5種水生植物凈化水質(zhì)效果的研究

汪小將，周 輝，馬文舉，劉 飛

(洛陽師范學(xué)院，河南洛陽 471022)

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5種水生植物凈化水質(zhì)效果的研究

汪小將，周 輝，馬文舉，劉 飛

(洛陽師范學(xué)院，河南洛陽 471022)

[目的]研究5種水生植物對富營養(yǎng)化水體的凈化效果，以期為富營養(yǎng)化水體的植物生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)。[方法]以對葉草、薄荷草、大柳、水白菜和寶塔草5種水生植物為試驗(yàn)材料，通過對氨氮(NH3-N)、活性磷(SOP)和化學(xué)耗氧量(CODMn)等富營養(yǎng)化指標(biāo)的測定研究5種植物對富營養(yǎng)化水體的凈化效果。[結(jié)果]5種水生植物能有效去除富營養(yǎng)化水體中的氨氮和活性磷。20 d氨氮去除率分別為81.27%、78.97%、66.68%、63.24%、57.11%，除去效果依次為對葉草>寶塔草>薄荷草>大柳>水白菜；活性磷去除效果依次為寶塔草>大柳>薄荷草>水白菜>對葉草，20 d去除率均分別為86.36%、86.31%、85.71%、77.82%、75.01%;水生植物系統(tǒng)對有機(jī)物的去除效果前期明顯，前10 d水體COD去除率均超過72%，但后期卻持續(xù)緩慢上升。[結(jié)論]寶塔草和對葉草對富營養(yǎng)化水體的凈化效果較好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

水生植物；富營養(yǎng)化；水質(zhì)凈化

由于人類活動(工農(nóng)業(yè)、生活污水排放)導(dǎo)致大量營養(yǎng)物質(zhì)輸入而引發(fā)的水體富營養(yǎng)化問題越來越引起人們的關(guān)注，進(jìn)入水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽的累積可提高水體的生產(chǎn)力，促使水生生物特別是部分藻類的異常大量繁殖，從而使水體環(huán)境不斷惡化，其主要表現(xiàn)為水質(zhì)下降、有毒藻類的產(chǎn)生、食物鏈的改變、棲息地的減少[1]，水體一旦進(jìn)入富營養(yǎng)化階段，會在很大程度上影響水體生態(tài)環(huán)境，在短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)，對經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展及人類健康均會產(chǎn)生重要的負(fù)面影響。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國90%以上的主要湖泊已處于中營養(yǎng)化或富營養(yǎng)化狀態(tài)[2]。在治理水環(huán)境過程中，人們嘗試應(yīng)用各種物理和化學(xué)方法，但收效甚微并有產(chǎn)生次生污染的風(fēng)險(xiǎn)。在根治排污的基礎(chǔ)上，輔以生物、生態(tài)措施改善水體水質(zhì)的生態(tài)修復(fù)治理思路，被認(rèn)為是行之有效的[3]。生態(tài)修復(fù)措施主要是通過建立生態(tài)凈化系統(tǒng)，利用水生生物吸收利用氮、磷等營養(yǎng)元素代謝活動達(dá)到去除氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)。它最大的優(yōu)點(diǎn)是投資省，有利于建立合理的水生生態(tài)循環(huán)。人工構(gòu)建水生植物生態(tài)封閉試驗(yàn)系統(tǒng)，研究水生植物凈化水質(zhì)的效果，以期為富營養(yǎng)化水體的植物生態(tài)修復(fù)提供理論參考，也可為現(xiàn)代家庭水族箱植物合理配置提供有益借鑒。筆者以對葉草、薄荷草、大柳、水白菜和寶塔草5種水生植物為試驗(yàn)材料，通過對氨氮、活性磷和CODMn等富營養(yǎng)化指標(biāo)的測定研究5種植物對富營養(yǎng)化水體的凈化效果。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料選用水白菜(Pistiastratiotes)、薄荷草(Lysimachianummularia)、寶塔草(Limnophilaaquatica)、對葉草(Bacopamonnieri)和大柳(Hygrophilacorymbosa)5種水生植物作為試驗(yàn)植物。挑選時(shí)以長勢良好、性狀相對較統(tǒng)一的植株作為試驗(yàn)材料，模擬試驗(yàn)條件下適應(yīng)培養(yǎng)2周。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)。模擬富營養(yǎng)化水體為添加NH4HCO3和KH2PO4的曝氣自來水，并加入部分池塘污泥(增加水中微量元素等)配置而成，調(diào)節(jié)pH呈中性。將配好的培養(yǎng)液放入水族箱中加至60 L，用記號筆在水面處做標(biāo)記。將預(yù)培養(yǎng)好的5種植物分別放入水族箱中，試驗(yàn)設(shè)置為5種植物和空白對照，共6個(gè)處理，重復(fù)3次。試驗(yàn)中控制每試驗(yàn)組投放植物密度基本相等。試驗(yàn)期間控制水溫穩(wěn)定在25 ℃左右，試驗(yàn)開始后定期添加純水補(bǔ)充因蒸發(fā)及取樣等損耗的水分，保持水體總量不變。室內(nèi)采用日光燈補(bǔ)光，每天12 h，試驗(yàn)周期20 d。 模擬富營養(yǎng)化水質(zhì)NH3-N、SOP和CODMn初始值分別為12.51、2.15和8.36 mg/L，屬劣Ⅴ類富營養(yǎng)化水。

1.2.2測定項(xiàng)目與方法。試驗(yàn)期間每天取樣一次，每次取樣前添加蒸餾水至水族箱水面標(biāo)記處，混勻后取樣。分析測定氨氮(NH3-N)、活性磷(SOP)、化學(xué)耗氧量(CODMn)等指標(biāo)。氨氮采用奈式試劑法測定，活性磷采用磷鉬藍(lán)法測定，CODMn用酸性高錳酸鉀法測定。每種植物試驗(yàn)前及試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各測量一次鮮重，測量時(shí)先用吸水紙輕輕吸除多余水分。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長情況比較5種供試植物在富營養(yǎng)化水體中生長良好。試驗(yàn)初期5種植物投放密度(每升水中植物鮮重)控制在3 g/L左右，上下浮動不超過0.1 g/L。20 d后水白菜、薄荷草、寶塔草、對葉草和大柳平均增重分別為0.37、0.27、2.15、1.69、0.49 g/L。

2.2 水體氨氮及活性磷去除效果比較5種水生植物生態(tài)系統(tǒng)對富營養(yǎng)化水體均有較好的凈化效果，效果依次為對葉草>寶塔草>薄荷草>大柳>水白菜，20 d處理對氨氮去除率分別為81.27%、78.97%、66.68%、63.24%和57.11%。 5種植物對活性磷去除效果依次為寶塔草>大柳>薄荷草>水白菜>對葉草，20 d去除率分別為86.36%、86.31%、85.71%、77.82%和75.01%。試驗(yàn)期間對照組氨氮和活性磷含量基本保持不變。

2.3 水體CODMn去除效果比較在試驗(yàn)前期10 d內(nèi)，5種植物處理組CODMn下降明顯，均超過72%，對照組僅略有下降。但10 d后CODMn值出現(xiàn)持續(xù)緩慢反彈。

2.4 水體氨氮和活性磷去除效率的比較去除效率(增加1 g鮮重對氮磷的去除量)表征了該植物的凈化能力。試驗(yàn)結(jié)果(表1)表明，薄荷草的去除效率最高，水白菜次之，寶塔草和對葉草的去除效率最低。

表1 5種水生植物對水體氮、磷的去除效率比較

3 結(jié)論與討論

研究表明5種水生植物生態(tài)系統(tǒng)能有效去除水體中的氨氮和活性磷，其去除效果與童昌華等的研究結(jié)果[4]相似，水生植物生長其氮源主要來自水體中可溶性氮，主要包括氨氮和硝態(tài)氮，因而能夠有效去除水體中的氨態(tài)氮，植物生長的磷元素則主要靠直接吸水體中的正磷酸鹽[5]。總體上水生植物生態(tài)系統(tǒng)對磷的去除效果比氮好，去除速率也比氮快。試驗(yàn)中對照組的磷下降了0.96%，這可能與磷的沉降吸附及微生物的生長消耗有關(guān)[6-7]。

5種植物對有機(jī)物的去除效果前期較明顯，水體的CODMn值下降迅速，但后期又出現(xiàn)持續(xù)反彈。植物生態(tài)系統(tǒng)對COD的去除主要是通過植物、微生物的吸收利用與代謝來完成的，試驗(yàn)前期CODMn下降明顯可能是植物吸收了水體中的有機(jī)物，而后期植物和微生物的生物合成作用會產(chǎn)生部分有機(jī)物，從而導(dǎo)致水體中有機(jī)物含量上升，CODMn值持續(xù)緩慢增長。

植物的生理代謝活動直接關(guān)系到污染物的降解。同一種植物在不同的研究背景和試驗(yàn)條件下，表現(xiàn)出來的凈化能力也有所不同[8]。評價(jià)一種植物的凈化效果，應(yīng)以去除率為主，其代表了以植物為主的整個(gè)生物系統(tǒng)的綜合作用效果，是最終能產(chǎn)生的凈化效果；而去除效率僅代表該種植物的凈化能力，會受到環(huán)境條件、植物生長等因素的制約。

綜合植物生長狀況及對氨氮和活性磷等營養(yǎng)元素的去除效果，初步認(rèn)為寶塔草和對葉草作為富營養(yǎng)化水體植物生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)的植物成員具有一定的推廣參考價(jià)值。

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[2] 孫剛,盛連喜.湖泊富營養(yǎng)化治理的生態(tài)工程[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2001,12(4):590-592.

[3] 秦伯強(qiáng).富營養(yǎng)化湖泊開敞水域水質(zhì)凈化的生態(tài)工程試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,27(1): 1-4.

[4] 童昌華,楊肖娥,濮培民.富營養(yǎng)化水體的水生植物凈化試驗(yàn)研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2004,15(8):1448-1450.

[5] 雷澤湘,謝貽發(fā),徐德蘭，等.大型水生植物對富營養(yǎng)化湖水凈化效果的試驗(yàn)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,34(3):553-554.

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Effect of Five Aquatic Plants on Water Purification

WANG Xiao-jiang, ZHOU Hui, MA Wen-ju et al

(Luoyang Normal College, Luoyang, Henan 471022)

[Objective] The purification effect of five aquatic plants on eutrophic water was studied to provide theoretical basis for the plant ecological restoration of ertrophic water. [Method] The purification effect of five aquatic plants(Pistia stratiotes, Lysimachia nummularia, Limnophila aquatica, Bacopa monnieri and Hygrophila corymbosa) on eutrophic water was studied through determining ammonia nitrogen (NH3-N), soluble organic phosphorus(SOP) and chemical Oxygen Demand(CODMn). [Result] During the experiment period of 20d, the removal rates of NH3-N by palnting Bacopa monnieri, Limnophila aquatica, Lysimachia nummularia, Hygrophila corymbosa and Pistia stratiotes were 81.27%，78.97%，66.68%，63.24% and 57.11%respectively; the removal rates of SOP by palnting Limnophila aquatica, Hygrophila corymbosa, Lysimachia nummularia, Pistia stratiotes and Bacopa monnieri were 86.36%, 86.31%, 85.71%, 77.82% and 75.01% respectively; the removal rates of CODMn was above 72% by five aquatic plants during the experiment period of 10d, but the growth of the CODMn increased consistently and slowly after 10 d. [Conclusion] The purification effect of Limnophila aquatica and Bacopa monnieri on eutrophic water was better with certain popularization value.

Aquatic plants; Eutrophication; Water purification

河南省科技廳項(xiàng)目(122102310335)。

汪小將(1977-)，男，湖北黃岡人，講師，碩士，從事資源與環(huán)境教學(xué)與科研工作。

2014-12-22

S 181.3

A

0517-6611(2015)04-241-02