植物浮床凈化富營養(yǎng)化景觀水體的效果研究

摘要：以江蘇省句容市某人工景觀湖為對(duì)象，選用浮床栽培的香蒲、黃菖蒲、鳶尾、再力花和花葉蘆竹進(jìn)行修復(fù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，水質(zhì)有了明顯改善，透明度也有所增加。其中再力花的長(zhǎng)勢(shì)最為明顯，各植物對(duì)受污染景觀水體溶解氧（DO）含量的提高都起到了積極的作用，對(duì)水體中化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）有明顯的去除效果，并存在一定的差異。其中對(duì)TP凈化效果最好的是再力花，去除率最高達(dá)到了91.3%；對(duì)NH3-N凈化效果較好的是黃菖蒲和再力花，去除率分別達(dá)到了94.8%和92.2%；各植物對(duì)COD的凈化能力相對(duì)于對(duì)TP和NH3-N的凈化能力弱，對(duì)COD的凈化能力相對(duì)較強(qiáng)的是香蒲和花葉蘆竹，去除率分別為40.2%和38.4%。

關(guān)鍵詞：植物浮床；生態(tài)修復(fù)；景觀水體

中圖分類號(hào)：X524；X173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）06-1346-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.017

Abstract： Cattail， Iris pseudacorus， Iris， Thalia dealbata and Arundo donax L. var. versicolor cultivated in floating bed were used to repair an artificial landscape lake in Jurong city， Jiangsu province. The results showed that the water quality was improved significantly and the transparency was increased. The growth of Thalia dealbata was significant. The plants played positive roles in increasing the content of dissolved oxygen （DO） in the polluted landscape water. There were obvious removal effects of chemical oxygen demand （COD）， total phosphorus （TP） and ammonia nitrogen （NH3-N） in the water to varying degrees. The Thalia dealbata had the best removal effect of TP， with the removal rate of 91.3%. The Iris pseudacorus and Thalia dealbata had the best removal effect of NH3-N， with the removal rate of 94.8% and 92.2%. Each kind of plant had less removal effect of COD than that of TP and NH3-N. The cattail and Arundo donax L. var. versicolor had relatively higher removal rates of COD， with the removal rates of 40.2% and 38.4%.

Key words： plant floating-bed； ecological restoration； landscape waterbody

近年來，隨著人們對(duì)居住環(huán)境的要求不斷提高，景觀水體的建造已成為城市建設(shè)和房地產(chǎn)開發(fā)中被關(guān)注的熱點(diǎn)。營造景觀的常見水體形式有天然湖泊、各大中城市公園內(nèi)的人造湖泊、景觀河道、與房地產(chǎn)開發(fā)相配套的人造景觀湖、噴泉、疊流、瀑布等。景觀水體生態(tài)環(huán)境的改善對(duì)提升人居環(huán)境起著至關(guān)重要的作用。由于景觀水體自身的特點(diǎn)以及各種外因的干擾，其受污染狀況不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1，2]，全國有93%的公園水體遭到不同程度的污染，水體發(fā)臭和富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，有的甚至已成為景觀死角，給游客帶來視覺上的污染，并對(duì)整個(gè)環(huán)境的生態(tài)平衡造成了一定影響。

根據(jù)對(duì)江蘇省句容市10處景觀水體包括8個(gè)住宅小區(qū)水景和2個(gè)城市公園人工景觀湖進(jìn)行的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，景觀水體設(shè)計(jì)者一般只考慮到景觀效果和文化表現(xiàn)，較少考慮水質(zhì)保持的問題，致使多數(shù)景觀水體的水質(zhì)狀況較差。在調(diào)查的10處景觀水體中，多數(shù)景觀水體為靜止或流動(dòng)性差的緩流水體。由于水深較淺、自凈能力弱，水體內(nèi)的物質(zhì)很難輸出，水體中浮游藻類大量繁殖，必將導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，使水體喪失景觀功能，再加上生物多樣性差，加大了水體水質(zhì)保持的難度。

景觀水體的修復(fù)技術(shù)可歸納為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)4種方法，其中生態(tài)修復(fù)具有成本低、穩(wěn)定性強(qiáng)、凈化效果好的特點(diǎn)，可以與綠化環(huán)境及景觀改善相結(jié)合，是體現(xiàn)人與自然和諧相處的可持續(xù)生態(tài)化的水質(zhì)改善思路，也是一條創(chuàng)新的技術(shù)路線，因此被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境修復(fù)改善工程中[3-7]。富營養(yǎng)化景觀水體的生態(tài)修復(fù)有多種措施，但其中利用水生植物來凈化水體的方法近年來得到了廣泛關(guān)注。植物浮床技術(shù)作為生態(tài)水處理方法和營造水體景觀的方法，目前在西方發(fā)達(dá)國家已迅速發(fā)展起來，而國內(nèi)還處于初期階段。為了了解景觀水體的水質(zhì)演變規(guī)律，并對(duì)景觀水體生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考，于2013年4-5月將所調(diào)查的10處景觀水體中具有代表性的某人工景觀湖作為研究對(duì)象，利用植物浮床技術(shù)進(jìn)行了為期32 d的不同水生植物凈化效果的試驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 浮床物種的選擇

植物浮床物種的選擇及種植密度對(duì)凈化效果有很重要的影響。浮床物種的選擇應(yīng)綜合考慮以下幾方面[8，9]：①選擇適宜水質(zhì)條件生長(zhǎng)的本地多年生水生植物；②具有較強(qiáng)的耐污、治污和凈化潛能；③根系發(fā)達(dá)、生物量大、繁殖能力強(qiáng)；④具有景觀觀賞價(jià)值。有關(guān)研究和應(yīng)用[10]表明，針對(duì)城市景觀水體功能的特點(diǎn)，可選擇的物種有限，多采用美人蕉等來修復(fù)。根據(jù)上述選取原則，本試驗(yàn)選取了江蘇本地多年生的花葉蘆竹、香蒲、鳶尾、再力花和黃菖蒲等五種具有一定凈化能力和觀賞價(jià)值，且可以適應(yīng)水生栽培的植物作為試驗(yàn)材料，以期為區(qū)域城市景觀污染水體生態(tài)修復(fù)提供良好的物種選擇。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用花葉蘆竹、香蒲、鳶尾、再力花和黃菖蒲等五種植物均為購自花卉市場(chǎng)的土培苗，去土洗凈后將各植物的葉片剪成高為30～40 cm，帶入實(shí)驗(yàn)室水培10 d后選擇生長(zhǎng)情況良好、長(zhǎng)勢(shì)較為均勻的健壯植株進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

為保持自然光照模擬景觀水體的自然條件，采用室外模擬的方式進(jìn)行。試驗(yàn)容器選用長(zhǎng)40 cm，寬40 cm，高35 cm的塑料水箱，加入水樣至水深25 cm處，采用聚苯乙烯泡沫板作為浮床載體，在泡沫板上等間距開孔，隔孔定植植物。共設(shè)置6個(gè)試驗(yàn)組，第一組為空白對(duì)照組，只有浮床而無植物的水箱；第二至六組浮床上分別定植花葉蘆竹、香蒲、鳶尾、再力花和黃菖蒲。于2013年4-5月進(jìn)行為期32 d的試驗(yàn)，試驗(yàn)期間水溫18～32 ℃，平均水溫為25 ℃，水溫適合植物和藻類生長(zhǎng)。試驗(yàn)過程中由于植物的蒸騰作用、光合作用、水分蒸發(fā)以及取樣監(jiān)測(cè)會(huì)減少試驗(yàn)箱中的水量，定期補(bǔ)充原水以消除水分蒸發(fā)損失對(duì)試驗(yàn)效果的影響[11-13]。

1.4 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及方法

試驗(yàn)原水取自句容市某人工景觀湖，取樣點(diǎn)根據(jù)景觀湖的具體情況選擇湖的西、中、東3個(gè)點(diǎn)，并取其混合水樣值，水樣初始水質(zhì)見表1所示。由表1可知原水總磷（TP）和氨氮（NH3-N）濃度較高，有較嚴(yán)重的富營養(yǎng)化趨勢(shì)。各試驗(yàn)箱的浮床上定植植物后，每隔3～4 d在水面以下10 cm處取樣分析水體中的溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）和氨氮（NH3-N）含量，每次做2組平行實(shí)驗(yàn)，取其平均值。

各項(xiàng)指標(biāo)的分析方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）[14]。溶解氧（DO）采用碘量法，化學(xué)耗氧量（COD）采用重鉻酸鉀法，總磷（TP）采用鉬酸銨分光光度法，氨氮（NH3-N）采用納氏試劑分光光度法。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮床植物對(duì)水體中DO的改善情況

溶解氧（DO）是水體評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，無污染的天然水體中的DO含量一般接近飽和，水體受污染后會(huì)導(dǎo)致DO含量降低。DO的高低會(huì)直接影響水生生物的生長(zhǎng)和水體中氮、磷、化學(xué)需氧量等水質(zhì)指標(biāo)的高低，并將最終影響到水體的自凈能力[15]。五種浮床植物組及空白對(duì)照組水體中DO含量的變化情況如圖1所示。

由圖1可知，空白對(duì)照組DO含量從監(jiān)測(cè)初期的7.3 mg/L開始一直緩慢下降，沒有出現(xiàn)波動(dòng)，這或許是由于溫度慢慢升高，水中的含氧量也在慢慢減少，在25 d后溶解氧接近3.0 mg/L，已接近地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)逐漸惡化。整個(gè)試驗(yàn)期間五種浮床植物組由于植物的光合作用以及呼吸作用，根系周圍呈現(xiàn)好氧狀態(tài)[11]，使水體DO值均比無植物的對(duì)照組要高，且情況較為穩(wěn)定，對(duì)提高水體含氧量起到了積極的作用，但由于水體中溶解氧的來源比較多，故在此不對(duì)影響因素進(jìn)行詳細(xì)的比較。

2.2 五種浮床植物修復(fù)效果的比較

各浮床植物對(duì)TP、NH3-N和COD的去除率分別見圖2、圖3、圖4。

氮、磷是植物生長(zhǎng)必需的大量元素，也是引起水體富營養(yǎng)化的主要因素。由圖2、圖3可知，五種浮床植物在試驗(yàn)培養(yǎng)期間內(nèi)對(duì)水體的氮、磷均有很好的去除作用。整體來看，不同的植株對(duì)水體NH3-N和TP的影響趨勢(shì)是相似的，但去除能力表現(xiàn)出一定的差異。根據(jù)圖2，在0～13 d，TP的去除率大小依次為再力花>鳶尾>香蒲>黃菖蒲>花葉蘆竹；13 d后各試驗(yàn)組對(duì)TP的去除率均達(dá)到了很高的水平，都在50%以上，水中TP濃度均達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；后期黃菖蒲的去除率出現(xiàn)了小幅的下降，花葉蘆竹的去除率出現(xiàn)了小幅的上升。其中對(duì)TP修復(fù)效果最好的植物是再力花，在整個(gè)試驗(yàn)過程中再力花均保持良好的長(zhǎng)勢(shì)和較高且穩(wěn)定的去除率，最高達(dá)到了91.3%。

水中的NH3-N濃度除了受外來污染物的影響，還與水體的pH和水中微生物的影響有關(guān)。根據(jù)圖3，5種浮床植物在試驗(yàn)培養(yǎng)期間內(nèi)，對(duì)水體的NH3-N均有很好的去除效果，其中黃菖蒲和再力花的去除效果相對(duì)較好，去除率分別達(dá)到了94.8%和92.2%。

化學(xué)需氧量（COD）是反映水體有機(jī)污染的一項(xiàng)重要指標(biāo)。試驗(yàn)期間空白對(duì)照組COD值是緩慢升高的，各浮床植物對(duì)COD的凈化能力相對(duì)于TP和NH3-N弱，是由于各植物對(duì)COD的降解主要依靠植物根區(qū)微生物的活動(dòng)來完成，降解過程受水體溫度、DO、水體微生物的種類及數(shù)量等多種因素的影響[11]。由圖4可知，在試驗(yàn)的開始階段各浮島植物對(duì)COD的去除率增幅較緩，約在7 d后對(duì)水體中COD的去除效果增強(qiáng)，對(duì)COD去除率大小依次排序?yàn)椋?香蒲>花葉蘆竹>黃菖蒲>鳶尾>再力花。其中對(duì)COD的凈化能力相對(duì)較強(qiáng)的是香蒲和花葉蘆竹，去除率分別為40.2%和38.4%。

3 小結(jié)與討論

通過對(duì)江蘇省句容市有景觀水體的住宅小區(qū)和城市公園人工景觀湖的實(shí)地調(diào)查，并以某人工景觀湖為對(duì)象，對(duì)其水質(zhì)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明溶解氧（DO）含量隨時(shí)間呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、化學(xué)需氧量（COD）等指標(biāo)隨時(shí)間呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。而經(jīng)浮床栽培的香蒲、黃菖蒲、鳶尾、再力花和花葉蘆竹進(jìn)行修復(fù)后，水質(zhì)有了明顯改善。其中再力花的長(zhǎng)勢(shì)最為明顯，其根系的生長(zhǎng)程度極為發(fā)達(dá)，其所在的試驗(yàn)箱內(nèi)的水也最為透明。各植物對(duì)受污染景觀水體DO含量的提高都起到了積極作用，對(duì)水體中的TP、NH3-N和COD均有明顯的去除效果，并存在一定的差異，其中對(duì)TP凈化效果最好的是再力花，對(duì)NH3-N凈化效果較好的是黃菖蒲和再力花，各植物對(duì)COD的凈化能力相對(duì)于對(duì)TP和NH3-N的凈化能力弱，對(duì)COD的凈化能力相對(duì)較強(qiáng)的是香蒲和花葉蘆竹。各植物都具有一定的景觀價(jià)值，在工程實(shí)踐中可根據(jù)景觀水體的實(shí)際污染情況，選擇不同類型的浮床植物進(jìn)行修復(fù)。

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