城市水體凈化中水生植物的選擇及應(yīng)用研究

李霞

摘要：為充分發(fā)揮水生植物改善水質(zhì)和營造生態(tài)景觀的雙重作用，通過對(duì)人工湖泊和相對(duì)靜止水體水質(zhì)進(jìn)行分析研究后，選擇11種水生植物在滄州市南湖公園、千童公園、荷花池公園、新華公園設(shè)立試驗(yàn)基地，采取自然式栽植及生態(tài)浮島等多種方法，通過觀測(cè)水生植物對(duì)水體pH值、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等指標(biāo)的影響變化，分析水生植物凈化水質(zhì)的作用，篩選出耐污性強(qiáng)、凈化水質(zhì)效果好、適宜滄州市區(qū)生存環(huán)境的9種水生植物品種，以及2種對(duì)水體的綜合凈化率和穩(wěn)定性較高水生植物組合配置方式，為利用水生植物對(duì)污染水體進(jìn)行凈化修復(fù)作出了有益探索。

關(guān)鍵詞：水生植物;水質(zhì)凈化;合理配置;景觀效果

目前，我國城市水體的環(huán)境容量和生態(tài)承載力因人口劇增而不堪重負(fù)，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，公園、居住區(qū)等的水體都遭到不同程度的污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國90%以上公園的水體化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、總氮（TN）、總磷（TP）和非離子氨等指標(biāo)大多超過國家地面水環(huán)境質(zhì)量四類標(biāo)準(zhǔn)。在城市涉水景觀工程建設(shè)過程中，改善水質(zhì)和營造相應(yīng)的生態(tài)景觀是兩個(gè)基本的功能取向。水生植物在構(gòu)成美麗多彩的自然景觀的同時(shí)，還在保持水體系統(tǒng)生態(tài)平衡、凈化水質(zhì)方面起著獨(dú)特的作用，其重要性也日益為人們所重視。

通過結(jié)合園林造景應(yīng)用，以蘆葦、千屈菜、水生美人蕉等11種水生植物為試驗(yàn)材料，在相對(duì)靜止水體研究水生植物對(duì)水質(zhì)凈化作用，從而篩選出具有水體凈化功能，凈化率更高更穩(wěn)定，并能展現(xiàn)良好景觀效果的水生植物品種，旨在為城市水體凈化中水生植物的選擇及應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況

滄州市位于河北省東南部的渤海灣畔，地跨北緯37°29～38°57，東經(jīng)115°42～117°50。暖溫帶大陸季風(fēng)氣候，四季分明，溫度適中，光照充足，雨熱同季，降水集中，災(zāi)害性天氣常有發(fā)生。年平均氣溫12.0～12.6℃，最冷月份（1月）平均氣溫-4.1～5.0°C，極端最低氣溫-24.8°C，最熱月份（7月）平均氣溫26.5～26.9°C，極端最高氣溫達(dá)43°C。年平均降水量510～610mm，分配極不均勻，多集中在夏季，占年降水量的68%～75%。滄州市地表水整體水質(zhì)較為惡劣，整體河道水質(zhì)基本為劣V類，部分河道呈現(xiàn)黑臭水體，主要污染物指標(biāo)為COD、NHa-N、TP，主要污染源為生活污水、初期雨水、垃圾、畜禽廢水以及部分工業(yè)廢水。景觀水體主要為公園內(nèi)的人工湖泊以及排干渠，較其他河道水質(zhì)略好，普遍為V類。但由于相對(duì)封閉，富營養(yǎng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，并有生活污水排入。

1.2試驗(yàn)材料

根據(jù)來源廣、易繁殖、病蟲害少和美觀等原則，確定了千屈菜、水生美人蕉、水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草、蘆葦、香蒲、睡蓮11種供試水生植物。蘆葦采于野外，千屈菜、水生美人蕉、水生鳶尾等試驗(yàn)品種均于2017年3月從山東青州引進(jìn)。

1.3試驗(yàn)方法

以滄州市南湖公園、千童公園、新華公園、荷花池公園的4處景觀水體作為試驗(yàn)水域，采用單種栽植、組合栽植、生態(tài)浮島3種方式開展試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，根據(jù)水生植物配置情況設(shè)置分別在規(guī)定的水域進(jìn)行9組處理（表1）。每隔20天對(duì)試驗(yàn)水體的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，就水中的PH值、COD、氨氮、總磷的數(shù)值進(jìn)行測(cè)定，并測(cè)量水生植物的生長量，觀測(cè)其生長狀況。

2結(jié)果與分析

2.1水生植物對(duì)水質(zhì)凈化效果分析

2.1.1植物株高、根系長度與數(shù)量比較。從植物株高變化來看，增長量以水蔥、蘆葦、旱傘草、香蒲、水生美人蕉最大，水蔥為11.33倍，蘆葦為10倍，旱傘草為10倍，香蒲為9.67倍，水生美人蕉為6.67倍。

從根系長度來看，根系較長的植物包括水生美人蕉、旱傘草、再力花、梭魚草、蘆葦、睡蓮，這6種水生植物的根系長度都在35cm以上;根系較短的包括千屈菜、水生鳶尾、荷花、水蔥、香蒲，這5種植物的根系長度基本都在30cm以下。

植物根系數(shù)量與長度是植物適應(yīng)能力強(qiáng)弱最直接的形態(tài)學(xué)表現(xiàn)。從根系數(shù)量來看，根系較多的包括荷花、再力花、梭魚草、香蒲、水生美人蕉、蘆葦、旱傘草，這7種植物的根系數(shù)量都在28條以上;根系較少的包括水蔥、千屈菜、水生鳶尾，都不超過20根。

由表2可以看出，挺水植物的根系相比較為發(fā)達(dá)，且生長良好，說明挺水植物均能適應(yīng)試驗(yàn)中的污水環(huán)境，并且有較好的凈化效果。

2.1.2耐性表現(xiàn)比較。脯氨酸和丙二醇含量能在一定程度上反映植物耐污染能力的強(qiáng)弱。從水生植物耐性生理特性來看（表3），11種水生植物種植在生活污水中生長210d后，水生植物在污水中的脯氨酸、丙二醇含量與清水中的含量相比，并不是都呈一致的上升趨勢(shì)，而是有些升高，有些降低。結(jié)合這11種植物對(duì)污水的凈化能力和植物在等濃度污水條件下的生長情況表現(xiàn)考慮，植物生長衰敗，污水中脯氨酸、丙二醇含量降低，說明這類植物耐污染適應(yīng)性能力弱，不適宜在污染重的水中生長;植物生長良好，污水中脯氨酸、丙二醇含量升高，說明這類植物具有一定耐污染適應(yīng)性能力，在高污染的水環(huán)境中，能通過調(diào)節(jié)自身脯氨酸、丙二醇含量適應(yīng)逆境;植物生長良好，但污水中脯氨酸、丙二醇含量降低，說明該類植物耐污染適應(yīng)性能力強(qiáng)，適宜在污染較重，營養(yǎng)物質(zhì)含量多的水環(huán)境中生長。

從脯氨酸含量來看，水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草在污水條件下與清水相比，脯氨酸含量是呈一致的上升趨勢(shì)，說明這6種植物在污水環(huán)境下產(chǎn)生適應(yīng)性抗逆反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)自身脯氨酸含量以適應(yīng)污水環(huán)境。

從丙二醇含量來看，水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草、睡蓮在污水條件下與清水相比，丙二醇含量呈上升趨勢(shì)，說明這7種植物在污水環(huán)境下產(chǎn)生了適應(yīng)性抗逆反應(yīng)。但是，梭魚草和再力花初期生長勢(shì)較弱，可能是在高濃度污水里初期生長表現(xiàn)出不適應(yīng)性，后期逐漸轉(zhuǎn)好。水生鳶尾的生長勢(shì)也稍次于水生美人蕉等。

從清水對(duì)照與污水處理之間的變化規(guī)律來看：千屈菜、蘆葦、睡蓮、香蒲、水生美人蕉這5種水生植物對(duì)污水表現(xiàn)出一定的凈化能力，在栽培中植物也沒有出現(xiàn)生長不適性，甚至長勢(shì)更好，指標(biāo)含量下降可能是由于這3種植物與在清水中生長相比，更適應(yīng)污水這種養(yǎng)分含量相對(duì)充足的生長環(huán)境，清水環(huán)境反而成為一種相對(duì)的逆境，因而清水下的脯氨酸含量反而較高。

因此，結(jié)合水生植物生長狀況和植物體內(nèi)脯氨酸、丙二醇含量的變化情況，可以判斷梭魚草、再力花耐污染適應(yīng)性能力弱;荷花、水生鳶尾耐污染能力中等;千屈菜、蘆葦、旱傘草、水蔥、香蒲、水生美人蕉、睡蓮耐污能力強(qiáng)。

2.1.3凈化水質(zhì)效果。水生植物對(duì)污水中的化學(xué)需氧量、氨氮、總磷有明顯的去除效果，去除率均顯著高于無植物空白對(duì)照處，顯示出了水生植物顯著的凈化效果。按不同水生植物配置系統(tǒng)對(duì)污染物的去除率排序?yàn)椋篢2（千屈菜+水生鳶尾+水生美人蕉+旱傘草）>T1（水生美人蕉+旱傘草+再力花+水蔥+梭魚草）>T3（荷花）>T4（蘆葦）>Tg（千屈菜）>T8（睡蓮）>T5（香蒲+蘆葦）=T7（梭魚草）>T6（香蒲）>空白對(duì)照。特別是對(duì)COD和氨氮的去除率較高，顯示出了水生植物對(duì)COD和氨氮的凈化優(yōu)勢(shì)。而且，試驗(yàn)表明，不同配置的水生植物組合對(duì)水體的凈化作用總體效果更優(yōu)于單種植物。這可能是由于不同水生植物不同時(shí)期的生長速率及代謝功能不同，導(dǎo)致其對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收特性不同，而這種吸收差異性可以形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，并利用根際周圍微生物組成人工復(fù)合系統(tǒng)的群體效應(yīng)，保持對(duì)營養(yǎng)元素及有機(jī)物有較好的凈化效果，充分發(fā)揮它們的生態(tài)功能。

2.2影響水生植物治污、凈化能力的主要因素

2.2.1溫度。污水溫度會(huì)直接影響到水生植物的治污能力。不同溫度條件下，水生植物對(duì)營養(yǎng)鹽的吸收能力也不同。在夏、秋季節(jié)，許多喜溫水生植物處于生長旺期，因而表現(xiàn)出較高的凈化效率。然而到了深秋和冬季，許多喜溫水生植物已處于衰老和死亡階段，自然會(huì)失去其凈化效能。需要特別注意的是，在氣溫較低的冬季，部分水生植物會(huì)枯死，植物殘?bào)w會(huì)對(duì)水體形成二次污染。水生植物之所以可以有效去除水體中的氨氮，溫度適宜是一個(gè)重要原因。研究證明，氮去除的最適宜溫度為20～25°C，當(dāng)溫度低于15%或高于30%時(shí)，去除效果均不理想。

2.2.2水深。水生植物對(duì)生存環(huán)境的水深存在一定的敏感性，不適合的水位會(huì)對(duì)水生植物形成制約，甚至?xí)?dǎo)致水生植物的死亡。一般情況下，對(duì)于挺水植物應(yīng)把握2個(gè)準(zhǔn)則，即“栽種后的平均水深不能淹沒植株的第一分枝或心葉”和“一片新葉或一個(gè)新梢的出水時(shí)間不能超過4天”;浮水植物的根部生于底泥中，其種植深度一般可達(dá)數(shù)米;漂浮植物根系不固定在泥土里隨水面漂流，因而可不考慮種植深度的問題。實(shí)踐證明，如果采用栽植挺水植物來進(jìn)行污水治理應(yīng)用，污水深度為0.3～0.6m最適合。

2.2.3水污染程度。水生植物在不同污染程度的水體中治污能力各有區(qū)別，例如在重度富營養(yǎng)化污水中，選擇蒸騰強(qiáng)度高的水生植物凈化效果比較好。水生植物品類對(duì)不同水體污染程度的治污能力各異。有研究試驗(yàn)證明，燈芯草、萱草、菖蒲等對(duì)污水環(huán)境的營養(yǎng)化程度不是很敏感，重度和輕度營養(yǎng)化污水環(huán)境凈化能力區(qū)別不大。而蘆葦在輕度富營養(yǎng)水中凈化能力較強(qiáng)。

2.3水生植物的管理

對(duì)水生植物的管理，要按照其生態(tài)學(xué)要求和生長習(xí)性，精心管理。水生植物的生長對(duì)溫度有一定的適應(yīng)范圍，如蘆葦在溫度低于8℃時(shí)，生命活動(dòng)明顯降低;在夏季高溫時(shí)，要及時(shí)將快要衰退腐爛的水生植物收割、清理出水體;在11月份要及時(shí)將已經(jīng)干枯的蘆葦、香蒲等水生植物收割、清理出水體。水生植物冬季死亡后，由于溫度比較低，腐爛分解速度比較緩慢，并不會(huì)立即產(chǎn)生水質(zhì)污染。到了翌年晚春季節(jié)，隨著水溫的上升，植物殘?bào)w的腐爛速度加快，迅速釋放出大量的有機(jī)物和營養(yǎng)鹽，水體顏色加深，有時(shí)還伴隨藻類大量生長，嚴(yán)重時(shí)下層水缺氧，引起魚蝦死亡。因此，必須重視對(duì)水生植物整個(gè)生長周期內(nèi)的采收管理，定期對(duì)水面漂浮的腐葉枯枝及垃圾雜物進(jìn)行清除，防止水生植物死亡后營養(yǎng)物質(zhì)重新回到水體，減少自然凋落量，減輕因凋落物腐爛分解對(duì)水體造成的二次污染。

3結(jié)論

在水體生態(tài)景觀的營造過程中，水生植物不僅可以滿足凈化水體的要求，同時(shí)還能營造優(yōu)美的園林景觀，并與水體周圍環(huán)境有機(jī)融合，形成和諧統(tǒng)一的整體景觀。試驗(yàn)結(jié)果表明，在水體凈化中，不同種類的水生植物具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，對(duì)不同污染性質(zhì)的水體具有不同程度的凈化作用。并且，多種水生植物的組合有利于植物間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，對(duì)水體的凈化作用總體效果更優(yōu)于單種水生植物，而且凈化效果更加穩(wěn)定。因此，在利用水生植物對(duì)水體進(jìn)行凈化時(shí)，要在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)污染物的化學(xué)和物理性質(zhì)采取針對(duì)性的水生植物種植，以確保植物對(duì)水體的凈化效果最大化。