies in oenanthe javanicas on the artificial floating island %

根據(jù)送檢結(jié)果，N，P元素含量在水芹各組分中相差較大，根、莖、葉、花籽的N／P比分別為：4.59，2.32，5.61和4.19。植物組分的氮含量大小為：葉＞根＞花籽＞莖，對磷元素的吸收量大小則為：莖＜葉＜根＜花籽。葉中含氮量最高，可能是由于葉是植物進行光合作用的主要場所，而氮是構(gòu)成光合作用中光能主要吸收體——葉綠素的必需組分。磷是植物生長和繁殖所必需的營養(yǎng)元素，因此花籽中的磷含量相對較高。

4 水芹凈化水體的環(huán)境效益分析

4.1 浮島水芹對富營養(yǎng)化水體中氮磷的吸收

如果對浮島水芹直接計算從水體中吸收的氮、磷量，則根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)為：水芹植株的平均鮮量為35.22 g，其中水上部分占77%，水下部分占23%，單位面積的植株數(shù)為23株／m2，水芹植株的含氮量以1.37%～3.48%計，含磷量以0.59%～0.70%計，理論上水芹對氮、磷的直接吸收量可達13.05～33.14 kg／（hm2·a）和5.62～6.67 kg／（hm2·a），這只是水芹直接從水體中吸收氮磷的量。由于水生植物在浮島培養(yǎng)的過程中，有助于硝化菌和反硝化菌的生長，而硝化和反硝化作用是對氮的主要去除機制，并且在其生長過程中會直接吸收磷酸鹽，去除磷酸鹽的效果明顯。浮島水芹菜于2008年4月進行浮島培養(yǎng)，存活率為100%。于6月下旬開花，7月中旬結(jié)籽，8月氣溫在25～38℃時，開始逐漸枯死。及時對浮島水芹的采收管理，可實現(xiàn)將氮、磷等污染物帶出水體。

4.2 浮島水芹對富營養(yǎng)化水體的凈化效果

通過計算得出：每100 m2水上浮島產(chǎn)81 kg水芹，吸收水中氮、磷量理論上至少為130.5 g和56.2 g。根據(jù)中國《地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB3838-2002》中的相關標準，從Ⅴ類水質(zhì)凈化到Ⅲ類水質(zhì)，需要從水體中去除1 mg／L的氮和0.15 mg／L的磷。若以總氮計，每100 m2浮島水芹至少可以把130.5 m3的富營養(yǎng)化水體由Ⅴ類凈化為Ⅲ類；以總磷計，每100 m2浮島水芹凈化水量至少為374.7 m3。根據(jù)資料記載，浮島植物對富營養(yǎng)化水體中營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷）的去除效果已列于表3。

表3 水培植物的氮、磷含量（鮮重）Table 3 The contents of N and Pin some water-cultured plants（wet weight）

從表3可以看出，浮島蘆葦對富營養(yǎng)化水體的凈化效果最好，水芹對氮的去除效果居中，對磷的去除效果僅次于蘆葦。由于水體富營養(yǎng)化的主要限制因子是磷元素，從這個角度考慮，可以得到植物的凈化能力為：蘆葦＞水芹＞荻＞水稻＞蕹菜＞牛筋草＞香蒲＞美人蕉，水芹的凈化能力僅次于蘆葦。在低溫條件下，水芹菜能有效去除水體中的N，P，COD，對藻類也有很強的抑制作用。由于在相同初始生物量條件下，鮮量增加大的植株對富營養(yǎng)化水體的凈化效果好，因此，可以在其生長旺盛期進行收割，同時可在一定程度上促進對氮、磷等的去除，以刺激浮島植物積累更多的生物量，從而進一步提高其對富營養(yǎng)化水體的凈化效果。

5 結(jié)語

水培芹菜對水體中的氮、磷物質(zhì)具有較好的吸收效果，理論吸收量可達13.05～33.14 kg／（hm2·a）和5.62～6.67 kg／（hm2·a）。與一般水生植物相比，水芹對水體中磷的吸收能力較強，而磷元素是水體富營養(yǎng)化的主要限制因子，因此水芹是治理富營養(yǎng)化水體的一種理想植物。

水芹是一種生物量大、生長時間長、易于田間管理的水生經(jīng)濟植物。利用浮島水芹治理富營養(yǎng)化水體與傳統(tǒng)的物理、化學方法相比，具有成本低、操作簡單、易于管理等優(yōu)點，且水芹植株長勢美觀并具有較好的綠化效果，能夠營造出迷人的水上景觀。因此說水上種植水芹具有很好的推廣前景，其產(chǎn)生的環(huán)境效益也是非?？捎^的。

本項研究直接以富營養(yǎng)化水體為試驗對象，且整個試驗過程完全在野外自然條件下進行，人為因素影響小，所以與其他以人工配置的模擬富營養(yǎng)化水為研究對象或是在室內(nèi)進行的一些研究相比，本試驗結(jié)果具有更大的參考價值和實用意義。

［1］ 桑連海，李兆華.基于氮磷循環(huán)的水上農(nóng)業(yè)模式探討［J］.長江科學院院報，2007，24（6）：22-25.

［2］ 黃 茁，黃 薇，桑連海，等.水培油菜處理富營養(yǎng)化水體的研究［J］.長江科學院院報，2007，24（6）：14-17.

［3］ 呂錫武，宋海亮.水培蔬菜法對富營養(yǎng)化水體中氮磷的去除特性研究［J］.江蘇環(huán)境科技，2004，17（2）：1-3.

［4］ 周振興，黃 田，張 勁.浮床栽培茭白的生物學特征及水質(zhì)凈化作用研究［J］.四川環(huán)境，2007，26（5）：1-4.

［5］ 宋祥甫，皺國燕，吳偉明.浮床水稻對富營養(yǎng)化水體中氮、磷的去除效果及規(guī)律研究［J］.環(huán)境科學學報，1998，18（5）：489-494.

［6］ 戴全裕，張 珩，戴玉蘭.絲瓜對食品廢水的凈化功能及經(jīng)濟效益［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1994，7（4）：8-12.

Analysis on Botany Characteristics and Environment Benefits for Water-cultured Oenanthe Javanica

SANG Lian-hai，HUANG Wei，CHEN Jin，HUANG Zhuo，CAO Xiao-huan

（Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan 430010，China）

Experiments on oenanthe javanicas planted in floating-beds were conducted to study distribution of biomass and absorbing contents of N and P from eutrophic water body.The average fresh weight was 35.22 g per plant，with the above-water part counted 77%and the under-water part 23%.The waterborne part played a key role in the biomass structure.The directly absorbing contents of N and P were 13.05-33.14 kg／（hm2·a）and 5.62-6.67 kg／（hm2·a），respectively.The results showed that the oenanthe javanica grows well under the lower temperature and is good for water purification on the eutrophic water body.

oenanthe javanica；water-cultured；botany characteristic；environmental benefit

X173

A

1001-5485（2009）07-0011-03

2008-08-25

農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項目（2006GB23320418）；科技部社會公益性研究專項（2005DIB4J061）

桑連海（1976-），男，吉林長春人，工程師，主要從事水資源與水環(huán)境研究，（電話）027-82926390（電子信箱）hlsang1017＠yahoo.com.cn。

（編輯：劉運飛）