水生植物组合对社区公园景观水体净化修复研究

皇甫嘉弘，金荷仙，陈高敏，熊 川

（浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 杭州 311300）

随着城市化进程的加快，城市迅速扩张，创造优美宜居的社区环境成了人们共同的追求。景观水体作为社区公园的重要组成部分，在景观营造中起到了非常重要的作用，受到人们的喜爱。目前，越来越多的城市利用再生水作为社区景观水体，社区景观水体因流动性差、更换周期长、自净能力差、人为污染重等[1-2]，制约水生态系统循环，出现不同程度的富营养化等问题，对周边环境质量及附近居民的正常生活产生较大影响。因此，水生植物净化技术具有广阔的发展前景[3-4]。水生植物除了能直接吸收、固定、分解污染物外，还具有通过微生物的调控来修复环境、优化景观等作用[5]，自身又是水生态环境中重要的组成部分，投资少、环境污染低。当前，试验研究及实际应用已由水生植物单体净化转变为多种水生植物组合的净化模式[6-8]，多采用单一生物量增长快的水生植物的手段[9]，为在短时间内水质取得较好的净化效果选择多种沉水植物，由于研究多面向乡村生活污水、养殖废水、煤矿废水等水生态环境[10-12]，选择种类少，无法满足供人游憩的社区公园中水体的景观要求。故对当前社区公园中景观水体富营养化污染的防治势在必行，改善社区公园景观水体的生态环境是社区公园长期发展的重要一环。

从风景园林专业角度出发，本实验着重探索具有不同景观效果的水生植物组合对社区公园景观水体的净化作用，在前人的研究基础上，以现有的社区公园中景观水体水生植物现状及水质情况为实验依据，选取挺水植物（美人蕉Canna indica，菖蒲Acorus calamus，梭鱼草Pontederia cordata，千屈菜Lythrum salicaria，野生风车草Cyperus alternifolius，花叶芦竹Arundo donaxvar.versicolor）和浮水植物（荇菜Nymphoides peltatum，野天胡荽Hydrocotyle vulgaris，大薸Pistia stratiotes）共2 类不同生活型的观赏性好的水生植物，对其分别以观叶、观花、兼具观花与观叶三大类进行组合，通过对水体各污染物成分的跟踪检测，筛选出对社区公园富营养化景观水体具有良好净化效果的水生植物组合。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验水体 实验参照《地表水水质标准GB3838-2002》 V类水以上标准模拟富营养化实验水体，见表1。

1.1.2 供试植物选择 根据实地调研宁波地区社区公园水生植物应用情况及文献研究，选择应用较广泛的水生植物，以挺水植物和浮叶植物为主，按观叶、观花、兼具观花与观叶三大类分类，分别记为A 类、B 类、C 类三种类型，各组再将植物进行组合，共有9 组水生植物组合实验组，设空白实验为对照组。各实验组供试植物分别属于不同科、属，其生长习性均有所不同，但皆为能较好适应当地水生环境的水生植物群落。（见表2）

表1 实验水体水质基本情况Table 1 Water quality for experiment

表2 实验组分组情况Table 2 Grouping of experiment

1.1.3 植物的栽培 实验在长方形塑料盆中进行，每个塑料盆的外型尺寸长×宽×高为67 cm×45 cm×33.5 cm，利用珍珠棉、无纺布固定植物。实验前，去枯叶，洗净，在实验室内用自来水预培养10 d 后，选择长势良好且外形相近的植株作为供试植物。

1.2 实验内容

1.2.1 实验地点 试验地点设置在浙江农林大学东湖校区。

1.2.2 试验设计 根据表2 中供试植物选择与分组情况，水生植物种类为2 种的实验组每种植物放3 株，共6株；水生植物种类为3 种的实验组每种植物放2 株，共6 株。利用珍珠棉固定，配置的同类水生植物生物量基本相等，分别种植在相同浓度污水中，其中一组为不放植物的相同营养等级实验水体的CK。实验期间，每隔6 d 取样一次，共采集6 次，实验周期为36 d（2019 年8 月1 日至9 月5 日）。测量指标包括水体的COD、NH4+-N含量、TP 含量。每个指标重复测量3 次，取平均值。最后分析各组对实验水体中COD、NH4+-N、TP 的净化效果和植物自身生长状况，得到对水质净化效果最佳的水生植物组合。

1.3 水样分析

实验中水质常规指标TP 含量、NH4+-N 含量和COD 按照《水和废水监测分析方法》[13]所规定的方法进行水样分析：COD 测定用重铬酸钾法；NH4+-N 含量测定用纳氏试剂光度法；TP 含量测定用过硫酸钾氧化——钼蓝比色法。生物量用X6201ZH 电子天平（美国奥豪斯）称量。

1.4 数据处理

数据的统计分析采用SPSS 25.0 等软件对实验数据进行统计和制图分析。污染物去除率按下列公式计算：

式中，η为污染物去除率，C0为实验开始时污染物的浓度，Ct为实验第t天时污染物的浓度。

2 结果与分析

2.1 不同水生植物组合对污水中COD 的去除率

各个实验组对富营养化实验水体中COD 的净化效果如表3 所示。由表3 可知，各组水生植物组合对水体中COD 的净化效果之间有显著性差异（P<0.05），总净化率在76.59%～ 91.03%，其大致净化趋势为，在一定时间范围内，各水生植物组合对富营养水体中的COD 含量均具有较明显的去除作用，且实验初期6～ 12 d 内，各组的COD 就有明显的下降，在30 d 后逐渐趋于稳定状态，在36 d 时，达到最大净化效化效果。在处理36 d 时，A1，B1，C1对污水中COD 的净化率分别是3 种类型中的最高组合，其净化率分别为91.03%，89.96%，83.81%，尤其以A1的净化为效果最好，且在短期内就能有较明显的净化效果。在总体效果方面，B 类水生植物组合的总体净化效果较高。对于植物种类为两类的水生植物组合，以B3（千屈菜+野天胡荽）对COD 的去除效果最佳。

表3 实验组对COD 的去除率Table 3 Removal rate of COD by different treatment

2.2 不同水生植物组合对污水中NH4+-N 的去除率

各个实验组对富营养化实验水体中NH4+-N 的净化效果如表4。由表4 表明，在实验期间，水生态环境处于相对稳定的状态，各实验组对污水中NH4+-N 的净化率稳步递增，同一时间段不同处理的净化效果间有显著性差异（P<0.05）。在36 d 时，各实验组对污水中的NH4+-N 均有较好的净化效果，净化率在54.89%～ 91.87%之间。

A，B，C 三类总体净化效果以C 类最佳，其中C1对污水中NH4+-N 的净化效果最佳，在36 d 时的去除率高达91.87%，所以在景观水体的应用中，可以选择梭鱼草、花叶芦竹、荇菜进行多种形式的景观水体水生植物空间的营造。同上述各实验组对COD 的去除效果，对NH4+-N 的去除效果也是A1，B1，C1对污水中NH4+-N 的净化效果最佳。对于植物种类为2 种的水生植物组合，以A2对NH4+-N 的去除效果最佳。A3与B3对NH4+-N 的净化效果略逊于其他植物组合。

表4 实验组对NH4+-N 的去除率Table 4 Removal rate of NH4+-N by different treatment

2.3 不同水生植物组合对污水中TP 的去除率

各个实验组对富营养化实验水体中TP 的净化效果如表5。由表5 表明，在实验初期，各实验组就能去除污水中60%左右的TP，之后随着时间的推移逐渐趋于稳定，偶尔会有浓度回升，这可能是由于生长发育所需的营养物质不能长期被满足，根系腐烂的现象加重，根系输养能力降低，微生物活性降低，导致对TP 的去除能力减弱[14]。处理36 d 时的净化率在68.52%～ 79.76%之间，并且各实验组对污水中TP 的净化率之间有显著性差异（P<0.05）。

表5 实验组对TP 的去除率Table 5 Removal rate of TP by different treatment

根据数据分析，A，B，C 类总体净化效果以C 类为最佳，其中，在处理36 d 时，C1对污水中TP 的净化效果最佳，净化率达9.76%，所以在景观水体的应用中，可以选择梭鱼草、花叶芦竹、荇菜进行多种形式的景观水体水生植物空间营造。综合上述各实验结果表明，A1，B1，C1分别为该类中对污水中TP 的去除效果最佳的植物组合。对于植物种类为两类的水生植物组合，以A2对TP 的去除效果最佳。

3 结论与讨论

3.1 结论

本文通过9 组不同水生植物搭配组合对污水的处理结果，分析各实验组对富营养化水体中COD、NH4+-N、TP 的净化情况，结果显示，3 种水生植物组合比2 种水生植物组合的净化效率高，这与刘敏的研究结果一致[15]。根据对A1，B1，C1的结果分析，A1（菖蒲+野生风车草+大薸）与C1（荇菜+梭鱼草+花叶芦竹）组合在景观观赏性及对水质的净化能力上都很适合应用在社区公园中。对于实验中，水生植物种类皆为两类的组合，以B3（千屈菜+野天胡荽）对COD 的净化效率最好；A2（菖蒲+大薸）对NH4+-N、TP 的净化效果最好。另外，刘建伟等测得美人蕉对COD 的去除效果在30%左右[16]，但与野天胡荽组合对净化效果有显著提高。

在利用水生植物技术处理流动性差、自净能力差、人为污染重的社区公园水体景观时，不应只局限于对水体本身的净化研究，同时也要注重水体作为社区景观的一部分，对于人居环境的改善，景观的优化也有着举足轻重的作用。故基于本次实验结果，在实际应用中可考虑在主要活动水域，采用菖蒲+野生风车草+大薸、梭鱼草+花叶芦竹+荇菜、千屈菜+美人蕉+野天胡荽等水生植物搭配组合，对于较偏僻，景观需求少的水域，可选野生风车草+大薸、千屈菜+野天胡荽等水生植物组合，同时也需注意水体景观的后期维护，如本实验中大薸在实验中后期易出现叶片发黄腐烂等现象，需及时打捞处理避免形成二次污染[17]。

3.2 讨论

在水生态修复中水生植物得到了广泛的应用，单一植物对于富营养水体中多类污染物难以做到全覆盖去除[18-21]。在本次实验中，将多种水生植物混合栽种，极大地增加了对去除各污染物的覆盖率，并能达到一组水生植物组合就能同时对COD，NH4+-N，TP 有较好的去除效率。水生植物组合的净化能力强可能是由于水生植物间产生了竞争的关系，促进了植物根系的增长，形成特殊的生物膜结构，加强了对污染物的吸附、吸收、过滤和转化[22]；也可能是水生植物与氮、磷和氧结合形成了稳定的化合物从而降低了富营养水体的污染物浓度[23]。其中也存在仅有两种水生植物的组合净化效果比三种的水生植物组合强的情况，这可能是受到各个水生植物单个物种本身的净化能力以及各个水生植物间的相互影响，产生共生或者竞争等关系，故需要进一步研究分析。

在利用水生植物技术修复社区公园景观水体的研究进程中，仍需不断实验发掘更具潜力的水生植物组合，并进一步将室内静态实验拓展到更多样、更复杂的实际富营养化水域中，充分结合园林景观设计与植物配置等理念，细化到不同污染程度和使用功能的水域都能有对应的兼具生态与景观性的水生植物组合。如何合理地发挥水生植物组合的生态与景观效益，提供新的理论与依据，并充分地应用到人居环境改善方面，值得继续深入研究。