不同濕地植物及其組配對富營養(yǎng)化水體的凈化效果*

杜紅霞 王 麗 湛景武 張德芳 張 軍 張怡晨

(1.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710055；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；3.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

不同濕地植物及其組配對富營養(yǎng)化水體的凈化效果*

杜紅霞1王 麗1湛景武2張德芳3張 軍1張怡晨1

(1.西安建筑科技大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710055；2.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；3.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海 西寧 810016)

在西安市浐灞河濕地植物調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取優(yōu)勢種菖蒲(Acorusgramineus)、蘆葦(Phragmitesaustralis)、荷花(Nelumbonucifera)和鳶尾(Iriswilsonii)作為試驗(yàn)植物，研究了4種植物及其不同組配對水體總氮、氨氮、硝態(tài)氮和總磷的去除效果。結(jié)果表明：蘆葦+菖蒲對總氮的凈化效果最好，平均去除率為54.72%，但去除率最大值(94.98%)出現(xiàn)在菖蒲處理39d時(shí)；鳶尾+蘆葦對氨氮的凈化效果最好，平均去除率為60.56%，但去除率最大值(93.60%)出現(xiàn)在菖蒲+鳶尾處理39d時(shí)；蘆葦+菖蒲對硝態(tài)氮的凈化效果最好，平均去除率為50.54%，去除率最大值(94.63%)出現(xiàn)在蘆葦+菖蒲處理39d時(shí)；鳶尾+蘆葦對總磷的凈化效果最好，平均去除率為52.35%，去除率最大值(86.93%)出現(xiàn)在鳶尾+蘆葦處理39d時(shí)。

濕地植物 組配方式 富營養(yǎng)化 氮 磷

濕地作為一種高效率的污水生態(tài)處理技術(shù)，在全球已被廣泛應(yīng)用[1-3]。植物在濕地中不僅可以直接截留氮磷，還具有景觀美學(xué)效應(yīng)[4-7]，對富營養(yǎng)化湖泊、河道等的處理有良好的效果[8],[9]227。植物種類的選擇和組配對水體凈化的效果有重要影響[9]230,[10],[11]328。一般來說，多種水生植物合理組配對水體的凈化效果較單一植物好[12]。不同植物之間可能通過相互作用產(chǎn)生互補(bǔ)效應(yīng)[13]，但也有可能產(chǎn)生互斥作用[11]332。本研究對西安市浐灞河濕地植物群落進(jìn)行調(diào)查后選取4種優(yōu)勢植物作為研究對象，分析了不同植物種類及其組配對氮磷的凈化效果，以期為濕地植物的選擇與組配提供更多參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)植物

2015年3月，在西安市浐灞河濕地經(jīng)過調(diào)查后采集了菖蒲(Acorusgramieus)、蘆葦(Phragmitesaustralis)、荷花(Nelumbonucifera)和鳶尾(Iriswilsonii)4種優(yōu)勢植物。在室內(nèi)用自來水馴養(yǎng)適應(yīng)15 d后選擇生長狀況良好且性狀比較一致的植株作為試驗(yàn)植物，洗凈后栽于試驗(yàn)用水中。

1.2 試驗(yàn)用水

根據(jù)實(shí)際水體水質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)[14]：總氮12.60 mg/L、總磷1.03 mg/L、氨氮5.24 mg/L、硝態(tài)氮4.68 mg/L、pH 8.02，配制試驗(yàn)用水以模擬河水。以自來水為基質(zhì)，通過加入氯化銨、硝酸鉀、磷酸二氫鉀等無機(jī)鹽，使得試驗(yàn)用水總氮12.90～13.06 mg/L、總磷2.32～2.62 mg/L、氨氮5.29～6.29 mg/L、硝態(tài)氮5.74～6.04 mg/L，各項(xiàng)指標(biāo)均略高于實(shí)際水體，pH為7.03。

1.3 試驗(yàn)土壤

試驗(yàn)土壤為采自浐灞河上游河灘無污染的砂土。

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置采用塑料整理箱(54 cm×38 cm×28 cm)，試驗(yàn)土壤覆蓋厚度為16 cm，水深為10 cm。在每個(gè)試驗(yàn)裝置中種植蘆葦、鳶尾、菖蒲、荷花單一植物和鳶尾+蘆葦、蘆葦+菖蒲、菖蒲+鳶尾、菖蒲+荷花植物組配。每個(gè)試驗(yàn)裝置中種植8株植物，組配處理采用交叉種植的方式，每組處理重復(fù)3次。

1.5 檢測方法

pH采用PHS-3C玻璃電極pH計(jì)測定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法測定，總磷采用過硫酸鉀消解—鉬酸銨分光光度法測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，硝態(tài)氮采用紫外分光光度法測定[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物種類及組配對氮磷的凈化效果

由表1可見，單一植物處理時(shí)，蘆葦對總氮的凈化效果最好，平均去除率為53.46%；菖蒲次之，平均去除率為52.21%；鳶尾最差，平均去除率為50.72%。這主要是因?yàn)樘J葦根系的泌氧作用可以促進(jìn)微生物對氮的去除[16]。植物組配處理時(shí)，蘆葦+菖蒲對總氮的凈化效果最好，平均去除率為54.72%；鳶尾+蘆葦次之，平均去除率為54.24%；菖蒲+荷花最差，平均去除率為50.48%。不同植物種類及組配對總氮的凈化效果從高到低依次為蘆葦+菖蒲、鳶尾+蘆葦、菖蒲+鳶尾、蘆葦、菖蒲、荷花、鳶尾、菖蒲+荷花?？傮w而言，除菖蒲+荷花外兩種植物組配處理對總氮的凈化效果略好于單一植物處理。

單一植物處理時(shí)，菖蒲、蘆葦、荷花對氨氮的凈化效果基本相當(dāng)，鳶尾相對較差。植物組配處理時(shí)，鳶尾+蘆葦對氨氮的凈化效果最好，平均去除率為60.56%；蘆葦+菖蒲次之，平均去除率為54.65%；菖蒲+荷花最差，平均去除率僅為46.40%。不同植物種類及組配對氨氮的凈化效果從高到低依次為鳶尾+蘆葦、蘆葦+菖蒲、菖蒲+鳶尾、蘆葦、荷花、菖蒲、鳶尾、菖蒲+荷花。同樣地，除菖蒲+荷花外兩種植物組配處理對氨氮的凈化效果好于單一植物處理。

單一植物處理時(shí)，蘆葦對硝態(tài)氮的凈化效果最好，平均去除率為44.14%；菖蒲次之，平均去除率為42.70%；荷花最差，平均去除率為41.04%。植物組配處理時(shí)，蘆葦+菖蒲對硝態(tài)氮的凈化效果最好，平均去除率為50.54%；菖蒲+鳶尾次之，平均去除率為47.17%；菖蒲+荷花最差，平均去除率為42.99%。不同植物種類及組配對硝態(tài)氮的凈化效果從高到低依次為蘆葦+菖蒲、菖蒲+鳶尾、鳶尾+蘆葦、蘆葦、菖蒲+荷花、菖蒲、鳶尾、荷花。

植物對水體中磷的去除主要有沉積、吸附、吸收等作用[17]。由表1可知，不同植物種類及組配對總磷的凈化效果亦存在差異。單一植物處理時(shí)，菖蒲對總磷的凈化效果最好，平均去除率為46.79%；鳶尾次之，平均去除率為45.70%；蘆葦最差，平均去除率為43.25%。對總磷的凈化效果，植物組配處理均高于單一植物處理，其中鳶尾+蘆葦凈化效果最好，平均去除率為52.35%；蘆葦+菖蒲次之，平均去除率為51.63%；菖蒲+荷花最差，平均去除率為48.18%。不同植物種類及組配對總磷的凈化效果從高到低依次為鳶尾+蘆葦、蘆葦+菖蒲、菖蒲+鳶尾、菖蒲+荷花、菖蒲、鳶尾、荷花、蘆葦。

表1 不同植物種類及組配對氮磷的去除率

圖1 不同植物種類及組配對氮磷的去除率隨時(shí)間變化散點(diǎn)圖Fig.1 Time varation scatter plot of removal efficiency of nitrogen and phosphorus by different plants and their configurations

2.2 不同植物種類及組配對氮磷的凈化效果的時(shí)間選擇

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期中，不同植物種類及組配在不同時(shí)間段對氮磷的凈化效果亦不同。由圖1(a)可見，對總氮的去除率，單一植物處理的最大值出現(xiàn)在菖蒲處理39 d時(shí)，去除率為94.98%，最小值出現(xiàn)在菖蒲處理34 d時(shí)，去除率為7.29%；植物組配處理的最大值出現(xiàn)在蘆葦+菖蒲處理39 d時(shí)，去除率為94.03%，最小值出現(xiàn)在菖蒲+鳶尾處理34 d時(shí)，去除率為12.57%。

由圖1(b)可見，對氨氮的去除率，單一植物處理的最小值和最大值分別出現(xiàn)在菖蒲處理23 d和蘆葦處理39 d時(shí)，去除率分別為11.18%、92.26%；植物組配處理的最大值出現(xiàn)在菖蒲+鳶尾處理39 d時(shí)，去除率為93.60%，最小值出現(xiàn)在荷花+菖蒲處理23 d時(shí)，去除率為10.55%。

由圖1(c)可見，對硝態(tài)氮的去除率，單一植物處理的最小值和最大值分別出現(xiàn)在鳶尾處理34、28 d時(shí)，去除率分別為4.37%、87.18%；植物組配處理的最大值出現(xiàn)在蘆葦+菖蒲處理39 d時(shí)，去除率為94.63%，最小值出現(xiàn)在鳶尾+蘆葦處理13 d時(shí)，去除率為3.93%。

由圖1(d)可見，對總磷的去除率，單一植物處理的最大值出現(xiàn)在鳶尾處理39 d時(shí)，去除率為84.62%，最小值出現(xiàn)在蘆葦處理23 d時(shí)，去除率為1.11%；植物組配處理的最高值出現(xiàn)在鳶尾+蘆葦處理39 d時(shí)，去除率為86.93%，最小值出現(xiàn)在菖蒲+荷花處理23 d時(shí)，去除率為10.66%。

3 結(jié) 論

蘆葦+菖蒲對總氮的凈化效果最好，平均去除率為54.72%，去除率最大值(94.98%)出現(xiàn)在菖蒲處理39 d時(shí)；鳶尾+蘆葦對氨氮的凈化效果最好，平均去除率為60.56%，去除率最大值(93.60%)出現(xiàn)在菖蒲+鳶尾處理39 d時(shí)；蘆葦+菖蒲對硝態(tài)氮的凈化效果最好，平均去除率為50.54%，去除率最大值(94.63%)出現(xiàn)在蘆葦+菖蒲處理39 d時(shí)；鳶尾+蘆葦對總磷的凈化效果最好，平均去除率為52.35%，去除率最大值(86.93%)出現(xiàn)在鳶尾+蘆葦處理39 d時(shí)。

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Purifyingeffectsoneutrophicwaterbydifferentwetlandplantsandtheirconfigurations

DUHongxia1，WANGLi1，ZHANJingwu2,ZHANGDefang3,ZHANGJun1,ZHANGYichen1.

(1.SchoolofEnvironmentalandMunicipalEngineering,Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi’anShaanxi710055;2.CCTEGXi’anResearchInstitute,Xi’anShaanxi710054;3.AcademyofAgricultureandForestrySciences,QinghaiUniversity,XiningQinghai810016)

Through regional investigation of the wetland plants in Chanba River wetland in Xi’an,4 dominant species of plants (Acorusgramineus,Phragmitesaustralis,NelumbonuciferaandIriswilsonii) were selected as purifying plants for wetland water treatment.The effects on removal efficiency of total nitrogen,ammonia nitrogen,nitrate nitrogen and total phosphorus in water were studied by the plants and their configurations.Results showed that:Phragmitesaustralis+Acorusgramineushad the best average removal efficiency (54.72%) on total nitrogen,but the maximum removal efficiency was 94.98% when treated byAcorusgramineusafter 39 d;Iriswilsonii+Phragmitesaustralishad the best average removal efficiency (60.56%) on ammonia nitrogen,but the maximum removal efficiency was 93.60% when treated byAcorusgramineus+Iriswilsoniiafter 39 d;Phragmitesaustralis+Acorusgramineushad the best average removal efficiency (50.54%) on nitrate nitrogen with maximum removal efficiency of 94.63% after 39 d;Iriswilsonii+Phragmitesaustralishad the best average removal efficiency (52.35%) on total phosphorus with maximum removal efficiency of 86.93% after 39 d.

wetland plant; configuration types; eutrophication; nitrogen; phosphorus

杜紅霞，女，1979年生，博士，講師，研究方向?yàn)榄h(huán)境生態(tài)和水土保持。

*陜西省教育廳專項(xiàng)科研項(xiàng)目(No.15JK1386)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(No.201610703040)；陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(No.20161238)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.06.007

2016-12-10)