不同植物对土壤中氮磷的净化能力研究

褚丕图雷婧张绵绵

（1.河北省环境监测中心站石家庄 050000 2.河北省环保产品质量监督检验院石家庄 050091）

不同植物对土壤中氮磷的净化能力研究

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（1.河北省环境监测中心站石家庄 050000 2.河北省环保产品质量监督检验院石家庄 050091）

选取黑麦草、水芹、香根草作为研究对象，对三种植物吸收和去除土壤中氨氮、总氮及总磷能力进行了比较研究。结果表明：植物在污染物净化过程中发挥着重要作用。其中黑麦草对氮的吸收总量最高，其氮的吸收总量达5.26～11.73g/m2，高出水芹0.4～4.9倍，高出香根草3.9～10.8倍。表明黑麦草通过自身吸收作用对土壤氮的去除能力高于水芹和香根草。三种植物对磷的吸收总量在试验地中也均以黑麦草最高，同一植物在3种基质试验地的氮、磷吸收量则较接近。试验基地的黑麦草总生物量均高于水芹和香根草。

植物；土壤；氮磷含量；净化能力

在长期的土壤发育和演替过程中，当水域受到污染后，一些污染物随着水体通过沉淀或者由颗粒物吸附而蓄积在土壤中。土壤通常是水体内氮磷物质、难降解有机物、重金属等污染物的储存库，受污染土壤大都成为所在水体的主要污染源。在一定条件下，土壤中的污染物可能会释放出来造成二次污染。目前，土壤污染已成为世界范围内的重要环境问题之一。降解污染是土壤演替过程的生态功能之一，对化学物质具有高效的处理和净化能力。

氮素和磷素是植物生长过程中的主要营养元素，植物在生长过程中能够不同程度的吸收土壤中氮、磷等元素，进而达到净化土壤的效果，减少环境受损的程度。根据实验研究表明，土壤环境中的氮、磷含量可对植物体内的氮、磷含量进行测量，进而可以得出植物对土壤中氮磷的吸收状况，但当土壤中氮、磷素富集时，同样会对土壤的造成污染[1]。已有许多关于植物对土壤氮或磷吸收的报道[2～4]，但有关植物对土壤氮磷比影响的研究并不多。

本文根据对不同土壤的氮磷比的研究分析，探讨不同植物对土壤的氮、磷净化结果，为土壤净化处理提供参考依据。此研究对于受氮、磷污染的土壤的改善有很大意义。

1 国内外研究现状

1.1 植物净化试验

据研究表明，有80多种高等植物可以净化土壤中氮、磷的污染，但每种植物对土壤中的氮磷吸收量各有不同，这些植物以一年生、多年生的草本植物和花卉居多。根据生态学原理，利用植物自身的净化能力，在植物的选择上应该利用当地品种，或者把多种不同的植物进行组合，从而更容易保持长期的稳定性。同时，此选择对降低成本、美化环境，也有很大的优势[5]。

1.2 植物净化的成果

刘淑媛等人[5]的实验研究用无土栽培水蕹菜、多花黑麦草和水芹等植物来净化水体中的氮、磷含量，去除效果较好；王旭明等[6]实验表明，水芹对土壤中的氮、磷有较好的去除效果；由文辉等人的实验研究表明，对去除土壤中的氮、磷可利用水芹和水雍菜，这两种植物具有很好的去除效果并且成本较低；同时，马立珊等人[7]的研究实验表明去除水体中的氮、磷含量可用浮床香根草且操作简单；杨丹箐等人[8]实验表明，水翁可去除富营养化水体氮磷等。Nathalieeta1.等人[9]的实验研究利用商业化深液流（NFT）水培系统飘浮栽培毛曼佗罗来净化修复城市生活污水，并取得了较好的成果。以上这些研究为修复水体、土壤氮、磷污染提供了参考和依据。

1.3 植物净化的研究

Shaver及Bedford等人[10]指出，植物组织中的氮/磷比化学计量特征是确定植被受氮素还是受磷素限制的指示剂，确定植物生长受氮素还是磷素限制，当氮/磷比计量达到合理范围内，对植物的生长、保持生物多样性具有重要意义。

植物吸收氮、磷的量受土壤中可利用氮、磷含量的影响，因此，植物体内氮/磷的变化直接受土壤中的氮/磷比的变化影响。从理论上推测，植物体内氮、磷比受土壤中供给氮、磷比的影响；shaver等和Mamolos[10]等的研究表明，生境中氮和磷含量的变化直接影响植物体内的氮、磷比；Bowman[10]研究表明，土壤氮/磷比不但能够影响植物氮、磷比，而且前者的变化幅度比后者大，这是由于植物自身存在一定的稳态调节机制导致的[11]。可见，土壤氮、磷比与植物体内氮、磷比密切相关。

1.4 国内外研究中存在的不足

近几十年，国内外利用植物净化土壤中氮、磷的研究在理论研究和实践应用方面均取得了较大的进展，但是仍有不足之处：目前我国水体修复工程的研究较多，可用于水体净化的植物已经有四五十种，而这些水生植物大多生长较快，净化效果各有不同。但对于去除土壤中的氮、磷研究相对较少，虽然这些研究有一定的理论价值，但仍然存在应用风险，可能会带来外来物种入侵等生态问题[12]。

针对目前研究的不足，本文以沿江地区不同土壤中氮磷比对不同植物的影响作为研究对象，通过试验观察，在不同的采样点采集土壤试样，并研究不同植物净化土壤效果，综合比较三种植物净化能力的排序。

2 材料与方法

样品采集：选取不同地段的土壤作为实验基地，分别对水芹、黑麦草、香根草进行培育。

方法原理：K2S2O8氧化紫外分光光度法测定；NH4+-N采用靛酚蓝比色法测定；NO3-N采用紫外分光光度法测定；TP采用K2S2O8氧化钥蓝比色法测定[13]。植物样：全N和全P采用H2SO4-H2O2消化测定。每种植物处重复取样5次进行监测，监测指标主要有 TN、TP。

2.1 实验设计

在深圳沿江选取不同地段的土壤作为试验基地，试验基地选自不同污染的水源地周边。试验植物选取水芹、黑麦草和香根草在不同试验基地进行培育种植，三个试验基地的N、P情况如表1所示。

表1 试验基地N、P情况

实验周期为15d，试验开始后，每15d取三种植物的组织，以测出植物中氮、磷含量变化的情况，本实验主要研究的植物种类如表2所示。

表2 植物种类

2.2 不同植物在试验基地的生长情况

试验期间，在三种实验基地中的植物：水芹的植物增长率为4.36，黑麦草的植物增长率为12.00，香根草的增长率为6.79，因此，黑麦草的生长在三种植物中最为旺盛。植物的生长会受外界环境的影响，8、9月份外界环境气温偏高，因为黑麦草和香根草属于喜温植物，因受外界气温影响，所以黑麦草和香根草的增长速度较快，而水芹属于喜凉植物，所以，受外界温度偏高影响，其生长速度较慢。因此，植物的生长快慢与外界温度有直接关系。

表3 不同植物增长率平均值

2.3 植物生物量的测定

经过2个月的试验，测量生长在试验基地内三种植物的总生物量在121.8～557.4g/m2之间，试验基地的黑麦草总生物量均高于水芹和香根草。同一植物在不同生长系统中的总生物量存在差异，因此，引起植物生物量间差异的主要原因是植物种类和生长环境的不同。

三块试验基地中黑麦草、水芹和香根草的生物量分配也明显不同。水芹的地上生物量比平均为143；黑麦草的地上生物量比平均为427；香根草与其他两种植物相比较有更为发达的根系，所以其地上生物量比其他两种植物低，平均值为3.3。

表4 试验基地内各植物的生物量干重

2.4 试验基地中植物的N、P含量

表5的数据为实验基地内8、9月份各植物地上部分的氮、磷含量。经过对各试验基地中植物地上部分的氮、磷含量测量，并对其计算氮、磷含量的平均值。由表5可知，在不同的月份，受气温、水温等环境变化的影响，黑麦草、水芹和香根草地上部的氮、磷含量不同。受不同气温、环境等变化影响，各实验基地黑麦草地上部磷含量处升高的态势，而水芹的磷含量处于降低态势。

在三种试验地内植物地上部分的氮、磷含量均是水芹＞黑麦草＞香根草。水芹、黑麦草和香根草在三种试验基地内的氮、磷平均含量分别为 26.33mg/g，3.33mg/g；24.34mg/g，2.64mg/g 和12.39mg/g，1.41mg/g。因此，不同植物的氮、磷含量有所不同，与植物自身的生理特性和生长环境有关。

表5 试验基地内各植物地上部分的N、P含量

2.5 试验基地中植物N、P的吸收量

依据各试验基地不同植物生物量和植物体内氮、磷含量的测定，计算三种植物中的氮、磷吸收量，并相加求得各植物的氮、磷吸收总量。各实验基地中，黑麦草对氮的吸收总量最高，其氮的吸收总量达 5.26～11.73g/m2，高出水芹 0.4～4.9 倍，高出香根草 3.9～10.8倍。表明黑麦草通过自身吸收作用对土壤氮的去除能力高于水芹和香根草。三种植物对磷的吸收总量在试验地中也均以黑麦草最高，同一植物在三种基质试验地的氮、磷吸收量则较接近。

表6 试验基地内各植物的N、P吸收量

2.6 试验基地中对土壤N、P的去除

图1所示为黑麦草、水芹和香根草三种植物的吸收作用对各试验基地中N，P的去除贡献。黑麦草自身吸收的N分别约占1、2、3基地TN去除量的59.4%，56.2%和39.3%；实验表明。黑麦草吸收的磷占各系统TP去除量的比率均高达88.0%以上。因此，种植黑麦草的各实验基地，土壤的氮、磷去除效果较好，所以，植物的吸收作用为土壤中去除氮、磷的做了重大贡献，也成为去除氮、磷的主要机制。

根据数据显示，水芹吸收的氮量占总去除量的比率为10.2～37.6%。因此，水芹吸收土壤中氮的含量不多，效果不佳。水芹吸收的磷量占总去除量的比率为16.8～34.5%，水芹吸收土壤中磷的含量不多，效果一般；所以，水芹的去除贡献并不大。香根草在各基地中吸收的氮量占总去除量的比率4.8～17.6%，其对土壤中氮的吸收也不能起到主要去除作用。有数据可知，香根草对土壤中磷的去除率也很小。

图1 3种植物的吸收作用对各试验基地中N，P的去除贡献

2.7 结果与讨论

实验研究表明，植物生物量差异主要取决于植物自身的生理特性、对环境营养的吸收及对周围生长环境的适应性。试验期间，对黑麦草进行了两次收割后，黑麦草的生物量明显增加。所以，两次收割刺激了其自身的生长。黑麦草、水芹和香根草在各试验基地不同土壤内的正常生长也说明了三种植物对生长环境有很好的适应性。

3 结论

本文针对目前研究的不足，以深圳沿江地区土壤中N、P比对不同植物的影响作为研究对象，通过观察分析，在不同的土壤中N、P比情况，针对不同种植物净化土壤效果，综合比较植物净化能力序列。实验结果表明：黑麦草对土壤中的氨氮、总氮及总磷的去除效果明显，水芹其次，而香根草的效果最差。其次三种植物对土壤中的的总磷去除效果不明显。

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2016-8-13