洱海濕地植物不同組合配置對氮磷的去除效果研究

陳曉希，白曉華

(1.大理市洱海保護(hù)管理局，云南 大理 671000；2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

洱海濕地植物不同組合配置對氮磷的去除效果研究

陳曉希1，白曉華2

(1.大理市洱海保護(hù)管理局，云南 大理 671000；2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034)

建立多種水生植物模擬控制實(shí)驗(yàn)，揭示洱海湖濱大型水生植物組合在濕地中去除氮磷功能的差異：紙莎草、再力花和蘆葦與其他植物搭配組合對氮磷去除效果最佳；美人蕉對水質(zhì)的影響效果最不穩(wěn)定，但當(dāng)美人蕉與其他植物搭配時(shí)，卻起到很好的水質(zhì)影響效果。挺水植物可以較快地降低水體氮磷水平，但是氮磷去除率與水體氮磷含量成正相關(guān)關(guān)系。

濕地植物；組合；氮磷去除；去除效果；洱海

大型水生植物是水域生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者之一。水生植物在生長過程中可生產(chǎn)大量有機(jī)物質(zhì)，為水生動(dòng)物提供直接或間接的飼料[1-3]，同時(shí)吸收同化水體和底泥中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，對降低水體營養(yǎng)水平、防止富營養(yǎng)化有重要的作用[4-5]。

近年來，隨著洱海保護(hù)治理工作的深入開展，大理市在洱海重要入湖河口逐步實(shí)施和恢復(fù)了一系列湖濱濕地，旨在通過構(gòu)建濕地對入湖徑流進(jìn)行治理，達(dá)到削減入湖污染負(fù)荷的目的[6-8]。

為優(yōu)化濕地植物配置，本文在洱海彌苴河河口區(qū)湖濱帶開展模擬控制實(shí)驗(yàn)，以探討不同水生植物組合的水質(zhì)凈化效果。控制試驗(yàn)分別加注洱海湖水和彌苴河河水，研究不同植物組合在不同氮磷水平下對不同形態(tài)氮、磷的去除效果。

1 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)云南大理的氣候特征和湖濱植物種類，選擇了15種水生植物：再力花、香蒲、菖蒲、紙莎草、梭魚草、茭白、千屈菜、水蔥、美人蕉、旱傘草、鳶尾、蘆葦、薄荷、燈心草和花葉蘆竹。在彌苴河示范區(qū)附近開展植物組合水質(zhì)實(shí)驗(yàn)，比較各種植物組合對水體氮磷的影響。

室外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)植物組合各組植物構(gòu)成如表1所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 不同植物組合對水體中氮的去除效果分析

2.1.1 不同植物組合對總氮(TN)的去除

6月各植物組TN去除率差異較大，加注彌苴河水試驗(yàn)組各組從17%～98%不等，洱海水試驗(yàn)組各組在3%～93%(圖1)。各植物組洱海水試驗(yàn)組和加注彌苴河水試驗(yàn)組均在7月達(dá)到較好的去除效果，加注彌苴河水試驗(yàn)組中，去除率達(dá)90%左右，洱海水試驗(yàn)組達(dá)82%以上。8—10月，彌苴河+植物試驗(yàn)組中，TN去除率呈逐月下降趨勢。洱海水試驗(yàn)組去除率在8—10月變幅較小。

2.1.2 不同植物組合對硝態(tài)氮(NO3-N)的去除

加注彌苴河水試驗(yàn)組與洱海水試驗(yàn)組NO3-N的變化趨勢基本相同(圖2)。加注彌苴河水試驗(yàn)組在5—7月R1、R2、R8、R9和R14 5組去除率先降低后升高，其余各組去除率逐月上升。洱海水試驗(yàn)組6—7月去除率均呈上升趨勢。7月份各植物組對NO3-N去除率效果最好，均可達(dá)90%左右。8月兩組NO3-N去除率均顯著下降，加注彌苴河水試驗(yàn)組降至15%左右，洱海水試驗(yàn)組降至0%～5%左右。9—10月NO3-N去除率又顯著回升。10月份，加注彌苴河水試驗(yàn)組NO3-N去除率達(dá)90%以上，洱海水試驗(yàn)組之間略有差異，去除率在35%～70%。

整體去除效果表現(xiàn)為：加注彌苴河水試驗(yàn)組>洱海水試驗(yàn)組。

表1 植物組合

2.1.3 不同植物組合對氨態(tài)氮(NH3-N)的去除

各植物組兩種N、P水平NH3-N去除效果差異較大(圖3)。加注彌苴河水試驗(yàn)組 NH3-N 去除率在5%～80%，且不呈現(xiàn)明顯的規(guī)律。洱海水試驗(yàn)組NH3-N去除率隨時(shí)間呈較微弱的先降低后升高的趨勢，去除率在0%～105%。

2.2 不同植物組合對水體中磷的去除效果分析

2.2.1 不同植物組合對總磷(TP)的去除效果分析

加注彌苴河水試驗(yàn)組和洱海水試驗(yàn)組對TP的去除效果隨時(shí)間變化趨勢見圖4，去除率變化趨勢基本一致，均有逐月上升的趨勢。彌苴河水+植物試驗(yàn)組，對TP的去除范圍在5%～85%，洱海水+植物試驗(yàn)組，TP變化在0%～95%。

2.2.2 不同植物組合對總?cè)芙庑粤?TDP)的去除效果分析

各植物組TDP各月去除率變化差異較大(圖5)。加注彌苴河水試驗(yàn)組的R3、R8、R9和R14試驗(yàn)組，5—8月去除率先降低后升高，其他各植物組均逐月上升，TDP去除率8月可達(dá)60%左右。9月加注彌苴河水試驗(yàn)組中，R9組去除率略有上升，其余各植物組均明顯下降。10月，有植物組去除率回升幅度較大，去除率達(dá)70%以上，對照組去除率為20%。有植物組TDP去除率優(yōu)于對照組。洱海水試驗(yàn)組各組隨時(shí)間推移，去除率先降后升，各試驗(yàn)組9月份TDP去除效果最好，去除率在30%～98%。進(jìn)入秋季(10月份)TDP去除率略有下降。

2.3 各植物組合在不同進(jìn)水條件下對TN、TP的去除效果分析

2.3.1 各植物組合在不同進(jìn)水條件下對TN的去除效果分析

洱海水中，TN變化范圍為0.668～0.940 mg/L，7月TN濃度最大，8月有所降低，9—10月上升但幅度不大(表2)。彌苴河水體TN濃度逐月降低，變化范圍為0.456～1.819 mg/L，6—8月彌苴河水體TN含量高于洱海水體，9月和10月洱海水TN含量高于彌苴河水。

表2 試驗(yàn)植物組加注水的氮磷濃度 (mg/L)

洱海TP含量變化范圍為0.049～0.115mg/L，6—8月TP含量比較接近但逐月略有上升，9月有所下降，10月顯著升高。TP變化范圍為0.058～0.113 mg/L，8月TP含量最高。相比較，6～9月彌苴河水體TP含量高于洱海水體，10月洱海TP含量較彌苴河略高。

圖6和圖7為彌苴河與洱海水+植物對TN去除效果的比較。所選6組植物組合TN去除率隨時(shí)間變化趨勢基本一致。加注彌苴河水試驗(yàn)組中，7月去除效果最好，除R8組外，其余各植物組TN去除率8—10月持續(xù)降低，R8組10月去除率較9月略有上升。加注彌苴河水試驗(yàn)組TN去除率8—10月去除率變化趨勢與水體TN濃度變化趨勢較一致。洱海水試驗(yàn)組在7月去除效果最好，8—10月去除率先降低后升高。洱海水試驗(yàn)組TN去除率變化趨勢與洱海水體TN濃度變化趨勢相一致。6—8月，加注彌苴河水試驗(yàn)組各組去除率高于洱海水試驗(yàn)組，9月和10月洱海水試驗(yàn)組的TN去除率高于加注彌苴河水試驗(yàn)組。

2.3.2 各植物組合在不同進(jìn)水條件下對TP的去除效果分析

彌苴河與洱海水試驗(yàn)組中，TP含量持續(xù)下降(圖8、圖9)。彌苴河R1組8月份下降幅度最大，其余各植物組均在10月份TP去除率達(dá)到最大。洱海水試驗(yàn)組中，TP去除率變化趨勢與水體中TP濃度變化趨勢較一致，水體TP濃度越高去除率越大。1、4、5、8 4組6—9月加注彌苴河水試驗(yàn)組TP去除率高于洱海水試驗(yàn)組，10月低于洱海水試驗(yàn)組，與兩種水體TP濃度變化趨勢相一致。7和11兩組6—8月TP去除率加注彌苴河水試驗(yàn)組高于洱海水試驗(yàn)組，9月和10月低于洱海水試驗(yàn)組。

3 討論

洱海組TN去除率排名前五位的分別是L9(紙莎草、再力花、蘆葦)、L11(再力花、香蒲、美人蕉)、L1(梭魚草、鳶尾、蘆葦)、L13(再力花、茭白、美人蕉)、L12(水蔥、薄荷、美人蕉)。TP去除率排名前五位的是L9(紙莎草、再力花、蘆葦)、L7(水蔥、千屈菜、菖蒲)、L2(梭魚草、鳶尾、紙莎草)、L1(梭魚草、鳶尾、蘆葦)、L3(紙莎草、鳶尾、菖蒲)。可見，低氮磷濃度的水源下，美人蕉、梭魚草、再力花、紙莎草和鳶尾在與其他植物組合時(shí)，對氮磷的去除效果較好。本研究中洱海水試驗(yàn)組對TN和TP處理效果均較好的是L1和L9兩組。

加注彌苴河水試驗(yàn)組TN去除率從高到低依次是：R14(水蔥、紙莎草、美人蕉)、R5(燈心草、梭魚草、再力花)、R9(紙莎草、再力花、蘆葦)、R4(燈心草、薄荷、菖蒲)。TP去除率由高到低是：R2(梭魚草、鳶尾、紙莎草)、R4(燈心草、薄荷、菖蒲)、R9(紙莎草、再力花、蘆葦)、R6(茭白、香蒲、蘆葦)、R5(燈心草、梭魚草、再力花)。加注的水源中氮磷含量較高時(shí)，燈心草、梭魚草、紙莎草和再力花在與其他植物配合組成植物組合時(shí)對氮磷的去除效果較好。本研究中加注彌苴河水試驗(yàn)組對TN和TP處理效果均較好，特別是R4、R5和R9。

洱海水試驗(yàn)組與彌苴河水試驗(yàn)組各植物組去除效果相比，加注彌苴河水試驗(yàn)組去除效果相對穩(wěn)定，且去除率相對較高。兩種氮磷水平對比發(fā)現(xiàn)，氮磷去除率與水體氮磷含量成正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

(1)洱海和彌苴河兩種氮磷水平下，紙莎草、再力花和蘆葦與其他植物搭配組合時(shí)，對水質(zhì)影響效果最為穩(wěn)定，氮磷去除率最高。美人蕉對水質(zhì)的影響效果最不穩(wěn)定，但當(dāng)美人蕉與其他植物搭配時(shí)，卻有很好的水質(zhì)影響效果。挺水植物可以較快地降低水體氮磷水平。

(2)洱海水試驗(yàn)組與加注彌苴河水試驗(yàn)組各植物組去除效果相比，加注彌苴河水試驗(yàn)組去除效果相對穩(wěn)定，且去除率相對較高。兩種氮磷水平對比發(fā)現(xiàn)，氮磷去除率與水體氮磷含量成正相關(guān)關(guān)系。本研究氮磷水平較低，所以從治理富營養(yǎng)化的角度來說，還需要考慮綜合其他措施，同時(shí)要重視對大型水生植物的收獲利用，減少因植物掉落腐爛引起的二次污染。

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Removal Effects of Nitrogen and Phosphorus on Wetland Plant Assemblages in Erhai Lake

CHEN Xiao-xi1,BAI Xiao-hua2

(1. Erhai Lake Conservation and Management Bureau of Dali, Dali Yunnan 671000, China)

Removal effects of nitrogen and phosphorus on wetland plant assemblages were studied by the wetland plant experiments in Miju River，Erhai Lake. Papyrus, Hardy Canna, and Reed had the best removal effect of nitrogen and phosphorus. Canna had a poor result. However a better effect was appeared when Canna assorted with other plants. Emergent plants could remove nitrogen and phosphorus rapidly. But their removal effects of nitrogen and phosphorus were positively correlated with the concentrations of nitrogen and phosphorus.

wetland Plant; combination; removal effects; nitrogen and phosphorus; Erhai Lake

2017-02-13

陳曉希(1984-)，女，漢族，云南大理人，本科，環(huán)境保護(hù)工程師，主要從事湖泊生態(tài)學(xué)方面的研究。

X52

A

1673-9655(2017)03-0046-07