三種水生植物對(duì)模擬污水中氮、磷的生物凈化效果

王斌+周亞平

摘要：通過水生植物燈芯草（Juncus effusust L.）、空心蓮子草[Alternanthera Philoxeroides（Mart.）Griseb.]和金魚藻（Ceratophyllum demersum L.）在模擬污水中的培養(yǎng)試驗(yàn)，研究其對(duì)模擬污水中總氮、總磷的去除效果，探討3種水生植物對(duì)富營養(yǎng)化水體中污染物的去除能力。結(jié)果表明，在模擬的輕度、中度和高度富營養(yǎng)污水中，燈芯草對(duì)氮去除率最高（88.5%～94.2%），金魚藻最低（62.7%～71.2%）;空心蓮子草對(duì)磷的去除效果最佳（79.5%～94.0%），其次是燈芯草（82.9%～90.1%）。從植物對(duì)氮磷的吸收貢獻(xiàn)率來看，氮的吸收貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)富營養(yǎng)化程度不同、植物表現(xiàn)亦不同的狀況，輕度、中度和高度富營養(yǎng)污水中，對(duì)氮的吸收貢獻(xiàn)率從高到低分別是金魚藻（70.3%）、空心蓮子草（65.8%）和燈芯草（38.8%）;金魚藻在3種不同富營養(yǎng)化程度的污水中對(duì)磷的吸收貢獻(xiàn)率最高（60.1%～84.8%），其次是空心蓮子草（55.6%～70.1%）。綜合考慮污水氮磷去除率以及植物對(duì)氮磷的吸收貢獻(xiàn)率可知，3種植物均適用于輕、中度污水的治理，特別是在中度富營養(yǎng)狀況下，3種水生植物都表現(xiàn)出優(yōu)良的凈化能力。

關(guān)鍵詞：模擬污水;水生植物;生物凈化;效果

中圖分類號(hào)：Q948.116 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2014）20-4835-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.016

Biological Purification Effects of Three Aquatic Plants on N and

P in Simulated Wastewater

WANG Bin， ZHOU Ya-ping

（College of Chemistry，Biology and Materials Science，East China Institute of Technology， Nanchang 330013， China）

Abstract： With the culture experiments of three different water plants Juncus effusust L.， Alternanthera Philoxeroides（Mart.）Griseb. and Ceratophyllum demersum L. in simulated waste water， the removal capacities of total nitrogen， total phosphorus by three aquatic plants were studied. The removal effects of three aquatic plants were investigated. The results showed that the highest removal rate of nitrogen was Juncus effusust L. （88.5%～94.2%） and the lowest rate of nitrogen was Ceratophyllum demersum L.（62.7%～71.2%）. The best removal effect of phosphorus was Alternanthera Philoxeroides（Mart.）Griseb.（79.5%～94.0%） and the secondly removal effect of phosphorus was Juncus effusust L. （82.9%～90.1%） in the mild， moderate and highly eutrophic water. From absorption contribution on nitrogen and phosphorus of the three plants， it was found that the rates of the absorption contribution plants performed on nitrogen present were different in different eutrophication degree water. In the mild， moderate and high eutrophic water， the highest contribution rates of nitrogen were Ceratophyllum demersum L. （70.3%）， Alternanthera Philoxeroides（Mart.）Griseb （65.8%） and Juncus effusust L（38.8%）， respectively. In the three different eutrophic water， the highest contribution rate of phosphorus was Ceratophyllum demersum L.（60.1%～84.8%）， the secondly contribution rate of phosphorus was Alternanthera Philoxeroides （Mart.） Griseb.（55.6%～70.1%）. Considering the removel rates and the contribution rates of nitrogen and phosphorus， three aquatic plants were suitable for mild， moderate wastewater. Especially in moderate rich nutrition water， the three species of aquatic plants had excellent purification ability.

Key words：simulation wastewater;aquatic plant;biological purification;effection

中國水資源人均占有量少，屬于水資源緊缺的國家。自上世紀(jì)70年代以來，中國的水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴(yán)重。利用水生植物治理富營養(yǎng)化水體，由于其具有凈化效果好，投資少，運(yùn)行方便、有利于水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建等特點(diǎn)，已日益受到人們的關(guān)注[1]。本試驗(yàn)經(jīng)過室內(nèi)盆栽及室內(nèi)分析檢測，通過對(duì)比栽培前后水體中3種水生植物中的N、P元素含量的變化，探討3種水生植物對(duì)富營養(yǎng)化水體中污染物的去除能力，旨在為中國富營養(yǎng)化水體生物治理提供理論依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

在對(duì)江西省撫州市水生植物資源調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，選擇常見的3種水生植物燈芯草（Juncus effusust ?L.）、空心蓮子草[Alternanthera Philoxeroides（Mart.）Griseb.]、金魚藻（Ceratophyllum demersum L.）為本試驗(yàn)的研究對(duì)象，供試植物均采自江西省撫州市東華理工大學(xué)校內(nèi)池塘。模擬污水是東華理工大學(xué)西湖水，水質(zhì)初始總氮（TN）為2.4 mg/L，總磷（TP）為0.23 mg/L，加（NH4）2SO4和KH2PO4 配制成不同濃度梯度富營養(yǎng)化水[2]。本試驗(yàn)分為3個(gè)濃度梯度[3]，輕度富營養(yǎng)化：總氮22.4 mg/L、總磷1.23 mg/L;中度富營養(yǎng)化：總氮42.4 mg/L 、總磷3.23 mg/L;高度富營養(yǎng)化：總氮62.4 mg/L 、總磷4.23 mg/L。

1.2 ?試驗(yàn)方法

1.2.1 ?試驗(yàn)設(shè)計(jì) ?將采集回來的3種植物先用自來水洗凈泥土，選擇生長狀況基本一致的3種植物進(jìn)行預(yù)培養(yǎng)，預(yù)培養(yǎng)水為自來水，培養(yǎng)7 d。選用直徑×高為25 cm×35 cm的塑料圓桶進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，在塑料桶底部鋪設(shè)5～6 cm 的細(xì)黃沙供水生植物扎根，植入預(yù)培養(yǎng)7 d的水生植物并在塑料桶中加入富營養(yǎng)化水2.0 L，開始室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)開始后每天記錄溫度與濕度，用蒸餾水補(bǔ)充由于植物吸收和蒸發(fā)損失的水量，試驗(yàn)周期為30 d[4]。2013年4月初開始，到2013年6月初結(jié)束，共2個(gè)周期。

1.2.2 ?指標(biāo)測定 ?總氮含量采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，總磷采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法[5]。

1.2.3 ?數(shù)據(jù)分析 ?實(shí)驗(yàn)室模擬污水中氮、磷的減少除了污水蒸騰損失和基質(zhì)固定外，其余主要被植物吸收，因此在一定程度上可以用水中氮、磷的減少量來表示植物的吸收量[2]。為明確3種植物的水質(zhì)凈化能力以及水生植物氮、磷吸收在水質(zhì)凈化過程中的作用，本研究在測定3種植物的株高、生物量、植株氮磷含量、水質(zhì)氮磷濃度的基礎(chǔ)上進(jìn)行水體氮、磷去除率η1、3種植物氮、磷吸收貢獻(xiàn)率η2。

η1=（C1Q1-C2Q2）/C1Q1×100%;（1）

η2=（P2B2-P1B1）/（C1Q1-C2Q2）×100% ?（2）

式中：C1，C2 和Q1，Q2 分別表示富營養(yǎng)化水質(zhì)氮、磷的起始、終止?jié)舛龋╩g/L）和水量（L）;P1 和B1 分別表示起始時(shí)植物的氮、磷含量（mg/g）和生物量（g）;P2 和B2 分別表示終止時(shí)植物氮、磷含量（mg/g）和生物量（g）[6]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用WPS表格軟件分析處理和差異顯著性檢驗(yàn)[5，7]。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?植物對(duì)模擬污水中氮的去除效果

從表1可以看出，3種水生植物對(duì)3種濃度模擬污水中氨氮的去除率存在一定差異。輕度富營養(yǎng)化下的去除率為62.7%～88.5%，去除率最高的是空心蓮子草，金魚藻最低;中度富營養(yǎng)化下的去除率為65.1%～94.2%，去除率最高的是燈芯草，金魚藻最低;高度富營養(yǎng)化下的去除率為71.2%～90.2%，去除率最高的是燈芯草，金魚藻最低。燈芯草、空心蓮子草對(duì)氮的去除率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化;金魚藻對(duì)氮的去除率表現(xiàn)為：高度富營養(yǎng)化>中度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化。

2.2 ?植物對(duì)模擬污水中磷的去除效果

3種水生植物對(duì)模擬污水中的總磷有較高的去除率（表2）。輕度富營養(yǎng)化下磷去除率均在75%以上，去除率最高的是燈芯草，最低的是金魚藻;中度富營養(yǎng)化下，污水中總磷濃度的增高促進(jìn)了水生植物對(duì)總磷的吸收，總磷去除率均在90%以上，去除率最高的是金魚藻，最低的是燈芯草;高度富營養(yǎng)化下磷去除率也均在60%以上，去除率最高的是空心蓮子草，最低的是金魚藻。燈芯草磷的去除率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化;空心蓮子草磷的去除率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化;金魚藻磷的去除率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化[8]。

2.3 ?植物對(duì)氮的吸收貢獻(xiàn)率

從表3中可以看出，3種植物對(duì)氮的吸收貢獻(xiàn)率最高為70.3%，最低為23.6%。輕度富營養(yǎng)化情況下貢獻(xiàn)率為42.5%～70.3%，貢獻(xiàn)率最高的是金魚藻，最低的為燈芯草;中度富營養(yǎng)化情況下貢獻(xiàn)率為35.8%～65.8%，貢獻(xiàn)率最高的是空心蓮子草，最低的為金魚藻;高度富營養(yǎng)化情況下貢獻(xiàn)率為23.6%～38.8%，貢獻(xiàn)率最高的為燈芯草，最低的是金魚藻。燈芯草、空心蓮子草的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化;而金魚藻貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：輕度富營養(yǎng)化>中度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化。

2.4 ?植物對(duì)磷的吸收貢獻(xiàn)率

從表4中可以看出，3種水生植物對(duì)模擬污水中的磷的貢獻(xiàn)率各有差異。輕度富營養(yǎng)化下貢獻(xiàn)率均在65%以上，去除率最高的是金魚藻;中度富營養(yǎng)化下，植物對(duì)磷的吸收增強(qiáng)，對(duì)模擬污水中的磷的吸收有所增加，貢獻(xiàn)率均超過70%，貢獻(xiàn)率最高的是金魚藻，最低的是空心蓮子草;高度富營養(yǎng)化下植物對(duì)磷的貢獻(xiàn)率有所下降，貢獻(xiàn)率最高的是金魚藻，最低的是燈芯草。燈芯草磷的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化;空心蓮子草磷的貢獻(xiàn)率率表現(xiàn)為：中度富營養(yǎng)化>輕度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化。金魚藻磷的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為：輕度富營養(yǎng)化>中度富營養(yǎng)化>高度富營養(yǎng)化[9]。

3 ?小結(jié)與討論

3種水生植物對(duì)模擬污水中的氮、磷均有一定的去除效果，對(duì)不同濃度模擬污水中氮、磷的去除能力表現(xiàn)出一定差異。輕度營養(yǎng)情況下，空心蓮子草對(duì)氮的去除率最高（89.3%），燈芯草對(duì)磷的去除率最高（82.9%），金魚藻在對(duì)氮和磷的貢獻(xiàn)率最高（分別為70.3%和84.8%）;中度營養(yǎng)情況下，燈芯草對(duì)氮去除率最高（94.2%），金魚藻對(duì)磷的去除率最高（96.6%），空心蓮子草對(duì)氮的貢獻(xiàn)率最高（65.8%），金魚藻對(duì)磷的貢獻(xiàn)率最高（82.0%）;高度營養(yǎng)情況下，燈芯草對(duì)氮的去除率最高（90.2%），空心蓮子草對(duì)磷的去除率最高（91.0%），燈芯草對(duì)氮的貢獻(xiàn)率最高（38.8%），金魚藻對(duì)磷的貢獻(xiàn)率最高（60.1%）[10]。結(jié)合撫州市污水的污染程度和特點(diǎn)以及根據(jù)從不同水域的采樣分析結(jié)果表明，撫州市的水質(zhì)污染程度較輕，含氮量在2.0～2.5 mg/L，含磷量在0.02～0.03 mg/L，處于本次試驗(yàn)的輕度富氧化程度狀況下[11]，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中初步得出，除去其他因素影響，從植物對(duì)氮磷的吸收貢獻(xiàn)率來看，選用水生植物金魚藻對(duì)撫州市污水的處理效果較好。

輕、中度富營養(yǎng)情況下，3種水生植物對(duì)氮和磷的去除率較高，達(dá)到60%以上，表明這些植物適用于對(duì)輕、中度污水的治理，特別是在中富營養(yǎng)情況下，3種水生植物都表現(xiàn)出優(yōu)良的凈化能力;但在高度富營養(yǎng)濃度下3種植物的去除率都明顯減弱，表明高濃度污染情況，環(huán)境以不利于植物的生長，因此對(duì)氮磷的吸附和去除能力明顯下降[12]。

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3 ?小結(jié)與討論

3種水生植物對(duì)模擬污水中的氮、磷均有一定的去除效果，對(duì)不同濃度模擬污水中氮、磷的去除能力表現(xiàn)出一定差異。輕度營養(yǎng)情況下，空心蓮子草對(duì)氮的去除率最高（89.3%），燈芯草對(duì)磷的去除率最高（82.9%），金魚藻在對(duì)氮和磷的貢獻(xiàn)率最高（分別為70.3%和84.8%）;中度營養(yǎng)情況下，燈芯草對(duì)氮去除率最高（94.2%），金魚藻對(duì)磷的去除率最高（96.6%），空心蓮子草對(duì)氮的貢獻(xiàn)率最高（65.8%），金魚藻對(duì)磷的貢獻(xiàn)率最高（82.0%）;高度營養(yǎng)情況下，燈芯草對(duì)氮的去除率最高（90.2%），空心蓮子草對(duì)磷的去除率最高（91.0%），燈芯草對(duì)氮的貢獻(xiàn)率最高（38.8%），金魚藻對(duì)磷的貢獻(xiàn)率最高（60.1%）[10]。結(jié)合撫州市污水的污染程度和特點(diǎn)以及根據(jù)從不同水域的采樣分析結(jié)果表明，撫州市的水質(zhì)污染程度較輕，含氮量在2.0～2.5 mg/L，含磷量在0.02～0.03 mg/L，處于本次試驗(yàn)的輕度富氧化程度狀況下[11]，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中初步得出，除去其他因素影響，從植物對(duì)氮磷的吸收貢獻(xiàn)率來看，選用水生植物金魚藻對(duì)撫州市污水的處理效果較好。

輕、中度富營養(yǎng)情況下，3種水生植物對(duì)氮和磷的去除率較高，達(dá)到60%以上，表明這些植物適用于對(duì)輕、中度污水的治理，特別是在中富營養(yǎng)情況下，3種水生植物都表現(xiàn)出優(yōu)良的凈化能力;但在高度富營養(yǎng)濃度下3種植物的去除率都明顯減弱，表明高濃度污染情況，環(huán)境以不利于植物的生長，因此對(duì)氮磷的吸附和去除能力明顯下降[12]。

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3 ?小結(jié)與討論

3種水生植物對(duì)模擬污水中的氮、磷均有一定的去除效果，對(duì)不同濃度模擬污水中氮、磷的去除能力表現(xiàn)出一定差異。輕度營養(yǎng)情況下，空心蓮子草對(duì)氮的去除率最高（89.3%），燈芯草對(duì)磷的去除率最高（82.9%），金魚藻在對(duì)氮和磷的貢獻(xiàn)率最高（分別為70.3%和84.8%）;中度營養(yǎng)情況下，燈芯草對(duì)氮去除率最高（94.2%），金魚藻對(duì)磷的去除率最高（96.6%），空心蓮子草對(duì)氮的貢獻(xiàn)率最高（65.8%），金魚藻對(duì)磷的貢獻(xiàn)率最高（82.0%）;高度營養(yǎng)情況下，燈芯草對(duì)氮的去除率最高（90.2%），空心蓮子草對(duì)磷的去除率最高（91.0%），燈芯草對(duì)氮的貢獻(xiàn)率最高（38.8%），金魚藻對(duì)磷的貢獻(xiàn)率最高（60.1%）[10]。結(jié)合撫州市污水的污染程度和特點(diǎn)以及根據(jù)從不同水域的采樣分析結(jié)果表明，撫州市的水質(zhì)污染程度較輕，含氮量在2.0～2.5 mg/L，含磷量在0.02～0.03 mg/L，處于本次試驗(yàn)的輕度富氧化程度狀況下[11]，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中初步得出，除去其他因素影響，從植物對(duì)氮磷的吸收貢獻(xiàn)率來看，選用水生植物金魚藻對(duì)撫州市污水的處理效果較好。

輕、中度富營養(yǎng)情況下，3種水生植物對(duì)氮和磷的去除率較高，達(dá)到60%以上，表明這些植物適用于對(duì)輕、中度污水的治理，特別是在中富營養(yǎng)情況下，3種水生植物都表現(xiàn)出優(yōu)良的凈化能力;但在高度富營養(yǎng)濃度下3種植物的去除率都明顯減弱，表明高濃度污染情況，環(huán)境以不利于植物的生長，因此對(duì)氮磷的吸附和去除能力明顯下降[12]。

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