植物浮床凈化富營養化景觀水體的效果研究

摘要：以江蘇省句容市某人工景觀湖為對象，選用浮床栽培的香蒲、黃菖蒲、鳶尾、再力花和花葉蘆竹進行修復。試驗結果表明，水質有了明顯改善，透明度也有所增加。其中再力花的長勢最為明顯，各植物對受污染景觀水體溶解氧（DO）含量的提高都起到了積極的作用，對水體中化學需氧量（COD）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）有明顯的去除效果，并存在一定的差異。其中對TP凈化效果最好的是再力花，去除率最高達到了91.3%；對NH3-N凈化效果較好的是黃菖蒲和再力花，去除率分別達到了94.8%和92.2%；各植物對COD的凈化能力相對于對TP和NH3-N的凈化能力弱，對COD的凈化能力相對較強的是香蒲和花葉蘆竹，去除率分別為40.2%和38.4%。

關鍵詞：植物浮床；生態修復；景觀水體

中圖分類號：X524；X173 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）06-1346-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.017

Abstract： Cattail， Iris pseudacorus， Iris， Thalia dealbata and Arundo donax L. var. versicolor cultivated in floating bed were used to repair an artificial landscape lake in Jurong city， Jiangsu province. The results showed that the water quality was improved significantly and the transparency was increased. The growth of Thalia dealbata was significant. The plants played positive roles in increasing the content of dissolved oxygen （DO） in the polluted landscape water. There were obvious removal effects of chemical oxygen demand （COD）， total phosphorus （TP） and ammonia nitrogen （NH3-N） in the water to varying degrees. The Thalia dealbata had the best removal effect of TP， with the removal rate of 91.3%. The Iris pseudacorus and Thalia dealbata had the best removal effect of NH3-N， with the removal rate of 94.8% and 92.2%. Each kind of plant had less removal effect of COD than that of TP and NH3-N. The cattail and Arundo donax L. var. versicolor had relatively higher removal rates of COD， with the removal rates of 40.2% and 38.4%.

Key words： plant floating-bed； ecological restoration； landscape waterbody

近年來，隨著人們對居住環境的要求不斷提高，景觀水體的建造已成為城市建設和房地產開發中被關注的熱點。營造景觀的常見水體形式有天然湖泊、各大中城市公園內的人造湖泊、景觀河道、與房地產開發相配套的人造景觀湖、噴泉、疊流、瀑布等。景觀水體生態環境的改善對提升人居環境起著至關重要的作用。由于景觀水體自身的特點以及各種外因的干擾，其受污染狀況不容樂觀。據統計[1，2]，全國有93%的公園水體遭到不同程度的污染，水體發臭和富營養化現象嚴重，有的甚至已成為景觀死角，給游客帶來視覺上的污染，并對整個環境的生態平衡造成了一定影響。

根據對江蘇省句容市10處景觀水體包括8個住宅小區水景和2個城市公園人工景觀湖進行的調查發現，景觀水體設計者一般只考慮到景觀效果和文化表現，較少考慮水質保持的問題，致使多數景觀水體的水質狀況較差。在調查的10處景觀水體中，多數景觀水體為靜止或流動性差的緩流水體。由于水深較淺、自凈能力弱，水體內的物質很難輸出，水體中浮游藻類大量繁殖，必將導致水體富營養化，使水體喪失景觀功能，再加上生物多樣性差，加大了水體水質保持的難度。

景觀水體的修復技術可歸納為物理修復、化學修復、生物修復和生態修復4種方法，其中生態修復具有成本低、穩定性強、凈化效果好的特點，可以與綠化環境及景觀改善相結合，是體現人與自然和諧相處的可持續生態化的水質改善思路，也是一條創新的技術路線，因此被廣泛應用于水環境修復改善工程中[3-7]。富營養化景觀水體的生態修復有多種措施，但其中利用水生植物來凈化水體的方法近年來得到了廣泛關注。植物浮床技術作為生態水處理方法和營造水體景觀的方法，目前在西方發達國家已迅速發展起來，而國內還處于初期階段。為了了解景觀水體的水質演變規律，并對景觀水體生態修復提供基礎數據和參考，于2013年4-5月將所調查的10處景觀水體中具有代表性的某人工景觀湖作為研究對象，利用植物浮床技術進行了為期32 d的不同水生植物凈化效果的試驗研究。

1 材料與方法

1.1 浮床物種的選擇

植物浮床物種的選擇及種植密度對凈化效果有很重要的影響。浮床物種的選擇應綜合考慮以下幾方面[8，9]：①選擇適宜水質條件生長的本地多年生水生植物；②具有較強的耐污、治污和凈化潛能；③根系發達、生物量大、繁殖能力強；④具有景觀觀賞價值。有關研究和應用[10]表明，針對城市景觀水體功能的特點，可選擇的物種有限，多采用美人蕉等來修復。根據上述選取原則，本試驗選取了江蘇本地多年生的花葉蘆竹、香蒲、鳶尾、再力花和黃菖蒲等五種具有一定凈化能力和觀賞價值，且可以適應水生栽培的植物作為試驗材料，以期為區域城市景觀污染水體生態修復提供良好的物種選擇。

1.2 試驗材料

試驗所用花葉蘆竹、香蒲、鳶尾、再力花和黃菖蒲等五種植物均為購自花卉市場的土培苗，去土洗凈后將各植物的葉片剪成高為30～40 cm，帶入實驗室水培10 d后選擇生長情況良好、長勢較為均勻的健壯植株進行試驗。

1.3 試驗方法

為保持自然光照模擬景觀水體的自然條件，采用室外模擬的方式進行。試驗容器選用長40 cm，寬40 cm，高35 cm的塑料水箱，加入水樣至水深25 cm處，采用聚苯乙烯泡沫板作為浮床載體，在泡沫板上等間距開孔，隔孔定植植物。共設置6個試驗組，第一組為空白對照組，只有浮床而無植物的水箱；第二至六組浮床上分別定植花葉蘆竹、香蒲、鳶尾、再力花和黃菖蒲。于2013年4-5月進行為期32 d的試驗，試驗期間水溫18～32 ℃，平均水溫為25 ℃，水溫適合植物和藻類生長。試驗過程中由于植物的蒸騰作用、光合作用、水分蒸發以及取樣監測會減少試驗箱中的水量，定期補充原水以消除水分蒸發損失對試驗效果的影響[11-13]。

1.4 監測項目及方法

試驗原水取自句容市某人工景觀湖，取樣點根據景觀湖的具體情況選擇湖的西、中、東3個點，并取其混合水樣值，水樣初始水質見表1所示。由表1可知原水總磷（TP）和氨氮（NH3-N）濃度較高，有較嚴重的富營養化趨勢。各試驗箱的浮床上定植植物后，每隔3～4 d在水面以下10 cm處取樣分析水體中的溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、總磷（TP）和氨氮（NH3-N）含量，每次做2組平行實驗，取其平均值。

各項指標的分析方法參照《水和廢水監測分析方法》（第四版）[14]。溶解氧（DO）采用碘量法，化學耗氧量（COD）采用重鉻酸鉀法，總磷（TP）采用鉬酸銨分光光度法，氨氮（NH3-N）采用納氏試劑分光光度法。

2 結果與分析

2.1 浮床植物對水體中DO的改善情況

溶解氧（DO）是水體評價的一個重要指標，無污染的天然水體中的DO含量一般接近飽和，水體受污染后會導致DO含量降低。DO的高低會直接影響水生生物的生長和水體中氮、磷、化學需氧量等水質指標的高低，并將最終影響到水體的自凈能力[15]。五種浮床植物組及空白對照組水體中DO含量的變化情況如圖1所示。

由圖1可知，空白對照組DO含量從監測初期的7.3 mg/L開始一直緩慢下降，沒有出現波動，這或許是由于溫度慢慢升高，水中的含氧量也在慢慢減少，在25 d后溶解氧接近3.0 mg/L，已接近地表水環境質量標準（GB3838-2002）Ⅳ類水質標準，水質逐漸惡化。整個試驗期間五種浮床植物組由于植物的光合作用以及呼吸作用，根系周圍呈現好氧狀態[11]，使水體DO值均比無植物的對照組要高，且情況較為穩定，對提高水體含氧量起到了積極的作用，但由于水體中溶解氧的來源比較多，故在此不對影響因素進行詳細的比較。

2.2 五種浮床植物修復效果的比較

各浮床植物對TP、NH3-N和COD的去除率分別見圖2、圖3、圖4。

氮、磷是植物生長必需的大量元素，也是引起水體富營養化的主要因素。由圖2、圖3可知，五種浮床植物在試驗培養期間內對水體的氮、磷均有很好的去除作用。整體來看，不同的植株對水體NH3-N和TP的影響趨勢是相似的，但去除能力表現出一定的差異。根據圖2，在0～13 d，TP的去除率大小依次為再力花>鳶尾>香蒲>黃菖蒲>花葉蘆竹；13 d后各試驗組對TP的去除率均達到了很高的水平，都在50%以上，水中TP濃度均達到了地表水環境質量標準Ⅲ類以上水質標準；后期黃菖蒲的去除率出現了小幅的下降，花葉蘆竹的去除率出現了小幅的上升。其中對TP修復效果最好的植物是再力花，在整個試驗過程中再力花均保持良好的長勢和較高且穩定的去除率，最高達到了91.3%。

水中的NH3-N濃度除了受外來污染物的影響，還與水體的pH和水中微生物的影響有關。根據圖3，5種浮床植物在試驗培養期間內，對水體的NH3-N均有很好的去除效果，其中黃菖蒲和再力花的去除效果相對較好，去除率分別達到了94.8%和92.2%。

化學需氧量（COD）是反映水體有機污染的一項重要指標。試驗期間空白對照組COD值是緩慢升高的，各浮床植物對COD的凈化能力相對于TP和NH3-N弱，是由于各植物對COD的降解主要依靠植物根區微生物的活動來完成，降解過程受水體溫度、DO、水體微生物的種類及數量等多種因素的影響[11]。由圖4可知，在試驗的開始階段各浮島植物對COD的去除率增幅較緩，約在7 d后對水體中COD的去除效果增強，對COD去除率大小依次排序為： 香蒲>花葉蘆竹>黃菖蒲>鳶尾>再力花。其中對COD的凈化能力相對較強的是香蒲和花葉蘆竹，去除率分別為40.2%和38.4%。

3 小結與討論

通過對江蘇省句容市有景觀水體的住宅小區和城市公園人工景觀湖的實地調查，并以某人工景觀湖為對象，對其水質狀況進行監測，結果表明溶解氧（DO）含量隨時間呈現緩慢下降趨勢，總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）等指標隨時間呈現明顯的上升趨勢。而經浮床栽培的香蒲、黃菖蒲、鳶尾、再力花和花葉蘆竹進行修復后，水質有了明顯改善。其中再力花的長勢最為明顯，其根系的生長程度極為發達，其所在的試驗箱內的水也最為透明。各植物對受污染景觀水體DO含量的提高都起到了積極作用，對水體中的TP、NH3-N和COD均有明顯的去除效果，并存在一定的差異，其中對TP凈化效果最好的是再力花，對NH3-N凈化效果較好的是黃菖蒲和再力花，各植物對COD的凈化能力相對于對TP和NH3-N的凈化能力弱，對COD的凈化能力相對較強的是香蒲和花葉蘆竹。各植物都具有一定的景觀價值，在工程實踐中可根據景觀水體的實際污染情況，選擇不同類型的浮床植物進行修復。

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