幾種水生植物去污能力比較研究

周曉燕+賈濤+楊涓

摘 要：在人工模擬條件下，利用室內(nèi)試驗箱培育，研究了挺水植物蘆葦、慈姑和浮葉植物睡蓮、荇菜對人工配置污水的凈化效果。結(jié)果表明，4種水生植物均能有效吸收污水中過剩的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過20d植物處理，對水體中氮素去除率表現(xiàn)為蘆葦（77.25%）>慈姑（76.16%）>荇菜（75.13%）>睡蓮（71.69%），對磷素去除率表現(xiàn)為蘆葦（78.97%）>慈姑（75.76%）>荇菜（75.23%）>睡蓮（73.09%）；4種水生植物對污水中的氮磷去除效果均比較明顯，在相同條件下脫氮除磷效果最好的是挺水植物蘆葦。

關(guān)鍵詞：水生植物；氮；磷；去除

中圖分類號 X524 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）21-0036-04

Study on Purification Ability of Four Different Hydrophytes

Zhou Xiaoyan1 et al.

（1Ningxia University，Yinchuan 750021，China）

Abstract：In order to investigate hydrophytes role on the purification of pond effluent which was eutrophic，four hydrophytes（Nymphaea alba，Sagittaria，Phragmites australis，Nymphoides peltatum） were grown and as a none plant to compare effectiveness of nutrient removal. It can be concluded that all the hydrophytes had a good performance on removal nutrients from treated water rather than without hydrophytes. After growing the four hydrophytes 20 days，the total nitrogen（TN） was removed by P. australis（77.25%）>Sagittaria（76.16%）>O.Kuntze（75.13%）>Nymphaea alba（71.69%）. The total phosphorus（TP） was removed by P.australis（78.97%）>Sagittaria（75.76%）>O. Kuntze（75.23%）>Nymphaea alba（73.09%）；Four hydrophytes to remove the effect of nitrogen and phosphorus in the sewage. For the four hydrophytes growing under the same condition P.australis was the most effective hydrophytes for TN and TP removal.

Key words：Hydrophytes；Nitrogen（N）；Phosphorus（P）；Removal

水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為一個日趨嚴(yán)重的全球性環(huán)境問題，水體富營養(yǎng)化后，即使切斷外界營養(yǎng)物質(zhì)的來源，也很難自凈和恢復(fù)到正常水平。2000年，美國對本國的河口富營養(yǎng)化的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：65%的水面達(dá)到了中營養(yǎng)和富營養(yǎng)化，最為顯著的地帶是墨西哥海灣到大西洋的中部地帶。2004年，英國環(huán)境署對本國河流狀況的調(diào)查表明：53%河流的磷濃度超過了0.1mg/L，29%河流的氮濃度經(jīng)超過了30mg/L[1]。我國自20世紀(jì)80年代以來，由于經(jīng)濟的急速發(fā)展和環(huán)境保護的相對滯后，許多湖泊、水庫已進入富營養(yǎng)化，甚至嚴(yán)重富營養(yǎng)化狀態(tài)，如滇池、太湖、西湖、東湖、南湖、玄武湖、渤海灣、州灣、九龍江、黃浦江等。2000年對我國l8個主要湖泊的調(diào)查表明，其中l(wèi)4個已進入富營養(yǎng)化狀態(tài)[2]。由此可見，對受污染的湖庫水體進行治理修復(fù)，是社會發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的迫切需要，尋找先進實用、造價低廉的凈水技術(shù)迫在眉睫。

目前，國內(nèi)外許多專家已經(jīng)對水體富營養(yǎng)化的治理進行了大量的研究并提出了相應(yīng)的對策。主要提出了凈化水體的幾種技術(shù)，主要有物理方法、化學(xué)方法、生物方法和生態(tài)方法[3]。其中生物凈化法和生態(tài)方法更受關(guān)注，水生植物具有良好的凈水功能、生態(tài)效應(yīng)、景觀功能和潛在的經(jīng)濟價值，利用水生植物凈化富營養(yǎng)化水體前景十分廣闊。水生植物根系還能同時為微生物生長提供合適的營養(yǎng)環(huán)境并吸附水體中大量的懸浮物質(zhì)從而達(dá)到提高水體透明度的目的[4]。國內(nèi)外利用水生高等植物對水體中營養(yǎng)元素的吸收和降解作用來防治和修復(fù)富營養(yǎng)水體的研究已開展多年并表現(xiàn)出了良好的凈化效果[5]。目前大部分研究側(cè)重于人工濕地系統(tǒng)，植物浮床系統(tǒng)的水質(zhì)凈化能力的分析和系統(tǒng)中水生植物的氮、磷吸收能力研究[6]，但對不同類型的植物凈化效果的比較研究相對較少。

在我國600多個城市中，目前有400多個城市供水不足。銀川雖長年受黃河之益，但近幾年隨著工農(nóng)業(yè)以及旅游業(yè)的快速發(fā)展，沙湖、鳴翠湖等地的水體也受到一定程度的污染[7]。寧夏許多水體也呈現(xiàn)出一定的富營養(yǎng)化趨勢，這將會進一步加劇水資源的短缺。如何研究出投資運行費用低可供中小城市面積推廣應(yīng)用的污水處理新技術(shù)成為目前我國城市發(fā)展過程中亟待解決的重大課題。植物修復(fù)技術(shù)作為污水處理的一種手段，實用廉價高效，已經(jīng)引起國內(nèi)外學(xué)者廣泛重視[8]。目前，雖然國內(nèi)對水生植物凈化污水的研究比較多，但是這些研究多集中在南方，對北方污染水體的植物修復(fù)研究較少[9]。在寧夏，水生植物主要用于水體造景，而造景植物結(jié)合水質(zhì)凈化的作用方面研究更少。endprint

本研究采集寧夏具有代表性的水生植物蘆葦、睡蓮、慈姑、荇菜采用室內(nèi)生活污水模擬實驗，對這4種具有觀賞性價值的水生植物去除生活污水中的生長量及去除氮磷和改善水質(zhì)指標(biāo)的能力，從中尋找較能適應(yīng)逆境環(huán)境并能高效凈化水質(zhì)的觀賞性價值的水生植物，為濕地植物的選擇和提高生活污水處理效率提供參考依據(jù)。

1 試驗材料

1.1 供試植物 蘆葦、慈姑采自寧夏銀川市永寧縣濕地，荇菜、睡蓮是在銀川市艾依河濕地。

1.2 供試污水 供試水樣為人工模擬的富營養(yǎng)化水體（參照GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》），該污水超出地表V類水（總氮≤2.0mg/L，總磷≤0.4mg/L）標(biāo)準(zhǔn)[10]。本試驗中所配置的初始水體中總氮（TN）的含量為20mg/L，總磷（TP）為2mg/L，屬于富營養(yǎng)化水體。

1.3 實驗儀器 醫(yī)用手提式蒸汽滅菌器（壓力為1.1～1.4kg/cm2，鍋內(nèi)溫度相當(dāng)于120～124℃）、50mL具塞刻度管、752型紫外光分光光度計、水浴鍋、錐形瓶、酸式滴定管、分度吸管、10mm石英比色皿、量筒、電子天平、烘箱、電導(dǎo)值測定儀、容量瓶、水箱。

1.4 實驗試劑 水體總氮測定的試劑：無氨水，氫氧化鈉，過硫酸鉀，鹽酸，硝酸鉀，硫酸（p=1.84g/mL）；水體總磷測定的試劑：硫酸（p=1.84g/mL），硝酸（p=1.4g/mL），氫氧化鈉，過硫酸鉀，磷酸二氫鉀，抗壞血酸，鉬酸銨[（NH4）6Mo7O24·4H2O）、酒石酸銻鉀（KSbC4H4O7·12H2O）；水體含氧量測定的試劑：硫酸（1.84g/mL），氫氧化鈉，草酸鈉，高錳酸鉀。

2 試驗設(shè)計及測定項目

2.1 試驗方法 2016年5—8月在寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院實驗樓及北方民族大學(xué)實驗基地的溫棚進行相關(guān)試驗。選取馴養(yǎng)7d后適應(yīng)生長、表現(xiàn)正常、大小均勻的植株作為供試植物。將試驗植物盛放在容積為60cm×40cm×60cm的塑料箱內(nèi)，箱內(nèi)分別裝入30L富營養(yǎng)化的水體用基本培養(yǎng)液Honglands培養(yǎng)液（0.1x）進行配置，使總氮的濃度為20mg/L，總磷為2mg/L。為了固定植物，在試驗箱內(nèi)均裝入經(jīng)鹽酸浸泡12h并用去離子水漂洗干凈的沙子約10cm。4種水生植物分別培養(yǎng)，每種植物做2個平行樣，另作一組不放植物的作空白對比樣。試驗處理20d，分別在第10天和第20天對相應(yīng)的指標(biāo)進行測定取其平均值。

2.2 測定項目 試驗主要測定水體中的TN、TP、COD及試驗前后植物鮮重的變化等指標(biāo)。TN采用過硫酸鉀—紫外分光光度法，TP采用鉬酸銨分光光度法，COD采用測定高錳酸鹽指數(shù)的方法[11-14]。

2.3 數(shù)據(jù)分析 所有試驗結(jié)果為3次重復(fù)測定平均值，每組測定數(shù)據(jù)在±S范圍內(nèi)。利用DPS7.05軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和處理間差異顯著性檢驗（P<0.05），顯著性結(jié)果用字母標(biāo)識于各數(shù)據(jù)表中。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同植物對富營養(yǎng)化水體中總氮的吸收情況 水體中的TN有少部分通過植物吸收和揮發(fā)作用而去除，大部分則通過消化作用和反硝化作用的連續(xù)反應(yīng)而去除[15]。由表1和圖1可知，不同時期測定的TN含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，雖然對照水體中的TN也明顯下降，但與栽種了水生植物的水體相比，對照水體中TN含量明顯偏高，說明4種水生植物能降低水體中TN的含量。處理20d后，蘆葦、慈姑、荇菜、睡蓮對總氮的吸收率分別為77.25%、76.16%、75.13%、71.69%；每種植物的吸收效果都較明顯；4種植物對TN的吸收效果依次為蘆葦>慈姑>荇菜>睡蓮。

3.2 不同植物對富營養(yǎng)化水體中總磷的吸收情況 水生植物對磷的去除途徑包括植物吸收、沉淀、吸附作用和微生物固定等[16]，從表2和圖2可知，4種水生植物對模擬污水中的總磷去除效果，在第10天時去除率均達(dá)到30%以上，其中蘆葦和慈姑的凈化作用較荇菜和睡蓮強，到第20天時蘆葦、慈姑、荇菜、睡蓮對磷的去除率仍有增加均達(dá)到70%以上。總的看來，4種植物對TP的去除效果都明顯高于對照。不同時期水體中總磷的含量都有一定程度的下降，不同植物間也不盡相同，4種植物對總磷的吸收效果為蘆葦>慈姑>荇菜>睡蓮。

3.3 不同時間段內(nèi)富營養(yǎng)化水體中COD值的變化 由圖3可知，不同時間段內(nèi)水體中的化學(xué)耗氧量總體上呈下降趨勢，且水生植物的下降趨勢均大于對照組，總體來看，4種植物對水體化學(xué)耗氧量的去除程度蘆葦>慈姑>荇菜>睡蓮。栽種了水生植物水體的COD含量呈下降趨勢，由于水體的自凈作用，對照水體中COD含量也有所降低。有4種植物的水體COD含量明顯比未栽種水生植物水體中的低，說明4種水生植物能降低水體中的COD，對水體有較好的凈化作用。

3.4 植物處理前后生物量的變化 由圖4可知，試驗前后各種植物鮮重均有變化，但增加量各不相同，其中蘆葦量增加最多，其次依次是睡蓮、慈姑，荇菜。除植物鮮重之外，其他生物量也都有所增加，各植株分蘗產(chǎn)生的新株均有所增加，挺水植物蘆葦、慈姑的葉片數(shù)均有所增加，慈姑有新根產(chǎn)生并且開花，長勢非常好。浮葉植物荇菜的莖和葉大部分有所增長，睡蓮有新芽、新葉產(chǎn)生。說明各植物在富營養(yǎng)化水體中能夠很好的生長。

4 討論與結(jié)論

本試驗采用單純營養(yǎng)液培養(yǎng)植物，故可用水中氮、磷元素的減少量來代表植物的吸收量。結(jié)果表明，在靜水培養(yǎng)條件下4種水生植物對污水有凈化作用。在第10天和20天時對TN和TP的去除效果在0.05水平各植物間差異表現(xiàn)顯著。在第20天時蘆葦、慈姑、荇菜、睡蓮對總氮的去除率依次為77.25%、76.16%、75.13%、71.69.76%。4種植物試驗桶內(nèi)水體氮含量的下降趨勢表明，隨著試驗時間的延長，氮含量都有所下降，即使是空白對照由于氨或氨氮的揮發(fā)也會使氮含量下降，可見氮的去除不僅主要依靠植物吸收去除作用，還有部分通過微生物的硝化和反硝化作用來實現(xiàn)。浮葉植物荇菜和睡蓮在試驗階段不時有植物死亡或植物代謝發(fā)生，死亡植物或代謝物會向水體釋放有機氮，這也是它們氮去除率較低的原因之一。蘆葦作為挺水植物，完全靠根部吸收營養(yǎng)[17]，植物死亡或代謝物都較少，對水體總氮含量影響也較小。在第20天時蘆葦、慈姑、荇菜、睡蓮對總磷（TP）的去除率為78.97%、75.76%、75.23%、73.09%，各植物之間無較大差異，均表現(xiàn)出較好的凈化能力，但其去除率均高于對照組，總體表現(xiàn)為蘆葦>慈姑>荇菜>睡蓮。由此可見，這4種植物對水體的凈化都有一定的作用，相比較之下，蘆葦凈化效果最好，但是與其他的植物凈化能力相差不大?？梢姡@4種植物都是較好的濕地植物，而且這4種植物都有觀賞價值，建議可以在水景中適度推廣。

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（責(zé)編：張宏民）endprint