水生植物對封閉式景觀水體凈化性能研究

沙風(fēng)路，齊 丹

(海南熱帶海洋學(xué)院生態(tài)環(huán)境學(xué)院，海南 三亞 572022)

0 引言

水體植物凈化修復(fù)也叫水質(zhì)生態(tài)凈化技術(shù)，是一種以植物群落構(gòu)建為核心的水污染治理策略，是一種集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益于一體的水體原位修復(fù)方法[1]。水體環(huán)境中，植物能夠增加污染物的溶解、凝聚和過濾作用，有效抑制藻類增長，吸收同化營養(yǎng)鹽和污染物，降低水污染程度，恢復(fù)原有生態(tài)功能[2]。同時(shí)植物發(fā)達(dá)的根系為微生物提供合適的生長環(huán)境，微生物通過硝化、反硝化、氨化等作用分解大分子污染物，降解水體中有機(jī)污染物和營養(yǎng)鹽[3-4]，通過吸附作用固定水體中的懸浮物質(zhì)，提高水體透明度。已有研究證明，以水生植物修復(fù)區(qū)域水環(huán)境的富營養(yǎng)化是一種簡單、高效、低耗、安全、持久的方法[5-7]。

基于封閉式景觀水體建設(shè)的發(fā)展趨勢，本研究選取適宜熱帶環(huán)境生長喜溫濕氣候的5種常見水生景觀植物，模擬封閉式景觀水體環(huán)境，以總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)需氧量(CODCr)含量為指標(biāo)，對比研究不同水生植物對不同污染程度的景觀水體凈化效果。從而篩選出能高效凈化封閉式景觀水體的植物，以期為建立環(huán)境友好型景觀水體模式以及保護(hù)流域水環(huán)境提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

購置5種水生植物：美人蕉(CannaindicaL.)、水蔥(ScirpusvalidusVahl)、香蒲(TyphaorientalisPresl)、中華天胡荽(Hydrocotylechinensis(Dunn)Craib)、綠蘿(Epipremnumaureum)，純水加營養(yǎng)液預(yù)培養(yǎng)，選取長勢良好、大小一致的植株用于實(shí)驗(yàn)研究，見表1。

表1 五種水生植物

1.2 供試水質(zhì)

供試水體分別取自海南省三亞市海南熱帶海洋學(xué)院學(xué)生宿舍生活污水、海南熱帶海洋學(xué)院景觀湖，三亞河白鷺公園景觀湖，模擬不同污染程度的封閉式景觀水體。水質(zhì)見表2。

1.3 測試指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)中水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)測定方法見表3。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)用水生植物培養(yǎng)容器為塑料箱，規(guī)格為43cm×35cm×30cm，處理水體體積約為36L。分別將預(yù)培養(yǎng)后的美人蕉、水蔥、香蒲、中華天胡荽、綠蘿植入等量的生活污水、學(xué)院景觀湖水、白鷺公園景觀湖水中，植物覆蓋率約為60%。植物在自然光照、避雨的條件下生長，試驗(yàn)期間發(fā)生的水分蒸發(fā)用等量純水補(bǔ)充。以TN、TP、CODCr為指標(biāo)，每周測定1次，運(yùn)行周期56d，對比研究不同水生植物對不同水質(zhì)水體的凈化效果。

表2 供試水質(zhì) (mg/L)

表3 各項(xiàng)指標(biāo)測定的方法

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同水生植物對生活污水凈化效果

由圖1可知，5種水生植物對生活污水中的總氮、總磷、化學(xué)需氧量都有一定的清除能力。中華天胡荽對TN去除效果最佳，其次為香蒲、美人蕉、水蔥、綠蘿，中華天胡荽處理的水體中TN含量由105mg/L降至72.6mg/L；水蔥對TP去除效果最佳，其次為中華天胡荽、美人蕉、香蒲、綠蘿，水蔥和中華天胡荽處理的水體中TP含量由0.66mg/L分別降低至0.06mg/L和0.11mg/L；中華天胡荽對COD去除效果最佳，含量由179mg/L降低至56.4mg/L。

圖1 水生植物對生活污水的凈化效果

圖2 水生植物對學(xué)院景觀湖水的凈化效果

圖3 水生植物對白鷺公園湖水的凈化效果

5種水生植物在前14d培植期內(nèi)，生活污水中總磷和COD含量下降迅速，隨后進(jìn)入平緩下降時(shí)期。總氮含量呈波動(dòng)緩慢下降趨勢。取自學(xué)生宿舍生活污水的供試水體TN和COD嚴(yán)重超標(biāo)、TP含量略低，通過水生植物凈化，TP指標(biāo)達(dá)標(biāo)。經(jīng)觀察，5種水生植物都有不同程度黃葉落葉現(xiàn)象。

2.2 不同水生植物對學(xué)院景觀湖湖水凈化效果

由圖2可知，5種水生植物對學(xué)院景觀湖水的總氮、總磷、化學(xué)需氧量都有較好的清除能力。其中水蔥對TN去除效果最佳，其次為中華天胡荽，水蔥處理的水體中TN含量由15.3mg/L緩慢降低至6.30mg/L，中華天胡荽處理的水體中TN含量由15.3mg/L降至7.33mg/L；中華天胡荽對TP去除效果最佳，其次為香蒲，中華天胡荽處理的水體中TP含量由1.37mg/L降至0.27mg/L；中華天胡荽對COD去除效果最佳，其次為綠蘿和香蒲，中華天胡荽處理的水體中COD含量由158mg/L降至27.2mg/L。

5種水生植物在前2～3周培植期內(nèi)，各指標(biāo)都出現(xiàn)迅速下降后又回升的現(xiàn)象，然后呈下降趨勢。取自校園景觀湖的供試水體TN、TP和COD均嚴(yán)重超標(biāo)，經(jīng)水生植物凈化處理后，TN含量雖未達(dá)標(biāo)，但大幅度降低；中華天胡荽和香蒲凈化處理后的景觀水體TP和COD指標(biāo)降低至地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)V類標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)觀察，部分水生植物有黃葉落葉現(xiàn)象。

2.3 不同水生植物對白鷺公園湖水凈化效果

由圖3可知，5種水生植物對公園景觀湖水的總氮、總磷、化學(xué)需氧量都有較好的清除能力。其中水蔥對TN去除效果最佳，其次為中華天胡荽，水蔥處理的水體中TN含量由11.4mg/L降至2.89mg/L，中華天胡荽處理的水體中TN含量降至3.19mg/L；水蔥對TP去除效果最佳，其次為中華天胡荽和香蒲，水蔥處理的水體中TP含量由0.87mg/L降至0.15mg/L；中華天胡荽對COD去除效果最佳，其次為綠蘿和香蒲，中華天胡荽處理的水體中COD含量由80.8mg/L降至5.8mg/L。

5種水生植物在前2～3周培植期內(nèi)，各指標(biāo)都出現(xiàn)迅速下降后又回升的現(xiàn)象，然后呈下降趨勢，且有大幅度降低。取自公園景觀湖的供試水體TN、TP和COD均超標(biāo)，經(jīng)水生植物凈化處理后，TN含量未達(dá)標(biāo)，TP和COD指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)。

3 結(jié)論

(1)美人蕉、水蔥、香蒲、中華天胡荽、綠蘿5種水生植物對封閉式景觀水體均有一定的凈化能力。不同水生植物的生長速率和代謝功能不同，導(dǎo)致其對營養(yǎng)鹽的吸收利用特征不同，因此對水體的凈化效果不同。

(2)在污染程度較高的生活污水中，對TN、TP、COD三個(gè)指標(biāo)去除效果最好的分別為中華天胡荽、水蔥、中華天胡荽，其中中華天胡荽對三個(gè)指標(biāo)均有較好的去除效果；在中等污染程度的學(xué)院景觀湖水中，對TN、TP、COD三個(gè)指標(biāo)去除效果最好的分別為水蔥、中華天胡荽、中華天胡荽，其中中華天胡荽對三個(gè)指標(biāo)均有較好的去除效果；在較低污染程度的公園景觀湖水中，對TN、TP、COD三個(gè)指標(biāo)去除效果最好的分別為水蔥、水蔥、中華天胡荽，其中中華天胡荽對三個(gè)指標(biāo)均有較好的去除效果。說明中華天胡荽在不同污染程度的水體中均具有較好的凈化效果。

(3)在TN污染程度較高的水體中，中華天胡荽的消除效果好；TN污染程度較低的水體中，水蔥對其的消除效果好。在TP污染程度較高的水體中，中華天胡荽對其消除效果好；TP污染程度較低的水體中，水蔥對其的消除效果好。在COD污染程度不同的水體，中華天胡荽對COD指標(biāo)均有較好的去除效果。