12种水生植物对氨氮和总磷的净化效果研究

陈巧玲 林晓葱 宫本涛

摘 要：为筛选适用于治理水体富营养化的水生植物，以梭鱼草、花叶芦竹、水罂粟等12种水生植物为试验材料，在模拟富营养化水体进行水培生长试验，通过对氨氮及总磷等富营养化指标的测定，研究12种水生植物对模拟富营养化水体的净化效果。试验结果表明：在富营养化水体中，萍草的生长状况较弱，花叶芦竹的适应期较长，而其他10种水生植物生长状况较好。粉绿狐尾藻去除富营养化水体中氨氮及磷的能力最为突出，梭鱼草次之；水生美人蕉适应能力最好且最快发挥去除氨氮及总磷的水质净化作用。综合条件粉绿狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉对富营养化水体的净化效果较好。

关键词：水生植物；氨氮；总磷；净化

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.01.012

Abstract： In order to screen the aquatic plants suitable for controlling eutrophication of water body， 12 aquatic plants， such as Pontederia cordata， Arundo donax var. versicolor and Hydrocleys nymphoides， were used as experimental materials to carry out hydroponic growth experiments in simulated eutrophic water body. The purification effect of 12 aquatic plants in simulated eutrophic water body was studied by measuring the eutrophication indexes such as ammonium nitrogen and total phosphorus. The results showed that in eutrophic water， the growth of duckweed was weak， the adaptation period of Phyllostachys mosaica was longer， and the growth of other 10 aquatic plants was better. The removal of ammonium nitrogen and phosphorus from eutrophic water by Foxtail verticillata is the most prominent， followed by Barracuda spp. The aquatic Canna has the best adaptability and can play the role of removing ammonium nitrogen and total phosphorus at the first time. Analysising comprehensively， the purification effect of Myriophyllum aquaticum， Pontederia cordata and aquatic Canna glauca on purifying eutrophic water body is better.

Key words： Aquatic plants； ammonia nitrogen； total phosphorus； purification

富營养化是当今自然湖泊和人工景观水环境面临的主要问题，主要是由于营养物质的增加，使得藻类大量繁殖从而导致整个水体生态平衡改变的一种水体污染现象。一般认为营养物质主要是氮和磷，以及碳、微量元素或维生素等，因此控制水体富营养化最主要的措施就是要控制氮和磷。由于藻类可利用的氮远比可利用的磷多，因此，磷常被作为富营养化的限制因子。我国水生植物资源非常丰富，据调查统计有61科、168属、741种水生植物[1]，水生植物是营造园林水景的重要材料，既有良好的观赏性，又具有改善水质的生态效应[2-5]。本研究选取适合深圳市气候的12种水生植物对富营养化水体中氨氮、磷的净化能力进行比较，以期筛选出对富营养化水体净化能力较强的植物品种，为治理城市景观污水的植物选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试植物

供试水生植物为梭鱼草、花叶芦竹、水罂粟、路易斯安娜鸢尾、旱伞草、水生美人蕉、再力花、香蒲、萍蓬草、粉叶狐尾草、睡莲、铜钱草等12种水生植物（表1），来源深圳市洪湖公园苗圃。

1.2 供试水体

供试水体为模拟富营养化污水，其中氨氮、总磷初始浓度设置为12.80 mg· L-1和5.68 mg· L-1，其余元素浓度与国际水稻标准营养液一致。

1.3 试验设计

试验于2014年8月3日开始至2014年9月14日在洪湖公园苗圃的通风大棚内进行。每种植物为1个处理，并设1个空白对照（不种植物），共13个处理，每个处理3次重复。所有处理均在水桶中进行，水桶体积20 L，每个水桶种植植物约100 g，注入15 L试验水体并做好水位标记，每天用蒸馏水补充消耗水分。试验持续时间42 d。

1.4 水样采集与分析

分别在试验的第1、7、14、21、28、35、42 d上午8：00取样，测定各处理水样中氨氮、总磷浓度，计算氨氮、总磷去除量，利用空白对照氨氮、总磷的变化值对各处理组氨氮、总磷TP的变化值进行校正，具体计算方法：氨氮去除量=处理组氨氮变化量-对照组氨氮变化量，总磷去除量=处理组总磷变化量-对照组总磷变化量。

1.5 检测方法

根据《水和废水检测分析方法》（第四版）[6]测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法、TP采用过硫酸钾消解钼锑抗分光光度法测定[7-10]。

2 结果与分析

2.1 水生植物生长情况

在本试验条件下，萍蓬草适应期长、长势较弱，在试验的第35 d所有叶子基本脱落，但有重新发芽的迹象。花叶芦竹适应期较长，在试验的第28 d才开始发新芽。其余10种试验水生植物移入试验桶1周后适应良好，新发大量的根须、新芽。

2.2 水生植物对氨氮的去除效果

2.2.1 水生植物对氨氮的去除趋势 从图1可知，12种水生植物去除富营养水中氨氮含量随着处理时间的延长呈波动变化，在试验第1 d，所有水样中氨氮浓度均为12.80 mg·L-1，42 d各组植物试验桶内氨氮浓度为 0.08～1.67 mg·L-1，均比空白样低（图1）。试验7～14 d，12种水生植物去除富营养水中氨氮速度较快，21～42 d氨氮含量缓慢减少，维持在较低浓度。其中，水生美人蕉去除氨氮的速度最快，第7 d由氨氮含量12.80 mg·L-1减少到1.98 mg·L-1，第7 d对氨氮去除率为84.53%，14～42 d氨氮含量缓慢减少。其次，去除氨氮速度较快的水生植物依次是铜钱草、睡莲、再力花、梭鱼草。旱伞草去除氨氮速度最慢， 7 d对氨氮去除率为3.9%， 21 d对氨氮去除率为69.38%。水生美人蕉适应能力最强，去除富营养化水中的氨氮速度最快。

2.2.2 水生植物对氨氮的去除量 从12种水生植物对富营养化水中氨氮的吸收量（图2）可见，在本试验条件下和试验周期下，粉绿狐尾藻吸收的氨氮量最高，为0.116 mg·g-1；睡莲最低，为0.016 mg·g-1。12种水生植物对氨氮吸收能力由强至弱排列顺序为粉绿狐尾藻>梭鱼草>花叶芦竹>水罂粟>铜钱草>路易斯安娜鸢尾>旱伞草>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草>睡莲。粉绿狐尾藻对氨氮的去除能力最强，睡莲最弱。

2.3 水生植物对总磷的去除效果

2.3.1 水生植物对总磷的去除趋势 从图3可知，12种水生植物去除富营养化水体总磷含量随着处理时间的延长呈波动变化，试验第1 d，所有富营养化水样中总磷浓度均为5.28 mg·L-1；处理42 d，12种水生植物的富营养化水样中总磷含量为0.78～4.27 mg·L-1，均比空白水样低。试验前7 d各水生植物去除富营养化水样中总磷含量的速度较慢，14～28 d各水生植物去除富营养化水样中总磷含量速度较快，部分有水生植物的水样总磷含量稍微上升。其中路易斯安娜鸢尾、梭鱼草的富营养化水体中总磷含量最早下降，水生美人蕉、再力花去除富营养化水体中总磷的速度最快，萍蓬草、睡莲、水罂粟最慢。富营养化水体中总磷去除速度较快的水生植物依次是铜钱草、睡莲、再力花、梭鱼草。水生美人蕉、再力花适应能力最强，去除富营养化水体中的总磷速度最快。

整个试验期内，空白水样和部分水生植物水样的总磷变化呈现出先下降然后稍微上升的趋势。空白水样出现此变化趋势的原因可能是由于水中藻類滋生，并吸收水中一部分的磷，一段时间后藻类死亡沉淀于水底，又会溶解释放出磷，导致总磷含量有所回升。而水生植物水样中磷先降低后升高的现象除了与藻类的生长变化有关外，还与水中植物本身的生长有关，一些品种生长一段时间后根茎叶有些部分枯萎，在水中腐烂后会有磷的溶出，导致磷含量出现一定的上升。

2.3.2 水生植物对总磷的去除量 从12种水生植物对富营养化水体总磷的吸收量（图4）可知，12种植物水样中总磷的去除量明显高于空白样，表明水生植物能有效地去除富营养化水体中的总磷。在本试验条件下和试验周期内，粉绿狐尾藻吸收的总磷量最高，为0.172 mg·g-1；睡莲最低，为0.014 mg·g-1。12种水生植物对总磷吸收能力由强至弱排列顺序为粉绿狐尾藻>梭鱼草>铜钱草>旱伞草>花叶芦竹>水罂粟>路易斯安娜鸢尾>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草、睡莲。

从图5可知，再力花对氨氮和总磷的去除能力差异最大，其对总磷的吸收比对氨氮的吸收高于50%，再力花对总磷去除量为0.05 mg·L-1、氨氮去除量为0.024 mg·L-1；铜钱草对总磷的去除量是氨氮去除量的50%，铜钱草对总磷的去除量为0.092 mg·L-1、氨氮去除量为0.046 mg·L-1。睡莲和萍蓬草对氨氮的吸收高于对总磷的吸收，睡莲吸收的总磷0.014 mg·L-1、吸收氨氮0.016 mg·L-1，萍蓬草对总磷的去除量为0.014 mg·L-1、氨氮去除量为0.02 mg·L-1。除睡莲和萍蓬草外，其他水生植物对总磷的吸收净化效果优于对氨氮的吸收净化效果，造成这种差异的原因有待于下一步探讨研究。

3 结论

从12种水生植物对氨氮去除趋势的比较可以看出，去除富营养水中氨氮速度较快的时间是在试验第7～14 d，其中水生美人蕉去除氨氮的速度最快，旱伞草去除氨氮速度最慢。从12种水生植物对氨氮的去除趋势比较可见，去除富营养水中总磷较快的时间是在试验第14～28 d，总体而言比去除氨氮的时间要慢，其中水生美人蕉、再力花适应能力最强，去除富营养化水体中的总磷速度最快， 萍蓬草、睡莲、水罂粟最慢。因此，水生美人蕉最早适应富营养化水体，最快吸收富营养化水体中的氨氮及磷，发挥水质净化作用。

12种水生植物去除富营养化水体中氨氮的能力存在差异，其中粉绿狐尾藻的去除效果最佳，萍蓬草和睡莲的效果最差。12种水生植物对氨氮的去除效果由强到弱排列顺序为粉绿狐尾藻>梭鱼草>花叶芦竹>水罂粟>铜钱草>路易斯安娜鸢尾>旱伞草>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草>睡莲。12种水生植物去除富营养化水体中总磷的能力存在差异，其中粉绿狐尾藻的去除效果最佳，萍蓬草和睡莲的效果最差，12种水生植物对总磷的去除效果由强到弱排列顺序为粉绿狐尾藻>梭鱼草>铜钱草>旱伞草>花叶芦竹>水罂粟>路易斯安娜鸢尾>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草、睡莲。因此，在较长的周期中粉绿狐尾藻对氨氮及磷的去除能力最强，梭鱼草次之。

本研究结果表明，12种水生植物对模拟富营养化水中氨氮和磷均有一定的去除效果，起到减少富营养化水体氨氮、总磷等营养物质的作用，发挥水质净化效果。其中，粉绿狐尾藻去除富营养化水体中氨氮及磷的能力最为突出，排在第1等级；梭鱼草、铜钱草、旱伞草、花叶芦竹、水罂粟、路易斯安娜鸢尾、水生美人蕉对氨氮及磷的去除能力较好，排在第2等级；再力花、香蒲、萍蓬草、睡莲去除氨氮及磷能力较差，排在第3等级。从水生植物适应富营养化水体方面看，萍蓬草的生长状况较弱，花叶芦竹的适应期较长，而其他10种水生植物生长状况较好，其中水生美人蕉适应性最好。综合分析，粉绿狐尾藻、梭鱼草、水生美人蕉对富营养化水体的净化效果较好。

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（责任编辑：林玲娜）