大漂、狐尾草、水葫芦、铜钱草等均采自嘉兴市郊河道。选择大漂、水葫芦、铜钱草的健康幼苗, 狐尾草取顶端10 cm左右茎段。

沼液采自嘉兴市植物园沼气池, 池龄4 a, 以羊粪、树叶等为主要原料, 产气状况良好。营养液稀释采用静置过夜的自来水。

水培营养液采用沼液稀释液, 每种植物6个处理, 沼液与水的比例分别为1:1、1:2、1:4、1:8、1:16和纯自来水, 每个处理6次重复。培养在250 mL锥形瓶中进行, 预先用锡箔纸包裹避光, 防止培养过程中生长水绵。植株均匀搭配, 随机分组。将植株流水洗净, 用吸水纸吸干水分称重后, 大漂、水葫芦、铜钱草等直接置于锥形瓶上口、狐尾草置于瓶内, 加入配置好的营养液300 mL(植株根部完全浸入营养液中), 液面位置做好标记。将锥形瓶均匀置于组培架上, 24 h补光, 温室内26 ℃静置培养。

培养期间每天用静置过夜的自来水补充至标记液面, 记录植株生长情况。18 d后, 将植株取出, 用吸水纸吸干根部水分后称重, 计算植株的相对生长量(培养后绝对增长量/培养前植株重量)。收集培养液检测化学需氧量(COD_Cr)、五日生化需氧量(BOD₅)、氨氮(NH₃-N)、总磷(TP)、总氮(TN)。COD_Cr检测参照GB/T 11914— 1989进行, BOD₅检测参照HJ 505— 2009进行, NH₃-N检测参照HJ 535— 2009进行, TP检测参照GB/T 11893— 1989进行, TN检测参照HJ 636— 2012进行。

所有检测3次重复计算平均值, 并于SPSS 16.0平台上进行方差分析。

植物在培养早期即不同程度萎蔫, 部分直接死亡。统计不同植物的存活率, 结果如表1所示。铜钱草和狐尾草对沼液的耐受性要高于大漂和水葫芦, 在1:1的沼液浓度下能完全存活, 而大漂则全部死亡, 水葫芦只有少量存活。

表1

表1

表1 不同植物水培的存活率 植物 不同沼液浓度水培的存活率/% 自来水 1:1 1:2 1:4 1:8 1:16 大漂 100 0 66.66 83.33 83.33 100 狐尾草 100 100 100 100 100 100 水葫芦 100 16.66 83.33 100 100 100 铜钱草 100 100 100 100 100 100

表1 不同植物水培的存活率

正常生长的植物在18 d后, 低浓度组出现不同程度的缺肥症状, 因此, 以18 d为试验周期, 统计18 d后植株重量的净增长, 计算相对增长量, 结果如表2所示。

表2

表2

表2 不同植物水培的相对生长量 植物 不同沼液浓度水培的植物的相对生长量/% 自来水 1:1 1:2 1:4 1:8 1:16 大漂 50.34 - -5.03 25.13 86.47 61.89 狐尾草 33.25 45.92 106.86 112.53 92.92 85.58 水葫芦 1.84 0.98 10.87 17.03 25.03 91.25 铜钱草 147.29 20.74 39.24 242.93 213.35 175.46

表2 不同植物水培的相对生长量

铜钱草对营养液的适应性最好, 在1:1高浓度下能够存活, 最适培养浓度在1:4左右, 随着浓度的降低, 生长量有所降低, 但即便是自来水培养, 也获得了近1.5倍的增长量。狐尾草可在1:2的高浓度沼液下生长良好, 对沼液的耐受性优于铜钱草, 其最适培养浓度在1:4左右, 但随着浓度的降低, 其生长量也迅速降低, 说明在低浓度下生长情况较差。大漂和水葫芦的最适培养浓度较低, 大漂在1:8, 水葫芦在1:16或更低浓度, 但大漂在低浓度下生长良好, 而水葫芦在自来水中很少生长。植物最大相对增长量由大到小依次为铜钱草> 狐尾草> 水葫芦> 大漂。

在培养过程中, 还发现较高浓度的沼液对植物茎形成分枝有利, 而较低浓度有利于根的生长。以狐尾草为例, 在1:1浓度下, 植株受到毒害, 虽然有一定的生长量, 但没有分枝和根的大量生长; 浓度稀释到1:2以后, 茎形成分枝数随浓度的降低而逐渐降低, 18 d单株分枝数依次为3.7、3.1、2.5、1.75, 而根的生长量逐渐增加, 单株根重依次为0.16、0.38、0.56、0.77 g。

培养18 d后, 收集培养液, 检测COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TP、TN等的绝对值, 与培养前营养液的相关指标比较, 计算降低值, 结果如图1~2所示。

图1

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	图1 水生植物对沼液CODcr、BOD5、 NH3-N的净化效果 1~5对应的沼液浓度分别为1:1、1:2、1:4、1:8、1:16和纯自来水, 图2同

图2

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	图2 水生植物对沼液TN、TP的净化效果

4种植物中, 水葫芦对去除沼液COD_Cr、BOD₅效果最突出, COD_Cr、BOD₅最大去除率可达51.21%、54.85%, 且对于1:2~1:8浓度的沼液均有效; 大漂也有很好的降低COD_Cr、BOD₅的效果, 最大去除率达到了79.35%、85.10%, 但只对1:16的低浓度沼液有效。

4种植物对NH₃-N、TN都有较好的去除效果, 最大去除率大漂97.21%、狐尾草96.88%、水葫芦98.08%、铜钱草98.16。从去除NH₃-N、TN的角度看, 狐尾草对浓度的适应范围最广, 水葫芦、铜钱草次之, 大漂仅在低浓度沼液中发挥作用。

4种植物中, 狐尾草对TP的去除效果最好, 最大可达89.70%, 并且能在1:2的高浓度范围内发挥作用。

根据不同植物对沼液的耐受性、生长情况及对不同指标的去除效率, 结合沼液NH₃-N含量较高的特点, 采用狐尾草-铜钱草-水葫芦-大漂的组合布局, 在自制的40 m串联管道水培装置(分层置于组培架上)中进行沼液净化作用的应用验证。试验时先称取试验植物的重量, 然后采用1:8的沼液缓慢循环流过串联装置进行水培。营养液起始COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TN、TP分别为175、18.6、79.9、90.8、3.46 mg· L^-1。12 d后, 培养液变得澄清透明, 检测COD_Cr、BOD₅、NH₃-N、TN、TP, 分别为18、2.16、0.993、1.21、0.219 mg· L^-1, 去除率分别达到89.71%、88.39%、98.76%、98.67%、93.67%, 基本达到Ⅲ 类水的标准。植物吸干水分后称重, 生物量增长194%。结果证实采用水生植物串联组合的方式, 能有效发挥不同水生植物的优势, 有效净化沼液, 并获得较高的生物增长量。