三種浮葉植物對富營養化水體凈化效果研究

梁玉婷 陶秋蓮 姚雄 李妮婭

摘 要：本文采用菱葉丁香蓼、圓葉節節菜、蘋作為試驗材料，對植物生長量、水體TN、NO3--N、TP、PO43--P進行測定，研究了三種適應性較強的水生植物的凈化能力。結果表明：三種植物對TN、NO3--N、TP、PO43--P均具有較強的去除能力，其中，在去除TN、TP上，圓葉節節菜>蘋>菱葉丁香蓼;在去除NO3--N上，菱葉丁香蓼>圓葉節節菜>蘋;在去除PO43--P上，蘋>圓葉節節菜>菱葉丁香蓼。三種植物株形優美，適應性強，對富營養化水均具有很好的凈化效果，可以在水體修復中推廣應用。

關鍵詞：三種浮葉植物;富營養化水體;凈化效果

中圖分類號：X522;X254 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）14-0139-03

Comparison of Treatment Performances of Eutrophic Water with

Three Floating-leaved Plants

LIANG Yuting1 TAO Qiulian1 YAO Xiong1 LI Niya3

（1.Wuhan Institute of Landscape Architecture，Wuhan Hubei 430081;2.Wuhan Sinoeco Testing Technology Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430000;3.Wuhan Sinoeco Ecological Science and Technology Co.， Ltd.，Wuhan Hubei 430000）

Abstract： This paper used Ludwigia sedioides、Marsilea quadrifolia、Rotala rotundifolia as experimental materials，measured the growth of these plants and the content of TN， NO3--N， TP and PO43--P in water. The results showed that the removal rates of TN， NO3--N， TP and PO43--P were significant. The removal of TN、TP， the results are Rotala rotundifolia>Marsilea quadrifolia>Ludwigia sedioides. The removal of NO3-N， the results are Ludwigia sedioides>Rotala rotundifolia>Marsilea quadrifolia. The removal of PO43--P， the results are Marsilea quadrifolia> Rotala rotundifolia > Ludwigia sedioides. The comprehensive test results showed that three plants had a strong absorption effect on nitrogen and phosphorus， which could be promoted and applied in water restoration.

Keywords： three aquatic plants;eutrophic water;purification effect

目前，發展中國家面臨的重要生態環境問題之一就是水體富營養化[1]。由于人為因素，水體接納了大量的氮、磷等營養性物質，導致藻類大肆繁殖，從而進一步引起水體透明度和溶解氧含量降低，加劇水體惡化。目前，常用的凈化水體的方法是利用無土栽培技術，將植物種在載體上，通過植物根部的吸收、吸附作用，削減富營養化水體中的氮、磷及有機物質，不僅能凈化水質，而且能營造優美的水上景觀[2-6]。在各類大型水生植物凈化水質的研究報道中，關于挺水植物和沉水植物的報道較多，而對于兼具挺水、浮水生活型的植物的報道較少[7-12]。由此，該試驗結合園林美學的要求，以觀賞價值較高的柳葉菜科丁香蓼屬下的菱葉丁香蓼（Ludwigia sedioides）、多年生浮葉或挺水植物蘋（Marsilea quadrifolia）、多年生挺水、沉水、濕生均可的植物圓葉節節菜（Rotala rotundifolia）為研究對象，研究其凈化能力，以其為水體凈化提供更好的材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

2018年7月3日，從武漢市園林科學研究院水生品種池采集菱葉丁香蓼（Ludwigia sedioides）、蘋（Marsilea quadrifolia）、圓葉節節菜（Rotala rotundifolia），將其種植在塑料桶中培養，待生根后待用。2018年8月3日，分別選取預先栽植的三種植物，所選取的植物株高均為20cm，每種植物設置4個重復，每個重復中共放鮮重為50g的5株植株。

試驗開始時，每個容器內加入200L TN、TP含量分別為2.91mg/L和0.90mg/L溶液。整個試驗在武漢市園林科學研究院的大棚中開展，試驗時間于2018年8月3日開始，8月24日結束。試驗過程中，每次取樣前補充由于蒸發而喪失的水分，補充蒸餾水至上一次取樣后的高度。

1.2 采樣方法

每次從容器中取水樣前，將容器中水上下左右攪勻，在水面下10cm處采集1L水樣。依據《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）測定：TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，NO3--N采用紫外分光光度法測定，TP和PO43--P采用鉬酸銨分光光度法測定;用哈希便攜式溶解氧儀測定溶解氧，哈希1900便攜式濁度計測定濁度。

水體總氮或總磷去除率分別為[13]：

[WR=WC1-WC2/WC1×100%] ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[WR]為水體的總（全）氮和總（全）磷去除率（%）;[WC1]為試驗開始時水體總（全）氮和總（全）磷含量;[WC2]為試驗結束時水體總（全）氮或總（全）磷含量。

采用SPSS20.0進行統計分析，SigmPlot作圖。

2 結果與分析

2.1 植物生長狀況以及生物量變化

三種植物能快速適應環境，在水深80cm的水淹狀態中生長狀況良好。表1列出了三種植物在試驗期間鮮重增長率。從表1可以看出，在試驗階段，三種植物的鮮重全部有所增長，其中蘋>菱葉丁香蓼>圓葉節節菜;三種植物在鮮重增長率上差異不顯著。

2.2 三種植物對水體TN、NO3--N、TP、PO43--P去除率

三種植物對水體TN、NO3--N、TP、PO43--P去除率如表1所示。從表1可知，三種植物對水體中TN、NO3--N、TP、PO43--P均具有較強的除率能力。在去除TN上，圓葉節節菜>蘋>菱葉丁香蓼，三種植物去除TN率差異不顯著;在去除NO3--N上，菱葉丁香蓼>圓葉節節菜>蘋，三種植物NO3--N去除率差異不顯著;在去除TP上，圓葉節節菜>蘋>菱葉丁香蓼，菱葉丁香蓼與圓葉節節菜和蘋去除TP率差異顯著（[P]<0.05），圓葉節節菜和蘋去除TP率差異不顯著;在去除PO43--P上，蘋>圓葉節節菜>菱葉丁香蓼，三種植物去除PO43--P率差異不顯著。

2.3 不同取樣時間水體中TN、NO3--N、TP、PO43--P含量

在不同取樣時間，種植三種植物的水缸中TN、NO3--N、TP、PO43--P含量均呈下降趨勢。在第一次和第二次取樣時，圓葉節節菜和菱葉丁香蓼與CK、蘋水樣中TN差異顯著;第三次取樣時，三種植物以及CK水體中TN無差異。第一次取樣時，菱葉丁香蓼與其他組的水樣中NO3--N差異顯著;第二次取樣時，菱葉丁香蓼與CK水樣中NO3--N差異顯著;第三次取樣時，三種植物以及CK水體中NO3--N差異不顯著。在第一次取樣時，圓葉節節菜與其他組水樣中TP差異顯著;第二次取樣時，三種植物以及CK水體中TP無差異;在第三次取樣時，菱葉丁香蓼與除CK外其他組水樣中TP差異顯著。PO43--P含量方面，在第一和第二次取樣時，圓葉節節菜、蘋、菱葉丁香蓼與CK、CK（石子）具有顯著性差異（[P]<0.05）;第三次取樣時，圓葉節節菜、蘋、菱葉丁香蓼與CK、CK（石子）具有極顯著性差異（[P]<0.01）。綜合圖1至圖4可知，三種植物對水體中氮磷具有很強的吸收能力。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image6.jpeg>[3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

][TN含量（mg/L）][0 ? ? ? 2 ? ?; ? 4 ? ? ?6 ? ? ?8 ? ? ?10 ? ?12 ?; ? 14 ? ? 16][取樣時間（d）][菱葉丁香蓼][圓葉節節菜][蘋][CK（石子）][CK] 圖1 不同取樣時間TN含量

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image7.jpeg>[NO3--N含量（mg/L）][2.0

1.5

1.0

0.5

0.0][0 ? ? ?2 ? ? ?4 ? ? ? 6 ? ? ?8 ? ? 10 ? ?12 ? ?14 ? ? 16][取樣時間（d）][菱葉丁香蓼][圓葉節節菜][蘋][CK（石子）][CK]

圖2 不同取樣時間NO3--N含量

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image8.jpeg>[取樣時間（d）][菱葉丁香蓼][圓葉節節菜][蘋][CK（石子）][CK][TP含量（mg/L）][1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0][0 ? ? ? 2 ? ? ? 4 ? ? ?6 ? ? ? 8 ? ? ?10 ? ? 12 ? ?14 ? ?16]

圖3 不同取樣時間TP含量

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（創新驅動）2019年第14期_103928＼Image＼image9.jpeg>[菱葉丁香蓼][圓葉節節菜][蘋][CK（石子）][CK][0 ? ? ?2 ? ? ?4 ? ? ?6 ? ? ?8 ? ? ?10 ? ?12 ? ?14 ? ?16][取樣時間（d）][PO43--P含量（mg/L）][0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0]

圖4 不同取樣時間PO43--P含量

3 討論

植物的形態會隨著環境變化發生改變，以適應環境。本研究中選擇的三種植物可以在水深80cm處生長良好，顯示其具有較強的適應能力。三種植物對水體中TN、NO3--N、TP、PO43--P均具有較強的除濾能力。比較三種植物可知，圓葉節節菜的TN、TP去除能力最強。在不同取樣時間，種植三種植物的容器以及CK、CK（石子）容器中TN、NO3--N、TP、PO43--P含量均呈下降趨勢;同時，硝酸鹽和磷酸鹽會被水體中的其他生物，尤其是微生物進行代謝，從而不斷降低[14-16]。種植三種植物的水體清澈幾乎看不到藻類，而CK組水體逐漸變綠，生長大量藻類植物，這可能是導致CK組中氮磷含量下降的原因之一。由此推測，這三種植物對藻類的繁殖有一定的抑制作用[17，18]。本試驗中的三種植物可以通過人工浮島技術引入水體中生長，除了短期儲存氮、磷、鉀等水體中的營養成分外，還可吸收水體中其他污染物質[19-21]，也可以為細菌提供生存環境，抑制低等藻類的生長并促進水中其他水生生物的代謝[22]，進而更大程度上促進水生生態系統的健康發展。

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