1、生態(tài)環(huán)境 2007, 16(2: 369-372 Ecology and Environment E-mail: editor 基金項(xiàng)目:國(guó)家“863”重大科技專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2003AA601100作者簡(jiǎn)介:吳春篤(1962-,男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的研究。E-mail: wucd 收稿日期:2006-09-18北固山濕地植物對(duì)氮磷元素吸收能力的研究吳春篤,石 馳,沈明霞,王萬(wàn)俊江蘇大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013摘要:濕地作為一種高效低耗的污水處理技術(shù),其在脫氮除磷方面的應(yīng)用倍受人們的關(guān)注。為研究北固山濕地植物對(duì)氮磷元素的吸收能力,以該濕地優(yōu)勢(shì)植物蘆葦(Phr

2、agmites australis 和虉草(Phalaris arundinacea Linn 為研究對(duì)象,測(cè)定3月至11月期間,其地上生物量以及各組織中總氮、總磷的含量,分析其氮磷積累的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。結(jié)果表明,(1蘆葦、虉草的地上生物量均呈先增加后減少的趨勢(shì),且莖的生物量遠(yuǎn)大于葉和穗。(2蘆葦、虉草葉中的氮、磷含量均高于同期蘆葦莖中的含量。蘆葦對(duì)氮、磷的積累在8月份達(dá)到最大值,分別為38.97 g·m -2、18.22 g·m -2。而虉草對(duì)氮、磷的積累在5月份達(dá)到最大值,分別為23.19 g·m -2、6.32 g·m -2。(3蘆葦、虉草對(duì)氮、磷的

3、吸收均呈單峰值曲線,對(duì)氮的吸收都遠(yuǎn)大于磷,且蘆葦對(duì)氮、磷的吸收能力較好。(4適時(shí)收割蘆葦、虉草,可從北固山濕地中移除1248.90 kg 總氮和381.8 kg 總磷,同時(shí)還可以將其作為紙漿來(lái)源,創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 關(guān)鍵詞:濕地;蘆葦;虉草;總氮;總磷中圖分類號(hào):X173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-2175(200702-0369-04濕地是指介于陸地和水體之間、水位接近或處于地表或者有淺層積水的過(guò)渡地帶,其具有涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、保護(hù)生物多樣性等多項(xiàng)生態(tài)功能。而植物作為濕地重要組成部分,是濕地發(fā)揮各項(xiàng)作用的重要介質(zhì)。目前濕地植物在濕地處理系統(tǒng)中的作用以及對(duì)氮、磷的去除機(jī)理在國(guó)內(nèi)外

4、均已有一定的研究1-3,但對(duì)濕地植物凈化氮、磷的能力以及氮、磷在植株體內(nèi)的積累和分布的研究較少。北固山濕地位于長(zhǎng)江中下游平原的鎮(zhèn)江北固山腳下,是典型的長(zhǎng)江淤泥淤積型濕地,濕地植物以蘆葦(Phragmites australis 和虉草(Phalaris arundinacea Linn 為主,呈明顯的季節(jié)特點(diǎn)。北固山濕地的主要污染因子之一氮磷元素,既是植物生命的必需營(yíng)養(yǎng)元素,又是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要來(lái)源。本文主要選取蘆葦、虉草,研究其生物量的變化規(guī)律,分析氮、磷在植株體內(nèi)的積累和分布情況,進(jìn)一步探討蘆葦、虉草對(duì)氮磷元素吸收能力,從而為北固山濕地植物去污能力的研究提供理論依據(jù)。1 材料和方法1.1

5、 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查北固山濕地總面積133450 m 2,其中蘆葦面積5454 m 2,虉草面積大約44688 m 2,為了最大限度地減少試驗(yàn)研究對(duì)該濕地的破壞,選取該濕地北面約40000 m 2的部分作為研究對(duì)象,并設(shè)置如圖1所示5個(gè)采樣點(diǎn),所測(cè)數(shù)據(jù)取5個(gè)點(diǎn)的平均值。1#點(diǎn)位于兩塊濕地之間,2#點(diǎn)位于大東造紙廠大東溝雨水排放口附近,3#、4#點(diǎn)為內(nèi)江水與濕地交換的邊界點(diǎn),5#為該片濕地中心的點(diǎn)。 1.2 樣品采集和預(yù)處理根據(jù)植株生命周期,及北固山濕地季節(jié)性的水文規(guī)律進(jìn)行采樣。對(duì)蘆葦?shù)厣喜糠值牟蓸訒r(shí)間段定于3月20日到11月20日之間,每隔30 d 取樣一次;虉草地上部分的實(shí)驗(yàn)時(shí)間段定于3月20日到7月

6、20日之間,也是每30 d 取樣一次。在采樣點(diǎn)內(nèi)選擇植物分布均勻的樣地,采集蘆葦和虉草樣品,現(xiàn)場(chǎng)清洗,分別放入聚乙烯塑料袋中密封保存?；氐綄?shí)驗(yàn)室后,立即用自來(lái)水、二次蒸餾水沖洗樣品,先于105 干燥箱中殺青半小時(shí),再在60 下烘干至恒重,隨后用磨樣機(jī)粉碎,過(guò)40目篩,最后裝入樣品袋密封保存4-5。 1.3 樣品的測(cè)定蘆葦和虉草的TKN 采用H 2SO 4-H 2O 2體系消圖1 研究區(qū)域采樣點(diǎn)布置Fig. 1 The disposal of sampling points in the study area370 生態(tài)環(huán)境 第16卷第2期(2007年3月解、凱氏-蒸餾法,TP 采用H 2SO

7、4-H 2O 2體系消解、鉬銻鈧分光光度法67。2 結(jié)果和討論2.1 蘆葦對(duì)氮磷的吸收作用2.1.1 蘆葦?shù)厣仙锪康募竟?jié)性變化生物量(biomass 是指觀察期間地表單位面積內(nèi)所存在的或有機(jī)體的總量或儲(chǔ)存的總能量8。根據(jù)蘆葦?shù)纳芷?對(duì)其地上部分的采樣時(shí)間段定于3月20日到11月20日之間,在此期間,每隔30 d 取樣一次,測(cè)定其生物量,發(fā)現(xiàn)蘆葦莖、葉中的地上生物量季節(jié)變化趨勢(shì)如圖2所示。 由圖2,我們可以看出4、5月份是蘆葦生長(zhǎng)的高峰期,其地上生物量急劇增加;到6月上旬,蘆葦已經(jīng)達(dá)到全年地上生物量最高值的85%以上;7、8、9三個(gè)月,蘆葦逐漸開(kāi)始孕穗、抽穗、開(kāi)花、結(jié)實(shí),蘆葦生長(zhǎng)速度減慢,

8、地上生物量的積累相對(duì)緩慢,至8月底到達(dá)頂峰,峰值為3930 g·m -2;10、11月份,蘆葦葉子開(kāi)始枯黃凋落,地上植株開(kāi)始枯死,地上生物量逐漸下降,迅速回落到全年最低點(diǎn)。 2.1.2 蘆葦?shù)厣仙锪吭诟鹘M織中的比率8月底蘆葦?shù)厣仙锪窟_(dá)到全年的最高值,選取這段時(shí)間的蘆葦樣品,進(jìn)行蘆葦?shù)厣仙锪吭诟鹘M織中的分配比率分析。從1#5#點(diǎn)取樣,監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù),結(jié)果詳見(jiàn)表1。從表1數(shù)據(jù)來(lái)看,成熟期的蘆葦,地上生物量主要集中在莖部,達(dá)到了其地上生物量總量的78%左右,是同期蘆葉生物量的35倍。2.1.3 蘆葦對(duì)氮磷的積累根據(jù)蘆葦各組織中氮磷的含量以及對(duì)應(yīng)時(shí)期的生物量現(xiàn)可其各組織的氮磷含量,按照公

9、式1,可求得葉、莖、穗中的氮磷含量,進(jìn)而可得蘆葦對(duì)氮磷的積累總量T N 、T P 。T =W ×C /1000 (式1其中:W 為葉/莖/穗的生物量(單位:g·m -2;C 為葉/莖/穗的氮磷元素含量(單位:mg·g -1;T 為葉/莖/穗的氮磷積累量(單位:g·m -2。 從表2我們可以看出,雖然就蘆葦而言,莖雖然是蘆葦?shù)厣仙锪康闹饕M成,但是相對(duì)于葉以及后期的穗其含氮量都比較低,在9月份蘆葦莖中的含氮量分別為葉、穗的39.86%、37.15%,而到了10月份其含氮量分別為葉、穗的34.49%、29.96%。從表2數(shù)據(jù)來(lái)看,相對(duì)于氮,蘆葦對(duì)磷的吸收量

10、相對(duì)較小。這也直接解釋了與氮含量相比,蘆葦莖、葉中的含磷量沒(méi)有顯著的差異。 2.2 虉草對(duì)氮磷的吸收作用 2.2.1 虉草生物量的季節(jié)性變化根據(jù)虉草的生命周期,對(duì)其地上部分的采樣時(shí)間段定于3月20日到7月20日之間,在此期間,表1 蘆葦?shù)厣仙锪吭诟鹘M織中的比率 Table 1 The percentage of above-ground biomass in each tissue of Phragmites australis w /% 采樣點(diǎn)葉生物量莖生物量穗生物量1# 23.34 73.87 2.79 2# 21.08 77.83 1.10 3# 20.23 78.26 1.51 4#

11、 20.13 78.68 1.18 5# 16.00 81.47 2.53 平均 20.20 77.97 1.83圖2 蘆葦?shù)厣仙锪考竟?jié)變化趨勢(shì) Fig. 2 The Seasonal dynamics of the above-groundbiomass of Phragmites australis表2 蘆葦對(duì)總氮總磷的積累Table 2 The accumulation of TN/TP on Phragmites australisw (氮/(mg·g -1w (磷/(mg·g -1蘆葦葉莖穗氮的積累T N /(g·m -2葉莖穗磷的積累T P /(g&

12、#183;m -23月 20.17 0.95 6.02 0.28 4月 25.56 19.96 13.91 5.24 5.79 3.80 5月 16.43 8.11 31.16 5.05 5.01 14.86 6月 16.79 7.61 32.84 4.85 4.97 16.34 7月 17.20 7.46 37.96 4.46 4.86 17.79 8月 17.81 7.32 38.97 4.35 4.73 18.22 9月 16.79 6.68 17.98 33.21 3.98 3.46 7.22 14.04 10月 14.09 4.86 16.22 22.34 3.11 2.11 5.6

13、4 8.30 11月 11.63 3.21 12.522.23 1.98 6.01吳春篤等:北固山濕地植物對(duì)氮磷元素吸收能力的研究 371 每隔30 d 取樣一次,測(cè)定其生物量,發(fā)現(xiàn)虉草莖、葉中的地上生物量季節(jié)變化趨勢(shì)如圖3所示。由圖3可見(jiàn),單位面積虉草的葉、莖及總的生物量的變化呈先增加后減小的趨勢(shì),45月份為虉草的快速生長(zhǎng)期,到了5月份其地上生物量達(dá)到頂峰,峰值為3198 g·m -2。隨后虉草便進(jìn)入衰亡期,地上生物量迅速下降,這主要是因?yàn)榇藭r(shí)北固山濕地進(jìn)入全年豐水期,虉草被大量淹沒(méi),逐漸死亡。從圖3還可以看出,虉草莖的生物量在整個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)變化最為顯著,是構(gòu)成虉草生物量的主要部分

14、,葉和根的變化則比較緩和。2.2.2 虉草地上生物量在各組織中的比率5月份虉草地上生物量達(dá)到全年的最高值,從1#5#點(diǎn)取樣,進(jìn)行虉草地上生物量在各器官中的分配比率分析,結(jié)果見(jiàn)表3,我們從表中數(shù)據(jù)可以看出,莖是虉草生物量的主要部分,這在成熟期時(shí)尤為如此,達(dá)到了虉草地上生物量總量的90%左右。2.2.3 虉草對(duì)氮磷的積累根據(jù)虉草五月份各組織中氮磷的含量以及對(duì)應(yīng)時(shí)期的生物量現(xiàn)可計(jì)算出各組織的氮磷的最大積累量,按照公式1,可求得虉草葉、莖、穗中的氮磷含量,進(jìn)而可得虉草對(duì)氮磷的積累總量T N 、T P ,將所得結(jié)果列表4。2.3 蘆葦、虉草對(duì)氮磷吸收曲線的比較蘆葦、虉草對(duì)氮磷吸收均呈單峰值曲線(圖4,且

15、無(wú)論是蘆葦還是虉草,對(duì)氮的富集能力都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了對(duì)磷的富集,植株對(duì)磷的去除能力較小。從對(duì)氮磷的積累總和來(lái)看:38月份蘆葦對(duì)氮磷的吸收是逐漸增強(qiáng)的,在8月底及蘆葦?shù)厣仙锪孔畲髸r(shí),達(dá)到對(duì)氮磷的吸收的最大值57.19 g·m -2,到了9月份積累能力已經(jīng)開(kāi)始逐步降低,到了10月份對(duì)氮磷的積累總和迅速跌落到30.63 g·m -2。虉草在北固山濕地生長(zhǎng)期較短,在35月份迅速生長(zhǎng),對(duì)氮磷的吸收的最大值為29.51 g·m -2,隨后伴隨著豐水期的到來(lái),虉草被大量淹沒(méi),在水中迅速釋放組織中氮磷,到了7月底,其對(duì)氮磷的積累總和已降至4.83 g·m -2。對(duì)比圖4中曲

16、線,我們認(rèn)為蘆葦對(duì)氮、磷的富集能力高于虉草,將近是其的2倍。 2.4 植物收割對(duì)脫氮除磷效果的影響9月份以后,蘆葦對(duì)氮磷的積累能力下降,建議在8月底對(duì)其收割,濕地的蘆葦總面積按5454 m 2計(jì)算,則收割蘆葦可從濕地帶走212.58 kg 總氮和圖3 虉草地上生物量季節(jié)變化趨勢(shì) Fig. 3 The Seasonal dynamics of the above-groundbiomass of Phalaris arundinacea Linn表3 虉草各部分在地上生物量總值中所占的百分比 Table 3 the percentage of above-ground biomass ineac

17、h tissue of Phalaris arundinacea Linn w /%采樣點(diǎn)1# 2# 3# 4# 5# 平均葉 8.26 8.52 10.09 6.98 12.709.04 莖 89.8189.3888.69 91.67 85.6789.25穗 1.93 2.10 1.22 1.35 1.63 1.71圖4 蘆葦、虉草對(duì)氮、磷的吸收曲線 Fig. 4 The absoption curves of TN/ TP of Phragmitesaustralis and Phalaris arundinacea Linn表4 虉草對(duì)氮磷的積累Table 4 The accumulat

18、ion of TN/TP on Phalaris arundinacea Linnw (氮/(mg·g -1w (磷/(mg·g -1虉草葉莖穗氮的積累T N /(g·m -2葉莖穗磷的積累T P /(g·m -23月 26.58 13.11 3.76 3.87 3.22 0.71 4月 33.02 10.91 8.82 5.36 4.36 2.54 5月 21.32 5.7 13.84 23.19 4.99 1.56 7.63 6.32 6月 17.3 4.96 8.17 13.52 2.67 1.38 1.2 3.38 7月 15.71 3.16 4

19、.022.12 0.73 0.81372 生態(tài)環(huán)境第16卷第2期(2007年3月99.37 kg總磷;同理,按照濕地虉草總面積為44688 m2計(jì)算,于5月份對(duì)虉草進(jìn)行收割,每年可從濕地帶走1036.32 kg總氮和282.43 kg總磷。這樣一方面有效地從濕地中轉(zhuǎn)移了一部分的氮磷,另外也可以防止植株死亡,再次向水體中釋放營(yíng)養(yǎng)元素,同時(shí)收割的蘆葦、虉草可以給作為紙漿的來(lái)源以及動(dòng)物的飼料9,可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。3 結(jié)論(1蘆葦、虉草的地上生物量均呈先增加后減少的趨勢(shì),且莖的生物量遠(yuǎn)大于葉和穗。蘆葦?shù)牡厣仙锪吭?月底達(dá)到最大值3930 g·m-2,其中莖的比率為77.97%。與之相

20、比,虉草則在5月份達(dá)到最大值3198 g·m-2,其中莖的比率為89.25%。(2蘆葦、虉草葉中的氮、磷含量均高于同期蘆葦莖中的含量。蘆葦對(duì)氮、磷的積累在8月份達(dá)到最大值,分別為38.97 g·m-2、18.22 g·m-2。而虉草對(duì)氮、磷的積累在5月份達(dá)到最大值,分別為23.19 g·m-2、6.32 g·m-2。(3蘆葦、虉草對(duì)氮、磷的吸收均呈單峰值曲線,對(duì)氮的吸收都遠(yuǎn)大于磷。二者氮磷的積累總和峰值分別為57.19 g·m-2、29.51 g·m-2,且蘆葦對(duì)氮、磷的富集能力約為虉草的2倍。(4成熟期過(guò)后,蘆葦、虉草將迅

21、速釋放組織中的氮磷,適時(shí)對(duì)其進(jìn)行收割,可從北固山濕地中移除1248.90 kg總氮和381.8 kg總磷,同時(shí)還可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。參考文獻(xiàn):1 LIANG W, WU Z B, ZHAN F C, et al. Root Zone MicrobialPopulations, Urease Activities, and Purification Efficiency for aConstructed WetlandJ. Pedosphere, 2004, 14(3: 401-404.2 尹煒, 李培軍, 裘巧俊, 等. 植物吸收在人工濕地去除氮、磷中的貢獻(xiàn)J. 生態(tài)學(xué)雜志, 2006,

22、25(2: 218-221.YIN Wei, LI Peijun, QIU Qiaojun, et al. Contribution of macrophyte assimilation in constructed wetland to nitrogen and phosphorous removalJ. Chinese Journal of Ecology, 2006, 25(2: 218-221.3 張軍, 周琪, 何蓉. 表面流人工濕地中氮磷的去除機(jī)理J. 生態(tài)環(huán)境, 2004, 13(1: 98-101.ZHANG Jun, ZHOU Qi, HE Rong. Mechanism o

23、f nitrogen and phosphorus removal in free-water surface constructed wetlandJ.Ecology and Environment, 2004, 13(1: 98-101.4 董鳴. 陸地生物群落調(diào)查觀測(cè)與分析M. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996: 56-60.DONG Ming. Survey, Observation and Analysis of Terrestrial BiocommunitiesM. Beijng: Standards Press of China, 1996: 56-60. 5 鮑士旦. 土壤農(nóng)

24、化分析M. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2000: 263-266.BAO Shidan. Analysis of agri-chemistry in SoilM. Beijing: Publishing company of China agriculture, 2000: 263-266.6 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局. 水和廢水檢測(cè)分析方法M. 北京: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002: 246-250.China EPA. Water and wastewater monitoring methodsM.Beijing: Environmental Science Press, 2002: 246-

25、250.7 ARHEIMER B, HANS B. Wittgren. Modeling nitrogen removal inpotential wetlands at the catchment scaleJ. Ecological Engineering, 2002, 19: 63-80.8 宋永昌. 植被生態(tài)學(xué)M. 上海: 華東師范大學(xué)出版社, 2001:196-210.SONG YongChang. Vegetation EcologyM. Shanghai: East China Normal University Press, 2001: 196-210.9 彭友林, 陳建中,

26、劉珍, 等. 洞庭湖濕地虉草資源的開(kāi)發(fā)和利用J.湖南文理學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2003, 15(4: 35-36.PENG Youlin, CHEN Jianzhong, LIU Zhen, et al. Research ON Phalaris arundinacea L. Pasture Resources Exploitation In Damp Soil OF Dongting LakeJ. Journal of Hunan University of Arts and Science: Natural Science Edition, 2003, 15(4: 35-36.Stud

27、y on absorptional efficiency of plants in Mount Beigu wetlandWU Chundu, SHI Chi, SHEN Mingxia, WANG WanjunSchool of Environmental Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013, ChinaAbstract: The wetland has drawn great attention on its application of denitrification and phosphorus remo

28、val as an effective and low-cost technology in treating wastewater. In order to study the absorptional efficiency of plants in Mount Beigu Hill, taking Phragmites australis and Phalaris arundinacea Linn (the two dominant species as the investigative subject, measured the biomass, the total nitrogen (TN and the total phosphorus (TP of the different parts and analyzed corresponding dynamic patterns from March to September. The results showed that, (1for both of the plants,the above-ground biomass increased earlier and re