6種常見(jiàn)沉水植物對(duì)水體的凈化作用研究

雷婷文，魏小飛，戴耀良，郭躍華，許建新*

(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東深圳518000;

2.深圳市中國(guó)科學(xué)院仙湖植物園，廣東深圳518004)

在現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響下，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日趨嚴(yán)重［1－2］，2007年太湖發(fā)生大面積水華，導(dǎo)致無(wú)錫數(shù)十萬(wàn)群眾飲水出現(xiàn)問(wèn)題［3］，造成了嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。因此，湖泊水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題急需解決。

沉水植物作為淡水生態(tài)的初級(jí)生產(chǎn)者，能夠?yàn)楦鞣N水生生物提供食物、棲息和繁育場(chǎng)所，同時(shí)還能改善水體的溶氧和光照條件，增加水體的空間生態(tài)位［4］，還在水體物質(zhì)和能量循環(huán)中起著重要作用［5］。研究表明，沉水植物能明顯改善富營(yíng)養(yǎng)化水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量及浮游藻類(lèi)含量，從而改善水質(zhì)［6－10］。因此，常利用沉水植被對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。筆者利用6種常見(jiàn)的沉水植物，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行凈化，比較不同沉水植物的凈化能力，以期為今后富營(yíng)養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)提供理論支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)所用苦草(Vallisneria spiralis)、金魚(yú)藻(Ceratophyllum demersum)、穗狀狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、菹草(Potamogeton crispus)、輪葉黑藻(Hydrilla verticillata)、伊樂(lè)藻(Elodea nuttallii)均采自東莞橋頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園，選擇生長(zhǎng)狀態(tài)良好的植株，洗凈后修剪至規(guī)格一致(10～15 cm)待用;試驗(yàn)用水為東莞橋頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園生活污水;底泥采自東莞橋頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園池塘，篩網(wǎng)去除大型無(wú)脊椎動(dòng)物和雜質(zhì)后混勻待用;試驗(yàn)裝置為500 L白色聚乙烯桶，規(guī)格為直徑1 m、高0.84 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理組，分別為苦草組、黑藻組、金魚(yú)藻組、伊樂(lè)藻組、狐尾藻組、菹草組、空白組，每個(gè)處理3個(gè)平行，除空白組外，每個(gè)平行種植植物生物量為100 g。每個(gè)試驗(yàn)桶均鋪設(shè)約10 cm厚底泥，加水至距桶上沿約5 cm處，待桶內(nèi)水體條件穩(wěn)定后，種植沉水植物。試驗(yàn)于2015年4月28日～6月11日進(jìn)行，共計(jì)45 d;試驗(yàn)期間水體溫度為25.3～31.8℃，各處理組之間無(wú)明顯差異。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)及測(cè)定方法 試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)所有試驗(yàn)桶水體總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)濃度進(jìn)行測(cè)定，待桶內(nèi)水體條件穩(wěn)定后，采集水樣一次作為本底值，種植植物后每3 d采集水樣一次，用于水體理化指標(biāo)的測(cè)定。同時(shí)YSI測(cè)定實(shí)時(shí)的水體溫度、pH等指標(biāo)，用于檢測(cè)試驗(yàn)桶內(nèi)是否存在異常情況。TN測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法;TP測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法;NH4+-N測(cè)定采用納氏試劑比色法［11］。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析 所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2010處理并生成圖形;所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析及檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)均采用SPSS19.0進(jìn)行，其中顯著性水平為P＜0.05，極顯著性水平為 P ＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理組總氮濃度的變化 由圖1可知，與2015年4月28日試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)相比，6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)菹草組與空白組TN濃度出現(xiàn)了顯著的下降(P＜0.05)，苦草組、輪葉黑藻組、金魚(yú)藻組、伊樂(lè)藻組、狐尾藻組的TN濃度均出現(xiàn)了極顯著的下降(P＜0.01);試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，金魚(yú)藻組、伊樂(lè)藻組、苦草組 TN的去除率較高，分別為 62.70%、61.36%和59.62%，其次為黑藻組(53.06%)、狐尾藻組(49.64%)、菹草組最低(40.51%)。

圖1 不同處理總氮濃度變化

2.2 不同處理氨氮濃度的變化 由圖2可知，與4月28日試驗(yàn)開(kāi)始相比，6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各處理組氨氮濃度均出現(xiàn)了極顯著的下降(P＜0.01)，其中金魚(yú)藻組、伊樂(lè)藻組、苦草組對(duì)氨氮的去除量高于其他組別;而在氨氮的去除率方面，苦草組、金魚(yú)藻組的去除率較高，分別為73.8%和71.6%，其次為菹草組(68.9%)、伊樂(lè)藻組(68.2%)、狐尾藻組(66.5%)、黑藻組(62.4%)較低。

圖2 不同處理氨氮濃度變化

2.3 不同處理總磷濃度的變化 由圖3可知，6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各處理組總磷濃度均出現(xiàn)了下降，但苦草組和伊樂(lè)藻組下降顯著(P＜0.05)，其余組別均不顯著(P＞0.05);在對(duì)總磷的去除率方面，苦草組和伊樂(lè)藻組也明顯高于其他組別，分別為45.83%和 47.06%，其次為黑藻組(20.00%)、狐尾藻組(17.65%)、菹草組(15.00%)、金魚(yú)藻組的最低(7.14%)。

2.4 不同處理植物生物量的變化 由圖4可知，6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，各處理組沉水植物生物量均出現(xiàn)了顯著的增長(zhǎng)(P ＜0.05)，其中苦草組植物生物量最高，為2 769.4 g，增長(zhǎng)了約26倍;其次為伊樂(lè)藻組，為1 775.2 g，增長(zhǎng)了約17倍，其余組別均低于苦草組和伊樂(lè)藻組。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，苦草組植株均處于水體底部，而其他組別的植株絕大多數(shù)已生長(zhǎng)至水面，與苦草組相比更容易形成植物群落的瘋長(zhǎng)，因此在直接感官方面苦草要優(yōu)于其他幾種沉水植物。

圖3 不同處理總磷濃度變化

圖4 不同處理植物生物量變化

3 討論與結(jié)論

研究表明，沉水植物能夠有效地去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，降低水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度［12］，且不同類(lèi)型的沉水植物對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效率不同［13］。田琦等利用5種沉水植物對(duì)烏龍?zhí)陡粻I(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行凈化，發(fā)現(xiàn)5種沉水植物均具有一定改善水環(huán)境質(zhì)量的能力，不同沉水植物對(duì)于總氮、總磷、溶解氧、葉綠素a的去除能力有所差異［14］;任文君等也曾比較4種沉水植物對(duì)白洋淀富營(yíng)養(yǎng)化水體的去除能力，發(fā)現(xiàn)4種沉水植物對(duì)水體各形態(tài)氮磷的去除效率不同［15］。該研究顯示，試驗(yàn)所用6種沉水植物均能有效地去除水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量;在去除水體TN方面，苦草、伊樂(lè)藻、金魚(yú)藻的去除率更高，相對(duì)于其他幾種沉水植物體現(xiàn)出更好的去除效果;在去除水體氨氮方面，苦草和金魚(yú)藻表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢(shì);在去除TP方面，苦草和伊樂(lè)藻則比其他幾種沉水植物更加有效。因此，苦草比其他幾種沉水植物能更加有效地去除引發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素。

在利用沉水植物進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)時(shí)，植物的大量繁殖一直是一個(gè)難以解決的問(wèn)題，尤其是伊樂(lè)藻和輪葉黑藻等冠層型沉水植物，其生物量主要集中于水體表面，容易引起水體底部的光照不足和缺氧，從而影響整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)［16］。在該試驗(yàn)中，雖然在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)苦草生物量最大，但因?yàn)槠鋵儆诓莸樾统了参铮渖锪恐饕杏诔练e物表面，不易引起水體下層的缺氧和光照不足，同時(shí)還能有效地抑制由于魚(yú)類(lèi)活動(dòng)等引起的沉積物再懸浮。在植物的生長(zhǎng)方式和形態(tài)方面，苦草也要優(yōu)于其他幾種沉水植物，更適用于富營(yíng)養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)。因此，可以利用苦草有效地降低富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素含量，同時(shí)盡量避免由于沉水植物瘋長(zhǎng)引起的水質(zhì)惡化，從而恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)中的沉水植被，在整個(gè)生態(tài)修復(fù)過(guò)程中具有重要意義。

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