水生植物的沼液水培及凈水作用

向天勇，藍建明，張正紅，何文輝

(嘉興職業(yè)技術學院，浙江 嘉興 314036)

水生植物的沼液水培及凈水作用

向天勇，藍建明，張正紅，何文輝

(嘉興職業(yè)技術學院，浙江 嘉興 314036)

為推進沼液的凈化及循環(huán)利用，選用大漂、狐尾草、水葫蘆、銅錢草等常見水生植物，進行沼液水培及凈水作用研究。結(jié)果表明，狐尾草和銅錢草在較高的沼液濃度范圍內(nèi)生長良好，并可獲得2～3倍的生物增長量，而水葫蘆和大漂適應相對較低的濃度。4種植物對氨氮、總氮去除率可達96%以上，狐尾草對總磷的去除效果最好，可達89%以上，水葫蘆對降低沼液的化學需氧量、五日生化需氧量效果突出，可達50%以上。利用不同植物的優(yōu)勢進行“狐尾草-銅錢草-水葫蘆-大漂”組合串聯(lián)培養(yǎng)，并開展凈水作用驗證，1∶8的沼液經(jīng)凈化12 d后可基本達到Ⅲ類水的排放標準，并獲得194%的生物增長量，在實際生產(chǎn)中具有較好的推廣應用價值。

沼液； 水生植物； 水培； 凈水作用

沼液除了含有大量營養(yǎng)元素外，還含有多種營養(yǎng)成分和有機質(zhì)，經(jīng)過發(fā)酵后有害蟲卵被殺滅，重金屬含量各項指標遠低于國家復合肥限定標準，是安全可靠的有機肥[1]。但沼液如得不到有效利用，也會造成嚴重的環(huán)境污染。利用沼液水培[2-5]，既可獲得大量生物質(zhì)資源，又可以有效凈化沼液，降低對環(huán)境的污染，對于推動沼氣工程的健康發(fā)展具有重要意義。

本研究選用大漂、狐尾草、水葫蘆、銅錢草等常見水生植物，進行沼液水培及凈水作用研究，期望獲得一種理想的凈水水培方法。

1 材料與方法

1.1 供試材料

大漂、狐尾草、水葫蘆、銅錢草等均采自嘉興市郊河道。選擇大漂、水葫蘆、銅錢草的健康幼苗，狐尾草取頂端10 cm左右莖段。

沼液采自嘉興市植物園沼氣池，池齡4 a，以羊糞、樹葉等為主要原料，產(chǎn)氣狀況良好。營養(yǎng)液稀釋采用靜置過夜的自來水。

1.2 方法

水培營養(yǎng)液采用沼液稀釋液，每種植物6個處理，沼液與水的比例分別為1∶1、1∶2、1∶4、1∶8、1∶16和純自來水，每個處理6次重復。培養(yǎng)在250 mL錐形瓶中進行，預先用錫箔紙包裹避光，防止培養(yǎng)過程中生長水綿。植株均勻搭配，隨機分組。將植株流水洗凈，用吸水紙吸干水分稱重后，大漂、水葫蘆、銅錢草等直接置于錐形瓶上口、狐尾草置于瓶內(nèi)，加入配置好的營養(yǎng)液300 mL(植株根部完全浸入營養(yǎng)液中)，液面位置做好標記。將錐形瓶均勻置于組培架上，24 h補光，溫室內(nèi)26 ℃靜置培養(yǎng)。

培養(yǎng)期間每天用靜置過夜的自來水補充至標記液面，記錄植株生長情況。18 d后，將植株取出，用吸水紙吸干根部水分后稱重，計算植株的相對生長量(培養(yǎng)后絕對增長量/培養(yǎng)前植株重量)。收集培養(yǎng)液檢測化學需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)。CODCr檢測參照GB/T 11914—1989進行，BOD5檢測參照HJ 505—2009進行，NH3-N檢測參照HJ 535—2009進行，TP檢測參照GB/T 11893—1989進行，TN檢測參照HJ 636—2012進行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有檢測3次重復計算平均值，并于SPSS 16.0平臺上進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物對沼液的耐受性

植物在培養(yǎng)早期即不同程度萎蔫，部分直接死亡。統(tǒng)計不同植物的存活率，結(jié)果如表1所示。銅錢草和狐尾草對沼液的耐受性要高于大漂和水葫蘆，在1∶1的沼液濃度下能完全存活，而大漂則全部死亡，水葫蘆只有少量存活。

表1 不同植物水培的存活率

2.2 沼液濃度對不同植物生長量的影響

正常生長的植物在18 d后，低濃度組出現(xiàn)不同程度的缺肥癥狀，因此，以18 d為試驗周期，統(tǒng)計18 d后植株重量的凈增長，計算相對增長量，結(jié)果如表2所示。

表2 不同植物水培的相對生長量

銅錢草對營養(yǎng)液的適應性最好，在1∶1高濃度下能夠存活，最適培養(yǎng)濃度在1∶4左右，隨著濃度的降低，生長量有所降低，但即便是自來水培養(yǎng)，也獲得了近1.5倍的增長量。狐尾草可在1∶2的高濃度沼液下生長良好，對沼液的耐受性優(yōu)于銅錢草，其最適培養(yǎng)濃度在1∶4左右，但隨著濃度的降低，其生長量也迅速降低，說明在低濃度下生長情況較差。大漂和水葫蘆的最適培養(yǎng)濃度較低，大漂在1∶8，水葫蘆在1∶16或更低濃度，但大漂在低濃度下生長良好，而水葫蘆在自來水中很少生長。植物最大相對增長量由大到小依次為銅錢草>狐尾草>水葫蘆>大漂。

在培養(yǎng)過程中，還發(fā)現(xiàn)較高濃度的沼液對植物莖形成分枝有利，而較低濃度有利于根的生長。以狐尾草為例，在1∶1濃度下，植株受到毒害，雖然有一定的生長量，但沒有分枝和根的大量生長；濃度稀釋到1∶2以后，莖形成分枝數(shù)隨濃度的降低而逐漸降低，18 d單株分枝數(shù)依次為3.7、3.1、2.5、1.75，而根的生長量逐漸增加，單株根重依次為0.16、0.38、0.56、0.77 g。

2.3 不同植物対沼液的凈化作用

培養(yǎng)18 d后，收集培養(yǎng)液，檢測CODCr、BOD5、NH3-N、TP、TN等的絕對值，與培養(yǎng)前營養(yǎng)液的相關指標比較，計算降低值，結(jié)果如圖1～2所示。

1～5對應的沼液濃度分別為1∶1、1∶2、1∶4、1∶8、1∶16和純自來水，圖2同圖1 水生植物對沼液CODcr、BOD5、NH3-N的凈化效果

圖2 水生植物對沼液TN、TP的凈化效果

4種植物中，水葫蘆對去除沼液CODCr、BOD5效果最突出，CODCr、BOD5最大去除率可達51.21%、54.85%，且對于1∶2～1∶8濃度的沼液均有效；大漂也有很好的降低CODCr、BOD5的效果，最大去除率達到了79.35%、85.10%，但只對1∶16的低濃度沼液有效。

4種植物對NH3-N、TN都有較好的去除效果，最大去除率大漂97.21%、狐尾草96.88%、水葫蘆98.08%、銅錢草98.16。從去除NH3-N、TN的角度看，狐尾草對濃度的適應范圍最廣，水葫蘆、銅錢草次之，大漂僅在低濃度沼液中發(fā)揮作用。

4種植物中，狐尾草對TP的去除效果最好，最大可達89.70%，并且能在1∶2的高濃度范圍內(nèi)發(fā)揮作用。

2.4 植物串聯(lián)組合対沼液凈化作用的驗證

根據(jù)不同植物對沼液的耐受性、生長情況及對不同指標的去除效率，結(jié)合沼液NH3-N含量較高的特點，采用狐尾草-銅錢草-水葫蘆-大漂的組合布局，在自制的40 m串聯(lián)管道水培裝置(分層置于組培架上)中進行沼液凈化作用的應用驗證。試驗時先稱取試驗植物的重量，然后采用1∶8的沼液緩慢循環(huán)流過串聯(lián)裝置進行水培。營養(yǎng)液起始CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP分別為175、18.6、79.9、90.8、3.46 mg·L-1。12 d后，培養(yǎng)液變得澄清透明，檢測CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP，分別為18、2.16、0.993、1.21、0.219 mg·L-1，去除率分別達到89.71%、88.39%、98.76%、98.67%、93.67%，基本達到Ⅲ類水的標準。植物吸干水分后稱重，生物量增長194%。結(jié)果證實采用水生植物串聯(lián)組合的方式，能有效發(fā)揮不同水生植物的優(yōu)勢，有效凈化沼液，并獲得較高的生物增長量。

3 小結(jié)

大漂、狐尾草、水葫蘆、銅錢草利用沼液水培表現(xiàn)出不同的特點，對NH3-N、TN都有較好的去除效果，狐尾草和銅錢草具有較高的沼液耐受性并具有較高的生長量，狐尾草對TP的去除效果最好，水葫蘆對降低沼液的CODCr、BOD5效果最突出。利用不同植物的優(yōu)勢進行組合培養(yǎng)可以達到良好的凈水效果，1∶8的沼液經(jīng)凈化后可基本達到Ⅲ類水的排放標準，在實際生產(chǎn)中具有較好的推廣應用價值。

[1] 陳為，孟紅英，王永軍. 沼渣、沼液的養(yǎng)分含量及安全性研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42(23): 7960-7962.

[2] 岳勝兵. 沼液作為水培生菜營養(yǎng)液的研究[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2008.

[3] 楊鑫，王文娥，胡笑濤，等. 沼液濃度對水培生菜營養(yǎng)液特性及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響[J]. 中國沼氣，2016，34(6):110-114.

[4] 張玲玲. 生物浮島技術用于養(yǎng)豬場沼液水培的試驗研究[D]. 武漢：湖北大學，2012.

[5] 孫其林，齊琳，狄蕊，等. 池塘利用沼液水培空心菜技術[J]. 長江蔬菜，2013(18):174-175.

(責任編輯：高 峻)

2017-05-12

浙江省科技計劃項目(2017C33226)；嘉興市科技計劃項目(2014AY21029)

向天勇(1971—)，男，湖北恩施人，副教授，博士，從事生物資源的開發(fā)與應用研究工作，E-mail：tyxiang2006@163.com。

文獻著錄格式：向天勇，藍建明，張正紅，等. 水生植物的沼液水培及凈水作用[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(11)：1926-1928.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171120

S181

A

0528-9017(2017)11-1926-03