不同種植密度水生植物凈化池塘水質的效果研究

杜興華，馬國紅，張明磊，劉 飛

(山東省淡水水產研究所，山東 濟南 250013)

不同種植密度水生植物凈化池塘水質的效果研究

杜興華，馬國紅，張明磊，劉 飛

(山東省淡水水產研究所，山東 濟南 250013)

研究了水體中不同種植密度的鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)、菹草(TyphaorientalisPresl)、蓮藕(NelumbonuciferaGaertn)等水生植物對池塘水質的凈化效果。結果表明：3種水生植物能穩定水體pH，提高水體DO含量，顯著降低水體COD、TN、TP，均具有較好的凈化能力；從凈化水質的總體效果來看，表現為鳳眼蓮>菹草>蓮藕;其中37g/L的菹草去有機物能力最強，17g/L的菹草與10g/L的蓮藕增氧效果最好，蓮藕在7g/L時去氮效果最好，5g/L的鳳眼蓮與37g/L的菹草去磷效果最好。

水生植物；種植密度；凈化；池塘水質

近年來，由于淡水資源的短缺，水體的富營養化程度不斷加重，嚴重影響了養殖水產品的品質，其中尤以池塘養殖更為嚴重。采取何種措施有效地控制水體富營養化的進一步發展，達到長期凈化水質但又不造成對水體的二次污染，是中外科學家正在研究的課題。其中利用水生植物凈化水質是行之有效的措施之一。目前，國內外已廣泛開展利用高等水生植物修復技術凈化富營養化水體的研究，并取得了一定的成效[1-2]，但對凈化時池塘中水生植物合理的種植密度研究較少。為此，本研究根據山東省水生植物分布情況，利用實驗室模擬養殖池塘的方法，以鳳眼蓮(Eichhorniacrassipes)、菹草(TyphaorientalisPresl)、蓮藕(NelumbonuciferaGaertn)3種水生植物為試材，設置不同的種植密度，通過測定植物生物量、pH、溶解氧(DO)、化學耗氧量(CODMn)、總氮(TN)、總磷(TP)、去除率等指標，探討了3種植物的合理種植密度及在合理種植密度下3種水生植物對氮、磷的吸收與對水質的凈化能力，并比較了3種水生植物及不同種植密度下凈化能力的差異。

1 材料與方法

1.1 材料

鳳眼蓮：挑選個體均勻完整、鼓包較小、葉子較小且薄的具有快速生長特性的植株用于試驗；菹草：選擇帶根移植方法，經過去土、清洗和稱重后用于試驗；蓮藕：選取個體大小均勻完整、無傷的藕瓜用于試驗。

1.2 試驗方法

鳳眼蓮：選擇無毒、無味，規格70cm×47cm×48cm的塑料水族箱15只，分別加入養殖池水100L，并進行未處理前的水質測試，然后將選取的鳳眼蓮植株經沖洗、稱重，按100、200、300、400、500g(密度分別為1、2、3、4、5g/L)5組3個平行分別放入箱中后進行栽培試驗。隨后每隔1d對水質進行檢測，取樣時間安排在上午的8：30～9：30，試驗周期10d。

菹草：選擇水族箱18只，先鋪底層土壤25kg，再加培植土壤50kg。按6組3個平行分別往各箱中加濕重0、1500、2500、3500、4500、5500g(密度分別為0、10、17、23、30、37g/L)的菹草。經過15d的適應性馴化后，灌注150L養殖池水進行試驗。隨后每隔3d對水質進行檢測，取樣時間安排在上午的8:30～10:30，試驗周期16d。

表1 檢測項目

蓮藕：選擇水族箱18只，在各箱底先鋪底層土壤25kg，再加培植土壤50kg。按6組3個平行分別往各箱中投放0、1、2、3、4、5個(密度分別約為0、3、7、10、13、17g/L)藕瓜。經過15d的馴化后，灌注150L養殖池水進行試驗。隨后每隔3d對水質進行檢測，取樣時間安排在上午的8:30～10:30，試驗周期16d。

1.3 指標的測定與計算

水質測試項目及方法詳見表1。

TN、TP的去除率采用以下公式計算[3]：

去除率=[(C0-Ci)/C0]×100%

式中,C0表示初始TN或TP;Ci表示第i天時水體中TN或TP。

2 結果與分析

2.1 水中pH的變化規律

鳳眼蓮組水體初始pH為7.67～7.71，放入植物后第2天,1g/L密度組略有增長，其他試驗組均略降低。由圖1a可以看出，在試驗的第4天pH達到試驗期間的最高值7.96，隨后開始降低，但趨勢比較平緩。其中5g/L密度組下降得比較明顯，試驗結束時水體pH為7.34。

圖1 3種水生植物不同栽培密度下的水體pH變化

菹草組水體初始pH為7.74～7.93，放入植物后pH開始上升，到第10天達到最高值，空白組最高值達到8.48，試驗組最高值為8.16(17g/L密度組)，之后開始降低。由圖1b可以看出，空白組一直略高于試驗組，23g/L密度組一直保持比較平穩的變化趨勢，37g/L密度組在試驗結束時pH最低，為7.91。

蓮藕組水體初始pH為7.85～7.90。由圖1c可以看出，蓮藕組pH的變化趨勢比其他2組明顯，而且一直保持上升的趨勢，10g/L密度組在第10天時到達最高值8.20，13g/L密度組在第13天到達最高值8.14，同時空白組在第10天到第13天出現急劇上升的趨勢，達到最高值8.18，之后開始下降。

pH對水質及生物的影響是多方面的，因此，各國規定的漁業用水標準是pH范圍是6.5～8.5[4]。在養殖水體中，光合作用和呼吸作用是引起pH變化的主要因素。當生物進行光合作用時，迅速消耗水中的CO2，pH上升；在生物行呼吸作用時pH下降。從試驗可以看出，各試驗組pH都在7.0～8.2之間，因此，經3種水生植物凈化過的水，pH范圍是十分適合漁業養殖的。

據王磊等[5]研究：硝化反應對pH較為敏感，硝化細菌進行硝化反應最適宜的pH為7.0～9.0，pH<6.0時硝化反應明顯降低，pH>10.0時，過高的OH-濃度對硝化菌有毒害作用，從而阻止硝化反應的發生。試驗證明，水生植物凈化水有利于微生物的硝化反應。

由圖1可以看出，鳳眼蓮各試驗組組pH在試驗期間一直穩定在7.31～7.75之間，菹草組pH也很穩定，pH在7.90～8.19之間。因此，鳳眼蓮和菹草對pH處理效果要好于蓮藕。至于養殖池塘選擇何種植物凈化水質，還要根據具體的養殖對象來確定。

2.2 CODMn變化規律

由圖2a可以看出，鳳眼蓮組水體初始CODMn為5.27～5.45mg/L，放入植物后開始下降，到第4天下降到最低值，其中2g/L密度組下降到3.84mg/L，去除率為29.54%，之后開始逐步上升。

圖2 3種水生植物不同栽培密度下的水體CODMn變化

菹草組水體的初始CODMn為20.35～25.53mg/L，試驗結果呈現先上升后下降的趨勢。由圖2b可見，試驗第4天CODMn達到最大值，其中17g/L密度組到達最高值25.46mg/L，然后開始下降，從第10天時試驗組下降趨勢比較統一，37g/L密度組去除率最好，第10天時達到47.47%，試驗結束時達到76.86%。

蓮藕組水體的初始CODMn為7.0～7.9mg/L，試驗結果呈現波浪式變化趨勢。由圖2c可以看出，試驗第10d時CODMn降至最低，17g/L密度組變化趨勢比較平穩，降低到5.75mg/L，去除率達到17.86%，之后又開始上升。但試驗組的CODMn總體水平一直低于空白組，這說明蓮藕具有一定的去有機物能力。

CODMn是反應水中有機物含量多少的指標，水體中有機物來源主要由外部帶入和水體內部生成。其中水體自身生成的主要分4類：光合作用產物、浮游植物的細胞外產物、水生動物的排泄物及生物殘骸、微生物等[4]。水生植物對CODMn的凈化效果說明了此種植物吸收富集能力和改善水環境質量能力的大小[6]。由圖2可以看出，菹草去除有機物的效果最為顯著。水體自身通過沉淀、生物活動、細菌的硝化與反硝化作用等，也具有一定的自凈能力。因此，空白對照組CODMn也有一定的變化。這可能與底質有機質含量及初始水質CODMn高低有關。

2.3 DO變化規律

鳳眼蓮組水體初始DO值為6.45～6.50mg/L。由圖3a可以看出，在試驗期間，DO含量變化趨勢比較平穩，但總體是降低的趨勢。1g/L密度組在前4天略有上升，達到7.51mg/L，之后緩慢下降。其余各組一直是緩慢下降的趨勢，下降最明顯的是5g/L密度組，到第10天時下降到4.00mg/L。

菹草組水體初始DO值為0.20～0.34mg/L。由圖3b可以看出，在試驗第4～7天上升趨勢最為明顯，之后趨于比較平穩的態勢。其中10g/L密度組上升趨勢比較明顯，第10天時為5.66mg/L，試驗結束時上升到7.69mg/L。

蓮藕組水體初始DO值為1.25～1.38mg/L。由圖3c可以看出，DO含量一直保持上升的趨勢，在試驗第10天時達到最高值，最高的是10g/L密度組的5.80mg/L。之后開始下降。

水體中DO的來源主要有：大氣溶解、植物光合作用、補水帶入[4]。由圖3可以看出，鳳眼蓮對DO的影響較小，各試驗組DO值處于穩中有降的趨勢，但1g/L密度組效果稍好于其他組。菹草和蓮藕組水體DO值在試驗第4～10天時略高于空白組，這說明水生植物的放入在一定程度上增加了水體DO的含量，也說明菹草和蓮藕的增氧效果在試驗前10天要好于鳳眼蓮，之后稍有下降，但規律性不明顯，而且空白組上升也很明顯。這是因為水生植物在進行光合作用的同時還要行呼吸作用，只不過是白天光合作用行主導作用，夜晚呼吸作用占主導作用，因此水中DO含量的高低主要取決于水生植物的生長活動，不同水生植物在不同生長時期表現都不同[7]。同時，試驗中水體處于非流動狀態也會影響水中的供氧水平[8]。

圖3 3種水生植物不同栽培密度下的水體DO變化

2.4 TN變化規律

鳳眼蓮組水體初始TN值為1.39～1.57mg/L。由圖4a可以看出，TN值從試驗開始到試驗第6天是下降趨勢比較明顯，2g/L密度組降低到0.55mg/L，去除率達到60.50%，到第8天開始上升，到第10天又有下降。

圖4 3種水生植物不同栽培密度下的水體TN值變化

菹草組水體初始TN值為5.55～9.94mg/L。由圖4b可以看出，試驗期間各組TN值均有不同程度的下降，其中下降最明顯的是37g/L密度組，第10天時降到4.18mg/L，去除率為49.09%，試驗結束時降低到2.08mg/L，去除率達到74.67%。

蓮藕組水體初始TN值為1.65～2.00mg/L。由圖4c可以看出，試驗期間各組TN值均有不同程度的下降，其中下降最明顯的是7g/L密度組，第10天時去除率為93.00%，之后變化趨于平穩。

由圖4可以看出，各水生植物對總氮的去除效果比較明顯，從去除率看菹草不如鳳眼蓮和蓮藕，但因為菹草的初始TN值比較高，所以從去除量上看明顯優于其他2組，而且還有繼續下降的趨勢，與空白相比也可以看出菹草的去氮作用比較明顯。從去氮平穩性上看，鳳眼蓮不如菹草和蓮藕。本研究中空白組中TN值的下降也很明顯，這是因為水中總氮的去除主要通過沉積、植物吸收、生物硝化和反硝化等理化作用實現，而元素本身的降解、沉淀、固結、去除、揮發等也會降低自身的濃度[9]。

2.5 TP變化規律

鳳眼蓮組水體TP初始值為0.49～0.52mg/L。由圖5a可以看出，去除效果最好的是5g/L密度組，試驗結束時降到0.10mg/L，去除率達到80.77%。

圖5 3種水生植物不同栽培密度下的水體TP變化

菹草組水體TP初始值為0.30～0.71mg/L。由圖5b可以看出，去除效果最好的是37g/L密度組，在試驗第10天時降到0.24mg/L，去除率達到52.94%，到試驗結束時之后變化都十分平穩。

蓮藕組水體TP初始值為0.72～0.78mg/L。由圖5c可以看出，到試驗第10天時，去除效果最好的是13g/L密度組，降到0.52mg/L，去除率達到30.67%，但之后又有所上升。

水體中磷的去除主要通過沉淀、去除、固結等理化作用實現[7]，因此空白組的磷下降也很明顯。由圖5比較可以看出，鳳眼蓮除磷效果比較穩定；菹草各試驗組變化比較大，37g/L密度組的菹草除磷效果最好，明顯低于空白組；蓮藕中13g/L密度組初期除磷效果較好，后期又有所上升，而且空白對照組反而低于試驗組。出現這種情況可能與底質中的磷被釋放出來有關。因為水體中磷濃度的改變，就會使底質中的磷被釋放出來，來增加水體中磷的濃度[10]。

3 小結

(1)鳳眼蓮和菹草對pH處理效果要好于蓮藕。鳳眼蓮各試驗組pH穩定在7.31～7.75之間，菹草組pH穩定在7.90～8.19之間，應根據具體的養殖對象選擇不同的水生植物凈化水質。

(2)菹草總體去除有機物的能力高于鳳眼蓮和蓮藕，尤其在密度為37g/L時效果最好。蓮藕也有一定的去有機物能力，但起伏較大，可能與底質有機質含量和初始CODMn有關。

(3)水生植物的生長可以增加水體DO的含量，總體來看，菹草和蓮藕要優于鳳眼蓮，菹草在密度為17g/L時增氧效果最好,蓮藕在密度為10g/L時增氧效果最好。

(4)各水生植物對總氮的去除效果比較明顯，從總體去除率看，菹草不如鳳眼蓮和蓮藕，尤其是蓮藕在密度為7g/L時去除效果比較明顯。從去除量上看菹草去氮效果最好。

(5)鳳眼蓮在密度為5g/L時除磷效果最好，菹草在密度為37g/L時去磷效果最好。

(6)從總體來看，鳳眼蓮凈化水質的能力要優于菹草和蓮藕。不同的物種或同一物種在不同濕地環境中的凈化效果存在較大的差異[11]，不同的種植密度對水體的凈化效果也會有明顯的不同。即使是同一種水生植物，凈化水質的能力也可能一方面比較明顯，而另一方面可能就影響不大。因此，在富營養化水體中利用水生植物凈化水質，要綜合考慮多方面的因素，從而最大限度地發揮水生植物的效用，最終實現高效凈水和節水的效果。

[1]Catling P M，Dobson I.The biology of Canadian weeds：69.PotamogetoncrispusL.[J].Canadian Journal of Plant Sci,1985,65:655-668.

[2]Moss B．Engineering and biological approaches to the restoration from eutrophication of shallow lakes in which aquatic plant communities are imponant components[J].Hydrobiologia，1990，200/201：367-372.

[3]李文朝.線型富營養湖泊的生態恢復——五里湖水生植被重建實驗[J].湖泊科學,1996,8(增刊):1-10.

[4]四川省水產學校,淡水養殖水化學[M].北京:農業出版社,1997.

[5]王 磊,蘭淑澄.固定化硝化菌去除氨氮的研究[J].環境科學,1997,18(2):18-23.

[6]衣十妹,武鵬,張 鷹,等.不同植物對富營養化水體凈化效果的研究[J].安徽農業科學，2011,39(20)：12307-12308.

[7]楊小紅,張邦喜,薛 飛,等.3種沉水植物夏秋季對水質的凈化效果[J].貴州農業科學,2011,39(10):206-208.

[8]童昌華,楊肖娥,濮培民,等.富營養化水體的水生植物凈化試驗研究[J].應用生態學報,2004,15(8):1448-1450.

[9]夏漢平.香根草和水花生對垃圾污水中N、P、Cl的吸收效果[J]．植物生態學報,2000,24(5):613-616.

[10]孫 霖,沈守云,熊啟明,等.4種水生植物對水體水質的影響[J].中南林業科技大學學報,2011,31(1):91-97.

[11]趙 倩,劉呈波,馬成倉,等.利用大型水生植物控制水體富營養化[J].農業環境與發展,2010,(4):26-27.

2012-10-01

2011年山東省科技攻關項目 (GZX20949)；2012年山東省農業重大應用技術創新項目；2011年山東省農業重大農業技術推廣項目。

杜興華(1972-)，男，山東濟陽人，高級工程師，主要從事漁業生態研究。

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2012.11.004

S931.3;X714

A

1673-1409(2012)11-S013-06