雜交水芹菜與幾種水生挺水植物對(duì)養(yǎng)豬污水凈化效果比較

李梅姿，劉正富，吳杭航，李勝，駱浩雯

(1.杭州市西湖水域管理處，浙江 杭州 310012； 2.杭州市余杭區(qū)運(yùn)河街道農(nóng)業(yè)公共服務(wù)中心，浙江 余杭 311102； 3.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058； 4.浙江農(nóng)林大學(xué) 園林設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 杭州 311300；5.浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300)

加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染治理，是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。習(xí)近平總書記指出，農(nóng)業(yè)發(fā)展不僅要杜絕生態(tài)環(huán)境欠新賬，而且要逐步還舊賬，要打好農(nóng)業(yè)面源污染治理攻堅(jiān)戰(zhàn)。畜禽養(yǎng)殖特別是養(yǎng)豬場(chǎng)污水對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染有著重要貢獻(xiàn)，是農(nóng)業(yè)面源污染治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

水芹菜及其他常見的水生挺水植物凈化污染水體的效果已有較多研究[1-2]，但試驗(yàn)地點(diǎn)都選擇在室內(nèi)，且人工控制條件的情況下。由于野外自然狀態(tài)下的污水特別是養(yǎng)豬場(chǎng)沼化后的污水受天氣、光照、土壤、氣溫、雨水、滯留時(shí)間等因素影響，與室內(nèi)模擬條件相差甚遠(yuǎn)。因此，水生植物對(duì)水質(zhì)的凈化效果在實(shí)際應(yīng)用中往往與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大反差。另外，前人研究采用的水芹菜為普通水芹菜，其在6—9月是休眠期，在此期間起不到凈化污水的作用[3-5]。本研究采用的雜交十六號(hào)水芹菜引自安徽山泉水生蔬菜研究所，其耐溫范圍廣(-8～43 ℃)。2013年4月引入杭州，在杭州市種豬試驗(yàn)場(chǎng)(位于余杭區(qū)彭公鎮(zhèn))濕地生長(zhǎng)旺盛，四季常綠。一年可收割4～5次，每667 m2年產(chǎn)量達(dá)10 000 kg。

目前，用水生植物凈化水體，多數(shù)只有環(huán)境效益，沒有經(jīng)濟(jì)效益，因此，均不可持續(xù)。雜交十六號(hào)水芹菜既耐寒又耐高溫，四季生長(zhǎng)，可為人類利用，魚、雞、鴨、鵝、羊等均十分愛吃，其可利用部分達(dá)95%以上。為研究水芹菜對(duì)養(yǎng)豬污水的凈化作用，本研究在野外完全模仿自然條件下，比較了雜交十六號(hào)水芹菜與其他幾種水生植物(鳶尾、美人蕉、粉花狐尾藻、香菇草)處理養(yǎng)豬場(chǎng)沼液污水的能力，以期為養(yǎng)殖場(chǎng)沼液污水處理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究所用水生植物有雜交水芹菜[Qenanthejavanica(Blume)]、西伯利亞鳶尾(Irissibirica)、水生美人蕉(Cannaglauca)、香菇草(Hydrocotylevulgaris)、粉花狐尾藻(Myriophyllumverticillatum)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

1.2.1 場(chǎng)地選擇

采取完全模擬自然狀態(tài)的方式，場(chǎng)地選在杭州市種豬試驗(yàn)場(chǎng)露天濕地旁邊。

1.2.2 試驗(yàn)池建造

挖掘6個(gè)面積、形狀相同(均為2.5 m×2.0 m，深度0.45 m)的小水池。挖好后沿池底四周把土夯實(shí)，以免漏水，并把池底整平，6個(gè)小池呈一字形排列。為了使植物有充分的恢復(fù)期，提前20 d種好供試植物，每種植物的株數(shù)、大小、質(zhì)量基本相同。在正式試驗(yàn)前1 d完全排干每個(gè)小池內(nèi)原有的存水，第2天同時(shí)等量注入養(yǎng)豬場(chǎng)沼液污水，使每個(gè)小池的水深達(dá)15 cm。并采集原水樣。以后每7 d在每個(gè)小池中采水樣1次，當(dāng)天采集當(dāng)天分析，連續(xù)6次。

從第1個(gè)小池開始依次為空白對(duì)照池、水芹試驗(yàn)池、香菇草試驗(yàn)池、鳶尾試驗(yàn)池、水生美人蕉試驗(yàn)池、粉花狐尾藻試驗(yàn)池。

1.2.3 美人蕉和水芹菜的大田濕地比較

養(yǎng)豬場(chǎng)沼液的污水先經(jīng)過美人蕉濕地(約1 200 m2)，再流入水芹菜濕地(1 000 m2)，兩者之間有一條40 cm寬的隔離小溝。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

用便攜式pH儀測(cè)水質(zhì)的pH值，重鉻酸鉀氧化法測(cè)定CODcr，納氏試劑光度法測(cè)定氨氮含量，過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定總氮含量，過硫酸鉀氧化-鉬銻抗分光光度法測(cè)定總磷含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 幾種植物對(duì)污水的凈化效果

本試驗(yàn)從5月26日開始，5月26日至6月2日是穩(wěn)定期。6月2日開始正式采樣，每周1次。由于完全模擬自然，外界影響的因子較多。從5月26日至6月2日水池底部結(jié)了厚厚的一層藻類黏泥層，水體中部分營(yíng)養(yǎng)鹽被直接帶入這層黏泥層中，使水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)下降速度加快。6月8日起又著生許多浮萍，對(duì)水體有一定的凈化作用。

2.1.1 CODcr

除美人蕉外，其他幾種植物水池中的CODcr含量均小于對(duì)照水池，說明水芹菜、香菇草、粉花狐尾藻、鳶尾對(duì)CODcr均具有凈化作用。供試植物水池CODcr平均值分別為：水芹菜44.398 mg·L-1、香菇草48.068 mg·L-1、粉花狐尾藻48.600 mg·L-1、鳶尾64.134 mg·L-1、對(duì)照82.668 mg·L-1、美人蕉102.2 mg·L-1。表明水芹菜、香菇草、粉花狐尾藻對(duì)CODcr的降解作用接近，水芹菜對(duì)CODcr的降解作用最好。

2.1.2 NH4-N

由表1可知，除鳶尾外，幾種植物的NH4-N均低于對(duì)照水池。其中，鳶尾水池在6月23日后NH4-N含量突然升高，原因是鳶尾池內(nèi)很多浮萍枯萎死亡，其不定根懸浮在水體中腐爛，導(dǎo)致NH4-N含量升高。供試植物水池NH4-N平均含量為：香菇草0.936 mg·L-1、粉花狐尾藻2.869 mg·L-1、水芹菜2.956 mg·L-1、美人蕉7.460 mg·L-1、對(duì)照8.160 mg·L-1、鳶尾14.544 mg·L-1。其中，香菇草對(duì)NH4-N的降解作用最好，水芹菜與粉花狐尾藻較接近。

表1 幾種植物對(duì)污水凈化效果的比較 mg·L-1

水池植物CODcrNH4-N總氮總磷1對(duì)照82.6688.16010.5202.0762水芹菜44.3982.9565.2661.0903香菇草48.0680.9365.1860.5544鳶尾64.13414.54415.5142.4245美人蕉102.2007.46011.2581.3946粉花狐尾藻48.6002.8695.7621.114

2.1.3 總氮

處理前幾天美人蕉水池總氮含量高于對(duì)照水池，而鳶尾正好相反。原因在于美人蕉開始時(shí)植株小，凈化作用弱又不擋光，而對(duì)照組的浮萍正好處在生長(zhǎng)旺盛期，所以對(duì)總氮的降解能力高于美人蕉；隨著美人蕉植株的長(zhǎng)大，其吸氮能力逐步上升，最終高于對(duì)照水池。鳶尾水池后期總氮含量升高是由浮萍枯萎腐爛造成。供試植物水池總氮平均含量為：香菇草5.186 mg·L-1、水芹菜5.266 mg·L-1、粉花狐尾藻5.762 mg·L-1、對(duì)照10.52 mg·L-1、美人蕉11.258 mg·L-1、鳶尾15.514 mg·L-1。以香菇草對(duì)總氮的降解作用最好。

2.1.4 總磷

除鳶尾外，供試植物水池中總磷含量均低于對(duì)照水池，尤其是美人蕉水池，其總磷含量一直保持降低趨勢(shì)，說明美人蕉對(duì)總磷的吸收能力比較穩(wěn)定。供試植物水池中平均總磷含量為：香菇草0.554 mg·L-1、水芹菜1.090 mg·L-1、粉花狐尾藻1.114 mg·L-1、美人蕉1.394 mg·L-1、對(duì)照2.076 mg·L-1、鳶尾2.424 mg·L-1。香菇草對(duì)總磷的降解作用最好，水芹菜與粉花狐尾藻相當(dāng)。

2.2 大田濕地測(cè)試結(jié)果

大田濕地測(cè)試結(jié)果表明，與美人蕉濕地相比，水芹菜濕地的CODcr下降了29.21%，NH4-N下降了48.944%，總氮下降了49.85%，總磷下降了35.81%(表2)。說明水芹菜對(duì)降低污水中的氮類污染作用較好。

表2 大田測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 mg·L-1

3 小結(jié)

供試植物對(duì)CODcr的凈化效果為水芹菜>香菇草>粉花狐尾藻>鳶尾>對(duì)照>美人蕉，對(duì)氨氮的凈化效果為香菇草>粉花狐尾藻>水芹菜>美人蕉>對(duì)照>鳶尾，對(duì)總氮的凈化效果為香菇草>水芹菜>粉花狐尾藻>對(duì)照>美人蕉>鳶尾，對(duì)總磷的凈化效果為香菇草>水芹菜>粉花狐尾藻>美人蕉>對(duì)照>鳶尾。

雜交水芹菜四季常綠，四季都有凈化功能和景觀效果，可以不斷地把營(yíng)養(yǎng)鹽從水體中移出；而且生長(zhǎng)非常茂盛，產(chǎn)量高，兼具社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，是一種很有推廣應(yīng)用價(jià)值的水生植物。