不同沉水植物對(duì)水體氮磷的凈化效果

姚瑤，黃立章，陳少毅，許超，3，4，張?jiān)茲?/p>

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東廣州510642;2.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西南昌330029;3.廣東普通高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510642;4.農(nóng)業(yè)部生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510642)

城市污水處理后，氮、磷污染物過剩使許多受納水體呈富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。當(dāng)前，以水生植物為核心的污水處理和富營(yíng)養(yǎng)化治理工作已成為研究的熱點(diǎn)[1－6]，特別是沉水植物恢復(fù)作為水生生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)及水體富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)凈化的重要措施，日益受到廣大學(xué)者的關(guān)注[7－8]。實(shí)驗(yàn)證明，沉水植物修復(fù)對(duì)去除氮、磷有明顯效果[9－10]，可用于控制水體富營(yíng)養(yǎng)化。但是，當(dāng)前在沉水植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究中，水體氮、磷營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷低于城市污水排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其用于城市污水深度處理的可行性還缺乏研究。本實(shí)驗(yàn)選取長(zhǎng)江中下游地區(qū)水體中常見的6種沉水植物為研究材料，通過室內(nèi)污水模擬試驗(yàn)，研究其對(duì)模擬污水中氮、磷的去除效果，從而篩選出同時(shí)對(duì)氮、磷具有較高去除效果且適用于城市污水深度處理的沉水植物，旨在為富營(yíng)養(yǎng)化水體中沉水植物的先鋒物種的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用沉水植物金魚藻、苦草、大苦草、黑藻、矮慈姑和皇冠草均買自廣州花草市場(chǎng)。本試驗(yàn)期為2010年8月16日至2010年8月26日，水溫25～30℃，自然光照，pH值為6.3～6.8。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)開始前，取適量不同沉水植物用自來水沖洗干凈后在6個(gè)水箱內(nèi)培養(yǎng)以適應(yīng)試驗(yàn)環(huán)境。試驗(yàn)裝置采用7組體積為20 L的聚乙烯塑料桶，每組3個(gè)。試驗(yàn)桶直徑31 cm，高31 cm。桶底鋪設(shè)1層石英砂(購(gòu)置于南京市雨花公司，粒徑0.5～1.0 cm)，鋪設(shè)厚度約5 cm，能滿足沉水植物根部固定即可，以降低石英砂對(duì)水體中氮磷的吸附作用。石英砂在鋪設(shè)前用自來水刷洗干凈，超純水潤(rùn)洗，并在超純水中浸泡3 d。

取自來水，通過添加NaNO3、NH4NO3和K2HPO4·3H2O把氮、磷調(diào)配到要求水平(依照城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB 18918—2002，其中總氮、氨氮和總磷排放一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)B標(biāo)準(zhǔn)為15、8和1.5 mg·L－1。每個(gè)試驗(yàn)水桶中放16 L已配制好的污水。

試驗(yàn)設(shè)置7個(gè)處理，分別為金魚藻、苦草、大苦草、黑藻、矮慈姑、皇冠草和無植物的空白對(duì)照(CK)，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。對(duì)照試驗(yàn)桶中只設(shè)石英砂，不種植沉水植物。試驗(yàn)時(shí)分別取3～5株生長(zhǎng)健壯、均勻的沉水植物(30 g)，用純水洗凈，稱取植物鮮重后移植入試驗(yàn)桶中。

水樣分別在5，10 d進(jìn)行采集，每次采樣時(shí)間固定9:00，用100 mL的量筒在水深0.2 m處的3個(gè)地方進(jìn)行采樣，再加以混合均勻。因?yàn)榭紤]處理液的損失所以在水樣采集的前1 d加入去離子水。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法

水體的測(cè)量指標(biāo)有氨態(tài)氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、可溶性磷，水樣取回實(shí)驗(yàn)室后當(dāng)天分析。氨態(tài)氮采用納氏試劑分光光度法[11]，硝酸鹽氮采用紫外分光光度法[11]，亞硝酸鹽氮采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法[11]，可溶性磷采用鉬銻抗分光光度法[11]。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

各處理沉水植物處理組對(duì)水體中氮磷的凈化效果是在有植物處理的基礎(chǔ)上減去對(duì)照的凈化率得出。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 16.0分析軟件中的獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)方法(Duncan)及相關(guān)性分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同沉水植物對(duì)水體中氮的凈化效果

在試驗(yàn)期內(nèi)，6種沉水植物對(duì)水體中氮的凈化率表現(xiàn)出顯著的差異(圖1中A)。在5 d時(shí)，6種沉水植物對(duì)水體中氮均有較強(qiáng)的凈化貢獻(xiàn)，對(duì)水體中氮的凈化率表現(xiàn)為苦草＞大苦草＞黑藻＞矮慈姑＞皇冠草＞金魚藻，其對(duì)水體氮的凈化率分別為21.69%，19.90%，18.69%，13.39%，11.47%和11.15%?？嗖輰?duì)水體氮的凈化率顯著高于黑藻、矮慈姑、皇冠草和金魚藻，大苦草對(duì)水體氮的凈化率顯著高于矮慈姑、皇冠草和金魚藻;黑藻對(duì)水體氮的凈化率顯著高于矮慈姑、皇冠草和金魚藻，矮慈姑、皇冠草和金魚藻對(duì)水體氮的凈化率無顯著差異。在10 d時(shí)，6種沉水植物對(duì)水體中氮凈化貢獻(xiàn)均降低，對(duì)水體中氮的凈化率表現(xiàn)為苦草＞黑藻＞皇冠草＞大苦草＞金魚藻＞矮慈姑，其對(duì)水體氮的凈化率分別為12.16%，4.48%，4.16%，4.12%，－6.64%和－8.63%，表明此時(shí)，金魚藻和矮慈姑對(duì)水體氮的凈化貢獻(xiàn)低、甚至出現(xiàn)了負(fù)值，可能在10 d時(shí)，對(duì)矮慈姑和金魚藻的生長(zhǎng)表現(xiàn)出抑制作用?？嗖輰?duì)水體氮的凈化率顯著高于黑藻、大苦草、矮慈姑、皇冠草和金魚藻，大苦草、黑藻和皇冠草對(duì)水體氮的凈化率顯著高于矮慈姑和金魚藻，而大苦草、黑藻和皇冠草之間無顯著差異;矮慈姑和金魚藻對(duì)水體氮的凈化率無顯著差異。由此可見，6種沉水植物對(duì)水體氮的凈化率表現(xiàn)出隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈降低的趨勢(shì)，苦草對(duì)氮的凈化率在6種沉水植物中最高。

圖1 不同沉水植物對(duì)水體氮(A)磷(B)的凈化率變化規(guī)律

2.2 不同沉水植物對(duì)水體中磷的凈化效果

圖1中B是不同沉水植物對(duì)水體磷的凈化率貢獻(xiàn)值隨時(shí)間的變化規(guī)律。方差分析表明，不同沉水植物對(duì)水體磷凈化率具有顯著差異。在試驗(yàn)期內(nèi)，不同沉水植物對(duì)水體中磷的凈化率因植物的不同而呈現(xiàn)較為明顯的差異。在5 d時(shí)，6種沉水植物對(duì)水體中磷均有較強(qiáng)的凈化貢獻(xiàn)，6種沉水植物對(duì)水體中磷的凈化率表現(xiàn)為:黑藻＞苦草＞矮慈姑＞金魚藻＞大苦草＞皇冠草，黑藻、苦草、矮慈姑、金魚藻、大苦草和皇冠草對(duì)水體磷的凈化率分別為43.00%，42.98%，27.73%，22.64%，18.84%和3.18%;黑藻、苦草對(duì)水體磷的凈化率顯著高于矮慈姑、金魚藻、大苦草和皇冠草，黑藻和苦草之間對(duì)水體磷的凈化率無顯著差異;矮慈姑對(duì)水體磷的凈化率顯著高于大苦草和皇冠草，金魚藻對(duì)水體磷的凈化率顯著高于皇冠草，而矮慈姑和金魚藻之間對(duì)水體磷的凈化率無顯著差異;大苦草對(duì)水體磷的凈化率顯著高于皇冠草。在10 d時(shí)，6種沉水植物對(duì)水體中磷均有較強(qiáng)的凈化貢獻(xiàn)，6種沉水植物對(duì)水體中磷的凈化率表現(xiàn)為:黑藻＞苦草＞矮慈姑＞大苦草＞皇冠草＞金魚藻，黑藻、苦草、矮慈姑、大苦草、皇冠草和金魚藻對(duì)水體磷的凈化率分別為96.69%，92.98%，87.59%，69.27%，18.19%和9.17%;黑藻對(duì)水體磷的凈化率顯著高于苦草、矮慈姑、金魚藻、大苦草和皇冠草，苦草對(duì)水體磷的凈化率顯著高于矮慈姑、金魚藻、大苦草和皇冠草，矮慈姑對(duì)水體磷的凈化率顯著高于金魚藻、大苦草和皇冠草，大苦草對(duì)水體磷的凈化率顯著高于皇冠草和金魚藻，皇冠草對(duì)水體磷的凈化率顯著高于金魚藻。由此可見，除金魚藻外，其他5種沉水植物對(duì)水體磷的凈化率表現(xiàn)出隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈升高的趨勢(shì)。6種沉水植物中，黑藻和苦草對(duì)磷的凈化率高，但兩者之間無顯著差異。

2.3 水體中無機(jī)氮的形態(tài)轉(zhuǎn)化

試驗(yàn)原水配制中主要由無機(jī)態(tài)氮[NaNO3、NH4NO3]組成，初始水質(zhì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，負(fù)荷原水由NH4+-N與NO3－-N 組成，不含NO2－-N 。從表1中可以看出，在試驗(yàn)期內(nèi)，各處理氨氮含量呈降低，而硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量呈增加。在6種沉水植物作用的水體中，硝態(tài)氮占較大比例，氨氮含量其次，亞硝態(tài)氮含量最低。隨著處理時(shí)間的增加，氨氮比例呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。這與氨氮在好氧條件下易于發(fā)生硝化，以及氨氮更易于被沉水植物優(yōu)先吸收從而與濃度降低迅速有關(guān)[12]。

表1 不同時(shí)期不同處理水體中各形態(tài)氮含量及比例

3 小結(jié)

不同沉水植物對(duì)水體氮、磷凈化率具有顯著差異，苦草對(duì)氮的凈化率最高、黑藻和苦草對(duì)磷的凈化率高;6種沉水植物對(duì)水體氮的凈化率表現(xiàn)出隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈降低的趨勢(shì)，除金魚藻外，其他5種沉水植物對(duì)水體磷的凈化率表現(xiàn)出隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈升高的趨勢(shì)。其中苦草對(duì)氮的凈化率顯著高于其他5種沉水植物。

在6種沉水植物作用的水體中硝態(tài)氮占較大比例，氨氮含量其次，亞硝態(tài)氮含量最低。隨著處理時(shí)間的增加，氨氮比例降低、硝態(tài)氮比例增高。

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