不同沉水植物对水体氮磷的净化效果

姚瑶，黄立章，陈少毅，许超，3，4，张云涛

(1.华南农业大学资源环境学院，广东广州510642;2.江西省水利规划设计院，江西南昌330029;3.广东普通高校土壤环境与废物资源农业利用重点实验室，广东广州510642;4.农业部生态农业重点开放实验室，广东广州510642)

城市污水处理后，氮、磷污染物过剩使许多受纳水体呈富营养状态。当前，以水生植物为核心的污水处理和富营养化治理工作已成为研究的热点[1－6]，特别是沉水植物恢复作为水生生态系统恢复及水体富营养物质净化的重要措施，日益受到广大学者的关注[7－8]。实验证明，沉水植物修复对去除氮、磷有明显效果[9－10]，可用于控制水体富营养化。但是，当前在沉水植物净化富营养化水体的研究中，水体氮、磷营养负荷低于城市污水排放标准，对其用于城市污水深度处理的可行性还缺乏研究。本实验选取长江中下游地区水体中常见的6种沉水植物为研究材料，通过室内污水模拟试验，研究其对模拟污水中氮、磷的去除效果，从而筛选出同时对氮、磷具有较高去除效果且适用于城市污水深度处理的沉水植物，旨在为富营养化水体中沉水植物的先锋物种的选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用沉水植物金鱼藻、苦草、大苦草、黑藻、矮慈姑和皇冠草均买自广州花草市场。本试验期为2010年8月16日至2010年8月26日，水温25～30℃，自然光照，pH值为6.3～6.8。

1.2 试验方法

试验开始前，取适量不同沉水植物用自来水冲洗干净后在6个水箱内培养以适应试验环境。试验装置采用7组体积为20 L的聚乙烯塑料桶，每组3个。试验桶直径31 cm，高31 cm。桶底铺设1层石英砂(购置于南京市雨花公司，粒径0.5～1.0 cm)，铺设厚度约5 cm，能满足沉水植物根部固定即可，以降低石英砂对水体中氮磷的吸附作用。石英砂在铺设前用自来水刷洗干净，超纯水润洗，并在超纯水中浸泡3 d。

取自来水，通过添加NaNO3、NH4NO3和K2HPO4·3H2O把氮、磷调配到要求水平(依照城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918—2002，其中总氮、氨氮和总磷排放一级标准B标准为15、8和1.5 mg·L－1。每个试验水桶中放16 L已配制好的污水。

试验设置7个处理，分别为金鱼藻、苦草、大苦草、黑藻、矮慈姑、皇冠草和无植物的空白对照(CK)，每个处理设3个重复。对照试验桶中只设石英砂，不种植沉水植物。试验时分别取3～5株生长健壮、均匀的沉水植物(30 g)，用纯水洗净，称取植物鲜重后移植入试验桶中。

水样分别在5，10 d进行采集，每次采样时间固定9:00，用100 mL的量筒在水深0.2 m处的3个地方进行采样，再加以混合均匀。因为考虑处理液的损失所以在水样采集的前1 d加入去离子水。

1.3 监测指标及方法

水体的测量指标有氨态氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、可溶性磷，水样取回实验室后当天分析。氨态氮采用纳氏试剂分光光度法[11]，硝酸盐氮采用紫外分光光度法[11]，亚硝酸盐氮采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法[11]，可溶性磷采用钼锑抗分光光度法[11]。

1.4 数据分析方法

各处理沉水植物处理组对水体中氮磷的净化效果是在有植物处理的基础上减去对照的净化率得出。数据分析采用SPSS 16.0分析软件中的独立样本的t检验方法(Duncan)及相关性分析方法对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同沉水植物对水体中氮的净化效果

在试验期内，6种沉水植物对水体中氮的净化率表现出显著的差异(图1中A)。在5 d时，6种沉水植物对水体中氮均有较强的净化贡献，对水体中氮的净化率表现为苦草＞大苦草＞黑藻＞矮慈姑＞皇冠草＞金鱼藻，其对水体氮的净化率分别为21.69%，19.90%，18.69%，13.39%，11.47%和11.15%。苦草对水体氮的净化率显著高于黑藻、矮慈姑、皇冠草和金鱼藻，大苦草对水体氮的净化率显著高于矮慈姑、皇冠草和金鱼藻;黑藻对水体氮的净化率显著高于矮慈姑、皇冠草和金鱼藻，矮慈姑、皇冠草和金鱼藻对水体氮的净化率无显著差异。在10 d时，6种沉水植物对水体中氮净化贡献均降低，对水体中氮的净化率表现为苦草＞黑藻＞皇冠草＞大苦草＞金鱼藻＞矮慈姑，其对水体氮的净化率分别为12.16%，4.48%，4.16%，4.12%，－6.64%和－8.63%，表明此时，金鱼藻和矮慈姑对水体氮的净化贡献低、甚至出现了负值，可能在10 d时，对矮慈姑和金鱼藻的生长表现出抑制作用。苦草对水体氮的净化率显著高于黑藻、大苦草、矮慈姑、皇冠草和金鱼藻，大苦草、黑藻和皇冠草对水体氮的净化率显著高于矮慈姑和金鱼藻，而大苦草、黑藻和皇冠草之间无显著差异;矮慈姑和金鱼藻对水体氮的净化率无显著差异。由此可见，6种沉水植物对水体氮的净化率表现出随处理时间的延长呈降低的趋势，苦草对氮的净化率在6种沉水植物中最高。

图1 不同沉水植物对水体氮(A)磷(B)的净化率变化规律

2.2 不同沉水植物对水体中磷的净化效果

图1中B是不同沉水植物对水体磷的净化率贡献值随时间的变化规律。方差分析表明，不同沉水植物对水体磷净化率具有显著差异。在试验期内，不同沉水植物对水体中磷的净化率因植物的不同而呈现较为明显的差异。在5 d时，6种沉水植物对水体中磷均有较强的净化贡献，6种沉水植物对水体中磷的净化率表现为:黑藻＞苦草＞矮慈姑＞金鱼藻＞大苦草＞皇冠草，黑藻、苦草、矮慈姑、金鱼藻、大苦草和皇冠草对水体磷的净化率分别为43.00%，42.98%，27.73%，22.64%，18.84%和3.18%;黑藻、苦草对水体磷的净化率显著高于矮慈姑、金鱼藻、大苦草和皇冠草，黑藻和苦草之间对水体磷的净化率无显著差异;矮慈姑对水体磷的净化率显著高于大苦草和皇冠草，金鱼藻对水体磷的净化率显著高于皇冠草，而矮慈姑和金鱼藻之间对水体磷的净化率无显著差异;大苦草对水体磷的净化率显著高于皇冠草。在10 d时，6种沉水植物对水体中磷均有较强的净化贡献，6种沉水植物对水体中磷的净化率表现为:黑藻＞苦草＞矮慈姑＞大苦草＞皇冠草＞金鱼藻，黑藻、苦草、矮慈姑、大苦草、皇冠草和金鱼藻对水体磷的净化率分别为96.69%，92.98%，87.59%，69.27%，18.19%和9.17%;黑藻对水体磷的净化率显著高于苦草、矮慈姑、金鱼藻、大苦草和皇冠草，苦草对水体磷的净化率显著高于矮慈姑、金鱼藻、大苦草和皇冠草，矮慈姑对水体磷的净化率显著高于金鱼藻、大苦草和皇冠草，大苦草对水体磷的净化率显著高于皇冠草和金鱼藻，皇冠草对水体磷的净化率显著高于金鱼藻。由此可见，除金鱼藻外，其他5种沉水植物对水体磷的净化率表现出随处理时间的延长呈升高的趋势。6种沉水植物中，黑藻和苦草对磷的净化率高，但两者之间无显著差异。

2.3 水体中无机氮的形态转化

试验原水配制中主要由无机态氮[NaNO3、NH4NO3]组成，初始水质的监测结果表明，负荷原水由NH4+-N与NO3－-N 组成，不含NO2－-N 。从表1中可以看出，在试验期内，各处理氨氮含量呈降低，而硝态氮和亚硝态氮含量呈增加。在6种沉水植物作用的水体中，硝态氮占较大比例，氨氮含量其次，亚硝态氮含量最低。随着处理时间的增加，氨氮比例呈现逐渐降低的趋势。这与氨氮在好氧条件下易于发生硝化，以及氨氮更易于被沉水植物优先吸收从而与浓度降低迅速有关[12]。

表1 不同时期不同处理水体中各形态氮含量及比例

3 小结

不同沉水植物对水体氮、磷净化率具有显著差异，苦草对氮的净化率最高、黑藻和苦草对磷的净化率高;6种沉水植物对水体氮的净化率表现出随处理时间的延长呈降低的趋势，除金鱼藻外，其他5种沉水植物对水体磷的净化率表现出随处理时间的延长呈升高的趋势。其中苦草对氮的净化率显著高于其他5种沉水植物。

在6种沉水植物作用的水体中硝态氮占较大比例，氨氮含量其次，亚硝态氮含量最低。随着处理时间的增加，氨氮比例降低、硝态氮比例增高。

[1]Sekiranda S B K，Kiwanuka S.A study of nutrient removal of phragmites mauritianus in experimental reactors in Uganda[J].Hydrobiologica，1998，364:83-91.

[2]王国祥，濮培民，张圣照，等.冬季水生高等植物对富营养化湖水的净化作用[J].中国环境科学，1999，19(2):106-109.

[3]Schulz M，Rinke K，Kōhler J.AQ combined approach of photogrammetrical methods and field studies to determine nutrient retention by submersed macrophytes in running waters[J].Aquatic Botany，2003，76(1):17-29.

[4]童昌华，杨肖娥，濮培民.富营养化水体水生植物净化试验研究[J].应用生态学报，2004，15(8):1447-1450.

[5]LiMiao，Wu YueJin，Yu ZengLiang.Nitrogen removal from eutrophic water by floating-bed grown water spinach(Ipomoea aquatic Forsk)with ion implantation[J].Water Research，2007，41:3152-3158.

[6]黄亮，吴乃成，唐涛，等.水生植物对富营养化水系统中氮、磷的富集与转移[J].中国环境科学，2010，30(S1):1-6.

[7]Jiang C L，Fan X Q，Zhang Y B.Adsorption and prevention of secondary pollution of N and P by emergent plants in farmLand ditch[J].Journal of China Environmental Science，2004，24(6):702-706.

[8]王沛芳，王超，王晓蓉，等.苦草对不同浓度氮净化效果及其形态转化规律[J].环境科学，2008，29(4):890-895.

[9]付春平，唐运平，张志扬，等.沉水植物对景观河道水体氮磷去除的研究[J].农业环境科学学报，2005，24(增刊):114-117.

[10]叶春，邹国燕，付子轼，等.总氮浓度对3种沉水植物生长的影响[J].环境科学学报，2007，27(5):739-746.

[11]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.

[12]金送笛，李永函，倪彩虹，等.菹草(Potamogeton crispus)对水体中氮、磷的吸收及若干影响因素[J].生态学报，1994，14(2):168-174.