挺水與沉水植物對景觀水體凈化的研究

趙賀芳

（安徽工業大學 工商學院，安徽 馬鞍山 243000）

景觀水體面積小，多為靜止或流動性較差的封閉緩流水體，自凈能力低，容易受到污染[1].塘內的營養鹽只進不出，常年積累會發生富營養化問題[2].目前對景觀水體的處理大多采用物理、化學或生物法，但物理法前期投資大、后期運行費用多、成效不顯著，化學法易造成二次污染，生物法的優點突出[3].研究表明水生植物對污水有著很好的凈化作用，有利于水域生態系統的重建和恢復[4]，但目前的研究多停留對生活污水的處理，對其用于景觀水處理的較少.本文針對安徽工業大學景觀水體——煉湖進行處理，選擇當地常見的6種水生植物進行試驗，研究它們對景觀水的凈化效果，為水生植物凈化景觀水提供一定參考.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本著因地制宜的原則，確定采用香蒲、菖蒲、水芹、菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻為供試植物，其中前三者為挺水植物，后三者為沉水植物[5～6]，將他們移植過來后，先經過馴化期，使其恢復至正常生長狀態.之后采取水培方式將他們種植于有機玻璃槽中，種植密度適中，有機玻璃槽規格(L*B*H)均為30cm*24.5cm*31.5cm，有效水深均為15cm.試驗場地放在室外，試驗期間氣溫為14-22℃.

1.2 試驗方法

為了得出較好的凈化效果，本文先研究單一挺水植物、沉水植物對污水的處理效果，然后選取最佳單一植物進行組合，研究對污水的處理效果.為了不影響實驗分析，植物移植到水槽后，不添加復合肥.單一植物試驗時間為2017.4.13- 2017.4.28，組合植物試驗時間2017.4.30-2017. 5.15，均為16d.期間每隔3d采樣一次.分析各供試植物對污水中CODcr、NH3-N、TP的去除效果，每天下午5點觀察水位并加清水補充蒸發失水.其中CODcr采用重鉻酸鉀法，NH3-N采用納氏試劑法，TP采用過硫酸鉀氧化法.原水水質見表1.

表1 原水主要初始指標

2 結果與分析

2.1 植物生長狀況

在用以實驗的湖水中，水芹、香蒲、菖蒲三種挺水植物均能正常生長，實驗結束時枝繁葉茂，葉片明顯增多增大，顏色也加深許多，根系更長更濃密，根系上附著物也明顯增多.金魚藻、菹草、輪葉黑尾藻這三種沉水植物中，菹草長勢良好，金魚藻和輪葉黑尾藻在第9d時開始腐爛，實驗結束時金魚藻腐爛較輕，輪葉黑尾藻腐爛較明顯.組合植物菹草、水芹均長勢良好.

2.2 挺水植物凈化作用

在靜態實驗中香蒲、菖蒲、水芹對實驗湖水中CODcr、NH3-N、TP 的凈化效果分別如圖 1、2、3 所示：

圖1 挺水植物對CODcr凈化效果

圖3 挺水植物對TP凈化效果

隨著試驗的進行，三種植物槽內CODcr含量逐漸下降，對應的去除率逐漸上升，如圖1所示.當HRT為3d時，香蒲、水芹和菖蒲對實驗湖水COD-cr的去除率分別為 13.93%、63.32%、18.37%；當HRT為15d時，去除率均達到90%以上，其中水芹對CODcr的去除率明顯高于菖蒲、香蒲.因此可以得出，這三種植物對實驗湖水都具有良好的凈化效果.水芹對CODcr的去除效果優于菖蒲、香蒲.這是因為水芹的根系相比香蒲、菖蒲更發達，與水體接觸的面積更大，根系所形成的過濾層越密集，吸收的有機碎屑就越多.此外，植物的根系為微生物和微型生物提供了附著基質和棲息場所，發達的根系更有利于微生物的生長，從而加速根系周圍有機膠體的分解.

由圖2可知，當HRT≤3d時，三種植物對實驗湖水NH3-N去除率逐漸提高，當HRT在3-9d時，去除率反而下降，當HRT≥9d時，去除率快速上升.這與曾愛平[7]、余世金[8]的研究一致，水體中N的去除包括植物吸收和揮發、硝化和反硝化等過程，以硝化和反硝化為主[9].當HRT≤3d時，植物對NH3-N的吸收較快，當HRT在3-9d時，去除率下降是由于這時氨化作用較快，對NH3-N的吸收以及硝化、反硝化過程較慢的原因.當HRT≥9d時，硝化反硝化速度較快.由圖2可知，三種植物槽中對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

隨著試驗的進行，實驗湖水中TP含量逐漸下降，對應的去除率逐漸上升，如圖3所示.當HRT為15d時，香蒲槽、水芹槽和菖蒲槽中水樣的TP濃度由 2.790mg/分別下降到 0.12mg/L、0.20mg/L和0.16mg/L，去除率分別達到95.7%、92.83%和94.27%.植物對TP去除速度開始較快，到后期逐漸減慢，這與前期植物對P的需求量較多，吸收較快，而后期植物對P需求量的減少以及植物體內磷的再分配有關.這與李科德等[10]的研究結果一致.由圖3可知，三種植物對水體中的TP具有良好的去除效果.去除效果依次為：水芹＞菖蒲＞香蒲.

綜上所述，在本文的實驗條件下，水芹對煉湖的CODcr、TP的凈化效果優于菖蒲和香蒲，對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

2.3 沉水植物的凈化作用

在靜態實驗中菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻對實驗湖水中CODcr、NH3-N、TP的凈化效果分別如圖4、5、6 所示：

圖4 沉水植物對CODcr凈化效果

圖5 沉水植物對NH3-N凈化效果

圖6 沉水植物對TP凈化效果

從圖4可知，當HRT為3d時，菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻對實驗湖水中CODcr的去除率分別為66.76%、45.86%、39.61%；當 HRT為 15d時，菹草對實驗湖水中CODcr的去除率高達97.18%，而金魚藻和輪葉黑尾藻在HRT≥9d后對CODcr的去除率呈下降趨勢，這兩種植物生長前期能降低CODcr，但后期又有反彈.這主要是由于前期雖然去除了水中的營養物質，但整個系統中的有機物并未消除，只是發生了轉化，后期出現了腐爛現象，產生了新的有機物，因此CODcr含量會上升，對應的去除率下降.這與朱平等[11]的研究一致.這也說明了植物對污染物的去除效果與植物的生長狀態密切相關.因此可以得出，三種沉水植物對煉湖水體都具有良好的凈化效果，其中，菹草對CODcr的去除效果明顯優于金魚藻、輪葉黑尾藻.

由圖5可知，當HRT≤3d時，三種植物對NH3-N的去除效果較好，這是因為實驗前期三種植物對NH3-N吸收較快.當HRT在3-9d時菹草對NH3-N去除率下降，這與挺水植物規律類似，去除率下降是由于這時氨化作用較快，對NH3-N的吸收以及硝化、反硝化過程較慢的原因.而金魚藻和輪葉黑尾藻在HRT≥6d后對NH3-N去除率一直在下降，這是因為：在6d≤HRT≤9d這個階段對NH3-N吸收及硝化、反硝化較慢；當HRT≥9d時，金魚藻和輪葉黑尾藻開始腐爛，使得植物吸收的氮還未被完全利用又轉換成氨氮釋放出來，導致水體中氮的濃度又有所增加.由此可知，在本文的實驗條件下，菹草對煉湖水體的處理效果明顯優于金魚藻和輪葉黑尾藻.植物對污染物的去除效果與植物的生長狀態密切相關.

當HRT≤9d時，三個植物槽中TP含量隨著HRT的延長而快速下降，對應的去除率快速上升，如圖6所示.其中菹草對TP去除率隨著HRT的延長繼續提高但速度有所減緩，而金魚藻和輪葉黑尾藻在HRT≥9d后對TP去除率處于下降趨勢.菹草對實驗湖水中的TP去除速度開始較快，到后期逐漸減慢，這與挺水植物規律類似，是因為后期植物對P需求量的減少以及植物體內P的再分配有關.而金魚藻和輪葉黑尾藻后期開始腐爛，導致TP含量處于上升趨勢.由此可知，在本文的實驗條件下，菹草對煉湖水體的凈化效果最好.植物對污染物的去除效果與植物的生長狀態密切相關.

綜上所述，在本文的實驗條件下，菹草對煉湖的CODcr、NH3-N和TP的凈化效果優于金魚藻和輪葉黑尾藻.

從以上的研究中可以得出，在本文的實驗條件下，挺水植物中的水芹對煉湖的CODcr、TP的凈化效果優于菖蒲和香蒲，對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.沉水植物中的菹草的凈化效果優于金魚藻和輪葉黑尾藻，因此本文選取水芹與菹草組合（以下簡稱組合植物）對煉湖水體進行處理，進而得出凈化效果更好的植物.

2.4 組合植物的凈化作用

在靜態實驗中水芹與菹草的組合對實驗湖水中 CODcr、NH3-N、TP 的處理效果分別如圖 7、8、9所示：

隨著HRT的延長，水芹與菹草組合槽中CODcr的含量逐漸下降，對應的去除率逐漸上升，如圖7所示.當HRT為3d時，組合植物對實驗湖水CODcr的去除率為66.76%，當HRT為15d時，去除率可以達到97.18%.與水芹（圖1）和菹草（圖4）單獨對實驗湖水中CODcr的去除率相比，可以看出，組合植物對CODcr的凈化效果優于菹草、水芹單獨的凈化效果.

圖7 組合植物對CODcr凈化效果

圖8 組合植物對NH3-N凈化效果

圖9 組合植物對TP凈化效果

由圖8可知，當HRT≤3d時，組合植物對NH3-N去除速度較快，當3d≤HRT≤9d時，去除率有所下降，后期隨著HRT的延長，去除率繼續上升.這與前面單一植物對NH3-N凈化效果一致.當HRT為15d時，組合植物對湖水中NH3-N去除率高達98.45%.與圖2和圖5對比可知，組合植物對實驗湖水中NH3-N的凈化效果優于菹草、水芹單獨的凈化效果.

隨著試驗的進行，水體中TP含量逐漸下降，前期下降速度較快，后期有所減緩.由圖9可知，當HRT為3d時，組合植物對實驗湖水中TP的去除率為61.65%，當HRT增長到15d時，去除率可以達到97.78%.與圖3和圖6對比可知，組合植物對TP的凈化效果優于菹草、水芹單獨的凈化效果.

綜上所述，在本文的實驗條件下，組合植物對煉湖的CODcr、NH3-N和TP的凈化效果整體優于水芹與菹草單獨的凈化效果.

3 結論

（1）挺水植物中水芹對煉湖的CODcr、TP的凈化效果優于菖蒲和香蒲，對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

（2）沉水植物中菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻對實驗湖水有明顯的凈化作用，且菹草的凈化效果整體優于金魚藻和輪葉黑尾藻.

（3）水芹與菹草組合對實驗湖水的凈化效果優于菹草與水芹單獨的凈化效果.

（4）植物對水體污染物的去除效果與植物的生長狀態密切相關.