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(1.四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院,成都 610065；2.成都紡織高等專(zhuān)科學(xué)校,成都 611731)

1 研究背景

富營(yíng)養(yǎng)化水體易發(fā)黑、發(fā)臭，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，給人們的生產(chǎn)帶來(lái)不便，甚至威脅到了人類(lèi)健康[1-4]。水土流失導(dǎo)致的氮磷流失是水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要影響因素[5-7]。因此，尋求一種既能減少水體富營(yíng)養(yǎng)化負(fù)荷，又能保持水土，還能改善和美化環(huán)境的綜合解決方法具有較大的理論和應(yīng)用價(jià)值。

目前的富營(yíng)養(yǎng)水治理方法主要采用在水體上設(shè)置浮床并在浮床上栽培植物的方法，利用植物吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而達(dá)到減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化程度、建立景觀和美化環(huán)境的目的[8-12]。但浮床一般由泡沫浮床或其它塑料材料制成，在水中易因老化而破碎，且破碎的材料易滯留在水體中形成二次污染。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過(guò)試驗(yàn)提供一種集富營(yíng)養(yǎng)水體處理、水土保持和景觀綠化為一體的環(huán)保方法，并能完全避免對(duì)水體的二次污染。其技術(shù)方案是：在含富營(yíng)養(yǎng)水體的池塘、河流或水庫(kù)的堤岸上或堤岸壁上栽種可長(zhǎng)出氣生根的植物，栽種時(shí)將植株的頂部朝向富營(yíng)養(yǎng)水體，并使枝條盡可能多地接觸富營(yíng)養(yǎng)水體的水面或適當(dāng)浸入富營(yíng)養(yǎng)水體中，利用枝條上長(zhǎng)出的氣生根吸收水體中富營(yíng)養(yǎng)成分。因此，植物能長(zhǎng)出氣生根，且氣生根具富營(yíng)養(yǎng)水凈化能力是證明該方法可行的關(guān)鍵。夾竹桃(Neriumindicum)是夾竹桃科常綠大型灌木，喜光、喜濕潤(rùn)、適應(yīng)性強(qiáng)、不擇土壤的肥沃與貧瘠[13]。枝條萌發(fā)力強(qiáng)，病蟲(chóng)害較少，栽培較易成活。葉片革質(zhì)，較耐水淹[14]，具有凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的潛力。本試驗(yàn)以?shī)A竹桃為研究對(duì)象，在人工模擬濱水環(huán)境中誘導(dǎo)其氣生根生長(zhǎng)，并檢驗(yàn)其凈化富營(yíng)養(yǎng)水的效率。

2 材料與方法

本研究由夾竹桃氣生根誘導(dǎo)試驗(yàn)和夾竹桃氣生根凈化富營(yíng)養(yǎng)水試驗(yàn)2部分組成。

2.1 夾竹桃氣生根誘導(dǎo)試驗(yàn)

2.1.1 供試材料

選取1～2 a生夾竹桃枝條，通過(guò)扦插繁殖，成活后，選擇每株無(wú)分枝，枝長(zhǎng)35 cm以上，健康無(wú)蟲(chóng)害的夾竹桃，以10株為1組，移栽于15個(gè)上口內(nèi)直徑9 cm，盆高10 cm，已裝8～9 cm高泥土的塑料花盆內(nèi)，從1—15對(duì)花盆隨機(jī)編號(hào)。

2.1.2 濱水環(huán)境模擬設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)于四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，保持室內(nèi)通風(fēng)良好，將15組花盆置于窗邊光照條件較好的位置。

試驗(yàn)?zāi)M植物種植于堤岸壁或堤岸上、枝條浸于湖水中的情形。首先將花盆排成2行，平行于窗臺(tái)整齊擺放，花盆之間兩兩間距50 cm；再于每行每個(gè)花盆的右側(cè)放置一鐵盆(鐵盆內(nèi)徑30 cm，高6 cm)，加人工湖水至鐵盆外沿以不溢出為準(zhǔn)；將花盆側(cè)放在地，墊高花盆底側(cè)，使盆內(nèi)夾竹桃倒置在鐵盆上方，使夾竹桃枝葉浸于水中。每隔3 d取人工湖水補(bǔ)充鐵盆內(nèi)因蒸發(fā)和蒸騰損失的水分。

2.1.3 植物管理

試驗(yàn)時(shí)間為2012年5月8日至7月10日?？紤]到花盆口處于傾斜狀態(tài)，若直接從花盆口澆水會(huì)將土壤沖刷下來(lái)，因此在花盆壁朝上的一面割出兩道5 cm×2 cm的開(kāi)口，每隔3 d用灑水壺裝靜置過(guò)夜的自來(lái)水,從開(kāi)口處澆灌花盆內(nèi)的土，至可見(jiàn)花盆口處的土壤濕潤(rùn)為止。在試驗(yàn)進(jìn)行15 d后，僅見(jiàn)一株夾竹桃浸于水中的莖段上長(zhǎng)出一根3 cm的氣生根?？紤]到根系具有向水性[15]，植株的愈傷組織具有生根能力[16]，因此采取了2個(gè)措施誘導(dǎo)氣生根：①延長(zhǎng)澆灌間隔時(shí)間，改為每周1次，減少灌水量，僅濕潤(rùn)開(kāi)口處露出的土即止；②用小刀在夾竹桃植株浸于水中的莖部任意位置環(huán)割表皮3～4處。

2.2 夾竹桃凈化富營(yíng)養(yǎng)水試驗(yàn)

2.2.1 供試材料

從15盆夾竹桃中篩選4盆植株大小基本一致、生長(zhǎng)良好、氣生根須較多的用于試驗(yàn)。

2.2.2 供試水體

取自來(lái)水作為基質(zhì)，配制成了劣V類(lèi)富營(yíng)養(yǎng)水。劣V類(lèi)水的定義為污染程度已超過(guò)V類(lèi)的水，配制時(shí)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中V類(lèi)水的總磷、總氮和氨氮含量標(biāo)準(zhǔn)。配制方法如下：①稱(chēng)取1 500 g風(fēng)干土壤，用高壓滅菌鍋在壓力為1.5 kg/cm2條件下滅菌1 h；②將土分裝于3個(gè)已滅菌的塑料桶內(nèi)，3個(gè)桶一共加入40 L自來(lái)水充分?jǐn)嚢?，靜置12 h；③移取上清液34 L至已滅菌的塑料水箱內(nèi)，在上清液中加入磷酸氫二鉀0.31 g、碳酸銨0.50 g、亞硝酸鈉0.31 g、硝酸鉀1.45 g、鄰苯二甲酸氫鉀8 g、尿素1.07 g，并補(bǔ)充自來(lái)水14 L攪拌均勻配制成48 L富營(yíng)養(yǎng)水備用。配置后實(shí)測(cè)的水體指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2.3 試驗(yàn)方法

將48 L試驗(yàn)用富營(yíng)養(yǎng)水平均分裝于6個(gè)容積為8 L的塑料盆中，做好水位線標(biāo)記。其中2盆不做任何處理作為對(duì)照組，夾竹桃處理組4盆按“濱水環(huán)境模擬設(shè)計(jì)”中的步驟擺放，使氣生根須全部浸入富營(yíng)養(yǎng)水體中，枝葉盡量多的浸于水中。試驗(yàn)期內(nèi)不給花盆內(nèi)土壤澆水。

表1 實(shí)測(cè)水體主要水質(zhì)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)比較

2.2.4 測(cè)定方法與項(xiàng)目

試驗(yàn)于2012年7月12日至28日進(jìn)行。每隔3 d用移液管在水體中心位置水面以下5 cm處移取水樣400 mL至燒杯用于測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)和方法如表2所示。每次采樣時(shí)間為早上8:00—9:00，采樣前12 h用蒸餾水補(bǔ)充盆內(nèi)因蒸發(fā)及蒸騰所消耗的水分至水位線標(biāo)記處。試驗(yàn)數(shù)據(jù)取3次平行測(cè)試的平均值。

表2 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)試項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法

3 結(jié)果與分析

3.1 淹水狀態(tài)的夾竹桃植株形態(tài)特征變化

由于每個(gè)花盆的每株夾竹桃植株長(zhǎng)度及在花盆中所處的位置有所不同，盆中夾竹桃被水淹沒(méi)的部位有所不同，出現(xiàn)2種情況：第1種情況是夾竹桃莖基部露出水面，莖其余部分及其附生葉全被水淹沒(méi)；第2種情況是夾竹桃莖中部及其附生葉被水淹沒(méi)，莖其余部分及其附生葉露出水面。試驗(yàn)進(jìn)行63 d后，2種情況下的植株形態(tài)特征都發(fā)生了變化：第1種情況的夾竹桃植株死亡，無(wú)氣生根長(zhǎng)出；第2種情況的夾竹桃植株生長(zhǎng)健康，部分未淹的莖上長(zhǎng)出了分枝，被淹葉片壞死脫落，莖基部和被淹莖段上的愈傷組織長(zhǎng)出了氣生根，其中莖基部長(zhǎng)出的氣生根較愈傷組織上長(zhǎng)出的多。第1種情況下的夾竹桃死亡是由于葉片在淹水狀態(tài)下氣孔關(guān)閉，光合作用效率下降[17]，植株呼吸以無(wú)氧呼吸為主，能源急劇消耗，最終植株死亡，無(wú)氣生根長(zhǎng)出。第2種情況下的夾竹桃仍能健康生長(zhǎng)是由于露出水面的夾竹桃葉有充足的氧氣和二氧化碳來(lái)源，能將光合作用合成的物質(zhì)和能量供給處于水淹的部分，保證處于水淹部分的植物細(xì)胞功能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此植株還能健康生長(zhǎng)并長(zhǎng)出氣生根，但隨淹水時(shí)間延長(zhǎng)，被淹葉片的葉綠素含量降低，因此被淹葉片脫落。

3.2 夾竹桃生長(zhǎng)及發(fā)根情況

試驗(yàn)結(jié)束，6盆(編號(hào)分別為2,5,8,11,13,15號(hào))夾竹桃成活率最高，為100%；3盆(編號(hào)分別為1,3,10號(hào))夾竹桃成活率為90%；4盆(編號(hào)分別為4,6,7,12號(hào))夾竹桃的成活率在50%～80%之間；2盆(編號(hào)分別為9,14號(hào))夾竹桃成活率最低，為10%；15盆夾竹桃的平均成活率為77%(表3)。

表3 夾竹桃成活率及生根情況

注：扦插株數(shù)指每個(gè)花盆內(nèi)移植的10株夾竹桃；成活數(shù)指試驗(yàn)結(jié)束仍然存活的夾竹桃數(shù)目，未包括夾竹桃枝上生出的新枝數(shù)目；新生枝數(shù)指夾竹桃枝上生出的新枝數(shù)目。

試驗(yàn)結(jié)束，5號(hào)盆的新生枝數(shù)最多，為6枝；3盆(3,6,12號(hào))夾竹桃的新生枝數(shù)為4枝；3盆(2,13,15)夾竹桃的新生枝數(shù)為3枝；6盆(1,4,8,10，11,14號(hào))夾竹桃的新生枝數(shù)為2枝；2盆(7,9號(hào))夾竹桃的新生枝數(shù)最低，為1枝；15盆夾竹桃的平均新生枝數(shù)為3(表3)。

除4,9,14號(hào)盆的夾竹桃未長(zhǎng)出氣生根外，其余12盆夾竹桃均長(zhǎng)出氣生根。13號(hào)盆的生根率最高，為80%；5號(hào)盆的生根率為70%；3盆(8,10,12號(hào))的生根率為60%；1號(hào)盆的生根率為50%；2盆(7,11號(hào))的生根率為40%；3盆(2,3,15號(hào))的生根率為30%；6號(hào)盆的生根率最低為20%。4盆(2,7,12,13號(hào))夾竹桃氣生根根須最長(zhǎng)長(zhǎng)度15 cm；5盆(3,5,8,10,15號(hào))夾竹桃氣生根根須最長(zhǎng)長(zhǎng)度11 cm；3盆(1，6，11號(hào))夾竹桃氣生根根須最長(zhǎng)長(zhǎng)度4 cm；15盆夾竹桃的平均生根率為38%(表3)。

3.3 夾竹桃凈水效率

試驗(yàn)結(jié)果顯示(表4)，夾竹桃處理組對(duì)總磷(TP)、總氮(TN)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)和濁度(NTU)的實(shí)際去除率分別達(dá)到27.3%,29.1%,17.1%,20.5%,1.6%和0.7%，各試驗(yàn)組TP，TN，NH3-N，NO2-N和NO3-N的實(shí)際削減總量(即每盆8L富營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)用水中實(shí)際減少的總量，平均值)分別為2.16,42.24,2.24,4.72，1.04 mg。

植物凈化富營(yíng)養(yǎng)水機(jī)理一方面是植物根系的吸收，另一方面是植物與微生物的協(xié)同作用。選取的4盆(5，8，10，13號(hào))夾竹桃生長(zhǎng)狀況良好(表3)，生根率分別為70%,60%,60%和80%，氣生根須生長(zhǎng)較密，試驗(yàn)時(shí)間正值夏季，是夾竹桃生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，其生長(zhǎng)需要吸收氮磷作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，再加上附生在植物上的微生物協(xié)同作用，因此夾竹桃處理組去除氮磷效率明顯優(yōu)于對(duì)照組，表明夾竹桃氣生根對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水有凈化能力。夾竹桃處理組和對(duì)照組對(duì)濁度的平均去除率分別為94.9%和94.2%，差別不明顯，這是因?yàn)闈岫鹊漠a(chǎn)生來(lái)自于土壤溶液中的懸浮物，一段時(shí)間懸浮物重力沉降后，濁度自然下降。

表4 夾竹桃對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水的凈化效果

注：表中試驗(yàn)組的各參數(shù)為4個(gè)處理組的平均值；對(duì)照組的各參數(shù)為2個(gè)對(duì)照組的平均值；試驗(yàn)組去除率(%)=[(試驗(yàn)初始濃度-試驗(yàn)組在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的濃度)/試驗(yàn)初始濃度]×100；對(duì)照組去除率(%)=[(試驗(yàn)初始濃度-對(duì)照組在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的濃度)/試驗(yàn)初始濃度]×100；試驗(yàn)組實(shí)際去除率(%)=試驗(yàn)組去除率-對(duì)照組去除率；各試驗(yàn)組實(shí)際削減總量(平均值，mg/組)=試驗(yàn)初始濃度×試驗(yàn)組實(shí)際去除率×8 ，式中，“8”表示各試驗(yàn)組盆中有8 L富營(yíng)養(yǎng)試驗(yàn)用水。

4 討 論

夾竹桃氣生根能有效削減富營(yíng)養(yǎng)水體中氮、磷及其化合物，降低水體濁度，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體有良好的凈化效果。

氣生根是不定根的一種，形態(tài)較為特殊，具有吸收水分和養(yǎng)料的功能，可離開(kāi)土壤在空氣或水中生長(zhǎng)[15]。本研究利用了氣生根的這些特性，模擬夾竹桃栽種在富營(yíng)養(yǎng)水體的岸堤壁或岸堤上的情景，與一般將富營(yíng)養(yǎng)水凈化植物栽培在浮床上相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①岸堤壁或岸堤上的樹(shù)枝主干對(duì)水中或水面的枝條起著固定和支持作用，不受水體深度和流動(dòng)性的制約，既適合流動(dòng)水體，又適合靜止水體，適用范圍較廣；②夾竹桃的根系具有良好的土體加筋效果，抗剪強(qiáng)度較高，根系表面與土體間的摩擦力較大，有利于防治水土流失和坡面滑動(dòng)[18]，因此栽種在岸堤壁或岸堤上的夾竹桃具有一定水土保持的作用；③本研究中夾竹桃的頂端朝向水體，枝條沿水面方向生長(zhǎng)，達(dá)到一定規(guī)模后能自然形成水岸一體化綠色景觀；④夾竹桃栽種無(wú)需浮床做載體，無(wú)廢棄材料滯留在水體中，能完全避免一般方法對(duì)水體的二次污染。

需要注意的是，受植物本身生長(zhǎng)特性的影響，氣生根不可能無(wú)限增長(zhǎng)，該方法可能只對(duì)水體的中上層凈化效果較好。研究結(jié)果表明15盆夾竹桃的平均生根率(38%)不高，還有很大的提升空間，在氣生根誘導(dǎo)生長(zhǎng)措施方面還需完善和改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)氣生根的誘導(dǎo)生長(zhǎng)采取了“延長(zhǎng)澆水時(shí)間”和“利用愈傷組織生根”2個(gè)措施，但試驗(yàn)過(guò)程中觀察到，夾竹桃樣株莖基部比愈傷組織處長(zhǎng)出的氣生根更多更密集，表明“延長(zhǎng)澆水時(shí)間”措施可作為氣生根誘導(dǎo)生長(zhǎng)的主要手段，而“利用愈傷組織生根”可能非必要。

5 結(jié) 語(yǔ)

夾竹桃氣生根的誘導(dǎo)操作簡(jiǎn)單，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水的凈化效果較好，隨著水淹時(shí)間的延長(zhǎng)，夾竹桃氣生根生長(zhǎng)趨于旺盛，凈化能力會(huì)趨于增強(qiáng)，因此夾竹桃可作為水體富營(yíng)養(yǎng)化防治方法的栽培植物。該種集富營(yíng)養(yǎng)水體處理、水土保持和景觀綠化為一體的環(huán)保方法是可行的，值得開(kāi)展深入的研究并進(jìn)一步推廣應(yīng)用。植物能長(zhǎng)出氣生根是實(shí)現(xiàn)該方法的關(guān)鍵，在今后的研究中可以此為條件進(jìn)行植物種類(lèi)篩選，使更多植物應(yīng)用到該方法中來(lái)。

致謝：感謝成都紡織高等專(zhuān)科學(xué)校污水處理技術(shù)集成創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持。

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