浮萍雾培（Fog-o-ponic）技术：一种用于植物修复的创新空间高效栽培方法

《International Journal of Phytoremediation》：Fog-o-ponic cultivation of duckweed (Lemna minor L.): an innovative technique for phytoremediation

本研究首次报道了利用雾培（Fog-o-ponics）技术成功栽培浮萍（Lemna minor）并高效去除氮（TN）和磷（TP）。研究证实，浮萍在营养雾环境下生长良好，相对生长速率（RGR）高达0.24 d?1，光合效率（Fv/Fm和Y(II)）与传统水培相当。此创新系统通过悬浮织物和营养雾替代沉重水柱，实现了多层堆叠式栽培，显著提升了单位面积的修复能力，总氮（TN）去除率可达500 mg m?2day?1，为循环经济（Circular Economy）下的空间高效、室内废水植物修复（phytoremediation）提供了全新解决方案。

　　

引言

循环经济（Circular Economy, CE）的核心在于提高资源效率、延长产品生命周期以及废物修复与增值。浮萍（Lemna minor）在修复农业饲料行业废水方面已展现出潜力，但传统的室内多层栽培系统因水柱重量大而受限。雾培（Fog-o-ponics）作为一种气培技术，通过营养雾输送养分，避免了水柱重量，为浮萍的空间高效栽培提供了新思路。本研究旨在开发一种基于雾培技术的浮萍栽培系统，评估其生长性能及营养修复能力。

材料与方法

研究采用浮萍品种“Blarney”（品系编号5500），在半强度Hutner培养基中预培养。实验系统包括超声雾化器产生营养雾（半强度Hutner溶液，总氮TN 104 mg L^?1，总磷TP 85 mg L^?1），浮萍悬浮于超细尼龙网格织物（UNMF）上，置于半封闭培养箱中。实验设计包括短期（7天）和长期（21天）培养，变量包括光强度（4–80 μmol m^?2s^?1PAR）、雾持续时间（连续、30分钟开/关、15分钟开/关）以及多层栽培（三层结构）。生长指标通过相对生长速率（RGR）评估，光合参数（Fv/Fm和Y(II)）通过叶绿素a荧光测定，营养去除率通过分析培养液中TN和TP浓度变化计算。

结果

雾培系统环境条件：培养箱内相对湿度（RH）维持在95±4%，温度21±1°C，为浮萍生长提供了稳定环境。

单层浮萍实验：

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  光强度影响：在50 μmol m^?2s^?1光强下，浮萍生物量RGR最高（0.24 d^?1），与传统水培（RGR_LM）无显著差异。
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  雾持续时间影响：连续雾供应下生物量RGR达0.22 d^?1，显著高于间歇雾处理（如15分钟开/45分钟关的RGR仅为0.14 d^?1）。

长期与多层实验：

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  单层长期培养：浮萍在21天内维持稳定生长，第二周生物量RGR峰值达0.24 d^?1。
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  多层培养：三层系统（L1、L2、L3）中各层浮萍生长一致，生物量RGR无显著差异，光合参数（Fv/Fm约0.73–0.78）均处于健康范围。

营养去除与吸收：雾培系统下，培养液TN浓度7天内下降超10倍，TN去除率达500 mg m^?2day^?1；植物体内TN和TP吸收量分别达285 mg m^?2day^?1和70 mg m^?2day^?1。

讨论

浮萍在雾培系统中表现出与传统水培相当的生长效率，且光合参数指示其生理状态良好。雾滴对光的衰减作用使浮萍的光饱和点降低至约40 μmol m^?2s^?1，可能与营养供应方式交互影响。连续雾供应是保障营养充足的关键，避免浮萍在长期培养中出现缺陷症状。与传统水培系统相比，雾培通过消除水柱重量，可实现每2.7米高度容纳约50层浮萍，极大提升单位面积修复能力。未来规模化应用需解决微生物污染、自动化收割等工程挑战，但雾培技术为循环经济下的废水修复提供了高效、空间节约的新途径。

结论

雾培技术成功支持浮萍长期健康生长，生物量RGR达0.24 d^?1，TN去除率高达500 mg m^?2day^?1。该系统通过悬浮织物、营养雾和可控环境，实现了空间高效的浮萍栽培，为室内废水修复和特殊环境（如城市农业或太空任务）下的植物生产开辟了新前景。