随着养猪业的发展，养猪业产生的环境污染问题已经相当严重，其废水几乎污染了所有的河流和湖泊，原因是猪排泄物含有高浓度氮、磷和有机质。有效降低水体中的氮和磷已成为目前现代水处理领域的一项新课题和研究热点。生态浮床技术是采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植植物技术，是富营养化水体原位修复的、经济有效的、可行的绿色方法。
近年来有不少关于漂浮栽培生菜来处理各种废水（包括猪场废水）研究和报道，但是关于漂浮生菜对高浓度猪场废水的研究报道少见，尤其是猪场废水漂浮栽培对生菜品质的影响和研究鲜见报道。为此，笔者拟利用飘浮栽培的方法来种植生菜，以考察生菜在漂浮植物修复系统中生长的适应性及其对污水中的总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、总磷（TP）、可溶性磷（SP）和COD的去除效果；同时，该试验探讨猪场废水作无土栽培营养液采收的生菜品质与一般土培生菜的差异，以确定是否可以放心食用，以期为生菜在高浓度猪场废水处理中的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试植物
直叶生菜lettuce（Sativa L. var. longigolia lam.），是叶用莴苣的俗称，属菊科莴苣属。草本作物，适宜春秋冬季种植。
1.2 供试水样
取自漳州某研究所附近猪场的废水，为猪场冲舍废水经隔渣固液分离后，再经厌氧沼气发酵后所排出的废水，其主要指标为：pH 6.5~7.5、TN 9.84 mg/L、NH4+-N 8.41 mg/L、NO3--N 1.32 mg/L、TP 4.52 mg/L、SP 2.70 mg/L、COD 78.52 mg/L。
1.3 供试土样
采自福建省闽南师范大学附近的菜地，土样采集后，置于阴凉干燥处自然风干，磨碎，过1.7 mm筛，备用，测定方法参照文献。经测定，土壤的pH=4.83、有机质质量分数为2.52%，每1 kg土壤中含有碱解氮74.3 mg、速效磷156.5 mg、速效钾 50.8 mg。
1.4 试验方法
试验地点在闽南师范大学附近的简易造型塑料大棚内，在尺寸为500 mm×455 mm×390 mm的透明塑料箱内盛50 L废水，每箱内水面上放置1块聚苯乙烯泡沫塑料板作为漂浮栽培的定植板，尺寸为495 mm×450 mm×50 mm，在定植板上开4个直径为8 cm的定植孔，孔间距为25 cm×15 cm，在定植孔中相应放入与定植孔孔径相适配的塑料定植杯（上口径120 mm、下口径100 mm、高90 mm，底部开孔隙），每个杯中定植1棵长势一致的健壮小苗直叶生菜。每箱为1重复，每一处理3次重复。再以放置了不定植植物的泡沫板的3箱水样为对照。试验日期为2012年10月18日—2012年11月14日，期间每隔7 d用自来水补充蒸发的水分，以保持每个塑料箱恒定的水样体积。每周采水样1次，采样前称水样质量，用差减法计算每周耗水量及水质指标的净化率。每次取样100 mL，取样前搅动使水缸内的水样混和均匀。实验结束后对生菜进行收割、称重并进行相关植物指标的测定。
土培采用上口径300 mm、下口径240 mm、高600 mm的红色塑料桶，红色塑料桶盛10 kg土样，每桶种植直叶生菜2棵，种植3桶作为3个重复，每桶施用N、P2O5、K2O质量分数均为15%的复合肥5 g。
1.5 测定项目与方法
水质指标：TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，TP采用过硫酸钾消解-钼锑抗分光光度法测定，COD采用重铬酸钾法测定，NH4+-N采用纳氏试剂光度法测定，NO3--N采用紫外分光光度法测定，SP采用钼锑抗分光光度法测定。
植株样：全氮采用H2SO4-H2O2消化-蒸馏法测定，全磷采用H2SO4-H2O2消化-钼锑抗比色法测定，粗脂肪采用索式抽提法测定，粗纤维采用酸碱洗涤法测定，铜、锌采用原子吸收光谱法测定。
数据处理：采用Excel 2007软件进行数据计算，SPSS 12.0统计软件进行数据分析，显著性水平设定为α=0.05。
2 结果与分析
2.1 种植生菜对废水水质的影响
种植生菜对废水水质的影响见表 1。
表1 种植生菜过程中废水水质的变化
对于废水中氮元素的变化，由表 1可见，对照组中NH4+-N的含量随时间的延长而呈逐渐下降的趋势，而NO3--N含量则呈逐渐上升的趋势，说明NH4+-N在自然条件下会通过硝化作用转化为NO3--N。对照组中TN浓度也随时间的延长而逐渐降低，这可能是由于水体本身的自净化作用，一部分NO3--N通过反硝化作用转化为气态氮散失了，或者部分氮素被颗粒物质吸附而带入水体下部造成的。而28 d之后污水中的这种自净化作用对NH4+-N和TN的去除率分别只有29.37%和23.78%，说明大部分氮素仍然保留在污水中。对比种植组与对照组，28 d之后污水中的NH4+-N和TN含量降低幅度种植组均比对照组大得多，其中种植组的NH4+-N去除率为59.45%，TN去除率为51.73%，与污水自净化作用比较，种植生菜对NH4+-N去除率的贡献量达30.08%，对TN去除率的贡献量达27.95%。虽然种植组的NO3--N去除率与对照组的相比差异不显著，但就总体而言，种植生菜对去除废水中的氮的效果非常显著。
对于废水中磷元素的变化，从表 1可知，无论是种植组还是对照组，废水中TP和SP浓度都随时间的延长而逐渐降低。对照组的TP含量降低是由于污水中的颗粒沉降而将磷带入水体下部，但污水中漂浮种植植物之后TP、SP含量都显著降低，并且都显著低于对照组同一时期的含量，与初始的浓度比较，在种植生菜28 d之后，种植生菜对TP、SP去除率的贡献量分别达21.02%、15.56%。可见，飘浮种植生菜对TP、SP的去除效果很显著。
对于废水中COD的变化，从表 1可知，种植组和对照组的COD均随时间的延长慢慢降低。这是由于污水中的有机物在自然条件下受到微生物的分解逐步转化为无机物所致，而种植组的污水COD在28 d内降低幅度更大，去除率达60.15%，比对照组的要高得多，这可能是由于：一方面种植的植物可以直接吸收小分子的有机物，另一方面可能是种植的植物促进了有机物的直接降解所造成的。可以说漂浮栽培生菜对于COD的降低所起的作用是显著的。
2.2 土培和废水中漂浮栽培直叶生菜的生长状况
生菜对低温、长日照的要求并不十分严格，是半耐寒性的蔬菜，性喜温和、凉爽的气候。生菜对氮素营养的要求较高。对比了土培和废水中漂浮栽培直叶生菜的生长状况，结果表明，培养28 d后，采用土培的单棵生菜平均质量（鲜重）由初始时的25.50 g增加到167.00 g，增加141.50 g；水培的单棵生菜平均质量由初始时的25.28 g增加到199.34 g，增加174.06 g。这说明生菜能很好地适应该猪厂供试水样，同时实验结果表明，在漂浮栽培植物修复系统中种植生菜，不需要添加任何外加营养，而依靠废水中本身所含的营养物质就可以进行生产。
2.3 不同栽培方式对直叶生菜品质影响
根据我国《农产品安全质量 无公害蔬菜安全要求》和《蔬菜中硝酸盐限量》中对蔬菜或无公害蔬菜硝酸盐含量及重金属含量的规定，1 kg叶类蔬菜中硝酸盐的最高限量为3 000 mg，亚硝酸盐的最高限量为4 mg。有研究表明，猪场厌氧消化液能显著降低生菜、油菜等叶菜组织中的硝酸盐含量，也能降低果蔬体内硝酸盐的累积。
对比了生菜在水培和土培两种栽培方式中主要参数的含量，结果见表 2。
表2 不同栽培方式下生菜地上部品质对比
注：TN、P、Zn、Cu、粗纤维均以干重计，其他均以鲜重计。
由表 2可以看出，除了NO2--N、维生素C的含量在标准范围之内水培稍微高于土培，TN、NO3--N、P、Zn、Cu以及粗纤维的含量均是水培显著低于土培，尤其是水培中NO3--N的含量远远低于土培，这与杨鸿雁的研究结果一致。生菜体内的这些元素含量均低于或相当于土培的，而且均没有超过国家规定标准，因而可以放心食用。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3 结论
经过28 d种植之后，生菜对供试猪场废水中TN、NH4+-N、TP、SP、COD的去除率分别达51.73%、59.45%、57.52%、41.11%、60.15%，其贡献量分别达27.95%、30.08%、21.02%、15.56%、20.64%。研究表明，飘浮栽培直叶生菜对废水中的氮、磷营养物质和有机污染物具有较强的吸收去除能力和改善水质的能力。
通过与土培试验作对比及相关品质指标的测定分析，在供试浓度的废水中栽培直叶生菜的生物量显著高于土壤栽培的生物量，而且生产植株体内NO3--N、P、Zn、Cu等含量均显著低于土培后的生菜，因而可以放心食用。
本试验结果显示了在猪场废水中漂浮栽培生菜，既能净化水质又能实现无公害化生产蔬菜，起到了一举两得的作用。
