用于人工景觀水體污染治理的凈水植物篩選

王 浩，李 菁，郭成圓，李苗清，張逸博，薛 楊

(西安文理學院 生物與環境工程學院，陜西 西安 710000)

人工景觀水體是城市景觀生態不可缺少的組成部分，良好的水環境可為我們提供優美的生活環境，還可增加局部區域的水汽循環，起到調節城市小氣候的作用。然而隨著社會經濟的發展和人口的激增，大量外源氮素進入景觀水體中造成了嚴重的水體富營養化，控制和治理水體污染已經迫在眉睫。由于人工景觀水體水域面積一般較小，具有較強的區域封閉性，水體本身自凈能力薄弱，極易形成富營養化，水體透明度變差、顏色變暗并產生異味，嚴重影響了水體的景觀效果，甚至喪失了景觀水體的功能。目前國內對人工景觀水體的治理主要采用引水換水、循環過濾、生態凈水等方法。其中植物凈水是模擬自然水體自凈功能的一種處理方法，該方法所需的技術支持少、易維持，且水生植物發達的根系為微生物提供了良好的生存環境，改變了基質的通透性，增加了對污染物質的吸收和沉淀[1～2]。植物修復技術因具有這些明顯優勢而成為污染水體修復的研究熱點[3～4]。

水生植物在生長過程中，具有過量吸收氮、磷營養元素的能力。研究表明，水生植物體內的氮磷含量都達到甚至超過其生長所需的最低值，氮、磷在水生植物體內的存儲比在藻類體內更加穩定，收割水生植物時，被其吸收的氮、磷等營養物質也隨之離開了水體，進而達到凈化水體的效果，保持水體的生態平衡和觀賞價值[5]。然而當前人工景觀水體中應用的凈水植物種類較少，且許多植物的凈水效果尚無科學評價。不同水生植物對不同污染物的作用效果不同[6]，因此對不同程度富營養化水體的修復能力也存在差異。筆者實驗將栽種植物后水質指標及植物生理指標的周期性監測結果進行綜合分析，篩選出適合本地區人工景觀水體栽培的凈化效果好、觀賞價值高的凈水植物，為人工景觀水體的治理提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試植物為白掌(天南星科)SpathiphyllumkochiiEngl.& K.Krause、吊蘭(天門冬科)Chlorophytumcomosum(Thunb.) Baker、銅錢草(傘形科)Hydrocotylechinensis(Dunn) Craib和鴨掌木(五加科)Scheffleraoctophylla(Lour.) Harms四種植物，均采購于西安市朱雀花卉市場。

供試水體：校園人工湖水。每個水樣均用五點法采集，采集體積不少于73L。經過對供試水樣多項指。

標的測定，確定其屬于劣Ⅳ類水。

采用62 cm×42 cm×36 cm塑料水箱、PVC管及固植籃構建“植物—水體”凈化系統。實驗水位控制在30±2 cm范圍內，以滿足本實驗用水量和植物生長的需要。

圖1 水體—植物水培系統

圖2 供試植物

1.2 實驗方法

1.3 數據處理

采用Excel2010 和SPSS 17.0軟件進行數據分析，用修復極差法(Duncan)進行平均數差異顯著性檢驗，取 P =0. 05。水樣污染物去除率 = (水樣污染物初始值-水樣污染物終值)/水樣污染物初始值×100%。

2 結果與分析

2.1 水質指標

(1)水中總氮總磷的變化。水體的富營養化程度與氮磷含量關系密切[7]。當水體中總磷濃度超過0.1 mg·L-1(磷是限制因素)或總氮超過0.3 mg·L-1(氮是限制因素)時，則認為水體處于富營養狀態。水生植物能夠吸收大量營養元素，去除水體中多余的氮和磷，因此可用于富營養化水體的修復[8～10]。由實驗結果可以看出(圖3)，四種植物對水中總氮的去除效果在0～10 d不顯著，10～40 d下降趨勢最明顯，40～70 d下降趨勢明顯緩慢。最終，TN去除率表現為鴨掌木(79.34%)>白掌(76.61%)>吊蘭(74.00%)>銅錢草(71.65%)，但四種植物對水中TN的去除效果差異不顯著。

銅錢草和鴨掌木處理的水體中TP的含量0～10 d有所上升，隨后持續下降。鴨掌木處理水中TP下降較緩，其他三種植物處理水中TP在0～50 d下降較快，之后趨于平緩或略有回升。(圖4)最終，TP去除率表現為白掌(87.29%)>吊蘭(84.23%)>銅錢草(81.66%)>鴨掌木(64.81%)，從對水中TP的去除效果來看，白掌、吊蘭和銅錢草這三中植物之間差異不顯著，而白掌和鴨掌木之間存在顯著差異。

(3)水質指標濁度、色度的變化。四種植物對水體濁度的去除大致分為三個階段，0～30 d下降較快，30～50 d處于平緩趨勢，50～70 d下降趨緩或有所回升。(圖6)四種植物對水質濁度的去除效果表現為：鴨掌木(90.75%)>吊蘭(88.44%)>銅錢草(83.39%)>白掌(79.86%)；四種植物對水質色度的去除效果表現為：鴨掌木(94.09%)>銅錢草(93.06%)>吊蘭(92.14%)>白掌(89.94%)。(圖7)從總體來看，四種植物對水質濁度、色度的去除效果均無顯著差異。

圖3 四種植物對水中總氮去除效果

圖4 四種植物對水中總磷去除效果

圖5 四種植物對水中氨氮去除效果

2.2 植物生理指標

生物監測旨在根據生物所處環境污染時發生的變化來確定環境污染的嚴重程度，生物監測具有獨特的優勢，在水環境污染檢測中發揮著重要的作用[12]。在利用水生植物治理人工景觀水體時，要特別注意植物的生長情況，以保證植物對水體凈化作用的持續性。

圖6 四種植物對水中濁度去除效果

圖7 四種植物對水中色度去除效果

2.2.1 葉綠素相對含量和葉片含氮量的變化 吊蘭的葉綠素含量(圖8)在0～50 d期間連續上升，50～70 d處于下降趨勢，白掌、銅錢草和鴨掌木的葉綠素含量在0～60 d連續上升，60～70 d處于下降趨勢。四種植物葉綠素增長率表現：鴨掌木(71.94%)>銅錢草(57.58%)>白掌(35.87%)>吊蘭(24.79%)，其中，鴨掌木與銅錢草的葉綠素增長率無顯著差異，而鴨掌木與白掌、吊蘭兩種植物之間均存在顯著差異；四種植物的葉片含氮量均呈持續上升趨勢(圖9)，葉片含氮量增長率總體表現為：銅錢草(83.59%)>鴨掌木(81.25%)>吊蘭(65.44%)>白掌(56.06%)，四種植物之間差異不顯著。

圖8 四種植物葉綠素相對含量變化趨勢

圖9 四種植物葉片含氮量變化趨勢

2.2.2 植物生物量的變化 濕地植物對氮、磷的吸收量與其自身生物量有關，生物量可作為選擇人工濕地植物的指標[13～14]，因此在同等條件下，植物生物量的增長也可從側面反映出植物對水中氮、磷的去除效果。四種植物生物量總體表現為持續上升趨勢(圖10)，生物量增長率表現為：鴨掌木(105.93%)>白掌(80.95%)>銅錢草(59.98%)>吊蘭(54.51%)，其中鴨掌木與白掌生物量增長率無顯著差異，而鴨掌木與銅錢草、吊蘭之間有顯著差異。

圖10 四種植物生物量變化趨勢

表1 四種植物對5個水質因子的去除率

表2 供試植物生理指標增長率

3 結論

通過對四種供試植物去除水體富營養化能力的綜合比較，四種供試植物的凈化水體能力依次為：吊蘭>銅錢草>白掌>鴨掌木。從四種植物的生長狀況來看，在實驗周期內，均能夠較好的適應水生環境，其中鴨掌木和白掌的長勢更好?？傮w來看，筆者研究中的四種供試植物對富營養化水體均具有較好的凈化能力和適應能力，均可作為本地區景觀水體污染修復的備選凈水植物。

4 展望

綜上所述,利用水生植物對不同季節不同污染程度水體的凈化修復的研究已有很大的成果，已經被證實是一項非常有應用前景的水污染處理技術，并且在污水處理中得到了廣泛的應用，取得了較好的效果。目前很多植物還有待進一步研究確定。特別是選擇當地抗污力強、凈化效果好、經濟效益高且便于收割的植物應是優先考慮的一項研究內容。

總之，運用水生植物修復污染水體為我國日益惡化的水環境提供了一個行之有效的解決途徑，具有良好的研究和應用前景。