几种水生植物去污能力比较研究

周晓燕+贾涛+杨涓

摘 要：在人工模拟条件下，利用室内试验箱培育，研究了挺水植物芦苇、慈姑和浮叶植物睡莲、荇菜对人工配置污水的净化效果。结果表明，4种水生植物均能有效吸收污水中过剩的氮、磷营养物质，经过20d植物处理，对水体中氮素去除率表现为芦苇（77.25%）>慈姑（76.16%）>荇菜（75.13%）>睡莲（71.69%），对磷素去除率表现为芦苇（78.97%）>慈姑（75.76%）>荇菜（75.23%）>睡莲（73.09%）；4种水生植物对污水中的氮磷去除效果均比较明显，在相同条件下脱氮除磷效果最好的是挺水植物芦苇。

关键词：水生植物；氮；磷；去除

中图分类号 X524 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）21-0036-04

Study on Purification Ability of Four Different Hydrophytes

Zhou Xiaoyan1 et al.

（1Ningxia University，Yinchuan 750021，China）

Abstract：In order to investigate hydrophytes role on the purification of pond effluent which was eutrophic，four hydrophytes（Nymphaea alba，Sagittaria，Phragmites australis，Nymphoides peltatum） were grown and as a none plant to compare effectiveness of nutrient removal. It can be concluded that all the hydrophytes had a good performance on removal nutrients from treated water rather than without hydrophytes. After growing the four hydrophytes 20 days，the total nitrogen（TN） was removed by P. australis（77.25%）>Sagittaria（76.16%）>O.Kuntze（75.13%）>Nymphaea alba（71.69%）. The total phosphorus（TP） was removed by P.australis（78.97%）>Sagittaria（75.76%）>O. Kuntze（75.23%）>Nymphaea alba（73.09%）；Four hydrophytes to remove the effect of nitrogen and phosphorus in the sewage. For the four hydrophytes growing under the same condition P.australis was the most effective hydrophytes for TN and TP removal.

Key words：Hydrophytes；Nitrogen（N）；Phosphorus（P）；Removal

水体富营养化已经成为一个日趋严重的全球性环境问题，水体富营养化后，即使切断外界营养物质的来源，也很难自净和恢复到正常水平。2000年，美国对本国的河口富营养化的调查发现：65%的水面达到了中营养和富营养化，最为显著的地带是墨西哥海湾到大西洋的中部地带。2004年，英国环境署对本国河流状况的调查表明：53%河流的磷浓度超过了0.1mg/L，29%河流的氮浓度经超过了30mg/L[1]。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环境保护的相对滞后，许多湖泊、水库已进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、州湾、九龙江、黄浦江等。2000年对我国l8个主要湖泊的调查表明，其中l4个已进入富营养化状态[2]。由此可见，对受污染的湖库水体进行治理修复，是社会发展及生态环境建设的迫切需要，寻找先进实用、造价低廉的净水技术迫在眉睫。

目前，国内外许多专家已经对水体富营养化的治理进行了大量的研究并提出了相应的对策。主要提出了净化水体的几种技术，主要有物理方法、化学方法、生物方法和生态方法[3]。其中生物净化法和生态方法更受关注，水生植物具有良好的净水功能、生态效应、景观功能和潜在的经济价值，利用水生植物净化富营养化水体前景十分广阔。水生植物根系还能同时为微生物生长提供合适的营养环境并吸附水体中大量的悬浮物质从而达到提高水体透明度的目的[4]。国内外利用水生高等植物对水体中营养元素的吸收和降解作用来防治和修复富营养水体的研究已开展多年并表现出了良好的净化效果[5]。目前大部分研究侧重于人工湿地系统，植物浮床系统的水质净化能力的分析和系统中水生植物的氮、磷吸收能力研究[6]，但对不同类型的植物净化效果的比较研究相对较少。

在我国600多个城市中，目前有400多个城市供水不足。银川虽长年受黄河之益，但近几年随着工农业以及旅游业的快速发展，沙湖、鸣翠湖等地的水体也受到一定程度的污染[7]。宁夏许多水体也呈现出一定的富营养化趋势，这将会进一步加剧水资源的短缺。如何研究出投资运行费用低可供中小城市面积推广应用的污水处理新技术成为目前我国城市发展过程中亟待解决的重大课题。植物修复技术作为污水处理的一种手段，实用廉价高效，已经引起国内外学者广泛重视[8]。目前，虽然国内对水生植物净化污水的研究比较多，但是这些研究多集中在南方，对北方污染水体的植物修复研究较少[9]。在宁夏，水生植物主要用于水體造景，而造景植物结合水质净化的作用方面研究更少。endprint

本研究采集宁夏具有代表性的水生植物芦苇、睡莲、慈姑、荇菜采用室内生活污水模拟实验，对这4种具有观赏性价值的水生植物去除生活污水中的生长量及去除氮磷和改善水质指标的能力，从中寻找较能适应逆境环境并能高效净化水质的观赏性价值的水生植物，为湿地植物的选择和提高生活污水处理效率提供参考依据。

1 试验材料

1.1 供试植物 芦苇、慈姑采自宁夏银川市永宁县湿地，荇菜、睡莲是在银川市艾依河湿地。

1.2 供试污水 供试水样为人工模拟的富营养化水体（参照GB3838—2002《地表水环境质量标准》），该污水超出地表V类水（总氮≤2.0mg/L，总磷≤0.4mg/L）标准[10]。本试验中所配置的初始水体中总氮（TN）的含量为20mg/L，总磷（TP）为2mg/L，属于富营养化水体。

1.3 实验仪器 医用手提式蒸汽灭菌器（压力为1.1～1.4kg/cm2，锅内温度相当于120～124℃）、50mL具塞刻度管、752型紫外光分光光度计、水浴锅、锥形瓶、酸式滴定管、分度吸管、10mm石英比色皿、量筒、电子天平、烘箱、电导值测定仪、容量瓶、水箱。

1.4 实验试剂 水体总氮测定的试剂：无氨水，氢氧化钠，过硫酸钾，盐酸，硝酸钾，硫酸（p=1.84g/mL）；水体总磷测定的试剂：硫酸（p=1.84g/mL），硝酸（p=1.4g/mL），氢氧化钠，过硫酸钾，磷酸二氢钾，抗坏血酸，钼酸铵[（NH4）6Mo7O24·4H2O）、酒石酸锑钾（KSbC4H4O7·12H2O）；水体含氧量测定的试剂：硫酸（1.84g/mL），氢氧化钠，草酸钠，高锰酸钾。

2 试验设计及测定项目

2.1 试验方法 2016年5—8月在宁夏大学生命科学学院实验楼及北方民族大学实验基地的温棚进行相关试验。选取驯养7d后适应生长、表现正常、大小均匀的植株作为供试植物。将试验植物盛放在容积为60cm×40cm×60cm的塑料箱内，箱内分别装入30L富营养化的水体用基本培养液Honglands培养液（0.1x）进行配置，使总氮的浓度为20mg/L，总磷为2mg/L。为了固定植物，在试验箱内均装入经盐酸浸泡12h并用去离子水漂洗干净的沙子约10cm。4种水生植物分别培养，每种植物做2个平行样，另作一组不放植物的作空白對比样。试验处理20d，分别在第10天和第20天对相应的指标进行测定取其平均值。

2.2 测定项目 试验主要测定水体中的TN、TP、COD及试验前后植物鲜重的变化等指标。TN采用过硫酸钾—紫外分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法，COD采用测定高锰酸盐指数的方法[11-14]。

2.3 数据分析 所有试验结果为3次重复测定平均值，每组测定数据在±S范围内。利用DPS7.05软件进行数据统计分析和处理间差异显著性检验（P<0.05），显著性结果用字母标识于各数据表中。

3 结果与分析

3.1 不同植物对富营养化水体中总氮的吸收情况 水体中的TN有少部分通过植物吸收和挥发作用而去除，大部分则通过消化作用和反硝化作用的连续反应而去除[15]。由表1和图1可知，不同时期测定的TN含量呈现明显的下降趋势，虽然对照水体中的TN也明显下降，但与栽种了水生植物的水体相比，对照水体中TN含量明显偏高，说明4种水生植物能降低水体中TN的含量。处理20d后，芦苇、慈姑、荇菜、睡莲对总氮的吸收率分别为77.25%、76.16%、75.13%、71.69%；每种植物的吸收效果都较明显；4种植物对TN的吸收效果依次为芦苇>慈姑>荇菜>睡莲。

3.2 不同植物对富营养化水体中总磷的吸收情况 水生植物对磷的去除途径包括植物吸收、沉淀、吸附作用和微生物固定等[16]，从表2和图2可知，4种水生植物对模拟污水中的总磷去除效果，在第10天时去除率均达到30%以上，其中芦苇和慈姑的净化作用较荇菜和睡莲强，到第20天时芦苇、慈姑、荇菜、睡莲对磷的去除率仍有增加均达到70%以上。总的看来，4种植物对TP的去除效果都明显高于对照。不同时期水体中总磷的含量都有一定程度的下降，不同植物间也不尽相同，4种植物对总磷的吸收效果为芦苇>慈姑>荇菜>睡莲。

3.3 不同时间段内富营养化水体中COD值的变化 由图3可知，不同时间段内水体中的化学耗氧量总体上呈下降趋势，且水生植物的下降趋势均大于对照组，总体来看，4种植物对水体化学耗氧量的去除程度芦苇>慈姑>荇菜>睡莲。栽种了水生植物水体的COD含量呈下降趋势，由于水体的自净作用，对照水体中COD含量也有所降低。有4种植物的水体COD含量明显比未栽种水生植物水体中的低，说明4种水生植物能降低水体中的COD，对水体有较好的净化作用。

3.4 植物处理前后生物量的变化 由图4可知，试验前后各种植物鲜重均有变化，但增加量各不相同，其中芦苇量增加最多，其次依次是睡莲、慈姑，荇菜。除植物鲜重之外，其他生物量也都有所增加，各植株分蘖产生的新株均有所增加，挺水植物芦苇、慈姑的叶片数均有所增加，慈姑有新根产生并且开花，长势非常好。浮叶植物荇菜的茎和叶大部分有所增长，睡莲有新芽、新叶产生。说明各植物在富营养化水体中能够很好的生长。

4 讨论与结论

本试验采用单纯营养液培养植物，故可用水中氮、磷元素的减少量来代表植物的吸收量。结果表明，在静水培养条件下4种水生植物对污水有净化作用。在第10天和20天时对TN和TP的去除效果在0.05水平各植物间差异表现显著。在第20天时芦苇、慈姑、荇菜、睡莲对总氮的去除率依次为77.25%、76.16%、75.13%、71.69.76%。4种植物试验桶内水体氮含量的下降趋势表明，随着试验时间的延长，氮含量都有所下降，即使是空白对照由于氨或氨氮的挥发也会使氮含量下降，可见氮的去除不仅主要依靠植物吸收去除作用，还有部分通过微生物的硝化和反硝化作用来实现。浮叶植物荇菜和睡莲在试验阶段不时有植物死亡或植物代谢发生，死亡植物或代谢物会向水体释放有机氮，这也是它们氮去除率较低的原因之一。芦苇作为挺水植物，完全靠根部吸收营养[17]，植物死亡或代谢物都较少，对水体总氮含量影响也较小。在第20天时芦苇、慈姑、荇菜、睡莲对总磷（TP）的去除率为78.97%、75.76%、75.23%、73.09%，各植物之间无较大差异，均表现出较好的净化能力，但其去除率均高于对照组，总体表现为芦苇>慈姑>荇菜>睡莲。由此可见，这4种植物对水体的净化都有一定的作用，相比较之下，芦苇净化效果最好，但是与其他的植物净化能力相差不大。可见，这4种植物都是较好的湿地植物，而且这4种植物都有观赏价值，建议可以在水景中适度推广。

参考文献

[1]蒋火华，吴贞丽，梁德华.世界典型湖泊水质探研[J].世界环境，2000（4）：35-37.

[2]朴承俊，王宏山，瞿春艳，等.水体富营养化现状及对策分析[J].煤炭技术，2008，27（8）134-136.

[3]张家洋，陈丽丽，李慧.水生植物对富营养化水体除磷去氮的研究概述[J].西北师范大学学报（自然科学版），2013（01）：115-120.

[4]吴湘.3类水生植物对池塘养殖废水氮、磷去除效果的研究[J].西北植物学报，2010，30（9）：1876-1881.

[5]田立民，王晓英.芦苇和香蒲对富营养化水体的净化效果[J].江苏农业科学，2010（4）：409-411.

[6]金树权，周金波，朱晓丽，等.10中水生植物的氮磷吸收和水质净化能力比较研究[J].农业环境科学学报，2010，29（8）：1571-1575.

[7]赵红雪，邱小琮，杨艳梅，等.寧夏沙湖水体富营养化分析与评价[J].湖北农业科学，2010，49（10）：2414-2417.

[8]蔡佩英，刘爱琴，侯晓龙.7种水生植物去除城市生活污水氮磷效果的研究[J].环境工程学报，2011（05）：1067-1070.

[9]耿兵，张燕荣，王妮珊，等.不同水生植物净化污染水源水的试验研究[J].农业环境科学学报，2011，30（3）：548-553.

[10]国家环境保护总局.国家质量监督检验检疫总局发布地表水环境质量标准[J].中国环保产业，2002，06：8-9.

[11]GB11894-89水质总氮的测定——碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法.

[12]陈军，朱建丰.碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水质总氮的改进[J].中外医学研究，2011，9（25）：34-35.

[13]GB 11893-89水质总磷的测定钼酸铵分光光度法[S].

[14]GB 11892-89水质高锰酸盐指数的测定[S].

[15]栾晓丽，王晓，时应征，等.两种挺水植物的脱氮除磷效果及其影响因素研究[J].安徽农业科学，2008，36（4）：1576-1577，1654.

[16]Gao J.Q.，Xiong Z.T.，Zhang J.D.，et al.Phosphor-us removal from water of eutrophic Lake Donghu by fivesubmerged macrophytes.Desalination，2009，242（1-3）：193-204.

[17]李唯，倪郁，胡自治，等.Review on studies of hydraulic lift in root system[J].西北植物学报，2003，6（34）：1056-1062.

（责编：张宏民）endprint