挺水与沉水植物对景观水体净化的研究

赵贺芳

（安徽工业大学 工商学院，安徽 马鞍山 243000）

景观水体面积小，多为静止或流动性较差的封闭缓流水体，自净能力低，容易受到污染[1].塘内的营养盐只进不出，常年积累会发生富营养化问题[2].目前对景观水体的处理大多采用物理、化学或生物法，但物理法前期投资大、后期运行费用多、成效不显著，化学法易造成二次污染，生物法的优点突出[3].研究表明水生植物对污水有着很好的净化作用，有利于水域生态系统的重建和恢复[4]，但目前的研究多停留对生活污水的处理，对其用于景观水处理的较少.本文针对安徽工业大学景观水体——炼湖进行处理，选择当地常见的6种水生植物进行试验，研究它们对景观水的净化效果，为水生植物净化景观水提供一定参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

本着因地制宜的原则，确定采用香蒲、菖蒲、水芹、菹草、金鱼藻、轮叶黑尾藻为供试植物，其中前三者为挺水植物，后三者为沉水植物[5～6]，将他们移植过来后，先经过驯化期，使其恢复至正常生长状态.之后采取水培方式将他们种植于有机玻璃槽中，种植密度适中，有机玻璃槽规格(L*B*H)均为30cm*24.5cm*31.5cm，有效水深均为15cm.试验场地放在室外，试验期间气温为14-22℃.

1.2 试验方法

为了得出较好的净化效果，本文先研究单一挺水植物、沉水植物对污水的处理效果，然后选取最佳单一植物进行组合，研究对污水的处理效果.为了不影响实验分析，植物移植到水槽后，不添加复合肥.单一植物试验时间为2017.4.13- 2017.4.28，组合植物试验时间2017.4.30-2017. 5.15，均为16d.期间每隔3d采样一次.分析各供试植物对污水中CODcr、NH3-N、TP的去除效果，每天下午5点观察水位并加清水补充蒸发失水.其中CODcr采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂法，TP采用过硫酸钾氧化法.原水水质见表1.

表1 原水主要初始指标

2 结果与分析

2.1 植物生长状况

在用以实验的湖水中，水芹、香蒲、菖蒲三种挺水植物均能正常生长，实验结束时枝繁叶茂，叶片明显增多增大，颜色也加深许多，根系更长更浓密，根系上附着物也明显增多.金鱼藻、菹草、轮叶黑尾藻这三种沉水植物中，菹草长势良好，金鱼藻和轮叶黑尾藻在第9d时开始腐烂，实验结束时金鱼藻腐烂较轻，轮叶黑尾藻腐烂较明显.组合植物菹草、水芹均长势良好.

2.2 挺水植物净化作用

在静态实验中香蒲、菖蒲、水芹对实验湖水中CODcr、NH3-N、TP 的净化效果分别如图 1、2、3 所示：

图1 挺水植物对CODcr净化效果

图3 挺水植物对TP净化效果

随着试验的进行，三种植物槽内CODcr含量逐渐下降，对应的去除率逐渐上升，如图1所示.当HRT为3d时，香蒲、水芹和菖蒲对实验湖水COD-cr的去除率分别为 13.93%、63.32%、18.37%；当HRT为15d时，去除率均达到90%以上，其中水芹对CODcr的去除率明显高于菖蒲、香蒲.因此可以得出，这三种植物对实验湖水都具有良好的净化效果.水芹对CODcr的去除效果优于菖蒲、香蒲.这是因为水芹的根系相比香蒲、菖蒲更发达，与水体接触的面积更大，根系所形成的过滤层越密集，吸收的有机碎屑就越多.此外，植物的根系为微生物和微型生物提供了附着基质和栖息场所，发达的根系更有利于微生物的生长，从而加速根系周围有机胶体的分解.

由图2可知，当HRT≤3d时，三种植物对实验湖水NH3-N去除率逐渐提高，当HRT在3-9d时，去除率反而下降，当HRT≥9d时，去除率快速上升.这与曾爱平[7]、余世金[8]的研究一致，水体中N的去除包括植物吸收和挥发、硝化和反硝化等过程，以硝化和反硝化为主[9].当HRT≤3d时，植物对NH3-N的吸收较快，当HRT在3-9d时，去除率下降是由于这时氨化作用较快，对NH3-N的吸收以及硝化、反硝化过程较慢的原因.当HRT≥9d时，硝化反硝化速度较快.由图2可知，三种植物槽中对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.

随着试验的进行，实验湖水中TP含量逐渐下降，对应的去除率逐渐上升，如图3所示.当HRT为15d时，香蒲槽、水芹槽和菖蒲槽中水样的TP浓度由 2.790mg/分别下降到 0.12mg/L、0.20mg/L和0.16mg/L，去除率分别达到95.7%、92.83%和94.27%.植物对TP去除速度开始较快，到后期逐渐减慢，这与前期植物对P的需求量较多，吸收较快，而后期植物对P需求量的减少以及植物体内磷的再分配有关.这与李科德等[10]的研究结果一致.由图3可知，三种植物对水体中的TP具有良好的去除效果.去除效果依次为：水芹＞菖蒲＞香蒲.

综上所述，在本文的实验条件下，水芹对炼湖的CODcr、TP的净化效果优于菖蒲和香蒲，对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.

2.3 沉水植物的净化作用

在静态实验中菹草、金鱼藻、轮叶黑尾藻对实验湖水中CODcr、NH3-N、TP的净化效果分别如图4、5、6 所示：

图4 沉水植物对CODcr净化效果

图5 沉水植物对NH3-N净化效果

图6 沉水植物对TP净化效果

从图4可知，当HRT为3d时，菹草、金鱼藻、轮叶黑尾藻对实验湖水中CODcr的去除率分别为66.76%、45.86%、39.61%；当 HRT为 15d时，菹草对实验湖水中CODcr的去除率高达97.18%，而金鱼藻和轮叶黑尾藻在HRT≥9d后对CODcr的去除率呈下降趋势，这两种植物生长前期能降低CODcr，但后期又有反弹.这主要是由于前期虽然去除了水中的营养物质，但整个系统中的有机物并未消除，只是发生了转化，后期出现了腐烂现象，产生了新的有机物，因此CODcr含量会上升，对应的去除率下降.这与朱平等[11]的研究一致.这也说明了植物对污染物的去除效果与植物的生长状态密切相关.因此可以得出，三种沉水植物对炼湖水体都具有良好的净化效果，其中，菹草对CODcr的去除效果明显优于金鱼藻、轮叶黑尾藻.

由图5可知，当HRT≤3d时，三种植物对NH3-N的去除效果较好，这是因为实验前期三种植物对NH3-N吸收较快.当HRT在3-9d时菹草对NH3-N去除率下降，这与挺水植物规律类似，去除率下降是由于这时氨化作用较快，对NH3-N的吸收以及硝化、反硝化过程较慢的原因.而金鱼藻和轮叶黑尾藻在HRT≥6d后对NH3-N去除率一直在下降，这是因为：在6d≤HRT≤9d这个阶段对NH3-N吸收及硝化、反硝化较慢；当HRT≥9d时，金鱼藻和轮叶黑尾藻开始腐烂，使得植物吸收的氮还未被完全利用又转换成氨氮释放出来，导致水体中氮的浓度又有所增加.由此可知，在本文的实验条件下，菹草对炼湖水体的处理效果明显优于金鱼藻和轮叶黑尾藻.植物对污染物的去除效果与植物的生长状态密切相关.

当HRT≤9d时，三个植物槽中TP含量随着HRT的延长而快速下降，对应的去除率快速上升，如图6所示.其中菹草对TP去除率随着HRT的延长继续提高但速度有所减缓，而金鱼藻和轮叶黑尾藻在HRT≥9d后对TP去除率处于下降趋势.菹草对实验湖水中的TP去除速度开始较快，到后期逐渐减慢，这与挺水植物规律类似，是因为后期植物对P需求量的减少以及植物体内P的再分配有关.而金鱼藻和轮叶黑尾藻后期开始腐烂，导致TP含量处于上升趋势.由此可知，在本文的实验条件下，菹草对炼湖水体的净化效果最好.植物对污染物的去除效果与植物的生长状态密切相关.

综上所述，在本文的实验条件下，菹草对炼湖的CODcr、NH3-N和TP的净化效果优于金鱼藻和轮叶黑尾藻.

从以上的研究中可以得出，在本文的实验条件下，挺水植物中的水芹对炼湖的CODcr、TP的净化效果优于菖蒲和香蒲，对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.沉水植物中的菹草的净化效果优于金鱼藻和轮叶黑尾藻，因此本文选取水芹与菹草组合（以下简称组合植物）对炼湖水体进行处理，进而得出净化效果更好的植物.

2.4 组合植物的净化作用

在静态实验中水芹与菹草的组合对实验湖水中 CODcr、NH3-N、TP 的处理效果分别如图 7、8、9所示：

随着HRT的延长，水芹与菹草组合槽中CODcr的含量逐渐下降，对应的去除率逐渐上升，如图7所示.当HRT为3d时，组合植物对实验湖水CODcr的去除率为66.76%，当HRT为15d时，去除率可以达到97.18%.与水芹（图1）和菹草（图4）单独对实验湖水中CODcr的去除率相比，可以看出，组合植物对CODcr的净化效果优于菹草、水芹单独的净化效果.

图7 组合植物对CODcr净化效果

图8 组合植物对NH3-N净化效果

图9 组合植物对TP净化效果

由图8可知，当HRT≤3d时，组合植物对NH3-N去除速度较快，当3d≤HRT≤9d时，去除率有所下降，后期随着HRT的延长，去除率继续上升.这与前面单一植物对NH3-N净化效果一致.当HRT为15d时，组合植物对湖水中NH3-N去除率高达98.45%.与图2和图5对比可知，组合植物对实验湖水中NH3-N的净化效果优于菹草、水芹单独的净化效果.

随着试验的进行，水体中TP含量逐渐下降，前期下降速度较快，后期有所减缓.由图9可知，当HRT为3d时，组合植物对实验湖水中TP的去除率为61.65%，当HRT增长到15d时，去除率可以达到97.78%.与图3和图6对比可知，组合植物对TP的净化效果优于菹草、水芹单独的净化效果.

综上所述，在本文的实验条件下，组合植物对炼湖的CODcr、NH3-N和TP的净化效果整体优于水芹与菹草单独的净化效果.

3 结论

（1）挺水植物中水芹对炼湖的CODcr、TP的净化效果优于菖蒲和香蒲，对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.

（2）沉水植物中菹草、金鱼藻、轮叶黑尾藻对实验湖水有明显的净化作用，且菹草的净化效果整体优于金鱼藻和轮叶黑尾藻.

（3）水芹与菹草组合对实验湖水的净化效果优于菹草与水芹单独的净化效果.

（4）植物对水体污染物的去除效果与植物的生长状态密切相关.