水生植物与水耕蔬菜摄取氮磷速率之研究课件.ppt

1、水生植物與水耕蔬菜攝取氮磷速之研究水生植物與水耕蔬菜攝取氮磷速之研究摘要為研究水生植物生長速和氮磷含，本研究在門太湖和沙、榮湖三個水庫主要河道入口處，種植布袋、水芙蓉、睡三種水生生物和空心菜、青芹和A 菜三種水耕蔬菜。經過四個月左右的培植，測得這些水生植物的生長速與生長之水溫和水質污染程有關，污染越嚴重營養鹽濃較高，生長速越快。從布袋、水芙蓉、睡到空心菜、青芹和A 菜的生長速依次為0.0540.076day-1、0.040.13 day-1、0.093 day-1、0.0360.045 day-1、0.0110.033 day-1 和0.038day-1；倍增時間依次為912 day、57 d

2、ay、7 day、1819 day、2164 day 和18 day。布袋、水芙蓉氮的含分別為3%4%間，磷的含在0.4%左右。植體夏季氮磷含高於秋季，且有隨著水體氮磷濃增加之趨勢。三種水耕蔬菜磷含相差大，大約在0.4%上下，斗門溪氮含最低，大約在1.52.1%間，小太湖、光前溪引水道氮含在3.44.2%之間。關鍵字：布袋、水芙蓉、水耕蔬菜、空心菜、生長曲線、植體氮磷含一、前言台灣水庫營養鹽主要自非點源污染，門也外，尤其當門污水下水道普及已高達80以上，在點源大部分已受控制的情況下，非點源污染就突顯出。門非點源污染主要自農業的高粱田，高粱是高粱酒的主要原，也是門最重要之經濟作物，過門土質屬於貧

3、瘠之砂質土壤，吸附肥，遇雨容隨雨水至水庫，變成優養的主要禍首。為減少優養，低施肥是最有效的最佳管作業(BMP,Best Management Practices)，但會影響產。其他去除雨水逕氮磷的BMP，對減少水庫優養鹽的功效非常有限。所以在水庫上種植當地優勢種之水生生物，用其生長對營養鹽的吸收，以去除氮磷是最經濟有效的方法。本文的目的是現場測試水生植物和水耕植物之生長速及植體氮磷含，以供未計算這水生植物的收穫及去除水中氮磷之考，進而規劃水生植物對水庫水質改善之貢獻。二、文獻回顧二、文獻回顧用水生植物淨化水質的研究非常多，常用的植物種有挺水性、漂浮性、用水生植物淨化水質的研究非常多，常用的植物

4、種有挺水性、漂浮性、浮性和沉水性植物。挺水植物有莎草、香蒲、美人焦等，漂浮性植物有水蘊草、浮性和沉水性植物。挺水植物有莎草、香蒲、美人焦等，漂浮性植物有水蘊草、魚藻、狐尾藻等，沉水性植物有浮萍、布袋、水芙蓉等，本研究所使用的植魚藻、狐尾藻等，沉水性植物有浮萍、布袋、水芙蓉等，本研究所使用的植物是布袋、水芙蓉、睡、空心菜、青芹和物是布袋、水芙蓉、睡、空心菜、青芹和A 菜種。以下文獻回顧就針對菜種。以下文獻回顧就針對這種植物。這種植物。水生植物藉由攝取吸收水中營養鹽而達到水質淨化的效果，因此同水生水生植物藉由攝取吸收水中營養鹽而達到水質淨化的效果，因此同水生植物因種、植物組織及生長季節同，會有同的

5、淨化效果，即同一種水生植物因種、植物組織及生長季節同，會有同的淨化效果，即同一種水生植物，其對污染物之去除效果也會受到光照、水溫、溶氧、植物，其對污染物之去除效果也會受到光照、水溫、溶氧、pH、營養鹽和風、營養鹽和風等條件的影響。除此之外，淨化效果也會與湖泊污染程有關等條件的影響。除此之外，淨化效果也會與湖泊污染程有關(Kivaisi,2001;Moore et al.,1994)。當水中磷濃提高，水生植物內無機磷的含會逐漸增。當水中磷濃提高，水生植物內無機磷的含會逐漸增加，而光合作用的素會隨磷含的增加而減少，因此水中磷濃過高或過加，而光合作用的素會隨磷含的增加而減少，因此水中磷濃過高或過低會

6、產生之影響，以和睡為，最適宜之磷濃分別為低會產生之影響，以和睡為，最適宜之磷濃分別為0.1 mmol/L和和0.5 mmol/L(陳國等陳國等,2002)。吳愛平等人。吳愛平等人(2005)於湖南湖境內於湖南湖境內11 個優養程個優養程一之湖泊，測定水生植物之營養鹽含，發現氮磷含以沉水植物為最高，一之湖泊，測定水生植物之營養鹽含，發現氮磷含以沉水植物為最高，浮植物次之，挺水植物最低；從季節性變化看，挺水植物之含水與氮磷含浮植物次之，挺水植物最低；從季節性變化看，挺水植物之含水與氮磷含從春季到秋季依次低，沉水植物氮含以春秋季高，夏季低，磷含變化則從春季到秋季依次低，沉水植物氮含以春秋季高，夏季低

7、，磷含變化則規則；此外，因挺水植物只由根系吸收營養，其氮磷含與湖泊優養程無關，規則；此外，因挺水植物只由根系吸收營養，其氮磷含與湖泊優養程無關，而浮和沉水植物含則與湖泊優養程有關。而浮和沉水植物含則與湖泊優養程有關。Azcn 等人等人(2003)發現植物氮磷發現植物氮磷含會先隨著湖水營養濃上升而增加，而後在湖水高濃之情況下，植體氮磷含會先隨著湖水營養濃上升而增加，而後在湖水高濃之情況下，植體氮磷含反而下。含反而下。Greenway(1997)認為儘管大多種中之氮含最高，根的磷認為儘管大多種中之氮含最高，根的磷含最高，但是組織營養濃在各植物各部分並沒有明顯的差。陳秋夏等人含最高，但是組織營養濃在

8、各植物各部分並沒有明顯的差。陳秋夏等人(2008)指出水生植物對氮磷的吸附與生物有關，生物越大指出水生植物對氮磷的吸附與生物有關，生物越大(水生植物富集作用水生植物富集作用越大越大)對氮的吸附能越大。對氮的吸附能越大。Greenway 和和Woolley(1999)研究昆士同水負研究昆士同水負荷荷(2 10-31.74 m/d)之濕地植物植體碳、氮、磷含，結果如表之濕地植物植體碳、氮、磷含，結果如表1 所。所。2.實驗設備與方法布袋與水芙蓉框養在 1.2 m1.2 m 0.1 m 木框內，每個木框分成2 個1.2中華民國環境工程學會2010 廢水處技術研討會水生植物與水耕蔬菜攝取氮磷速之研究中

9、華民國九十九十一月十二、十三日科學系m0.6 m 的小框，做為2 重複實驗之用，如照片1。斗門溪與山外溪個實驗地點各設三組木框，一框純以布袋為主，一框純以水芙蓉為主，另一框則混種布袋及水芙蓉，每個木框均種植16 株植體，也就是每小框各8 株。由實驗場附近選取種苗，每株布袋選擇5 齡為主，株高為813 公分；水芙蓉選擇直徑約4 公分，約56，平均鮮重8 g/株。實驗初期每7 天測一次重，到中期植物生長穩定後每14 天採樣一次，晚期植物開始衰減時，則7 天採樣一次。每次採樣測定植物溼重、株、種植水域之pH、DO、導電、水溫、氣溫，並取水樣以低溫配寄回位於台灣本島的實驗室分析總磷、正磷、凱氏氮、氨氮

10、、硝酸鹽、亞硝酸鹽、SS、COD 等水質。植體濕重則是從水中撈起植株，在空中靜置5 分鐘後秤重。植株從水中採得後，將根部沙洗淨，並將植株上的水分擦乾或壓乾，裝入夾鏈袋後以低溫配寄回實驗室分析氮磷等成分。四、實驗結果與討1.生長曲線(1)布袋與水芙蓉生長實驗時間是從 2007 8 月1 日至2008 1 月，實驗過程中因部分實驗場受破壞，觀測生長時間長短一，最長為139 天。以單位面積鮮重(wwtkg/m2)作為生長之變化依據，布袋和水芙蓉之生長變化曲線如圖2 到圖5所示，圖2 與圖3 是種浮水植物在同水質的山外溪(污染較高)和沙溪單獨生長之曲線，圖4 和圖5 是布袋和水芙蓉混種讓其互相競爭的生

11、長曲線。由生長曲線圖可看出，種水生植物生長過程可大致分為植株密增加期、生長期、最高單株鮮重期(密衰減期)和衰減變動期等四期，研究顯示植株密增加期主要特徵在於植株密之增加比鮮重快，因此在這個時期的單株鮮重較小；生長期之特徵為鮮重增加速比植株密快，此時期單株鮮重開始快速增加；在最高單株鮮重期(密衰減期)，植株密開始衰減，但植體鮮重仍持續增加，因此達到最大單株鮮重；衰減變動期是指鮮重和植株密同時衰減，單株鮮重變化可能上升、下或維持變，端看當時鮮重和植株密衰減速之差。本研究現地實驗顯示之布袋和水芙蓉四個生長時期，與Madsen(1993)提出布袋生長分有入侵期(invasion)、入殖期(coloni

12、zation)、過渡期(transition)和成熟期(mature)等四個時期似。本研究發現布袋和水芙蓉在植株密增加期時有為同之處，布袋在生長之第一個拜會先增加鮮重而增加株，但是水芙蓉沒有此現象。因本研究在現地進，難免出現無法預期之況而影響實驗結果。其中山外溪水芙蓉和和混合競爭框中(圖4)之水芙蓉在後期衰減時，其單株鮮重有明顯增加，可能是因為存活植體過少，秤重時因門冬季風大造成誤差。圖2到圖5 中有些生長曲線完整（如圖2 的布袋），沒有四個時期，是因為實驗過程中被破壞或被鴨子啃食或木框被風吹翻，無法繼續實驗所致。(3)水耕蔬菜小太湖實驗時間為 2008 3 月12 日至5 月21 日，共70

13、 天；其餘種植地點斗門溪和光前引水道實驗時間均從3 月12 日至7 月2 日，共112 天。三種水耕蔬菜生長趨勢如圖7 所示。水耕蔬菜實驗因2008 1、2 月期間寒襲，育苗時間增長，故延至3月12 日開始種植，此時氣溫約1627，平均溫為23，此溫對秋冬蔬菜如A 菜(適溫1822)及青芹(適溫1621)已經過於暖和而生長，且對屬夏季蔬菜之空心菜(適溫2632)初期而言溫也夠，因此所有的水耕蔬菜有生長緩慢的現象，直到6 月空心菜才有明顯生長，此時氣溫約2635，平均溫為31。青芹、A 菜和空心菜初期生長以小太湖生長最好(圖7a)，光前引水道和斗門溪則一直到5 月底6 月初左右，種植之空心菜才有

14、明顯增長之現象(圖7b、圖7c)，且一旦開始快速生長後，其空心菜之單株鮮重就遠遠高過小太湖。三種水耕蔬菜於3 月12 日至5 月21 日期間均以小太湖生長最好(圖7d、圖7e、圖7f)。在小太湖，三種水耕蔬菜一開始以空心菜單株鮮重最高，生長至第28 天(4 月9 日)，青芹單株鮮重超越空心菜；第35 天(4 月16 日)A 菜片出現褐色，有開始化的現象；第39 天(4 月20 日)，三種水耕蔬菜生長皆趨向平穩。根據現場觀察研判，小太湖實驗場址之湖面呈現色，顯示出藻大繁殖，與水耕蔬菜競爭營養鹽，而抑制水生蔬菜之生長，可小太湖於夏天優養化嚴重時期並適合種植水耕蔬菜，除非進大面積種植，遮蔽光線以抑制

15、藻生長才能增加水耕蔬菜的競爭。第56 天(5 月4 日)大部分青芹開花，花明顯抽高；此時已進入氣溫為30 之季節，A 菜即開始續枯死。光前溪引水道之A 菜於第一個拜生長較好(圖7f)，其後開始衰減，而青芹亦是三處實驗場址中生長最差者(圖7e)，表示在同樣於A 菜和青芹生長之溫下，光前溪引水道之環境條件最適合A 菜和青芹生長。光前溪到5 月底(第77 天)空心菜開始明顯增長(圖7d)，且單株鮮重遠遠超過小太湖空心菜之單株鮮重，因為光前溪自五月起氣溫幾乎為25以上，且水中氮磷濃在6 月初有明顯增高，研判光前溪空心菜明顯增長的現象與與氣溫與水質有關。斗門溪於6 月初(第81 天)空心菜有明顯增長之現

16、象(圖7d)，青芹亦開始有明顯成長(圖7e)；第91 天(6 月11 日)青芹開花；第102 天(6 月22 日)發現空心菜有被蟲蛀之現象。2.水生植物生長與水質之關係因本研究為野外調查實驗，環境因子無法任意變動，表2 和表3 所出之各水生植物生長條件均為本研究有限環境條件下所得出，即使如此，本研究結果仍大致與文獻值相符。在文獻上，張文和徐玉標(1979)指出布袋最適溫為2830、正磷0.01 mg/L 以上、導電4001000 S/cm、pH 為4.09.0；蔣永正和蔣慕琰(2005)亦指出布袋生長最適溫1429、總磷(TP)介於0.15.0 mg/L、導電4001000 S/cm、pH 為7.0；徐玉標(1984)明N/P 為153，布袋均能繁殖；孟春等人(2007)指出空心菜最適生長pH 為6.08.0；陳國等人(2002)研究指出睡最適磷濃為0.5 mmol/L。3.布袋和水芙蓉之生長速4.水生植物植體含水與氮磷含(1)含水各種水生生物植體含水分析結果如表 6 和表7。布袋、水芙蓉和睡植體含水很高，在9294%間；水生蔬菜含水稍微低一點，在9293%間。(2)氮磷含