硫酸鹽型水體中水生植物生長與凈水效率研究

柴炎

(山西省水產技術推廣服務中心，山西 太原 030002)

汾河流域太原清徐段為硫酸鹽型鹽堿水體，濕地資源退化，植物多樣性降低，實施汾河流域生態治理修復與保護工程迫在眉睫。本研究采用小水體試驗，種植水雍菜等8種植物，通過帶介質和不帶介質兩種種植方式，對比研究硫酸鹽型鹽堿水體環境下植物的生長情況及其凈水效率，為汾河流域鹽堿地區富營養化水體生態環境治理及周邊水產養殖水體治理提供理論和實踐依據。

一、材料與方法

1.水生植物的選擇

水生植物能直接吸收利用污水中的營養物質，但也會因水體理化指標超標，對其生長產生鹽脅迫，影響正常生長。根據水生植物凈化水體的相關研究，挑選具有耐污和耐鹽脅迫能力且有一定景觀效應和經濟效益的水生植物，包括水雍菜、美人蕉、矮化蘆葦、寬葉香蒲、黃菖蒲、水芹菜、生菜、韭菜。同種選用長勢相近的植株苗來試驗。植物苗除了水雍菜自己育苗外，其他均購置于山西青聯農業科技有限公司。

2.小水體試驗箱中植物的種植

2019年5月將每種植物以帶生長介質和不帶生長介質種植于條件相同的小水體試驗箱(試驗箱規格為長100厘米×寬60厘米×高80厘米)內，每組植物設3個重復。每種植物在種植前對植株上帶有的基質進行去除，洗凈根部，提前1周移入霍格蘭氏營養液進行預培養，以適應后期水培條件。

同種植株一部分種植在帶介質定植籃里(本研究介質為小礫石)，安置在小水體試驗箱的高密度泡沫板浮床上；一部分以根部裸露用定植棉固定在定植籃上種植在小水體試驗箱的高密度泡沫板浮床上。美人蕉、矮化蘆葦、生菜每個定植籃種植1棵，每個小水體試驗箱中共種植10棵；香蒲每個定植籃種植1棵，每個小水體試驗箱中共種植20棵；黃菖蒲每個定植籃種植1顆，每個小水體試驗箱里共種植30棵；水芹菜、水雍菜每個定植籃各種植2棵，每個小水體試驗箱里共種植60棵。同種帶介質的植物種植數量等于不帶生長介質的植物的種植數量。

帶介質和不帶介質的小水體試驗箱里的水均為汾河流域清徐段池塘養殖用水。

3.數據記錄與監測

(1)觀察記錄每種植株的生長情況。試驗期間，每隔5天記錄植株的生長情況，主要是存活數、植株高度，計算成活率和平均生長速率。

(2)測定水體指標。每次記錄完植物的生長情況時對試驗箱內水體進行水質檢測。采樣時，對各試驗箱上、中、下層水樣各取3份，不同采樣點混合均勻后測定水體指標總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)、亞硝酸鹽(NO2--N)、高錳酸鉀指數(CODMn)，取3次采樣的平均值。

4.數據處理與分析

應用SPSS16.0與Excel 2010進行統計分析。

(1)平均生長率。平均生長率＝(h2-h1)/t，式中h1、h2分別為第1次和第2次測量的植物高度，t為兩次測定間隔的時間。

(2)成活率。成活率＝試驗前后植物存活數的差值/試驗前的植物總數。

(3)凈化效率(污染物的去除率)。R＝(Ci-Ce)/Ci×100，式中Ci、Ce分別為某項指標前、后的質量濃度，單位為毫克/升。

二、結果與分析

1.植物生長狀況

小水體試驗中，每種植物以帶介質和不帶介質兩種方式進行種植試驗。40天的植物生長成活率表明，帶介質的小水體試驗箱中，植物都能正常生長，而不帶介質的試驗箱內只有生菜和韭菜成活率低，其他均相當。

根據整個周期內帶介質和不帶介質的平均生長率，發現帶介質的平均生長率都高于不帶介質的。兩種方式的小水體試驗箱內水雍菜、美人蕉、矮化蘆葦、寬葉香蒲、黃菖蒲、水芹菜6種植物能正常生長。從整個周期平均生長率可看出，帶介質的小水體試驗箱里，寬葉香蒲平均生長率最高，其他植物平均生長率由高到低依次是黃菖蒲、矮化蘆葦、美人蕉、水雍菜、水芹菜、生菜和韭菜。帶介質的生菜經過了1～2天的緩苗期有所生長，但是經過半個月后停止生長。韭菜一直沒長高(不見有長勢)。不帶介質的小水體試驗箱里平均生長率最高的是寬葉香蒲，剩下的由高到低依次是水雍菜、黃菖蒲、美人蕉、矮化蘆葦。生菜和韭菜在實驗過程中長勢差，最后干枯死亡，說明生菜和韭菜不適合該水體環境。實驗表明，水雍菜、美人蕉、矮化蘆葦、寬葉香蒲、黃菖蒲、水芹菜6種植物較適合該水體環境。

當帶介質的植物種植于小水體試驗箱里，前期長勢比較慢，因植物有一定的適應期；中期平均生長率較高，植物長勢快；后期由于小水體試驗箱是一個靜態的水體，生態環境有所改變，而且水體營養物質大部分被消耗，所以植物生長率開始下降。當帶介質的植物平均生長率開始下降時，不帶介質的植物平均生長率有所上升，可能是帶介質的植物在前期生長過程中對水體的養分有所吸收。此外，植物根系對水環境適應后能形成微生物保護屏障，加速了植物對養分的吸收，相應降低了脅迫帶來的影響，植物出現生長率提高的現象。

2.植物凈水效率分析

從種植前后水體中營養鹽的去除率看，6種植物對水體均起到了凈化效果。不帶介質的植物種植于小水體試驗箱，對污染物的去除率均不如帶介質者高，這與平均生長率的結果相符。

帶介質的植物小水體試驗箱內，水雍菜對總氮的去除率最高，為85.012%，其次是水芹菜79.991%，其他都相當。水雍菜、矮化蘆葦、美人蕉對氨氮的去除率較高，分別達到87.491%、84.534%、83.807%。6種植物對總磷、亞硝酸鹽、CODMn的去除率沒有總氮、氨氮的去除率高。矮化蘆葦、美人蕉、水芹菜對總磷的去除率較高，分別為59.152%、58.424%、57.409%；矮化蘆葦對亞硝酸鹽的去除率較高，為78.437%。6種植物對CODMn去除率相對較低，最高為寬葉香蒲，去除率為50.245%；其次為水雍菜，去除率為50.012%。

不帶介質的植物小水體試驗箱內，矮化蘆葦對總氮的去除率最高，為57.500%；其次是水芹菜(56.657%)、寬葉香蒲(50.254%)，其他都不到50%。對氨氮的去除率排在前3位的是水雍菜、矮化蘆葦、美人蕉。矮化蘆葦對亞硝酸鹽的去除率最高,為55.391%，其他植物均小于50%。6種植物對總磷、CODMn的去除率均小于50%。

三、討論

帶介質的植物成活率及平均生長率比不帶介質的植物高，而且帶介質的植物對水質的凈化效率也比不帶介質的高。將植物不帶介質種植于小水體試驗箱中，水質對植物的生長有一定的抑制作用，可能因為試驗箱水體對于植物的生長有一定的脅迫作用。池塘養殖用水采自汾河流域清徐段，為硫酸鹽型水體，硫酸鹽含量約700毫克/升，總含鹽量約2 000毫克/升，遠大于一般水體指標。而帶介質植物能更好地適應該環境，說明在植物生長過程中，介質對植物起到了一定的保護作用。小礫石是一種“生態礫石”，是人工濕地的一種天然填料，有一定的空隙率，放置在水中對水體一些成分有一定吸附作用和去除作用，所以該介質能緩解高鹽度對植物的脅迫作用，降低因鹽度過高而造成的植物滲透作用。該介質因有一定的孔隙率，在其表面附著微生物形成生物膜，可分解有機物、去除氨氮等。此外，在植物生長過程中，介質與植物根系相作用形成微生態小環境，有益微生物促進植物營養吸收與水質營養鹽轉化。所以帶介質的小水體試驗箱里的植物能更好地適應水體而生長。劉曉靜等(2021)在水生植物耐鹽性及其在濱海濕地生態修復應用中也表明水生植物是水生態系統的重要組成部分，其生存分布受到水體鹽堿度的限制。滲透調節是水生植物獲得耐鹽性的重要方式，介質對鹽脅迫有一定滲透調節作用，使得植物對水體有一定的耐鹽性。且隨著時間的延長，介質周圍形成微生態小環境，微生物同樣對污染物有一定的降解作用。尤其在去氮方面，雖然水生植物可直接吸收，但是硝化與反硝化作用依然為主要去除機制，其占比最高可達90%。

四、小結

本研究表明，帶介質的植物在硫酸鹽型鹽堿水環境下均能生長，但是不帶介質的植物在同樣的水環境下生長率低(長勢差)，有的植物甚至出現死亡，凈化效率也相對偏低。介質及其形成的微生態小環境對植物的鹽脅迫起到了一定的保護作用。在硫酸鹽型鹽堿水環境下的魚菜共生、生物浮島等生態修復中，水生植物的種植可以適當帶上介質。