水生植物對高峰森林公園水體的凈化初探

廖世良蘇文航黃彬彬農浩韓欣然管凱華龍宣任

(1.廣西壯族自治區國有高峰林場賀州造林部，廣西 南寧 530000；2.廣西職業技術學院藝術設計學院，廣西 南寧 530000；3.欽州市檢驗檢測院食品檢驗室，廣西 欽州 535000；4.廣西科學院信息中心，廣西 南寧 530000)

廣西高峰森林公園生命河谷、星月湖、回車場水體等園區水系以打造“花鏡”景觀為亮點，在一定程度上得到了廣大游客的認可，但園區水體渾濁，水體呈黃褐色，攪動湖底時有冒泡并伴有腐臭味，大大降低了水岸花鏡觀賞檔次。本研究立地“星月湖”原為林場職工自營魚塘，四周原是速生桉示范基地，為保證速生桉能快速成長，常年施用桉樹肥來滿足桉樹生長所需養分。有研究表明，桉樹林區內水體的總氮TN、總磷TP、總鉀TK含量中各有約40%、70%、50%來自桉樹施肥[1]；此外還有研究表明，水產養殖對水造成的影響就是氮磷的影響[2]。經對“星月湖”水體水質檢測分析得出水中的總磷和氨氮的濃度分別為0.29mg·L-1和4.14mg·L-1,遠遠超過了國際上一般認為總磷濃度為0.02mg·L-1,總氮濃度為0.2mg·L-1是湖泊富營養化的發生濃度[3]。因水體富營養化造成該水體生態系統退化、生物多樣性喪失，近而導致水體透明度下降，水體呈黃褐色、腥臭等，嚴重影響了游客旅游觀光體驗。

近年來，利用水生植物打造生態型濱水園林景觀，在凈化富營養水體方面取得了良好效果，經分析確定星月湖水質情況后，在前人研究的基礎上結合園林景觀常用的水生植物，比較園區野生環境下常見水生植物，研究不同植物對高峰森林公園人工水體水質凈化的效果。旨在進一步拓寬水生植物在人工水景觀方面的應用，并為森林公園水生態環境的改善積累經驗。

1 試驗材料與方法

1.1 星月湖水質分析

林場職工曾在星月湖長年開展過水產養殖，該水體面積水體面積約0.553hm2，水深0.1～4m，周圍匯水面積約17.33hm2。周邊現已停止水產養殖及林木采伐、施肥等營林生產活動，全面進入生態恢復的過程。試驗前分別從高峰森林公園星月湖上游溪流(水樣1)，望月天階泉眼(水樣2)，星月湖中心(水樣3)3個地點取水，并參照《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)；“地表水環境質量標準基本項目標準限值”進行水質對比分析測定抽取的水樣。水質測定項目10項，包括pH、懸浮物、溶解氧(DO)、化學需氧量(CODcr)、五日生化需氧量(BOD5)、總磷(TP)、氨氮、銅(Cu)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、硒(Se)、鎘(Cd)、貢(Hg),檢測結果見表1。

表1 星月湖水源及湖體水樣檢測結果

經分析表1可知，水樣3透明度較其它水樣低，經檢測其懸浮物也明顯高于其它水樣。

水樣1水質為Ⅲ類水質，影響其水質主要因素為為總磷和氨氮；水樣2水質為Ⅱ類水質，影響其水質主要因素為總磷；水樣3水質為未達到Ⅴ類水質要求，影響其水質主要因素為氨氮，總磷的指標也僅達到Ⅳ類水要求。結合星月湖周邊環境，因水樣1和水樣2為該湖體的主要水源，得出星月湖水體污染為內部污染為主，外部輸入污染物較少或沒有。

1.2 試驗材料

本試驗所用植物全取自于高峰森林公園，包含挺水植物燈芯草、風車草、紙莎草、花葉蘆竹；漂浮植物有穗狀狐尾藻、大薸、銅錢草；沉水植物有金魚藻、苦草、輪葉黑藻。為確保所有植物健康成活，試驗前先將其栽培于試驗水槽內10d，選出壯苗。水槽11個(45cm×35cm×16cm)；塑料泡沫板4個(45cm×35cm×1.5cm)；星月湖湖心污水；蒸餾水。

1.3 試驗設計

1.3.1 挺水植物

燈芯草、風車草、紙莎草、花葉蘆竹均剪掉莖根、莖干，使其莖部重新生根發芽，修剪后各100g(鮮重)；在泡沫板上按固定間距打孔，將修剪好的挺水植物各一組分別固定在孔上置于水槽內培養；水槽內用星月湖水進水20L并記錄初始水位，為確保測量數據準確和保證植物生長，需根據水位下降情況添加蒸餾水。

1.3.2 漂浮植物和沉水植物

穗狀狐尾藻、大薸、銅錢草、金魚藻、苦草、輪葉黑藻選擇健康茁壯的幼苗各100g(鮮重)，分別置于水槽內培養。其中，沉水植物用專用石粒固定幼苗確保其沉入水中；水槽內用星月湖水進水20L并記錄初始水位，為確保測量數據準確和保證植物生長，需根據水位下降情況添加蒸餾水。

1.3.3 對照組

水槽用星月湖水進水20L，通過添加蒸餾水補充蒸發損耗，保持水位在初始水位上。

1.4 試驗數據采集

1.4.1 水樣提取

本次試驗周期為2022年4月1日—6月10日，共70d，每10d取樣1次，每次取水均提前12h將蒸餾水緩慢注入，確保水位位于初始水位，每次取水時間為10:00左右，水樣檢測需當天取樣，當天檢測。

1.4.2 檢測內容

本次試驗主要對經過水生植物進化后污水中氨氮、總磷和懸浮物的含量進行檢測分析。

2 試驗數據分析

2.1 水生植物生物量與生長態勢比較

該試驗中所有植物移入試驗槽時形態大小相近，均為健康長勢良好的幼苗，凈化試驗實施后，發現第30天起沉水植物生長速度明顯比漂浮植物和挺水植物快。試驗結束時金魚草和輪葉黑藻增長率最高為231%和183%，穗狀狐尾藻增長率最低為37%；挺水植物增長率較為均勻為60%左右。試驗結束時穗狀狐尾藻、金魚草、輪葉黑藻均有少量衰敗死亡的植株或葉子，其余的未發現衰敗情況，見圖1。

圖1 水生植物鮮重變化

2.2 水生植物對懸浮物的凈化效果

懸浮物檢測用濾膜法檢測，見表2。

2.2.1 凈化結果

檢測結果顯示，對照組懸浮物會逐漸沉降，并于第30天穩定在17mg·L-1左右 ；污水中的懸浮物經水生植物凈化后，由起始濃度的35mg·L-1下降到3～8mg·L-1，水體較對照組透明；其中穗狀狐尾藻、金魚草、苦草、輪葉黑藻效果最好；穗狀狐尾藻試驗組能明顯看到懸浮物呈絡合狀吸附于其根部周圍；大薸根部周邊肉眼可見明顯吸附有顆粒物，水體呈現上半部較下半部透明。

2.2.2 凈化速率

沉水植物由于其根、莖、葉表面均吸附有懸浮物，其凈化速率明顯高于挺水植物和漂浮水植物，前20d水沉水植物中的懸浮物含量急劇下降，于第30天后趨于穩定，保持在3mg·L-1。

2.3 水生植物對氨氮的凈化效果

氨氮檢測用納氏試劑分光光度法進行檢測，見表3。

表2 水生植物凈化懸浮物檢測結果

表3 水生植物凈化氨氮檢測結果

2.3.1 凈化結果

檢測結果顯示，對照組氨氮的濃度于第10天后在3.53～3.67mg·L-1徘徊。污水中的氨氮經水生植物凈化后明顯，由起始濃度的4.14mg·L-1下降到1.32～2.23mg·L-1，其中金魚草、苦草、燈芯草、紙莎草凈化效果最好，達到了地表水Ⅳ類水質≤1.5mg·L-1的要求，其余除了花葉蘆竹外都達到了地表水Ⅴ類水質≤2mg·L-1的要求(GB 3838-2002)。

2.3.2 凈化速率

漂浮植物和沉水植物對氨氮的凈化速率明顯高于挺水植物，前30d水中的氨氮濃度急劇下降，于第40天后趨于穩定；挺水植物由于生長較為緩慢，在試驗過程中氨氮總體呈緩慢持續下降，直到試驗結束時仍有望繼續降低。

2.3.3 氨氮增加的原因

試驗結束時金魚草、輪葉黑藻、穗狀狐尾藻氨氮濃度有所增加，原因在于，3種植物在第50天后陸續發現有衰敗的植株或枯葉。有試驗表明，植物生長的后期，其腐敗的殘體如不能及時清除出水體，會加劇水體富營養化[4]。

2.4 水生植物對總磷的凈化效果

總磷檢測用鉬銻抗比色法檢測,見表4。

表4 水生植物凈化總磷檢測結果

2.4.1 凈化結果

檢測結果顯示,對照組總磷的濃度隨時間推移，其濃度最終為0.16mg·L-1，主要原因在于水中微生物可以通過正常同化(將磷納入其分子組織)和過量積累將磷去除[5]；污水中的磷經水生植物凈化后，所有試驗組濃度均≤0.1mg·L-1，達到了地表水Ⅱ類水質要求(GB 3838-2002)，原因在于無機磷也是濕地植物必需的養分。污水中無機磷在植物吸收及同化作用下可變成植物的ATP、DNA、及RNA等有機成分[6]。

2.4.2 凈化速率

水生植物對總磷的凈化速率要明顯高于氨氮，于第30天后趨于穩定，且不同植物凈化結果差異不大。

3 結論

從植物對富營養化物質的凈化作用上看，水生植物對水體中的氨氮、磷等富營養化物質具有一定的凈化效果，但凈化作用是有限的，最終會達到一個平衡值。按照《地表水環境質量標準基本項目標準限值》(GB 3838-2002)，對經過植物凈化后的水質對比評價分析，水生植物對總磷的凈化能力稍強于對氨氮的凈化能力，所有植物均能使總磷的濃度達到地表水Ⅱ類水質要求，而氨氮的濃度最低只能降到1.32mg·L-1，僅為地表水Ⅴ類水質要求；其中,金魚草、苦草、紙莎草、燈芯草去氨氮效果最好,穗狀狐尾藻、金魚草、苦草、輪葉黑藻吸附懸浮物能力最強。

由于本試驗處于室內環境下開展，環境相對較為穩定。而自然條件下因天氣變化、光照條件、水生動物食取等原因，部分水生植物并不一定能正常生長。如輪葉黑藻在星月湖上游能良好生長，但在下游由于水深、光照或者食草魚類等原因，輪葉黑藻存活量非常有限。再如由于試驗時間的限制，挺水植物生長量較低，但長勢良好；而金魚草、輪葉黑藻等植物已有衰敗的植株；且各植物生長的旺盛期不同，其在不同時期凈化作用亦有所差異，如穗狀狐尾草是冬春季生活型植物[5]，在本試驗期間其生長緩慢；花葉蘆竹生長較為緩慢，但氨氮實驗數值持續下降，故各種植物對水體凈化的最終平衡點未仍需長期觀察確定。

綜上所述，不同水生植物在凈化污水中氨氮、總磷和吸附懸浮物方面具有良好的效果。利用水生植物進化水體不僅成本低，還可以豐富水岸景觀層次，增加物種多樣性，具有很高的生態價值，此外部分植物還可以用于作飼料、編制草席等具有附加經濟價值。但也應該注意到水生植物對水體的修復也具有一定的局限性，還需在以下幾方面深入研究：豐富植物種類，自然界野生植物種類繁多，更多凈化能力強的水生植物有待進一步發現并應用；科學搭配植物，造成水體污染的原因各有千秋，是氮、磷，又或是其它重金屬，不同植物對污染物的吸收凈化能力不同，如何進行搭配組合，確保存活仍需深入研究；避免二次污染，不同植物生長周期不同，需及時養護，避免枯死植株造成二次污染，何時收割仍需研究。總之，利用水生植物美化環境，凈化污水為修復高峰森林公園水生態系統提供了一個可行的解決方法，具有很好的應用前景。