植物構建浮島系統對封閉式景觀水體凈化效果研究

曾玉芳 柳正葳 葉子飄

摘要：基于封閉式景觀水體建設的發展趨勢，以白鷺洲公園景觀水體為例，選擇了4種常見本土植物吊蘭（Chlorophytum como-sum（Thunb.）Baker.）、空心蓮子草（Hydrocotyle vulgaris（Mart.）Griseb）、美人（Canna indtca L）和蘆薈（Aloe vera，），在模擬正常湖泊的環境下，發現這4種植物的新陳代謝沒有受到環境的影響，均能保持良好的生長狀態，并具有不同程度的凈化水質的能力。4種植物組合均能在富營養化水體中正常生長，并且對氮磷具有較好的去除能力，同時不同植物的凈化能力差異性較顯著，對COD、NH₄⁺-N、TN和TP的去除率分別為38.7%～62.6%、25.3%～55.4%、28.3%～58.7%和32.5%～59.6%。從植物凈化能力、生長特性、景觀效果和生態效應等方面綜合考慮，T5配置的吊蘭具有景觀效果好、具有營養物質去除率較高且穩定的特點，是吉安及類似氣候帶地區居住小區營造生態水景的最佳水生植物配置。

關鍵詞：景觀水體;富營養化;水質監測;植物凈化

景觀水體可改善城市住宅小區的自然環境，迎合人們親近自然和對健康的追求，也是高檔生態住宅小區不可缺少的組成部分。由于建設土地成本較高，很難有條件營造大規模的水體，導致景觀水體多為靜止或流動性較差的封閉體系。同時，水體一般具有復氧能力較差、自凈能力有限等特點，水質易受居民活動和雨水徑流所影響。目前，許多城市景觀水體都已出現不同程度的污染，水體富營養化現象嚴重[1-2]。

通過不同植物對水體中污染因子的凈化能力不同篩選出適合的植物，通過對每種植物進行單獨的試驗并且對一系列的試驗結果進行分析，找出不同的植物對不同的污染物的去除效率的差異[3-4]。我們根據這些植物對不同污染物的處理能力不同構建出對污水中污染物的凈化能力突出的系統，以期望能對凈化受污染的水體提供更好的植物選擇。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本研究選用購買的吊蘭（Chlorophytum comosum）、美人蕉（Canna generalis）、蘆薈（Aloe）和白鷺洲公園湖旁優勢物種空心蓮子草[Hydrocotyle vulgaris（Mart）Griseh]4種植物作為試驗材料。水生植物購于當地花卉市場，試驗前用自來水將其根部洗凈（不傷根系），然后在自然光照、避雨的條件下將其置于自來水中預培養數日，試驗用富營養化水體參照改良Hoagland氏營養液配制而成，pH值控制在6.0～6.9，本試驗所用水樣為白鷺洲公園湖富營養化水體，2018年9月測得其水體透明度為0.55m，總氮濃度為2.30mg/L，氨氮濃度為1.20mg/L，硝態氮濃度為0.89mg/L以及亞硝態氮濃度為0.37mg/L，以開始培養的水體為本底值。水培植物的培養溫度為24～25℃，pH值平均為7.09。

1.2 研究方法

試驗用培養容器規格為40.5cm×30cm×22.5cm塑料箱，處理水體體積為18L，植物經預培養后，選取長勢良好、大小一致的植株，清洗干凈，栽植于供試水體中。植物在自然光照、避雨的條件下生長，試驗期間用自來水補充蒸發和蒸騰所消耗的水分，以保持容器中的水位。

試驗過程中，每種水生植物設置2組處理，3組重復，CK：空白對照，只加營養液，不加水生植物。為排除底泥污染物釋放、沉積過程對試驗結果的干擾，各培養容器中水生植物種植時并未添加任何底泥基質。每個培養容器表面都有一塊附有定植孔的聚苯乙烯泡沫栽培定植板，植物被固定在定植孔中，定植孔按照間距8cm，孔徑4cm打孔，植物直接置于規定水域內。每個培養容器種植1/3箱植物。試驗持續90d，每隔5d采集水樣并按照國家水質監測標準方法測定水體中的TN、NH₄⁺-N、BOD₅和TP等指標。

2 結果與分析

2.1 不同植物凈化水體COD_Mn況

由圖1可知，4種植物組合和對照處理的水體中CODS_Mn濃度均有較大幅度的下降，在開始的30d對水體污染物的去除速率較快，美人蕉和吊蘭的凈化效果就優于空心蓮子草和蘆薈，對COD_Mn具有良好的去除能力，在植物生長期內，水體中COD_Mn分別減少了4.50mg/L、4.18mg/L和4.16mg/L。在30d美人蕉、吊蘭、空心蓮子草、蘆薈培養浮床中的COD_Mn分別從17.3mg/L左右下降到8.67mg/L、8.35mg/L、10.56mg/L、10.78mg/L，隨著水生植物的生長，對COD_Mn的利用量不斷提高，在90d時美人蕉、吊蘭、空心蓮子草、蘆薈培養浮床中的COD_Mn濃度

基金項目：江西省教育廳教學改革項目（JXJG-17-9-12）;井岡山大學自然科學科研項目（JZ10026）：國家自然科學基金（31960054）。

通信作者：柳正葳，講師，碩士，主要從事園林植物與環境科學研究。下降到7.45mg/L、6.54mg/L、8.74mg/L、9.56mg/L。試驗結果表明，不同水生植物組合對COD_Mn的去除能力具有差異，去除能力大小排序為吊蘭>美人蕉>空心蓮子草>蘆薈。

2.2 不同植物凈化水體NH₃-N情況

由圖2可知，除CK外，植物處理組對NH₄⁺-N均有較顯著的去除效果。其中吊蘭去除能力最佳，最終水體中NH₄⁺-N濃度降到0.83mg/Lo從試驗結果來看，CK的水體自凈NH₄⁺-N能力有限。水體中NH₄⁺-N的去除主要通過植物的吸收、根際的吸附作用得以去除，對比分析水生植物對NH_二⁺-N的去除趨勢可知，試驗前期（0～5d），處理組中的水生植物尚處于適應階段，導致處理效果與CK差異性不顯著。由于NH₄⁺-N在水體中主要以離子狀態存在，容易被植物吸收，從而表現為在5～10d時濃度NH₄⁺-N急劇降低，在微生物的作用下發生氨化、硝化。但隨著植物對N03 =N利用的飽和以及植物根際表面形成的生物膜中的微生物（如硝化菌）加速NH₄⁺-N向NO₃^--N的轉化過程，使得這4種植物對NO₃^--N的去除能力逐漸下降，在第90d美人蕉、吊蘭、蘆薈、空心蓮子草4種植物處理水體中氨氮濃度從開始的1.54mg/L分別降為0.77mg/L、0.69mg/L、0.86mg/L、1.mgmg/L。

2.3 不同植物凈化水體TN情況

由圖3可知，4種水生植物對TN均有較好的去除效果，TN濃度均明顯低于對照組（CK）。至試驗結束時，吊蘭處理T5中TN濃度降至1.13mg/L，為CK去除率的7.8倍，處理水接近符合《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）規定的Ⅲ類水;而CK中TN濃度一直高于Ⅴ類水限值（2.mmg/L）?？梢姡?個處理組對富營養化水體中TN的去除能力均顯著高于CK。從試驗來看，雖然CK中并未栽種任何水生植物，但水體中的微生物可利用充足的碳源通過反硝化作用實現NO₃^--N的去除，TN去除量基本為NO₃^--N的去除量。隨著時間的延長，植物處理組通過微生物對氮素的轉化以及植物的吸收作用，對TN的去除效果逐漸加強。

2.4 不同植物凈化水體TP情況

由圖4看出，4種植物對總磷都有一定的去除效果，最終4種植物和對照組中的總磷濃度從0.2mg幾左右分別下降到0.1mg/L、0.08mg/L、0.13mg/L、0.11mg/L。一般磷的去除主要靠植物吸收，土壤吸附和微生物固定，試驗所用浮床為塑料材質，吸附作用影響不大，植物對磷的去除效果好可能是植物對可溶性磷的吸收同化作用。試驗數據顯示，4種植物對總磷的凈化效果順序為：吊蘭、水生美人蕉、蘆薈、空心蓮子草。這也可能和不同植物的營養需求不同有關。

由圖4可知，相對于CK，各處理組中TP均顯著下降，特別是吊蘭處理組水質接近達到地表水質標準11類水標準（<0.1mg/L）。同時，各處理組中TP濃度在試驗初期（0～10d）下降較快，而在后期由于濃度較低，呈平緩下降趨勢。比較4個處理組和對照空白的最終去除率發現，經過90d的處理后，總磷濃度從0.2mg/L左右分別下降到0.1mg/L、0.08mg/L、0.13mg/L、0.11mg/L。對TP的去除能力大小排序為吊蘭水生美人蕉蘆薈空心蓮子草。試驗結果表明，除CK外，處理組對TP的去除為先急劇下降，后趨于平緩。一般情況下，水體中的磷可通過沉淀、固結等物理化學作用去除。因此，在未栽種任何水生植物的空白對照組中，對TP也具有一定的去除率。

2.5 不同植物凈化水體BOD₅情況

從圖5可知，前40d 4種植物對BOD₅的去除效果都較明顯，水中BOD_四的濃度從12.55mg/L左右下降到6.02mg/L、5.64mg/L、6.41mg/L、7.34mg/L。40d后趨于平穩，4種植物的去除效果均較好。植物對BOD₅的降解主要依靠植物根區，4種植物中吊蘭對水體BOD₅的去除效果最好，到了60.4%;而且吊蘭的根系葉片需要大量營養源，對有機源需求高。

3 結論

不同水生植物不同時期的生長速率及代謝功能不同，導致其對營養物質的吸收特性不同，并利用根際周圍微生物組成人工復合系統的群體效應，保持對水體營養元素及有機物有較好的凈化效果，充分發揮它們的生態功能。通過吊蘭、空心蓮子草、美人蕉、蘆薈4種植物對水體中氮、磷營養鹽的凈化效果和復氧能力，以及GB 3838-2002對丁N，NH₄⁺-N和TP規定的限值比較，吊蘭的凈化能力明顯優于其余處理組。利用放置不同植物的浮床對受試水體中污染物的去除率看，4種植物對氨氮、總磷、總氮、COD、BOD₅都具有一定的凈化能力，吊蘭的總體凈化能力最好，其對COD、氨氮、總氮、總磷，BOD₅的去除率分別為62.6%、55.4%、58.7%、59.6%、59%、64.2%。所以吊蘭可以作為處理污水的優勢種使用，其次是美人蕉。

從試驗結果來看，CK中TN的去除主要通過水體中反硝化菌對NH₄⁺-N的反硝化作用實現，TN去除量基本為NH₄⁺-N的去除量。隨著時間的延長，植物處理組通過微生物對氮素的轉化以及植物的吸收作用，對TN的去除效果逐漸加強。從植物凈化能力、生長特性、景觀效果和生態效應等方面綜合考慮，T5配置的吊蘭具有景觀效果好、對營養物質去除率較高且穩定的特點，是吉安及類似氣候帶地區居住小區營造生態水景的最佳水生植物配置。但本研究只是相對穩定環境中的短期試驗，在實際應用中還需對各種適合植物進行組合，對各種植物的配置數量和空間分布等進行深入研究。

（收稿：2019-11-14）

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