3種水耕蔬菜對寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水中氮磷的凈化能力

賀 婧，鐘艷霞，羅玲玲

（寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，寧夏銀川750021）

3種水耕蔬菜對寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水中氮磷的凈化能力

賀 婧，鐘艷霞＊，羅玲玲

（寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，寧夏銀川750021）

為更好地保護(hù)寧夏湖泊濕地資源，采用生態(tài)浮床技術(shù)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自配富營養(yǎng)化水，模擬寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水的基本特征，探討水芹、生菜、油菜3種水耕蔬菜對寧夏灌區(qū)富營養(yǎng)化農(nóng)田退水中氮、磷的凈化能力。結(jié)果表明：水芹、生菜及油菜3種水耕蔬菜對水體中氮、磷的吸收效果均較好，能顯著降低農(nóng)田退水中氮、磷的濃度。對總氮的去除率為水芹（79．01%）＞油菜（70．03%）＞生菜（67．66%）＞對照（20．07%）；對總磷的去除率為水芹（95．66%）＞油菜（91．04%）＞生菜（86．32%）＞對照（21．70%）；對氨氮的去除率為水芹（84．77%）＞生菜（83．15%）＞油菜（73．12%）＞對照（33．51%）。綜合來看，水芹的凈化能力強(qiáng)于生菜及油菜，在開展寧夏灌區(qū)水生植物凈化工程中可以著重考慮水芹的應(yīng)用。

農(nóng)田退水；水耕蔬菜；氮；磷；凈化能力

農(nóng)田退水?dāng)y帶一定量的氮磷營養(yǎng)物質(zhì)，排入到河流湖泊中，使藻類等水生生物大量生長繁殖，有機(jī)物產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過消耗速度，水體有機(jī)物積蓄，進(jìn)而破壞水生生態(tài)平衡。寧夏引黃灌區(qū)是我國四大古老灌區(qū)之一，已有2 000多年的灌溉歷史。素有“塞上江南”之美譽(yù)，是寧夏主要糧棉油產(chǎn)區(qū)，也是全國12個(gè)商品糧基地之一。寧夏引黃灌區(qū)是我國西北最重要的農(nóng)業(yè)精華區(qū)，但隨著近現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥使用量的不斷增加，其農(nóng)田退水污染越加嚴(yán)重。2010 年4－9月通過西排水溝出口斷面排入黃河的總水量為2 173．5萬m3，占同期引水量（6 460萬m3）的33．6%；農(nóng)田退水中銨態(tài)氮最高濃度為4．0mg／L，平均濃度為1．0mg／L，超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水的準(zhǔn)限值，屬中度污染；總氮平均濃度為4．6mg／L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的Ⅴ類水的準(zhǔn)限值2mg／L，屬重度污染。銀川市境內(nèi)的重要湖泊閱海、鳴翠湖、艾依河以及其他湖泊，如鶴泉湖、寶湖、黃河濕地公園、梧桐湖等均以黃灌區(qū)的農(nóng)田退水作為補(bǔ)給水源，如此大量的營養(yǎng)鹽隨補(bǔ)水進(jìn)入湖泊，使得這些湖泊均呈現(xiàn)一定程度的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致湖泊水質(zhì)變差，水生生物多樣性減少，降低湖泊的生態(tài)功能，同時(shí)對銀川市的城市景觀及生態(tài)環(huán)境建設(shè)不利。因此，探明寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水水生物的凈化模式對解決銀川市湖泊污染具有重要意義。

自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外對利用高等水生植物凈化污水進(jìn)行廣泛研究［1］。主要圍繞對 氮、磷營養(yǎng)元素有較好吸收能力的水生植物的篩選［2－3］、水生植物的凈水機(jī)理［4－5］以及影響水生植物凈化效率的因素等方面展開。研究所涉及到的植物多種多樣，主要集中在蘆葦［6－7］、香蒲［8］、菖蒲［9］、美人蕉［1013］、千屈菜［14］等高等水生植物，有關(guān)水耕蔬菜凈水的研究相較于高等水生植物較少，多為水芹［1516］、空心菜［17］、茭白［18］等，有關(guān)生菜、油菜等常見并易于種植的水耕蔬菜的研究更少。此外，利用水耕蔬菜凈化寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水的研究相對較少，僅馬克星［19］利用水稻、空心菜和生菜凈化寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水。因此，探討適應(yīng)當(dāng)?shù)卦灾睬覂艋芰^強(qiáng)的水生植物種類對寧夏湖泊濕地資源以及黃河水質(zhì)的保護(hù)具有重要意義。試驗(yàn)采用生態(tài)浮床技術(shù)，以銀川黃河濕地公園（補(bǔ)水來源為農(nóng)田退水）湖泊水為研究用水，探討常見水耕蔬菜水芹、生菜及油菜對富營養(yǎng)化農(nóng)田退水的凈化能力，以期為寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水水生植物凈化工程提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1．1試驗(yàn)材料

1）水耕蔬菜。生菜（美國大速生，青縣大地育苗中心）、油菜（四季青梗菜，北京金盛優(yōu)品農(nóng)業(yè)科技有限公司）均為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自育，水芹（銀川市艾依河邊采集）。

2）儀器設(shè)備。電熱干燥箱DGX－9073B－1（上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），UV755B紫外可見分光光度計(jì)（上海佑科儀器儀表有限公司），立式滅菌器Y102540（山東新華醫(yī)療器械股份有限公司）。

1．2試驗(yàn)方法

采用生態(tài)浮床法，選用長×寬×高為70cm× 60cm×50cm的塑料箱進(jìn)行試驗(yàn)。首先在塑料箱內(nèi)注滿農(nóng)田退水（取自黃河濕地公園），同時(shí)添加NH4HCO3和KH2PO3以及其他營養(yǎng)鹽配制成富營養(yǎng)化水，使TN為5．00mg／L，TP為2．00mg／L，并用0．1mol／L NaOH和0．1mol／L H2SO4調(diào)節(jié)pH 為7左右。選擇10mm厚的泡沫板作為浮床，每張泡沫板打孔36個(gè)，每孔栽植1～3株，用海綿纏繞植物根莖后，固定于泡沫板預(yù)先打好的孔內(nèi)，將泡沫板放置于塑料箱中。選擇長勢良好且相似的植株，于試驗(yàn)用水中預(yù)培養(yǎng)7d后，植于培養(yǎng)箱內(nèi)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，另設(shè)3個(gè)無水生植物的對照。每7d取樣1次，因取樣、植物吸收和蒸發(fā)損失水分用蒸餾水進(jìn)行補(bǔ)充。試驗(yàn)于2015年6－7月于寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室完成。

1．3測定項(xiàng)目及分析方法

測定水生植物種植前、中、后期水體氨氮、總氮、總磷的含量。氨氮采用納氏試劑比色法（GB7479－87），總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定（GB11894—89），總磷采用過硫酸鉀氧化－鉬銻抗分光光度法測定（GB11893－89）。

1．4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)利用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。

2結(jié)果與分析

2．1 3種蔬菜對水體中總氮的去除能力

從圖1可看出，3種蔬菜均有較好的去除總氮的能力。各處理水體中的總氮均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長其去除率逐漸提高。培養(yǎng)7d，蔬菜對水體中總氮具有較強(qiáng)的凈化效率，水體中總氮含量顯著下降。培養(yǎng)14d，增加速度變緩，這可能與試驗(yàn)為靜態(tài)培養(yǎng)有關(guān)。隨著總氮的去除，蔬菜可利用氮素變少，影響其對氮素的吸收利用，導(dǎo)致對氮素的去除率增速變緩。培養(yǎng)28d，3種蔬菜處理對水體中總氮的去除效率均顯著高于對照，表現(xiàn)為水芹＞油菜＞生菜＞對照，以水芹處理去除率最高，達(dá)79．01%，其次為油菜和生菜，其去除率分別為70．03%和67．66%?？鄢龑φ杖コ?，3種蔬菜對水體中總氮的凈去除率分別達(dá)58．94%、49．96%和47．59%。表明，自然水體也能通過氮的揮發(fā)、轉(zhuǎn)化等過程去除一部分氮素，但是在3種蔬菜的吸收作用下，其去除總氮的速度及能力大幅度提高。差異顯著性分析，水芹、油菜、生菜與對照之間的P值分別為0．000 1、0．000 4和0．000 9，均小于0．01，說明3種蔬菜對總氮的去除率極顯著高于對照。水芹與油菜（P＝0．002）及生菜（P＝0．004）之間的去除率均達(dá)極顯著水平，但油菜與生菜的總氮去除率之間未達(dá)到顯著水平（P＝0．177＞0．05），表明水芹對水體總氮的去除能力明顯高于油菜及生菜，但油菜與生菜總氮的去除能力差異不大。這可能與不同植物根系長度不同，生長速度也不同，對氮的需求不同有關(guān)。

圖1 3種水耕蔬菜對農(nóng)田退水中全氮的去除率Fig．1 Removal Efficiency of three hydroponic vegetables to total nitrogen in farmland recession flow

2．2 3種蔬菜對水體中總磷的去除能力

總體來看，各處理對水體中總磷的去除率均隨培養(yǎng)時(shí)間的延長而逐漸提高，3種蔬菜對水中總磷有較強(qiáng)的去除能力（圖2）。3種蔬菜處理對總磷的吸收能力較強(qiáng)，培養(yǎng)7d，水芹對總磷的去除率高于油菜及生菜。培養(yǎng)14d和21d，各處理對水體總磷的處理能力持續(xù)提高，但各處理間無明顯規(guī)律。培養(yǎng)28d，各處理對水體中總磷的去除率依次為水芹＞生菜＞油菜＞對照，去除率分別為95．66%、91．04%、86．32%和21．70%?？鄢龑φ?，3種蔬菜對水體磷的凈去除率分別達(dá)73．96%、69．34%及64．62%。經(jīng)差異顯著性分析，3種蔬菜對總磷的去除率極顯著高于對照（P＜0．01）。水芹與生菜及油菜的總磷去除率之間差異顯著（P＝0．02＜0．05），但油菜與生菜的總磷去除率之間未達(dá)顯著性差異（P＝0．21＞0．05）。表明，水芹對水體總磷的去除能力大于生菜及油菜，而生菜與油菜對水體總磷的去除能力差異不大。

圖2 3種水耕蔬菜對農(nóng)田退水中總磷的去除率Fig．2 Removal Efficiency of three hydroponic vegetables to total phosphorus in farmland recession flow

2．3 3種蔬菜對水體中氨氮的去除能力

從圖3可看出，隨培養(yǎng)時(shí)間的增加，水體中氨氮含量逐漸下降，各處理對氨氮的去除率逐漸提高。培養(yǎng)7d，氨氮即明顯減少，各處理對氨氮的去除效率依次為水芹＞生菜＞油菜＞對照，分別為27．42%、16．31%、14．16%和11．83%。培養(yǎng)14d 和21d，各處理對氨氮的去除率繼續(xù)增加，水芹對氨氮的去除率始終保持最高。培養(yǎng)28d，各處理氨氮含量依次為對照＞油菜＞生菜＞水芹，以生菜吸收氨氮的能力最大。培養(yǎng)結(jié)束后，各處理對氨氮的去除率依次為水芹＞生菜＞油菜＞對照，其中，水芹的去除率最大，達(dá)84．77%，扣除對照，3種植物對水體氨氮的凈去除率分別達(dá)51．26%、49．64%和39．61%。經(jīng)差異顯著性分析，3種水耕蔬菜對氨氮的去除率均極顯著高于對照（P＜0．01）。培養(yǎng)28d，油菜對氨氮的去除率顯著低于生菜及水芹（P＜0．05），而生菜與水芹對氨氮的去除率差異未達(dá)顯著水平（P＝0．19＞0．05）。表明，生菜與水芹對氨氮的去除能力相差不大，而二者的去除能力均較油菜的去除能力大。

圖3 3種水耕蔬菜對農(nóng)田退水中氨氮的去除率Fig．3 Removal Efficiency of three hydroponic vegetables to ammonia nitrogen in farmland recession flow

3結(jié)論與討論

3種水耕蔬菜對水體中氮、磷的吸收效果均較好，能顯著降低農(nóng)田退水中氮磷的濃度。對總氮的去除率依次為水芹（79．01%）＞油菜（70．03%）＞生菜（67．66%）＞對照（20．07%）；對總磷的去除效率依次為水芹（95．66%）＞油菜（91．04%）＞生菜（86．32%）＞對照（21．70%）；對氨氮的去除率依次為水芹（84．77%）＞生菜（83．15%）＞油菜（73．12%）＞對照（33．51%）。綜合來看，水芹的凈化能力優(yōu)于生菜及油菜，在寧夏灌區(qū)水生植物凈水工程建設(shè)研究中可著重考慮對其進(jìn)行應(yīng)用。

植物對富營養(yǎng)化水體的凈化一方面是由于植物的生長代謝需要各種營養(yǎng)物質(zhì)，植物直接從水中吸收 氮、磷營養(yǎng)鹽。另一方面，水生植物的根系為微生物的生活提供基質(zhì)，根系的活動為微生物代謝提供了所需的微環(huán)境，進(jìn)一步對水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽進(jìn)行凈化。不同植物的生長速度不同，其根系發(fā)育程度不同，可能導(dǎo)致對氮、磷的需求不同，試驗(yàn)中水芹的生長速度明顯快于油菜與生菜，同時(shí)其根系與二者也存在明顯的不同，可能是導(dǎo)致水芹凈水能力強(qiáng)于生菜及油菜的重要原因。

水生植物對富營養(yǎng)化水體的凈化作用取決于多種因素的影響。處理時(shí)間長短的不同，植物對水體中營養(yǎng)物質(zhì)的去除率以及自身生物量的增長速度也不一樣。受試水體中營養(yǎng)物質(zhì)含量不同，也會直接影響作物的凈水能力。陳紅兵［20］研究發(fā)現(xiàn)，水生植物對水體中總磷的去除率與水中營養(yǎng)物質(zhì)濃度成正比。在不同季節(jié)，生物浮島發(fā)揮的凈水作用也不一樣。同一種作物，在不同的栽培季節(jié)，對污染物質(zhì)的去除率也不一樣。鄭劍鋒等［21］研究發(fā)現(xiàn)，美人蕉在秋季對水體的凈化作用相比于春季而言，對氮素的去除率有所降低。浮床在水面的覆蓋率不同，植物對水體中氮磷的去除率也不同。郭沛涌等［22］研究發(fā)現(xiàn)，黑麥草在覆蓋率為30%時(shí)對水體中總氮的去除率最高。

試驗(yàn)研究周期為28d，水體處于靜止?fàn)顟B(tài)，營養(yǎng)鹽含量固定，覆蓋面積為100%，隨蔬菜的吸收，營養(yǎng)鹽含量逐漸減少，培養(yǎng)時(shí)間在6月份，研究期間氣溫相對較高，蔬菜生長較快，對氮磷的吸收利用速度較快，吸收量較高，凈化效果較好。但對于水體流動狀態(tài)、不同營養(yǎng)鹽濃度、多次補(bǔ)加營養(yǎng)鹽（模擬排水溝多次排水）以及不同覆蓋面積條件下，水耕蔬菜的凈化能力如何，差異有多大還有待進(jìn)一步深入研究。

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（責(zé)任編輯：孫小嵐）

Purifying Capacity of Three Hydroponic Vegetables to Nitrogen and Phosphorus in Farmland Recession Flow in Ningxia Irrigation Area

HE Jing，ZHONG Yanxia＊，LUO Lingling
（Department of Environmental Science，College of Resource and Environment，Ningxia University，Ningxia，Yinchuan 750021，China）

The purifying capacity of three hydroponic vegetables（cress，lettuce and rape）to nitrogen and phosphorus in recession flow of eutrophication farmland was determined by preparing eutrophication water with the basic characteristics of farmland recession flow in Ningxia irrigation area and the ecological floating raft technique to protect lake and wetland resources in Ningxia．Results：Three tested hydroponic vegetables with the good absorption effect of nitrogen and phosphorus in the water can reduce the concentration of nitrogen and phosphorus in farmland recession flow significantly．The total nitrogen removal rate of cress，rape，lettuce and CK（non hydroponic plant）is 79．01%，70．03%，67．66%and 20．07%separately．The total phosphorus removal rate of cress，lettuce，rape and CK is 95．66%，91．04%，86．32%and 21．70%respectively．The ammonia nitrogen removal rate of cress，lettuce，rape and CK is 84．77%，83．15%，73．12%and 33．51%separately．In conclusion，cress with the better purifying capacity of nitrogen and phosphorus in recession flow of eutrophication farmland should be used in the hydrophyte purification project in Ningxia irrigation area．

farmland recession flow；aquatic vegetable；nitrogen；phosphorus；purifying capacity

X524

A

1001－3601（2016）11－0469－0083－04

2016－04－07；2016－10－28修回

寧夏回族自治區(qū)科技攻關(guān)項(xiàng)目“寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水水生植物凈化模式研究”

賀 婧（1977－），女，副教授，博士，從事農(nóng)業(yè)環(huán)境與生態(tài)研究。E－mail：ndhejing＠163．com

＊通訊作者：鐘艷霞（1977－），女，副教授，從事自然地理學(xué)方面的教學(xué)與研究。E－mail：zhongyx＿w＠163．com