水庫消落帶水生植物對水體中氨態氮和硝態氮的降解效應

陳海生 李振宇

摘 要：選取4種長潭水庫消落帶上常見的濕地水生植物水芹、菖蒲、水蓼、莎草，研究其對水庫水體中氨態氮和硝態氮的降解能力。結果表明，4種水生植物對NH4-N和NO3-N都具有良好的降解效果，在實驗期間前15d，各處理水體中NH4-N和NO3-N濃度都顯著降低，但各植物對水體中NH4-N和NO3-N的降解率相差較大。其中，以水芹對水體中NH4-N和NO3-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草處理水體NH4-N和NO3-N的降解率最低。并且在實驗期間的后15d，各處理水體中NH4-N和NO3-N濃度與前15d相比下降幅度明顯遲緩。 結果可為浙江省水庫消落帶植物群落的構建和濕地生態系統的恢復以及水庫富營養化治理提供依據。

關鍵詞：水庫;消落帶;水生植物;NH4-N;NO3-N;降解

中圖分類號 S564.2 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2018）24-0102-2

水庫消落帶是指水庫中由于季節性水位漲落和人為調控水庫水位漲落，致使被水淹沒的土地周期性出露水面，是一種特殊的季節性水陸交替濕地生態系統。水庫消落帶作為水庫和地表水的分界面，其在控制水庫水質、減少水庫污染方面具有重要作用[1]。

水庫富營養化指的是水體中N、P等營養鹽含量過多而引起的水質污染現象[2]。隨著大量的不合理施用的化肥、農藥所造成農業面源污染的隨機排放，導致了湖泊、河流和水庫的富營養化。浙江省的水庫大多是飲用水水庫。在水庫的富營養化治理的各種措施中，利用消落帶中的水生植物吸收水體中氨態氮和硝態氮等營養物質、降解水庫中污染物指標是一種高效低成本的治理措施。本研究選取4種長潭水庫消落帶上常見的濕地水生植物，分別是水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus L.） 、水蓼（Polygonum hydropiper L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）。研究其對水體中氨態氮和硝態氮的降解能力，從中篩選出對水庫水體水質凈化效果好的植物，為水庫消落帶植物群落的構建和濕地生態系統的恢復提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物 選取在浙江省黃巖長潭水庫消落帶上自然生長的、生長良好且生長一致的4種濕地水生植物各100g，分別是水芹（Oenanthe javanica）、菖蒲（Acorus calamus L.） 、水蓼（Polygonum hydropiper L.）、莎草（Cyperus rotundus L.）。

1.2 實驗方法 實驗于2017年5月10日至6月10日在浙江省長潭水庫管理局塑料大棚內進行。水生植物種植在直徑40cm、高45cm的桶，容積都為56L。桶的底部放置厚度為10cm的礫石。實驗采用人工配置污水的方式，水體主要成分為（NH4）SO4、KNO3，和KH2PO4，其余營養成分根據Hoagland營養液進行配置。模擬污水中N、P元素初始濃度是根據對浙江省長潭水庫的實 際測定值來確定的。每桶種植一種植物，每處理設3個重復。實驗期間每天添加水庫里的水補充水面蒸發和植物蒸騰所損失的水分，以保持桶里的水位而不被降低。

1.3 測定指標 于5月25日和6月10日對每個桶內的水質進行一次取樣，測定其NH4-N、NO3-N、TN、TP值。水樣中NH4-N采用納氏試劑光度法（GB 7479-87），NO3-N采用酚二磺酸光度法（GB7480-87）[3]。

2 結果與分析

2.1 消落帶水生植物對水體中NH4-N的降解效應 如表1和表2所示，4種水生植物對NH4-N都具有良好的降解效果，在實驗期間前15d，各處理水體中NH4-N濃度都顯著降低。由實驗開始時的2.54～2.65mg·L-1降低到1.37～1.87mg·L-1，4種植物的降解率為28.03%～46.48%。但各植物對水體中NH4-N的降解率相差較大，以水芹對水體中NH4-N的降解率最大，水體中NH4-N濃度由實驗開始時的2.56（mg·L-1）降到15d后的1.37mg·L-1，降解率為46.48%。其次是菖蒲，水體中NH4-N濃度由實驗開始時的2.61mg·L-1下降到15d后的1.76mg·L-1，降解率為32.57%。以莎草處理水體NH4-N的降解率最低，由實驗開始時的2.54mg·L-1下降到15d后的1.83mg·L-1，降解率只有28.03%。

從表2可看出，在實驗期間的后15d，各處理水體中NH4-N濃度與前15d相比下降幅度明顯遲緩，4種植物的降解率為16.12%～22.41%，比前15d4種植物對NH4-N降解率的28.03%～46.48%明顯減少。這期間各植物對水體中NH4-N的降解率還是有區別的。同樣的，以水芹對水體中NH4-N的降解率最大，降解率為22.41%。其次是菖蒲，降解率為21.59%。以莎草處理水體NH4-N降解率最低，降解率只有16.12%。

2.2 消落帶水生植物對水體中NO3-N的降解效應 如表3和表4所示，4種水生植物對NO3-N都具有良好的降解效果，在實驗期間前15d，各處理水體中NO3-N濃度都顯著降低。由實驗開始時的1.98～2.12mg·L-1下降到1.21～1.41mg·L-1，4種植物的降解率為30.36～41.26%。

但各植物對水體中NO3-N的降解率相差較大。以水芹對水體中NO3-N的降解率最大，水體中NO3-N濃度由實驗開始時的2.06mg·L-1下降到15d后的1.21mg·L-1，降解率為41.26%。其次是菖蒲，水體中NO3-N濃度由實驗開始時的2.12mg·L-1降到15d后的1.37mg·L-1，降解率為35.61%。以莎草處理水體NO3-N降解率最低，由實驗開始時的2.03mg·L-1下降到15d后的1.41mg·L-1，降解率只有30.36%。

從表4還可看出，在實驗期間的后15d，各處理水體中NO3-N濃度與前15d相比下降幅度明顯遲緩，4種植物的降解率為20.19%～23.14%。比前15d4種植物對NO3-N降解率的30.36%～41.26%要明顯減少。但這期間各植物對水體中NO3-N的降解率還是有區別的。同樣的，以水芹對水體中NO3-N的降解率最大，降解率為23.14%。其次是菖蒲，降解率為22.12%。以莎草處理的水體NO3-N降解率最低，降解率只有20.19%。

3 討論

（1）在有水生植物存在的水庫消落帶濕地生態系統中，水生植物通過光合作用釋放氧氣，以及通過通氣組織將氧氣從空氣中輸送到植物的根系，這樣植物根際周圍會產生硝化細菌群落，水庫水體中的NH4+在植物根際發生硝化作用而產生NO3-。水生植物非根際區域由于處在淹水條件下氧氣含量較低。厭氧環境促使NO3-進行反硝化作用而產生氣態的N2和N2O散失到大氣中去。植物根系的這種分泌氧氣的特性還使水庫消落帶濕地生態系統中的底泥產生氧化層和還原層，從而使得硝化作用和反硝化作用交替進行而脫氧，從而使得水庫水體中的總氮得到降解[4]。

（2）利用水生植物進行水庫水體富營養化治理具有投資少、風險小、效率高等優勢。但很多水生植物到冬季就停止生長，容易產生二次污染。因此，今后在水生植物降污研究上，應注意篩選能安全越冬且能高效凈化水體的植物種類，以使水庫水體能周年得到凈化。

4 結論

（1）浙江省山區水庫消落帶濕地中常見的水生植物水芹、菖蒲、水蓼、莎草4種水生植物對NH4-N都具有良好的降解效果，但各植物對水體中NH4-N的降解率相差較大。其中，以水芹對水體中NH4-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草處理水體NH4-N降解率最低。并且在實驗期間的后15d，各處理水體中NH4-N濃度與前15d相比下降幅度明顯遲緩。

（2）4種水生植物對NO3-N都具有良好的降解效果，在實驗期間前15d，各處理水體中NO3-N濃度都顯著降低，但各植物對水體中NO3-N的降解率相差較大。其中，以水芹對水體中NO3-N的降解率最大，其次是菖蒲，以莎草處理水體NO3-N降解率最低。并且在實驗期間的后15d，各處理水體中NO3-N濃度與前15d相比下降幅度明顯遲緩。

（3）在浙江省山區水庫恢復和重建水芹、菖蒲等水生植物作為消落帶的建群種，是治理水庫富營養化、防止藍藻暴發的有效措施。

參考文獻

[1]陳翠翠，于洪賢，姚允龍，等.西泉眼水庫消落帶水生植物群落及分布特點[J].東北林業大學學報，2012，40（1）：110-113.

[2]鐘一銘，曹瑛杰.土地利用方式對浙江省長潭水庫富營養化程度的影響[J].江西農業學報，2010，22（5）：110-113.

[3]國家環境保護總局《水和廢水監測方法》編委會，水和廢水監測分析方法[M].4版.北京：中國環境科學出版社，2002：243-257.

[4]韓瀟源，宋志文，李培英.高效凈化氮磷污水的濕地水生植物篩選與組合[J].湖泊科學，2008，20（6）：741-747.

（責編：張宏民）