几种生态浮床常用水生植物的水质净化能力研究

茅孝仁，周金波

(1.浙江省慈溪市天元镇农办，浙江 慈溪 315325;2.宁波市农业科学研究院 生态环境研究所，浙江 宁波 315040)

近年来，浙江省的农村地区河道呈现水体富营养化日益严重的趋势，而河道水体中过高的氮、磷浓度是引起水体富营养化的主要原因［1］。生态浮床是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，以毛竹、泡沫等材料为载体建立的高效人工生态系统，是目前治理水体富营养化的有效措施之一［2］。水生植物不但能直接吸收水体中的营养物质，而且能输送氧气到根区为微生物的生长、繁殖和污染物降解创造适宜条件，水生植物的选择是生态浮床技术的关键。本研究选取大聚藻、美人蕉、黄菖蒲和鸢尾等4种生态浮床常用水生植物为研究对象，在室内静水条件下通过植物生物量、植株氮磷含量、水质氮磷降解率等多方面研究明确生态浮床常用水生植物的水质净化能力。

1 材料与方法

1.1 研究概况

试验在宁波市农业高新技术实验园区大棚内进行，选用长×宽×高为70 cm×60 cm×50 cm的塑料桶进行盆栽试验。首先在塑料桶底部铺设20～30 cm的细黄沙供水生植物扎根，试验用水为农田沟渠水加入 (NH4)2SO4和 KH2PO4配制而成的富营养化水。试验选择4种生态浮床常用的水生植物，包括大聚藻 (Myriophyllum aquaticum)、美人蕉 (Canna indica)、黄菖蒲 (Iris pseudacorus)、鸢尾 (Iris tectorum)。每种水生植物设3个重复另外设3个无水生植物的空白对照。在2008年9月将供试植物移入桶内进行培养和越冬，从2009年2月中旬开始进行试验。

1.2 分析方法

在2009年2月和6月中旬用重量法测定水生植物的起始和终止生物量，烘干后的植物样品用碾磨机粉碎，过孔径0.25 mm筛后保存，用于测定植物氮、磷含量。试验期内每月取样测定水质总氮 (TN)、总磷 (TP)，因取样、植物吸收和蒸发损失水分用蒸馏水进行补充，水质TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 (GB 11894—89)，TP采用钼酸铵分光光度法 (GB11893—89)测定［3］。植株氮、磷含量在 2009年2月中旬和6月中旬各测定1次，预处理好的植物样品采用浓硫酸-过氧化氢法消解，消解完成后植株TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 (GB 11894—89)，植株 TP采用钼酸铵分光光度法(GB11893—89)测定。

为明确4种水生植物的水质净化能力以及水生植物氮磷吸收在水质净化过程中的作用，本研究在测定植物生物量、植株氮、磷含量、水质氮、磷浓度的基础上进行水体氮、磷去除率 η1、水生植物氮、磷吸收贡献率η2以及其他作用氮、磷降解贡献率η3的计算。

式中 C1，C2和 Q1，Q2分别表示水质的起始终止浓度(mg·L-1)和水量 (L);P1和B1分别表示2009年2月中旬水生植物植株茎叶部或根部的氮、磷含量(mg·g-1)和生物量 (g);P2和 B2分别表示2009年6月中旬水生植物植株茎叶部或根部的氮、磷含量(mg·g-1)和生物量 (g)。

2 结果与分析

2.1 水生植物生物量和氮磷含量变化

经过4个月的生长，4种水生植物的净增生物量产生差异 (表1)，变化范围为313.8～1214.1 g·m-2(干重)，净增生物最高的大聚藻是最低的黄菖蒲的3.87倍，大聚藻和美人蕉的净增生物量显著高于黄菖蒲和鸢尾。

不同水生植物的植株氮磷含量相差较少(表 2)。

表1 4种水生植物的生物量变化

表2 4种水生植物的植株氮、磷含量情况

不同时期不同植物部位的植物含氮量为16.0～26.4 mg·g-1，植株含磷量为 1.4 ～2.4 mg·g-1。2月中旬的植株氮磷含量均大于6月中旬的植株氮磷含量，这可能与水质起始氮磷浓度较高有关，也可能因为水生植物的生长初期植株氮磷含量相对较高有关;从植株不同部位氮磷含量上看，同一水生植物茎叶部的氮磷含量大于根部的氮磷含量，茎叶部的植物氮磷含量越高越有利于通过收割植物去除氮磷，如美人蕉的茎叶部生物量和氮磷含量均较高，定期收割可大大提高水质净化效果。

2.2 水生植物氮磷吸收和水质净化能力

不同水生植物的水质净化能力存在较大差异(表3)，4种水生植物的水质氮去除率为38.6% ～89.9%，水质磷去除率为29.3% ～75.3%。水体中磷主要以植物吸收、底质和根系吸附等途径去除［4］，而水体氮的去除除了这些途径外，还存在氨的挥发、硝化和反硝化等途径［5］。本研究将水质氮磷去除作用分为植物吸收和其他作用2部分进行研究。从表3可以看出，水生植物的氮吸收贡献率为46.3%～75.8%，其他作用氮降解贡献率为24.1%～53.7%;水生植物的磷吸收贡献率为54.3%～92.0%，其他作用磷降解贡献率为8.0%～45.7%。与相关研究进行比较［6-7］，本研究中水生植物氮、磷吸收的贡献率相对较高，这可能是因为本试验在静水条件下进行，吸附于底质和根系的氮、磷由于水质氮、磷浓度的降低而再次释放到水体而被植物吸收。从其他作用氮、磷降解贡献率的比较来看，其他作用氮降解贡献率要明显高于其他作用磷降解贡献率，这是因为水体中磷的去除除了植物吸收外只有依靠底质和根系吸附去除，而氮的去除还存在氨的挥发、硝化和反硝化等途径，水生植物能输送氧气到根区，为微生物的硝化反硝化提供适宜条件从而提高水体中氮的去除效率。

表3 4种水生植物的氮、磷去除率及各作用的贡献率

从水生植物的净增生物量、植株氮磷含量和水质净化能力等各个方面分析，大聚藻和美人蕉有较大的生物净增量和较强的水质净化能力，因此可作为优选的生态浮床水生植物。黄菖蒲和鸢尾虽然水质净化效果一般，但这2种挺水植物具有较强的耐寒性，在我国南方地区冬季低温条件下能正常生长，因此可将这2种挺水植物与其他水生植物组配使用，以提高冬季条件下的持续净水能力和景观效果。

3 小结

本研究在2009年2月中旬至6月中旬在室内静水条件下对4种生态浮床常用的水生植物进行了水质净化能力研究，可以得出如下结论。

不同水生植物的净增生物量差异较大，变化范围为313.8～1214.1 g·m-2，净增生物最高的大聚藻是最低的黄菖蒲的3.87倍;不同水生植物的氮磷含量差异较小，4种水生植物的植物含氮量为16.0～26.4 mg·g-1，植 株 含 磷 量 为 1.4～2.4 mg·g-1。

不同水生植物的氮磷含量差异较小，4种水生植物的植物含氮量为16.0～26.4 mg·g-1，植株含磷量为 1.4 ～2.4 mg·g-1。

不同水生植物的水质净化能力相差较大，4种水生植物的水质氮去除率为38.6%～89.9%，水质磷去除率为29.3%～75.3%。大聚藻和美人蕉可作为优选的生态浮床水生植物，黄菖蒲和鸢尾由于其较强的耐寒性可进行组配使用。

［1］金树权，朱晓丽，周金波，等.宁波农村地区典型河流氮磷污染特征分析 ［J］.水土保持学报，2010，24(1):105-108.

［2］周小平，王建国，薛利红，等.浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究 ［J］.应用生态学报，2005，16(11):2199-2203.

［3］国家环境保护总局 《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法 ［M］.4版.北京:中国环境科学出版社，2002.

［4］徐红灯，席北斗，王京刚，等.水生植物对农田排水沟渠中氮、磷的截留效应［J］.环境科学研究，2007，20(2):84-88.

［5］Sun G，Austin D A.mass balance study on nitrification and deammonification in vertical flow constructed wetlands treating landfill leachate［J］.Water Science and Technology，2007，56(3):117-123.

［6］蒋跃平，葛滢，岳春雷，等.人工湿地植物对观赏水中氮、磷去除的贡献 ［J］.生态学报，2004，24(8):1718-1723.

［7］李建娜，胡曰利，吴晓芙，等.人工湿地污水处理系统中的植物氮、磷吸收富集能力研究［J］.环境污染与防治，2007，29(7):506-509.