漂浮植物與挺水植物對景觀水體的研究

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，水環境容量小，水體自凈能力低，很容易受到污染[1].研究表明利用植物凈化污水具有低成本、易管理、高效率等特點[2～4].但是目前的研究多停留在對生活污水的處理[5～6]，對其用于景觀水處理的比較少.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5種水生植物，進行小試驗，研究它們對煉湖的凈化效果，為水生植物修復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[7]、浮萍[8]、滿江紅為供試植物，其中前三者為挺水植物，后兩者為漂浮植物.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*24.5 cm*31.5 cm，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、漂浮植物對湖水的處理效果，然后選取最佳單一植物進行組合，研究此時對湖水的處理效果.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，試驗時間均為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，五種植物均長勢良好，實驗結束時挺水植物已經枝繁葉茂，植株強壯，葉片明顯增多增大，葉片的顏色也加深許多，而且植株的根系更長更濃密，根系上附著物也明顯增多.

2.2 挺水植物凈化作用

在靜態實驗中香蒲、菖蒲、水芹對水體CODcr、NH3-N、TP的處理效果分別如圖1、2、3所示.

圖1 挺水植物對CODcr的處理效果

圖2 挺水植物對NH3-N的處理效果

圖3 挺水植物對TP的處理效果

隨著試驗的進行，三種植物槽中CODcr含量逐漸下降，對應的去除率逐漸上升，后期趨于穩定，如圖1所示.當停留時間（HRT）為3d時，香蒲、水芹和菖蒲對煉湖中CODcr的去除率分別為13.93%、63.32%、18.37%；當HRT為15d時，去除率分別為：90.41%、94.95%、92.84%，其中水芹對CODcr的去除率明顯高于菖蒲和香蒲.由此可知，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為3d時，香蒲、水芹、菖蒲對實驗湖水中NH3-N的去除率分別為30.4%、68.5%、62.1%，當3d≤HRT≤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[9]、余世金[10]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要途徑[11].當HRT≤3d時，植物對NH3-N的吸收較快，當3d≤HRT≤9d時，氨化作用較快，對NH3-N的吸收以及硝化、反硝化過程較慢.當HRT≥9d時，硝化、反硝化速度較快.從圖2可以看出，三種植物槽對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

由圖3可知，隨著試驗的進行，三種植物對實驗湖水的TP去除率逐漸提高，后期趨勢較平穩.TP去除率開始較快，到后期去除速度逐漸減慢，這與前期植物對P的需求量較大，吸收較快，后期對磷需求量的減少以及植物體內磷的再分配有關.這也與李科德等[12]利用蘆葦床系統凈化污水的研究結果一致.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%.由圖3可知，水芹對實驗湖水中TP去除率整體高于菖蒲和香蒲.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COD-cr、TP的整體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 漂浮植物的凈化作用

在靜態實驗中浮萍、滿江紅對水體CODcr、NH3-N、TP的處理效果分別如圖4、5、6所示.

隨著試驗的進行，兩種植物槽中CODcr含量逐漸下降，對應的去除率逐漸上升，后期趨于穩定，如圖4所示.浮萍對CODcr的去除速度在HRT≤3d時較快，滿江紅在HRT為3-6d時去除速度較快，當HRT為15d時，浮萍和滿江紅對實驗湖水中CODcr的去除率分別為92.67%、85.3%.因此可以得出，浮萍和滿江紅對煉湖水體都具有良好的凈化效果，且浮萍對CODcr的去除效果明顯優于滿江紅.

圖4 漂浮植物對CODcr的處理效果

圖5 漂浮植物對NH3-N的處理效果

圖6 漂浮植物對TP的處理效果

由圖5可知，浮萍在HRT≤3d，滿江紅在HRT≤6d時，對實驗湖水中NH3-N去除速度較快，這是因為此時兩種植物的莖葉對實驗湖水中NH3-N吸收較快.浮萍在3d≤HRT≤6d，9d≤HRT≤12d兩個階段，對NH3-N去除率均呈下降趨勢，這是因為此時浮萍的根系分泌物中的酸性成分含量較多，抑制了營脫氮作用細菌的生長[13]，致使硝化反硝化速度變慢.而在6d≤HRT≤9d和HRT≥12d兩個階段，去除率呈上升趨勢，是因為浮萍的根系分泌物中的中性成分含量較多，促進了營脫氮作用的細菌的生長，硝化反硝化速度較快.滿江紅在6d≤HRT≤12d這個階段對NH3-N去除率呈下降趨勢，是由于這段時間氨化作用較快，對NH3-N的吸收以及硝化、反硝化過程較慢.當HRT為15d時，浮萍和滿江紅對實驗湖水中NH3-N去除率分別為96.85%和95.29%.由此可知，兩種植物對實驗湖水均具有良好的凈化效果.

由圖6可知，隨著試驗的進行，浮萍和滿江紅對實驗湖水TP的去除率逐漸上升，后期趨于穩定.兩種植物槽中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，是因為前期植物對P素的需求量較大，吸收較快，而后期對P素需求量的減少以及植物體內P元素的再分配有關.當HRT為15d時，浮萍槽和滿江紅槽中水樣的TP濃度分別由2.79mg/L下降到0.27mg/L和0.59mg/L，去除率分別為90.32%和78.85%.由此可知，這兩種植物對水體中的TP均具有良好的去除效果，且浮萍對TP的去除效果優于滿江紅.

綜上所述，在本文的實驗條件下，浮萍對煉湖的COD-cr、NH3-N和TP的凈化效果優于滿江紅.

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中的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.漂浮植物中浮萍的凈化效果優于滿江紅，因此本文選取水芹與浮萍組合（以下簡稱組合植物）對煉湖水體進行處理，進而分析得出凈化效果較好的植物.

2.4 組合植物的凈化作用

在靜態實驗中，組合植物對實驗湖水中CODcr、NH3-N、TP的處理結果如圖7、8、9所示：

圖7 組合植物對CODcr的去除率

圖8 組合植物對NH3-N的去除率

圖9 組合植物對TP的去除率

隨著HRT的延長，水芹與浮萍組合槽中CODcr的含量逐漸下降，對應的去除率逐漸上升.由圖7可知，當HRT為3d時，組合植物對實驗湖水CODcr的去除率為64.49%，當HRT為15d時，去除率達到93.59%.由此可知，組合植物對實驗湖水中CODcr有較好的去除效果.與水芹（圖1）和浮萍（圖4）對CODcr單獨的處理效果進行對比，得出：在本文的實驗條件下，各植物對CODcr的凈化效果順序為：水芹＞組合植物＞浮萍.

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≤6d時，去除率略有下降，后期隨著HRT的延長，對NH3-N去除率上升，但趨勢較平穩.當HRT為15d時，去除率高達96.89%.與圖2和圖5對比可知，在本文的實驗條件下，組合植物對煉湖水體NH3-N的凈化效果優于浮萍、水芹單獨的凈化效果.

由圖9可知，隨著試驗的進行，組合植物對水體中TP去除率逐漸提高，前期去除速度較快，后期較平穩.當HRT為3d時，組合植物對實驗湖水中TP的去除率為60.22%，當HRT增長到15d時，對應的TP的去除率高達95.7%.與圖3和圖6對比可知：在本文的實驗條件下，組合植物對TP的凈化效果優于浮萍、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NH3-N和TP的凈化效果優于水芹與浮萍單獨的凈化效果，各植物對CODcr的去除效果順序為：水芹＞組合植物＞浮萍.

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）漂浮植物中浮萍和滿江紅對實驗湖水有明顯的凈化作用，且浮萍的凈化效果整體優于滿江紅.

（3）水芹與浮萍的組合對煉湖的NH3-N和TP的凈化效果優于水芹與浮萍單獨的凈化效果，各植物對CODcr的去除效果順序為：水芹＞組合植物＞浮萍.