常見水生植物對水質的凈化效果

陳麗萍，金檢生，趙根，周利利，張飛雪，李艷冬，王豐穎

(1.湖州市農業科技發展中心 園藝研究所，浙江 湖州 313000；2.湖州市吳興區農業技術推廣服務中心，浙江 湖州 313000)

近年來，隨著工業污水和居民生活污水的大量排放，水體富營養化越來越嚴重，這對人們的生活環境產生了很大的負面影響，嚴重地影響了居民的身體健康和城鄉景觀，甚至已成為許多國家社會經濟發展的制約因素。水生植物是營造園林水景的重要材料，既有良好的觀賞性，又具有改善水質的生態效應[1-4]，水生植物的應用已成為治理小微水體的重要措施之一，是利用植物吸收、富集水中的營養物質及其他元素，使水體中的溶解氧增加，抑制有害藻類的繁殖等，最終起到凈化水質的效果，同時為城市居民提供了相對清潔、美觀的生態環境，具有成本低、效率高、可持續的優點[5-6]。本研究采取適合湖州種植的8種水生植物對富營養化水體中總磷和總氮進行凈化能力比較試驗，以期篩選出對富營養化水體凈化能力較強的水生植物品種。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用水生植物取自水生植物種植園，長勢一致且生長狀況良好。鵝卵石均在湖州市龍安花鳥市場購買。試驗植物有挺水植物鳶尾、美人蕉、海壽花、再力花、菖蒲和浮葉植物金錢草、狐尾草和睡蓮等。試驗將水生植物分株、洗凈，然后將其整體置于盛有清水的塑料桶中預培養備用。試驗基質材料選取鵝卵石，購回后洗凈，烘干備用。試驗培養容器為上口徑41 cm、下口徑24 cm、高29 cm的塑料桶，容積為20 L。

1.2 試驗水體

考慮雨水對試驗的影響，且試驗過程中保證自然光照，試驗場地選擇在透明塑料薄膜鋼結構棚內進行。先將選取的水生植物用自來水清洗后，預培養14 d，待其長出新根后，移入裝好曝氣的自來水塑料桶內靜態水培。試驗使用碳酸氫銨、磷酸二氫鉀模擬富營養水體水質，最初總氮(total nitrogen，TN)、總磷(total phosphorus，TP)濃度分別為33.50、4.18 mg·L-1。

1.3 處理設計

試驗于2020年5月20日至6月3日在湖州市農業科技發展中心試驗基地的通風大棚內進行，選取的植株大小一致，總生物量均為200 g，每個塑料桶內放入12.5 kg鵝卵石，注入10 L試驗水體并做好水位標記，8個處理，每處理設3個重復，設1個空白對照(不種植物)。試驗過程中，不定期補充自來水至標記水位高度，以補足水體蒸發、植物蒸騰和人為采樣消耗的水分。

1.4 水樣采集及方法

分別在7、14、21 d上午9：00取樣，測定各處理水樣中總氮、總磷濃度，計算總氮、總磷去除量，利用空白對照總氮、總磷的變化值對各處理組總氮、總磷的變化值進行校正，具體計算方法：總氮去除量=處理組總氮變化量-對照組總氮變化量，總磷去除量=處理組總磷變化量-對照組總磷變化量。

每次從容器中取樣時，先將植物取出，再將容器中的水混勻，之后在水面10 cm處采集1 L水樣。

1.5 檢測方法

水樣處理效果以水樣處理前后的TP、TN指標表征，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)、TP采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)。

2 結果與分析

2.1 水生植物對總磷的去除效果

2.1.1 不同處理水樣中總磷濃度趨勢

從圖1可知，8種水生植物對富營養水中總磷的去除隨著處理時間的延長都有一定的效果，在試驗開始的當天，所有水樣中的總磷濃度均為33.5 mg·L-1，在試驗7 d時總磷濃度均有大幅度下降，其中美人蕉處理總磷濃度下降最快，濃度降至5.51 mg·L-1，對總磷的去除率為83.55%；睡蓮處理總磷下降幅度最小，濃度降至16.13 mg·L-1，對總磷的去除率為51.85%。在試驗7～14 d時，8種水生植物中去除富營養水樣中總磷速度最快的為金錢草，總磷濃度由11.01 mg·L-1下降至0.34 mg·L-1，對總磷的去除率達到98.96%。在試驗14～21 d時，8種水生植物去除富營養水中總磷速度都較慢，都維持在較低濃度。總的來說，8種水生植物中去除富營養水樣中總磷最快的是美人蕉，其次為金錢草，再次為再力花，說明這3種水生植物適應能力最快。

圖1 不同水生植物處理的水樣中總磷的變化

2.1.2 水生植物對總磷的去除量

從8種水生植物對富營養化水中總磷的吸收量可知，本試驗條件和試驗周期下，金錢草吸收的總磷量最高，為33.37 mg·L-1，其次為美人蕉和再力花，去除量分別為33.19和29.71 mg·L-1；睡蓮吸收的總磷量最低，為20.41 mg·L-1。8種水生植物對總磷吸收能力由強至弱排列順序為金錢草>美人蕉>再力花>海壽花>菖蒲>鳶尾>魚尾草>睡蓮(圖2)。金錢草對總磷的去除能力最強，睡蓮最弱。

圖2 不同水生植物的總磷吸收量

2.2 水生植物對總氮的去除效果

2.2.1 水生植物對總氮的去除趨勢

從圖3可知，8種水生植物處理的富營養水中總氮含量隨著處理時間的延長都有下降的趨勢，在試驗開始的當天，所有水樣中的總氮濃度均為4.18 mg·L-1，在試驗7 d時，所有水樣中總氮濃度均有大幅度下降，其中美人蕉處理總氮濃度下降最快，濃度由4.18 mg·L-1下降至0.79 mg·L-1，對總氮的去除率為81.10%；睡蓮處理總氮濃度下降幅度最小，由4.18 mg·L-1下降至1.94 mg·L-1，對總氮的去除率為53.59%。在試驗7～21 d時，8種水生植物中海壽花去除富營養水樣中總氮含量最快，其他7個水生植物品種總氮維持在一定濃度。總體而言，8種水生植物中去除富營養水樣中總氮效果最快的是美人蕉，而后依次為再力花、鳶尾、金錢草、魚尾草、海壽花、菖蒲、睡蓮，睡蓮適應能力最差。

圖3 不同水生植物處理的水樣中總氮的變化

2.2.2 水生植物對總氮的去除量

從8種水生植物對富營養化水中總氮的吸收量(圖4)可知，8種植物水樣中總氮的去除量明顯高于空白樣，試驗表明，水生植物能有效地去除富營養化水體中的總氮。本試驗條件和試驗周期下，美人蕉吸收的總氮量最高，為3.67 mg·L-1；睡蓮吸收的總氮量最低，為2.79 mg·L-1。8種水生植物對總氮的吸收能力由強至弱依次為美人蕉>再力花>海壽花>金錢草>鳶尾>菖蒲>魚尾草>睡蓮。美人蕉對總氮的去除能力最強，睡蓮最弱。

圖4 不同水生植物的總氮吸收量

3 小結

本研究結果表明，8種水生植物對模擬富營養化水體中總磷和總氮均有一定的去除效果，起到減少富營養化水體總磷、總氮等營養物質的作用，發揮水質凈化效果。其中，在挺水植物中，美人蕉去除富營養化水體中總氮及總磷的能力最為突出，其次為再力花和海壽花，在浮葉植物中，金錢草去除富營養化水體中總氮及總磷的能力最為突出。從水生植物適應富營養化水體方面看，美人蕉的生長適應性最快，睡蓮的生長狀況較弱，適應期較長，而其他6種水生植物生長狀況較好。綜合分析，美人蕉、再力花、金錢草對富營養化水體的凈化效果較好。