凈化富營養化景觀水體植物的篩選

許銘宇，劉 雯，胡振陽，陳 森，陳 平，

（1.廣州普邦園林股份有限公司，廣東 廣州 510600；2. 仲愷農業工程學院環境科學與工程學院，廣東 廣州 510225；3. 仲愷農業工程學院園藝園林學院，廣東 廣州 510225）

凈化富營養化景觀水體植物的篩選

許銘宇1，劉 雯2，胡振陽1，陳 森3，陳 平1，3

（1.廣州普邦園林股份有限公司，廣東 廣州 510600；2. 仲愷農業工程學院環境科學與工程學院，廣東 廣州 510225；3. 仲愷農業工程學院園藝園林學院，廣東 廣州 510225）

以蜘蛛蘭Hymenocallis littoralis、藨草Scirpus triqueter、梭魚草Pontederia cordata、鳶尾Iris tectorum、香菇草Hydrocotyle vulgaris、水蓑衣Hygrophila salicifolia、苦草Vallisneria natans、黑藻Hydrilla verticillata等8種水生植物為試驗對象，研究其生長狀況及對富營養化園林景觀水體中總氮（TN）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）等營養物質的去除效果。結果表明：蜘蛛蘭、鳶尾、水蓑衣和苦草生物量有較大增長，藨草、梭魚草、黑藻生物量有所下降，香菇草在試驗結束時已全部死亡；8種水生植物都能在一定程度上凈化水體中的營養鹽，其中水蓑衣對水體中TN、TP、COD、氨氮（NH4+-N）、色度的去除效果較好，去除率分別為50.3%、25.4%、38.5%、23.5%、27.9%；鳶尾、蜘蛛蘭和苦草對TN的去除效果次之，其平均去除率分別為44%、39.1%、37.4%；香菇草的耐污能力較差，試驗處理后4 d大部分出現死亡腐爛現象。綜合各項指標，水蓑衣、鳶尾可優選作為水體凈化的水生植物材料，其次是蜘蛛蘭和苦草。

水生植物；富營養化；水質指標；凈化效果；篩選

Abstract：Taking 8 species of aquatic plants including Hymenocallis littoralis，Scirpus triqueter，Pontederia cordata，Iris tectorum，Hydrocotyle vulgaris，Hygrophila salicifolia，Vallisneria natans and Hydrilla verticillata as the test objects，this essay studied the growth status of these aquatic plants and their effects for the removal of nutrients like TN，TP and COD in eutrophication garden water by laboratory simulation. The results showed that H. littoralis，I. tectorum，H. salicifolia and V. natans had good biological growth，while S. triqueter，P. cordata and H. verticillata decreased and all ydrocotyle vulgaris even died at the end. Eight kinds of aquatic plants had good nutrient removal effect to some extent，of which H. salicifolia’s removal effect of TN，TP，COD，NH4+-N and chroma in the garden water was the best with the removal rates reaching 50.3%，25.4%，38.5%，23.5% and 27.9%， respectively. The removal rates of I. tectorum，H. littoralisof and V. natans for TN was 44%，39.1%，and37.4%，respectively，which took the second place in the removal effect. H. vulgaris had poor tolerance against pollution，and most died at the 4th day of the test. By comprehensive indicators，H. Salicifolia and I. tectorum can be the first choice of aquatic plants for water body purification，followed by H. littoralis and V. natans.

Key words：aquatic plant；eutrophication；water quality index；purification effect；screening

在富營養化園林水體的生態修復治理體系中，水生草本植物以其強大的水體生態功能，正被人們利用于水體凈化當中。由于水生草本植物在生長過程中需要吸收大量的N、P 等營養元素，并可將這些元素轉化為自身的結構組成物質，通過定期收割將其吸收的N、P 等營養物質轉移出水體環境，從而使富營養化水體得到凈化。許多研究［1-7］表明，在受污染的園林水體中，利用水生植物的根系吸附能力可有效去除污染水體中N、P 等營養鹽物質。劉建偉等［8］以美人蕉、水蔥和黃菖蒲作為凈化富營養化景觀水體的植物材料進行比較研究，結果表明黃菖蒲對于水中的N 元素具有較好的去除效果，美人蕉對P 元素具有較好的去除效果。劉旭富等［9］以千屈菜、荷花、鳳眼蓮、水蔥、睡蓮5 種具有觀賞性的水生草本植物作為去除污水營養鹽的試驗材料，結果發現鳳眼蓮對水中TN 的去除效果較好，而千屈菜對水中TP 的去除效果最好，去除率高達95.91%?？梢姾Y選不同水生草本植物進行污染水體的凈化，以選擇合適的水生植物應用到水體凈化中具有重要的意義。因此，我們選擇8 種水生植物進行富營養化園林水體凈化試驗，試圖篩選出具有一定去污能力及較好水體景觀營造效果的水生草本植物。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在查閱文獻和分析國內外有關植物凈水效果的基礎上，選取前期課題組在海珠濕地（上涌果樹公園）試驗地生長狀況較好、綜合價值較高的6種水生草本植物水蓑衣（爵床科水蓑衣屬）、蜘蛛蘭（石蒜科水鬼蕉屬）、歐洲鳶尾（鳶尾科鳶尾屬）、香菇草（傘形科天胡荽屬）、梭魚草（雨久花科梭魚草屬）、藨草（莎草科藨草屬）；而試驗用的2種沉水植物苦草（水鱉科苦草屬）和黑藻（水鱉科黑藻屬）分別采集于廣州芳村越和花鳥魚蟲市場、廣州暨南大學南湖池塘。

試驗用水采用人工配制的園林景觀水體（富營養化水體）：取園林綠化廢棄物半腐熟料（購自佛山順德大良某綠化公司）3 kg，于干燥箱75℃烘1 h，然后放入裝滿35 L自來水的半透明塑料箱內，充分攪拌后讓其浸泡10 d后取出滲濾液，然后將滲濾液稀釋1倍作為試驗用水。試驗期間的用水初始水質監測指標：TN為8.73（±0.29）mg/L，TP為8.54（±0.12）mg/L，COD為 406.3（±5.4）mg/L，NH4+-N為4.64（±0.07）mg/L，pH 為 7.80±0.03，色度為452（±6）度。

1.2 試驗方法

采用人工模擬景觀水體的室內試驗，將植物采集回來后放置于自來水中培養7 d，培養環境為室溫、窗外散射光加日照光管，不加任何營養液，最后選擇健康有活力、生長態勢良好、生物量差不多的植株個體，用清水清洗植物根部干凈后，用種植槽倒扣將植物固定，然后放到相應的試驗裝置里。試驗期間室內溫度為28.8～29.5℃、水溫為27.7～28.6℃，室內寬敞、通風順暢。

試驗裝置為白色長方形塑料盆（長寬高40 cm×30 cm×10 cm），試驗用水量7 L，水深7.5 cm并在該處畫有水位標記，每盆6株植物，苦草和黑藻每盆70 g，香菇草每盆100 g。試驗設9個處理（包括空白對照），每個處理3次重復。試驗從2016年9月27日開始，到2016年10月7日結束，共計10 d。每次于上午8：30～9：00取水樣，分別在10月2、7日各取水樣1次，然后測定各處理水質指標。為模擬室外園林景觀水體的特點，試驗過程中不對水體進行曝氣增氧，為不流動的靜態水體。試驗完成后取出各處理試驗植物，稱其鮮重。因考慮到廣州10月份左右天氣較適宜植物生長，且試驗植物材料經前期培養狀況良好，在污水中能較快體現出吸污能力，因此在試驗5 d和10 d為兩個時間節點進行水質指標測定。

1.3 測定項目及方法

TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89）測定，TP采用鉬銻抗分光光度法（GB11893—89）測定，COD采用重鉻酸鉀法（GB11914-1989）測定，NH4+-N采用納氏試劑比色法（HJ535-2009）測定，pH采用雷磁pH計測定，色度采用鉑鈷標準比色法測定，植物生物量用電子天平秤重。計算去除率：

式中，C0為初始濃度，Ci為處理后濃度［10］。

試驗數據使用Microsoft Excel 2007進行編輯處理、繪制相關圖表，差異顯著性通過SPSS19.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 水生植物生長狀況

經過10 d的試驗，在模擬的富營養化水體中，供試8種水生植物生長狀況存在明顯的差異。其中，蜘蛛蘭、水蓑衣和鳶尾各植株的生長較好，葉片翠綠而飽滿，有新生根長出，植株長高，存活率100%；其次為梭魚草和藨草，試驗期間這2種植物均出現個別植株黃葉、死亡現象，但部分植株有新芽長出，存活率分別為83%、67%；而生長狀況最差的是香菇草，試驗處理后4 d大部分出現死亡腐爛現象，分析其原因，可能是水體中的富營養化程度過高，抑制其生長，加之香菇草的葉片基本浮在水面上，與水面接觸面積較大，在靜態水的情況下這些葉片很容易腐爛或導致植株死亡，從而直接影響香菇草的生長狀況和成活率。在2種沉水植物中，苦草的生長態勢較好，雖然有少部分植株出現黃葉現象，但整體的葉片鮮綠，有新生根長出，生物量較之前有所增長，存活率100%；黑藻在試驗期間出現部分根莖腐爛和葉片枯黃現象，但整體生長狀況良好，存活率94%，具體植物生物量（鮮重）變化見表1。

表1 試驗前后8種水生植物生物量變化（g）

2.2 不同植物處理pH值及色度值的變化

由表2可知，不同植物處理對水體pH值造成不同程度的影響，在試驗整個過程中，各植物處理pH值均低于對照，表明水生植物對調節水中pH值具有一定的作用，其中鳶尾對降低水中pH的效果較好，各植物處理pH值均與對照差異顯著。從表2可以看出，除香菇草的色度呈升高趨勢外，其余各植物處理均呈現出下降的趨勢，均低于對照，對水體中色度去除能力由高到低依次為：水蓑衣＞苦草＞梭魚草＞藨草＞黑藻＞鳶尾＞蜘蛛蘭＞對照＞香菇草，處理后5 d，除蜘蛛蘭、水蓑衣與對照色度值無顯著差異外，其余均差異顯著；處理后10 d，各植物處理均與對照色度值差異顯著。

表2 試驗前后8種水生植物生物量變化（g）

2.3 不同植物處理對水體TN的凈化效果

由圖1可知，在試驗結束時，8種水生植物均對水體TN有一定的去除效果，其去除能力從大到小依次為水蓑衣（50.3%）＞鳶尾（44%）＞蜘蛛蘭（39.1%）＞苦草（37.4%）＞梭魚草（35.6%）＞藨草（35%）＞黑藻（29.5%）＞對照（28.8%）＞香菇草（14.5%），水蓑衣、鳶尾對水體TN的去除效果高于其他6種植物，試驗結束時兩處理TN濃度分別降為4.340、4.886 mg/L；黑藻和香菇草的去除效果較差，試驗結束時TN濃度分別為6.155、7.463 mg/L，且除了黑藻與對照無顯著差異外，其余各植物處理均與對照差異顯著；而香菇草中TN濃度居高不降的原因可能是因為香菇草在試驗4 d開始逐漸死亡，植物死亡后分解出來的物質導致水體TN濃度上升，因此，才會出現TN濃度高于空白對照的現象。由此可見，當水體富營養化程度較高時會抑制植物的生長，使得植物凈化能力下降或直至死亡。

圖1 不同處理對TN的去除效果

2.4 不同植物處理對水體TP的凈化效果

如圖2所示，試驗處理后10 d，除了香菇草處理TP有上升的趨勢外，其他各植物處理均呈下降的趨勢。試驗處理后5 d，與對照相比，各處理對水中TP的去除效果不明顯，苦草處理TP濃度反而還略有上升，除了藨草、鳶尾、水蓑衣與對照差異顯著外，其余各植物處理與對照無顯著差異；試驗處理后10 d，除了香菇草對TP的去除效果不明顯外（與初始值相比反而還略有上升），其他各植物處理均對水中TP濃度呈現出隨時間而不斷下降的現象，其中水蓑衣TP的去除效果明顯高于其他處理，此時各植物處理均與對照差異顯著。

圖2 不同處理對TP的去除效果

試驗結束時不同處理間對TP的去除率從高到低依次為：水蓑衣（25.4%）＞藨草（20.6%）＞苦草（15%）＞黑藻（14.5%）＞鳶尾（13.3%）＞梭魚草（4.4%）＞蜘蛛蘭（1%）＞對照（-1%）＞香菇草（-8.5%）。在試驗過程中對照和香菇草處理TP濃度均比初始值高，去除率為負數，分析原因，可能香菇草在試驗期間逐漸死亡，其釋放氮磷等營養物質會造成水體的二次污染，從而出現去除率為負的現象。

2.5 不同植物處理對水體COD的凈化效果

圖3 不同處理對COD的去除效果

由圖3可知，隨著時間的推移，8種水生植物對水體中COD均有不同程度的去除效果，處理后5 d，與對照相比，各植物處理對水體中COD的去除效果不明顯，這可能與植物在污水中的適應過程有關，蜘蛛蘭、藨草和水蓑衣處理水體中COD濃度有略微上升的現象；處理后10 d，除了香菇草處理呈上升趨勢外，其余各植物處理均呈下降現象，其中水蓑衣的下降幅度較大，去除效果明顯高于其他處理，COD濃度降低至250 mg/L，除了蜘蛛蘭、鳶尾與對照無顯著差異外，其余各植物處理與對照差異顯著。

圖4 不同處理對的去除效果

3 結論與討論

水生植物的應用對去除水體富營養化物質、提高水體自凈能力以及營造水體景觀等都具有重要的意義［12-15］。有研究表明，在重度富營養化的滇池水體中，水葫蘆、水浮蓮和香蒲對TN、TP 的去除率分別為86.9%、83.9%、82.4%和94.6%、94.6%、92.5%［16］。而當植物死亡時會分解出氮磷等營養物質，從而對水體造成污染［17］。當出現植物死亡或生長過旺時，應及時打撈或收割，這樣就可以將其吸收的N、P 等營養物質轉移出水生生態系統，既可以使水體得到凈化，同時又可以收獲生物資源。本試驗中，香菇草在試驗處理4d 時大部分出現死亡腐爛現象，香菇草的耐污能力較差，對污水凈化能力較弱，這與趙豐［18］研究中香菇草對污水TN、TP、CODCr、的去除率分別可達57.08%、52.82%、62.27%、66.80%，與蔡建國等［19］研究香菇草對污水中營養鹽吸收和富集能力強等試驗結果存在明顯差異，其原因可能是水體中的富營養化程度過高，抑制其生長，加之香菇草的葉片基本浮在水面上，與水面接觸面積較大，在靜態水的情況下這些葉片很容易腐爛或導致植株死亡，從而直接影響香菇草的生長狀況和成活率。

本試驗結果表明，處理后10 d，供試的8種水生植物對富營養化園林水體均有一定的凈化作用，不同植物的凈化效率存在較大的差異，與空白對照相比，水蓑衣對水體中TN、TP、COD、、色素的去除效果較好，去除率分別為50.3%、25.4%、38.5%、23.5%、27.9%，鳶尾、蜘蛛蘭和苦草對TN的去除效果次之，去除率為44%、39.1%、37.4%，藨草對TP的去除效果僅次于水蓑衣，去除率為20.6%，香菇草的耐污能力較差，在試驗處理后4 d大部分出現死亡腐爛現象，無增效能力反而還導致部分水質指標升高。綜合各項指標，水蓑衣和鳶尾可優選作為水體凈化的水生植物材料，其次是蜘蛛蘭和苦草。

利用水生植物吸附污染水體中的營養物質，既可以供其生長又可以凈化水體，可謂一舉兩得的效果，但水生植物吸附水中營養物質是一個相對復雜的過程。本試驗僅研究了8種水生植物在實驗室內人工模擬富營養化景觀水體的凈化效果，在試驗期間監測其水質變化的情況，而關于水生植物在吸附水中營養物質之后其生理生化指標的變化情況還有待于進一步更加深入的研究。

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（責任編輯 楊賢智）

Screening of garden plants for purifying eutrophic landscape water

XU Ming-yu1，LIU Wen2，HU Zhen-yang1，CHEN Sen3，CHEN Ping1，3
（1.Pubang Landscape Architecture Co.，Ltd，Guangzhou 510600，China；2. School of Environmental Science and Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，China；3.College of Horticulture and Landscape Architecture，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhuo 510225，China）

X173

A

1004-874X（2017）06-0084-06

許銘宇，劉雯，胡振陽，等.凈化富營養化景觀水體植物的篩選［J］.廣東農業科學，2017，44（6）：84-89.

2017-05-10

國家自然科學基金（41401554）；廣州市科技計劃項目產學研協同創新重大專項（2014Y2- 00526）；廣州市越秀區科技創新和產業化專項（2016-GX-037）；廣東省自然科學基金（2015A030313596）；廣東省教育廳特色創新項目（2015KTSCX062）

許銘宇（1991-），男，碩士，助理工程師，E-mail：xmy4200@126.com

陳平（1968-），男，碩士，教授，E-mail：turf2009@qq.com