沉水植物對(duì)湖泊水體的凈化效果研究

馮 智，胡勝華，劉漢民，萬(wàn)貝海，吳中奎

（武漢航發(fā)瑞華生態(tài)科技有限公司，湖北 武漢 438400）

東湖是武漢市的重要水源地、水產(chǎn)養(yǎng)殖基地、知名生態(tài)旅游風(fēng)景區(qū)，是武漢城市名片的重要組成部分[1]。由于城市的發(fā)展建設(shè)、污水的排放等原因?qū)е滤|(zhì)惡化，水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，水體總磷指數(shù)超標(biāo)[2]。沉水植物是指植物體全部位于水層以下的根部固著與底泥的高等水生植物，是水生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者，能通過(guò)固定底泥、吸收有害物質(zhì)、吸附及過(guò)濾污染物等物理化學(xué)作用，降低水體懸浮物的濃度，提高水體透明度，在改善湖泊富營(yíng)養(yǎng)化及水生態(tài)環(huán)境中起著重要作用[3]。國(guó)內(nèi)目前關(guān)于沉水植物對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)的研究大多集中在水體水質(zhì)改善情況，對(duì)水體及底泥的修復(fù)研究較少[4]。本文在東湖子湖郭鄭鵝咀湖建立生態(tài)示范研究區(qū)，種植金魚(yú)藻、穗花狐尾藻、苦草、黑藻、馬來(lái)眼子菜、微齒眼子菜、菹草等沉水植物，研究沉水植物在研究區(qū)內(nèi)對(duì)水質(zhì)及底泥的改善情況，為改善東湖水質(zhì)和水生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)域

郭鄭湖是武漢東湖最大的子湖，水域面積12.8 km2。郭鄭湖鵝咀水生態(tài)示范研究區(qū)建設(shè)地點(diǎn)位于東湖子湖郭鄭湖，示范區(qū)常水位水深1.2～2.8 m，透明度0.4～0.8 m，大部分區(qū)域?yàn)?.5 m 左右。底質(zhì)大部分為硬質(zhì)砂石底質(zhì)和高污染浮軟底質(zhì)為主。

1.2 研究方法

此次研究運(yùn)用沉水植物種植、日常維護(hù)及跟蹤檢測(cè)的方式，對(duì)既定區(qū)域進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，共A、B、C、D 四個(gè)區(qū)塊將其中A/B、B/C 之間采用不透水圍隔，增強(qiáng)各分區(qū)獨(dú)立性，減少干擾，D 區(qū)域作為空白對(duì)照區(qū)域，采取透水圍網(wǎng)形式。具體劃分如圖1 所示。

圖1 研究區(qū)域劃分

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江中下游流域及相關(guān)資料的查閱，選取適宜水生態(tài)修復(fù)的沉水植物：金魚(yú)藻、穗花狐尾藻、苦草、黑藻、馬來(lái)眼子菜、微齒眼子菜、菹草等，具體種植面積及區(qū)域詳見(jiàn)表1。

表1 沉水植物種植情況

研究區(qū)的維護(hù)管理主要是打撈漂浮植物殘?bào)w；觀測(cè)透明度變化情況，觀察植物生長(zhǎng)情況。對(duì)處于生長(zhǎng)旺盛期的植物，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的植物生長(zhǎng)情況進(jìn)行一定程度的收割。此外對(duì)水質(zhì)狀況、底質(zhì)、沉水植物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 沉水植物改善水質(zhì)和底泥效果分析

2.1 溶解氧

水體中溶解氧含量是衡量水體自凈能力的一個(gè)重要指標(biāo)，適度提高水體中溶解氧的含量，有助于降低水體中的有機(jī)物和氮磷的含量。沉水植物可以通過(guò)光合作用放出氧氣，增加水中溶解氧含量，一定程度上增加水體的含氧量，對(duì)水質(zhì)的提升和改善有一定作用。根據(jù)水體溶解氧監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖2）可知，C、D 區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度基本可長(zhǎng)期穩(wěn)定在12 mg/L 左右，A 區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定在11.5 mg/L 左右；B 區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定在10～11 mg/L。各區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度遠(yuǎn)大于地表水溶解氧I 類指標(biāo)7.5 mg/L。

圖2 各區(qū)溶解氧變化趨勢(shì)

2.2 水質(zhì)狀況

沉水植物根系發(fā)達(dá)，與水體接觸面積大，能減緩水流流速促進(jìn)顆粒物的沉降，其形成密集的過(guò)濾層能吸附水里面的化學(xué)需氧量以及氨氮、總磷等污染物，達(dá)到水體凈化和水生態(tài)修復(fù)的目的。

對(duì)水質(zhì)狀況進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)分析，其結(jié)果如表2 所示。A 區(qū)各指標(biāo)檢測(cè)值與圍隔外檢測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致，部分指標(biāo)略好于圍隔外。表面植物生長(zhǎng)對(duì)水質(zhì)有改善作用，但圍隔不能完全隔離內(nèi)外水體，隨著水位的升降，圍隔內(nèi)外存在水體交換，同時(shí)種植面積較小，凈化能力在較高的水體交換頻次下，對(duì)水質(zhì)改善作用有限。B、C 區(qū)與A 區(qū)類似，各指標(biāo)檢測(cè)值與圍隔外檢測(cè)值變化趨勢(shì)基本一致，部分指標(biāo)略好于圍隔外。植物凈化能力在較高的水體交換頻次下，對(duì)水質(zhì)改善作用有限。D 區(qū)與外界連通，檢測(cè)結(jié)果顯示，除BOD5外，剩下各指標(biāo)檢測(cè)值與圍隔外檢測(cè)值基本一致。

表2 各分區(qū)歷次水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)平均值

整體而言，植物種植后，A、B、C 區(qū)的水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)步提升，要略好于D 區(qū)和圍隔外，說(shuō)明在圍隔區(qū)域內(nèi)有水體交換的條件下，仍可觀察到沉水植物對(duì)水體的改善作用。

2.3 底泥

A、B、C、D 四個(gè)區(qū)域各分區(qū)歷次底泥監(jiān)測(cè)指標(biāo)平均值見(jiàn)表3。A 區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)、全氮高于全湖平均值，總磷與全湖平均值相近。B 區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)、全氮、總磷均高于全湖平均值。C 區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)全氮高于全湖平均值，底泥總磷與全湖平均值相近。D 區(qū)底泥有機(jī)質(zhì)、全氮高于全湖平均值，總磷與全湖平均值近。

表3 各分區(qū)歷次底泥監(jiān)測(cè)指標(biāo)平均值

研究區(qū)范圍內(nèi)底泥各監(jiān)測(cè)指標(biāo)差異性較小，為同一類型底泥。對(duì)比東湖全湖底泥的平均值，研究區(qū)為高氮、高有機(jī)質(zhì)區(qū)域。另外，由于植物生長(zhǎng)周期較短，在兩次采樣的底底質(zhì)中，5 個(gè)點(diǎn)位TN、TP 的值均下降了20%以上，沉水植物生長(zhǎng)的N、P 均來(lái)自于湖體，一定程度上對(duì)底泥的改善作用也有影響。

3 結(jié)果與討論

沉水植物的生長(zhǎng)對(duì)水質(zhì)有一定的改善作用，種植了沉水植物的圍隔區(qū)內(nèi)的水體透明度明顯改善，并穩(wěn)步提高至120 cm 左右；各區(qū)內(nèi)溶解氧的質(zhì)量濃度在10～12 mg/L，遠(yuǎn)大于地表水溶解氧Ⅰ類指標(biāo)7.5 mg/L。葉綠素a、COD、BOD5、氨氮、總氮、總磷等監(jiān)測(cè)濃度指標(biāo)均低于圍隔，表明沉水植物對(duì)水質(zhì)有一定的凈化作用。研究區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)的5 個(gè)點(diǎn)位的TN、TP 的值均下降了20%以上，表面沉水植物在一定程度上對(duì)底泥污染改善有影響。

沉水植物對(duì)此次示范研究區(qū)的水質(zhì)和底泥的影響，在一定程度上改善了東湖水質(zhì)，也為其他湖泊水質(zhì)改善提供了參考，實(shí)際應(yīng)用效果較好。