單一型植物生態浮島對鄉村河道水質的凈化效果研究

郭暉 杜航 廖生燁

(新鄉學院生命科學與基礎醫學學院，河南 新鄉 453003)

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.2 試驗設計

本試驗在生態水箱(45cm×45cm×35cm)放置浮島單元，浮島單元由抗風浪型塑料材質的生態浮板，種植籃、種植介質(環保海綿)、連接扣和水生植物等組成。先將花卉市場購買的供試植物根部清洗干凈后在自來水中預培養14d；14d后在生態箱裝50L水樣，將種植籃放入種植孔，每個種植孔栽入單種植物4株，使用種植介質將植物固定在種植籃中，每個處理設置3個重復，并設置對照處理，對照組不種植任何植物。試驗在新鄉學院校內實驗實訓中心一樓大廳進行，2021年7月12日開始，10月5日結束，自然蒸發水量用實驗室純凈水來補充。

1.3 測定指標與方法

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2013軟件和SPSS 13.0統計分析軟件進行統計分析和差異顯著性檢驗。并根據式(1)計算污染物去除率(RV)：

(1)

式中，RV為去除率；A0表示試驗用水初始濃度；Ai表示第i天濃度。

2 結果與分析

2.1 植物的生長情況

觀察發現，10種供試植物在試驗水體中長勢整體良好，生長健壯。從測量數據來看，在預培養期間長勢較為緩慢，放入水樣后在7月12日—9月6日期間植物生長速度明顯加快，但9月13日以后植物表現出生長減緩或停滯的趨勢。主要原因是與水樣中營養鹽成分含量和溫度有關，預培期間自來水中沒有營養鹽分，培養前期水樣營養鹽分含量較多，但隨著植物的增長對養分需求量的增加，并且9月中下旬氣溫降低等，導致植物生長減緩或停滯。總體而言，供試植物長勢都較好，其中鳳眼藍是漂浮植物，試驗過程中不記錄其高度。

2.2 不同植物浮島對污水中化學需氧量(COD)的去除效果

化學需氧量即COD，是用來衡量水中有機物質或水中還原性物質含量多少的一個指標[13]。COD增多會有生物死亡，影響到生態平衡系統，人類一旦長期飲用這樣的水源，會出現畸形、突變等嚴重后果[14]。9周后測得美人蕉、水芹、再力花、鳳眼藍、蘆葦、香蒲、慈姑、千屈菜、菖蒲、鳶尾等10種植物浮島所在水體COD濃度分別為93.05mg·L-1、99.66mg·L-1、100.64mg·L-1、90.12mg·L-1、92.56mg·L-1、91.84mg·L-1、94.52mg·L-1、96.51mg·L-1、91.12mg·L-1、93.95mg·L-1，各組COD濃度相對試驗初始值132.11mg·L-1都明顯降低，降低范圍在31.47～40.99mg·L-1，10種植物對COD的去除率分別為29.6%、24.6%、23.8%、31.8%、29.9%、30.5 %、28.5%、26.9%、31.0%、28.9%。其中，去除率最高的是鳳眼藍，其次是菖蒲和香蒲，10種植物對COD平均去除率為28.5%，而試驗對照組COD濃度為110.12mg·L-1，去除率僅為16.6%，明顯各種植物生態島對COD的去除率均高于對照組。由試驗數據可知，前3次(8月9日、8月16日、8月23日)取水樣計算數據顯示，10種植物對COD去除率都比較高，但是在第4次(8月30日)整體有所減緩，從9月6日到試驗結束去除率較快，整個過程中所有植物去除率變化趨勢基本保持穩定。方差分析，10種植物生態浮島對污水中COD去除效果與對照組之間差異不顯著(P>0.05)，但是每次水樣測試，植物生態島相對對照組而言去除率都要高，說明這10種植物對污水中COD去除效果都好。10種植物對污水中化學需氧量去除效果從強到弱依次鳳眼藍、菖蒲、香蒲、蘆葦、美人蕉、鳶尾、慈姑、千屈菜、水芹、再力花。

2.3 不同植物浮島對污水中總磷(TP)的去除效果

總磷即TP，指水樣經消解后，其所含的各種形態的磷轉變成正磷酸鹽后而測定的結果[15]。磷酸鹽增多會導致藻類植物快速生長，影響水對光的散射，使水中含氧量降低，容易導致水生生物死亡，還會導致水偏酸性，危害較大[16]。試驗水體TP初始濃度為0.35mg·L-1，9周后測得美人蕉、水芹、再力花、鳳眼藍、蘆葦、香蒲、慈姑、千屈菜、菖蒲、鳶尾等10種水生植物所在水體TP濃度分別為0.057mg·L-1、0.069mg·L-1、0.074mg·L-1、0.061mg·L-1、0.071mg·L-1、0.063mg·L-1、0.064mg·L-1、0.066mg·L-1、0.068mg·L-1、0.067mg·L-1，TP濃度均明顯減低，分別降低了0.293mg·L-1、0.281mg·L-1、0.276mg·L-1、0.289mg·L-1、0.279mg·L-1、0.287mg·L-1、0.286mg·L-1、0.284mg·L-1、0.282mg·L-1、0.283 mg·L-1，降低幅度范圍在0.276～0.293，對TP去除率分別為83.7%、80.3%、78.9%、82.6%、79.7%、82.0%、81.7%、81.1%、80.6%、80.9%，除再力花和蘆葦對TP去除率略低于80%，其他8種植物都在80%以上，其中，美人蕉去除率最高，其次是鳳眼藍和香蒲。各植物生態島對TP平均去除率為81.14%，明顯高于對照處理組(去除率40.12%)。由采樣數據分析顯示，10種植物生態島對TP的去除呈現先上升后減緩最后至平穩，即在前2次所有植物生態島去除效果變化呈上升趨勢，但從第3次開始逐步降低到第6次，而后開始趨于穩定，一直到試驗結束。而對照組前2次去除效果明顯，從第3次開始到試驗結束去除率變低并且變化趨勢基本一致。方差分析，10種植物生態島對污水中TP去除效果與對照組之間差異性極顯著(P<0.05)，去除效果明顯。去除效果表現為美人蕉>鳳眼藍>香蒲>慈姑>千屈菜>鳶尾>菖蒲>水芹>再力花>蘆葦。

2.4 不同植物浮島對污水中氨氮的去除效果

3 結論與討論