人工濕地植物對(duì)觀賞水中氮磷去除的貢獻(xiàn)

劉建水

關(guān)鍵詞人工濕地;觀賞水;氮磷去除

當(dāng)前水資源短缺嚴(yán)重制約我國(guó)城鄉(xiāng)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，城鎮(zhèn)中的觀賞水由于空間密閉，不適合集中和大規(guī)模進(jìn)行污水處理，同時(shí)，污水處理廠的排放標(biāo)準(zhǔn)（GBl8918-2002）中規(guī)定的1級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)出水濃度也高于地面水的V類標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)達(dá)不到地面觀景水的相關(guān)要求。基于此，在以觀賞水為主的旅游或其他環(huán)境中，應(yīng)該采取分散、小規(guī)模和高效的污水處理方法。人工濕地在這方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠處理低濃度的污水，還能隱藏在綠化帶內(nèi)，協(xié)調(diào)城市環(huán)境。

1材料與方法

在常見人工濕地植物的基礎(chǔ)上，基于當(dāng)前人工濕地表面無積水的特征，適當(dāng)引入鄉(xiāng)土植物和一些園藝栽培植物，研究這些植物在人工濕地輕度富營(yíng)養(yǎng)化觀賞水中對(duì)氮磷的去除效果。

2019年4月-5月共收集本地野生植物和一些常見的園藝栽培植物19種，根據(jù)植物生長(zhǎng)習(xí)性栽培在人工濕地中，持續(xù)觀察植物的存活能力。2019年6月經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)后，從19種植物中選取15種作為研究的植物類型，選擇大小均勻的植株移栽到2m2的A池實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，實(shí)驗(yàn)區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用布水管的方式，整個(gè)實(shí)驗(yàn)池內(nèi)的水力負(fù)荷相差不多，保證植物具有相似的生長(zhǎng)環(huán)境。經(jīng)過100d的自然生長(zhǎng)后，對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)區(qū)中間0.5m2×0.5m2內(nèi)的植株數(shù)量和株高等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并隨機(jī)抽取3株。

為了更好地體現(xiàn)植物對(duì)氮磷的去除效果，將每株植物分為地上和地下部分，放置在90℃烘箱內(nèi)烘干稱重，計(jì)算單株和單位面積內(nèi)的生物量。采用硫酸-氧化水系統(tǒng)將植物樣品制備成溶液，總氮含量測(cè)試采用過硫酸鉀氧化吸光光度法，總磷測(cè)試采用釩鉬藍(lán)法。氮磷積累量（PA）的計(jì)算公式為：PA=PC×PB，其中，PC為植物氮磷濃度，PB為植物生物量。

2結(jié)果分析

2.1不同植物的活性

從2019年4月開始對(duì)人工濕地A池實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的19種植物生長(zhǎng)活性進(jìn)行研究，了解存活情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：八角金盤死亡，不能在人工濕地內(nèi)生長(zhǎng)：其余18種植物都存活;燈芯草、野燕麥生長(zhǎng)緩慢，對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的要求較高，因此，不適合做人工濕地的植物;鳶尾的生活活力一般，其他16種植物活力較高。該16種植物主要為：斑茅、黃菖蒲、菖蒲、美人蕉、紫露草、吉祥草、蘆竹、線穗苔草、花葉蘆竹、香蒲等。

2.2人工濕地中不同植物生物量和分配

16種植物生長(zhǎng)100 d后，總生物量在156～1320g/m2，最高的植物為黃菖蒲（1320 g/m2），最低的為香蒲（156g/m2），每種植物的種間差異明顯（P<0.05）。大部分植物的地下生物量占總生物量的30%～40%。

2.3人工濕地中不同植物的氮磷濃度

經(jīng)過一段時(shí)間的人工濕地培養(yǎng)后，對(duì)16種植物的地上部分N和P濃度進(jìn)行測(cè)定。其中，鴨跖草具有最高的地上N濃度，達(dá)到了36.45mg/g，美人蕉的地上N濃度最低，只有10.25mg/g，各種植物之間地上N濃度存在明顯的差異（P<0.05）;地上P濃度最高的同樣為鴨跖草，達(dá)到3.92mg/g，美人蕉最低，為0.51mg/g，差異同樣顯著。所有植物地下的N和P濃度范圍分別為（7.13～29.80mg/g）、（0.71～3.49mg/g），差異顯著（P<0.05）。大部分植物地上以及地下N和P濃度差異同樣明顯（P<0.05）。

2.4人工濕地中不同植物的氦磷積累量

通過對(duì)植物氮磷積累量進(jìn)行計(jì)算，得出：菖蒲和蘆竹具有最高的N和P積累量，分別為25.14g/m2、1.87g/m2，鳶尾的N積累量最低，只有1.87g/m2，吉祥草的P積累量最低，只有0.21 g/m2。16種植物的平均氮磷積累量分別為12.27 g/m2、1.01 g/m2。經(jīng)計(jì)算，地上部分的平均氮磷積累量為9.74 g/m2、0.76g/m2，分別占到81.7%、78.5%。

通過上述分析可以看出，16種植物對(duì)氮磷的積累主要是在上部，植物氮磷積累量分別與生物量、氮磷濃度呈顯著線性關(guān)系（P<0.05）;其中氮磷積累量與生物量關(guān)系系數(shù)為0.84、0.86，氮磷積累量與觀賞水中的氮磷濃度相關(guān)系數(shù)為0.57、0.42，從相關(guān)系數(shù)可以看出，植物氮磷積累量與生物量的相關(guān)性更強(qiáng)。

2.5人工濕地中植物氮磷積累量與系統(tǒng)總?cè)コ康年P(guān)系

在觀賞水的人工濕地A池中（100d），經(jīng)過測(cè)算，氮磷總負(fù)荷為29.36 kg、1.3kg。按照平均面積計(jì)算，單位氦磷負(fù)荷為55.38kg/m2、2.46 kg/m2，因此，16種植物的氮磷積累量占濕地氮磷負(fù)荷比重在3.6%～41.8%、7.9%～73.6%。在實(shí)驗(yàn)期間，人工濕地的氮磷總?cè)コ繛?8.36 kg、1.02 kg，人工濕地植物對(duì)觀賞水中氮磷的總?cè)コ蕿?3.2%、74.9%。

通過上述結(jié)果分析可以看出，植物平均的氮磷積累量對(duì)人工濕地氮磷去除的貢獻(xiàn)率在46.1%～51.3%，貢獻(xiàn)率主要集中在地上部分，達(dá)到了38.7%、40.9%。在16種植物中，有4種植物（菖蒲、黃菖蒲、紫露草、蘆竹）的氮磷積累量超過了平均植物的氮磷積累量：有2種植物（花葉蘆竹和芋）的貢獻(xiàn)率與平均貢獻(xiàn)率較為接近，剩下的其他植物貢獻(xiàn)率只有平均貢獻(xiàn)率的50%左右。

3討論

3.1人工濕地中不同植物對(duì)氮磷去除貢獻(xiàn)率不同

觀賞水中生長(zhǎng)的植物群落，它們植株內(nèi)的氮磷積累量從一個(gè)側(cè)面反映了植物對(duì)氮磷的吸收能力。研究的輕度富營(yíng)養(yǎng)觀賞水中，16種植物的氮磷濃度分別在10.51～32.48 mg/g、0.71～3.34 mg/g，有4種植物（菖蒲、吉祥草、蘆竹和黑麥草）的氮濃度超過了平均值，有4種植物的（蘆竹、吉祥草、菖蒲和紫露草）磷濃度超過了平均值。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在重度和中度富營(yíng)養(yǎng)化的水體中，當(dāng)植物氮濃度在13.5～37.6 mg/g、10.1～25.3 mg/g，磷濃度在1-7～5.8 mg/g、1.2～3.6 mg/g時(shí)，植物體內(nèi)的氮磷濃度會(huì)隨著水體中的氦磷濃度升高而升高。

3.2人工濕地植物的景觀功能群

人工濕地中的植物在去除氮磷的同時(shí)也要考慮景觀功能群，可以參照公共庭院綠化植物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇：包括植物的形態(tài)特征和人工濕地構(gòu)景種類的多種形式，蘆竹、斑茅以及花葉蘆竹等植株高大，在景觀營(yíng)造時(shí)可以作為大規(guī)模的造景種類;紫露草、黃菖蒲以及美人蕉等可以作為花草植物，美人蕉不僅具有一定的氮磷吸收能力，同時(shí)，造型較好，可以在人工濕地中進(jìn)行間隔布設(shè)，控制景觀的整體效果。

4結(jié)語(yǔ)

在將人工濕地植物用于觀賞水中氮磷去除時(shí)，要通過設(shè)計(jì)人工濕地實(shí)驗(yàn)區(qū)將不同種類的植物進(jìn)行搭配，觀察植物生長(zhǎng)習(xí)性和對(duì)氮磷去除的貢獻(xiàn)率，從而達(dá)到綜合去除觀賞水中氮磷的效果。