常見水生植物對水質(zhì)的凈化效果

陳麗萍，金檢生，趙根，周利利，張飛雪，李艷冬，王豐穎

(1.湖州市農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中心 園藝研究所，浙江 湖州 313000；2.湖州市吳興區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，浙江 湖州 313000)

近年來，隨著工業(yè)污水和居民生活污水的大量排放，水體富營養(yǎng)化越來越嚴(yán)重，這對人們的生活環(huán)境產(chǎn)生了很大的負面影響，嚴(yán)重地影響了居民的身體健康和城鄉(xiāng)景觀，甚至已成為許多國家社會經(jīng)濟發(fā)展的制約因素。水生植物是營造園林水景的重要材料，既有良好的觀賞性，又具有改善水質(zhì)的生態(tài)效應(yīng)[1-4]，水生植物的應(yīng)用已成為治理小微水體的重要措施之一，是利用植物吸收、富集水中的營養(yǎng)物質(zhì)及其他元素，使水體中的溶解氧增加，抑制有害藻類的繁殖等，最終起到凈化水質(zhì)的效果，同時為城市居民提供了相對清潔、美觀的生態(tài)環(huán)境，具有成本低、效率高、可持續(xù)的優(yōu)點[5-6]。本研究采取適合湖州種植的8種水生植物對富營養(yǎng)化水體中總磷和總氮進行凈化能力比較試驗，以期篩選出對富營養(yǎng)化水體凈化能力較強的水生植物品種。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用水生植物取自水生植物種植園，長勢一致且生長狀況良好。鵝卵石均在湖州市龍安花鳥市場購買。試驗植物有挺水植物鳶尾、美人蕉、海壽花、再力花、菖蒲和浮葉植物金錢草、狐尾草和睡蓮等。試驗將水生植物分株、洗凈，然后將其整體置于盛有清水的塑料桶中預(yù)培養(yǎng)備用。試驗基質(zhì)材料選取鵝卵石，購回后洗凈，烘干備用。試驗培養(yǎng)容器為上口徑41 cm、下口徑24 cm、高29 cm的塑料桶，容積為20 L。

1.2 試驗水體

考慮雨水對試驗的影響，且試驗過程中保證自然光照，試驗場地選擇在透明塑料薄膜鋼結(jié)構(gòu)棚內(nèi)進行。先將選取的水生植物用自來水清洗后，預(yù)培養(yǎng)14 d，待其長出新根后，移入裝好曝氣的自來水塑料桶內(nèi)靜態(tài)水培。試驗使用碳酸氫銨、磷酸二氫鉀模擬富營養(yǎng)水體水質(zhì)，最初總氮(total nitrogen，TN)、總磷(total phosphorus，TP)濃度分別為33.50、4.18 mg·L-1。

1.3 處理設(shè)計

試驗于2020年5月20日至6月3日在湖州市農(nóng)業(yè)科技發(fā)展中心試驗基地的通風(fēng)大棚內(nèi)進行，選取的植株大小一致，總生物量均為200 g，每個塑料桶內(nèi)放入12.5 kg鵝卵石，注入10 L試驗水體并做好水位標(biāo)記，8個處理，每處理設(shè)3個重復(fù)，設(shè)1個空白對照(不種植物)。試驗過程中，不定期補充自來水至標(biāo)記水位高度，以補足水體蒸發(fā)、植物蒸騰和人為采樣消耗的水分。

1.4 水樣采集及方法

分別在7、14、21 d上午9：00取樣，測定各處理水樣中總氮、總磷濃度，計算總氮、總磷去除量，利用空白對照總氮、總磷的變化值對各處理組總氮、總磷的變化值進行校正，具體計算方法：總氮去除量=處理組總氮變化量-對照組總氮變化量，總磷去除量=處理組總磷變化量-對照組總磷變化量。

每次從容器中取樣時，先將植物取出，再將容器中的水混勻，之后在水面10 cm處采集1 L水樣。

1.5 檢測方法

水樣處理效果以水樣處理前后的TP、TN指標(biāo)表征，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)、TP采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—1989)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植物對總磷的去除效果

2.1.1 不同處理水樣中總磷濃度趨勢

從圖1可知，8種水生植物對富營養(yǎng)水中總磷的去除隨著處理時間的延長都有一定的效果，在試驗開始的當(dāng)天，所有水樣中的總磷濃度均為33.5 mg·L-1，在試驗7 d時總磷濃度均有大幅度下降，其中美人蕉處理總磷濃度下降最快，濃度降至5.51 mg·L-1，對總磷的去除率為83.55%；睡蓮處理總磷下降幅度最小，濃度降至16.13 mg·L-1，對總磷的去除率為51.85%。在試驗7～14 d時，8種水生植物中去除富營養(yǎng)水樣中總磷速度最快的為金錢草，總磷濃度由11.01 mg·L-1下降至0.34 mg·L-1，對總磷的去除率達到98.96%。在試驗14～21 d時，8種水生植物去除富營養(yǎng)水中總磷速度都較慢，都維持在較低濃度。總的來說，8種水生植物中去除富營養(yǎng)水樣中總磷最快的是美人蕉，其次為金錢草，再次為再力花，說明這3種水生植物適應(yīng)能力最快。

圖1 不同水生植物處理的水樣中總磷的變化

2.1.2 水生植物對總磷的去除量

從8種水生植物對富營養(yǎng)化水中總磷的吸收量可知，本試驗條件和試驗周期下，金錢草吸收的總磷量最高，為33.37 mg·L-1，其次為美人蕉和再力花，去除量分別為33.19和29.71 mg·L-1；睡蓮吸收的總磷量最低，為20.41 mg·L-1。8種水生植物對總磷吸收能力由強至弱排列順序為金錢草>美人蕉>再力花>海壽花>菖蒲>鳶尾>魚尾草>睡蓮(圖2)。金錢草對總磷的去除能力最強，睡蓮最弱。

圖2 不同水生植物的總磷吸收量

2.2 水生植物對總氮的去除效果

2.2.1 水生植物對總氮的去除趨勢

從圖3可知，8種水生植物處理的富營養(yǎng)水中總氮含量隨著處理時間的延長都有下降的趨勢，在試驗開始的當(dāng)天，所有水樣中的總氮濃度均為4.18 mg·L-1，在試驗7 d時，所有水樣中總氮濃度均有大幅度下降，其中美人蕉處理總氮濃度下降最快，濃度由4.18 mg·L-1下降至0.79 mg·L-1，對總氮的去除率為81.10%；睡蓮處理總氮濃度下降幅度最小，由4.18 mg·L-1下降至1.94 mg·L-1，對總氮的去除率為53.59%。在試驗7～21 d時，8種水生植物中海壽花去除富營養(yǎng)水樣中總氮含量最快，其他7個水生植物品種總氮維持在一定濃度。總體而言，8種水生植物中去除富營養(yǎng)水樣中總氮效果最快的是美人蕉，而后依次為再力花、鳶尾、金錢草、魚尾草、海壽花、菖蒲、睡蓮，睡蓮適應(yīng)能力最差。

圖3 不同水生植物處理的水樣中總氮的變化

2.2.2 水生植物對總氮的去除量

從8種水生植物對富營養(yǎng)化水中總氮的吸收量(圖4)可知，8種植物水樣中總氮的去除量明顯高于空白樣，試驗表明，水生植物能有效地去除富營養(yǎng)化水體中的總氮。本試驗條件和試驗周期下，美人蕉吸收的總氮量最高，為3.67 mg·L-1；睡蓮吸收的總氮量最低，為2.79 mg·L-1。8種水生植物對總氮的吸收能力由強至弱依次為美人蕉>再力花>海壽花>金錢草>鳶尾>菖蒲>魚尾草>睡蓮。美人蕉對總氮的去除能力最強，睡蓮最弱。

圖4 不同水生植物的總氮吸收量

3 小結(jié)

本研究結(jié)果表明，8種水生植物對模擬富營養(yǎng)化水體中總磷和總氮均有一定的去除效果，起到減少富營養(yǎng)化水體總磷、總氮等營養(yǎng)物質(zhì)的作用，發(fā)揮水質(zhì)凈化效果。其中，在挺水植物中，美人蕉去除富營養(yǎng)化水體中總氮及總磷的能力最為突出，其次為再力花和海壽花，在浮葉植物中，金錢草去除富營養(yǎng)化水體中總氮及總磷的能力最為突出。從水生植物適應(yīng)富營養(yǎng)化水體方面看，美人蕉的生長適應(yīng)性最快，睡蓮的生長狀況較弱，適應(yīng)期較長，而其他6種水生植物生長狀況較好。綜合分析，美人蕉、再力花、金錢草對富營養(yǎng)化水體的凈化效果較好。