浮萍的生长影响因素及生物能源价值

王昱璎 张婷婷 邱玮茜

摘要：浮萍作为世界上最小、生长速度最快的开花植物，可以在特定条件下快速积累淀粉，被视为生产清洁能源生物乙醇的优良原料。本文主要概述了浮萍的定义，影响其生长的几种因素，以及浮萍的能源价值。

关键词：浮萍；生长影响因素；能源价值

1. 浮萍定义及生长影响因素

1.1 定义

浮萍（duckweed）是世界上最小、生长速度最快、形态最简单的开花植物。浮萍，属于被子植物门（Magnoliophyta），单子叶植物纲（Liliopsida），棕榈亚纲（Arecidae），泽泻目（Alismatales），天南星科（Araceae），浮萍亚科（Lemnoideae）[1]。浮萍亚科总共有5个属，约40种，5个属分别为：紫萍属（Spirodela）、青萍属（Lemma）、芜萍属（Wolffia）、扁无根萍属（Wolffiella）以及少根紫萍属（Landola）。浮萍分布广泛。除过于寒冷、干燥、潮湿的地区之外，在全球大部分地区均有分布[2]。它们大多漂浮生长在水流相对平缓的湖泊河湾水面上，主要是通过根或叶状体从水中吸收所需的氮磷等营养物质。浮萍生长速度快，在营养充足的条件下，几乎以指数级生长速率生长，其生长速度至少是其他高等植物生长速度的两倍。浮萍体内蛋白质含量高，纤维素含量低，灰分含量高。

1.2 影响浮萍生长的因素

虽然浮萍能在极端恶劣的环境中生存，但是生存条件不同时，产量也会具有很大差异。从以往的研究来看影响浮萍生长的因素要有以下几点：

（1）PH：当pH为6.5～7.5时，浮萍的生长情况最佳。

（2）光照：不同的浮萍对光照有不同的要求，每种浮萍都有一个最佳光强，在这个强度下，浮萍生长状况是最佳的[4]。研究表明，S.polyrhiza和L.punctata的最佳光照强度都80uEm-2S-1。其他的影响因素还包括光照时间和光照周期，无论品系如何，短日照均引起叶状体生长速率下降。在高光强时，连续光照下的叶状体增殖率大于长日光周期，生长在连续光照中的群体数比生长在光暗交替周期中的多。

（3）温度：浮萍对温度的适应性很强，能够存活于6～33℃的水体中，但能够令其生长温度范围是18～30℃。Aziz等[5]在温度达到30℃时，记录到紫萍的最高产量。温度过高会伤害浮萍植株，当温度达到30～34℃时，浮萍开始变黄，并且生长速率下降；浮萍对低温的适应能力较强，当水温低于5～7℃时，浮萍会进入休眠状态并沉入水底，直到水温回升后重新恢复生机。

（4）水体中无机氮、磷化合物的含量：水体中硝态氮含量会影响浮萍体内粗蛋白、脂肪、纤维、灰分的含量组成。粗蛋白含量会随着水体中氮素含量的增加而增加，但是水体中如果有大量游离态的氨反而会对浮萍有毒害作用，所以浮萍生长水体中氨氮的浓度需控制得当。而浮萍生长的最适磷浓度范围为0.1～15.5mg/L，其中磷浓度在3.1mg/L左右的情况下，浮萍长势最佳。

（5）生长密度与收割周期：浮萍的放养密度需维持在水体表面覆盖率50-60%，大约210-280克鲜重每平方米，并且注意定期收割。

2. 浮萍的能源价值

自20世纪以来，全球人口日益增长，工业化进程日益加快，能源消费亦随之稳步增长。化石燃料——如原油和天然气等——是目前优势能源，然而，其储量有限，可以预测必将于不久的将来耗尽。对于确切的日期，学界莫衷一是；普遍认同的观点是，全球原油产量自2025年即将步入下降期。Campbell和Laherrere也做出类似的预测：在2050年，全球石油年产量将于目前的250亿桶跌至5亿桶左右。除此之外，能源的开采和使用过程中存在着二次污染问题。能源短缺问题有可能引发更为严重的经济和政治问题，而在能源开采及使用过程中会产生全球气候变暖、生态多样性等环境问题，因此必須发展可替代的清洁能源。

生物质能源可转化为常用燃料，并且可以再生，被视为一种重要的替代能源。它的发展迅速，但是当下的市场份额低于5%，在各类能源中占比很低。商业化的生物质能源产品主要包括沼气、生物丁醇和生物乙醇等。浮萍，生长速度快，体内产生的淀粉能够转化为乙醇或丁醇，成为了清洁能源的一个可能的新来源。作为生物燃料，浮萍是一个很好的候选者之一，其生长迅速，产生五到六倍的淀粉玉米单位面积，并且不会导致全球变暖。不像化石燃料，浮萍移除大气中的二氧化碳而不是增加。

通过调研可知，酸碱度、光照、温度和水中无机物的含量会对浮萍的生长情况造成影响，作为世界上最小，生长速度最快的开花植物，其能源价值是可以作为生物质能源，可以作为替代能源，具有极大的开发潜力。

参考文献

[1]崔姜伟.不同植物生长调节剂对浮萍淀粉含量影响的机理研究[D].北京：中国地质大学（北京），2016.

[2]张芳.当前能源形势及解决能源问题的对策[J].科技传播，2013（3）：49.

[3]顾夏声，胡洪营，文湘华，王慧.水处理生物学[M].北京：中国建筑工业出版社，2011：10-20.

[4]侯文华，宋关玲，汪群慧.浮萍在水体污染治理中的应用[J].环境科学研究，2004（A1）：70.

[5]黄明星，朱思思，张秋鸿.浮萍研究进展[J].生物学杂志，2016，33（3）：92-98.

（作者单位：青岛市环境监测中心站）