12種水生植物對氨氮和總磷的凈化效果研究

陳巧玲 林曉蔥 宮本濤

摘 要：為篩選適用于治理水體富營養(yǎng)化的水生植物，以梭魚草、花葉蘆竹、水罌粟等12種水生植物為試驗材料，在模擬富營養(yǎng)化水體進行水培生長試驗，通過對氨氮及總磷等富營養(yǎng)化指標的測定，研究12種水生植物對模擬富營養(yǎng)化水體的凈化效果。試驗結(jié)果表明：在富營養(yǎng)化水體中，萍草的生長狀況較弱，花葉蘆竹的適應(yīng)期較長，而其他10種水生植物生長狀況較好。粉綠狐尾藻去除富營養(yǎng)化水體中氨氮及磷的能力最為突出，梭魚草次之；水生美人蕉適應(yīng)能力最好且最快發(fā)揮去除氨氮及總磷的水質(zhì)凈化作用。綜合條件粉綠狐尾藻、梭魚草、水生美人蕉對富營養(yǎng)化水體的凈化效果較好。

關(guān)鍵詞：水生植物；氨氮；總磷；凈化

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.01.012

Abstract： In order to screen the aquatic plants suitable for controlling eutrophication of water body， 12 aquatic plants， such as Pontederia cordata， Arundo donax var. versicolor and Hydrocleys nymphoides， were used as experimental materials to carry out hydroponic growth experiments in simulated eutrophic water body. The purification effect of 12 aquatic plants in simulated eutrophic water body was studied by measuring the eutrophication indexes such as ammonium nitrogen and total phosphorus. The results showed that in eutrophic water， the growth of duckweed was weak， the adaptation period of Phyllostachys mosaica was longer， and the growth of other 10 aquatic plants was better. The removal of ammonium nitrogen and phosphorus from eutrophic water by Foxtail verticillata is the most prominent， followed by Barracuda spp. The aquatic Canna has the best adaptability and can play the role of removing ammonium nitrogen and total phosphorus at the first time. Analysising comprehensively， the purification effect of Myriophyllum aquaticum， Pontederia cordata and aquatic Canna glauca on purifying eutrophic water body is better.

Key words： Aquatic plants； ammonia nitrogen； total phosphorus； purification

富營養(yǎng)化是當今自然湖泊和人工景觀水環(huán)境面臨的主要問題，主要是由于營養(yǎng)物質(zhì)的增加，使得藻類大量繁殖從而導(dǎo)致整個水體生態(tài)平衡改變的一種水體污染現(xiàn)象。一般認為營養(yǎng)物質(zhì)主要是氮和磷，以及碳、微量元素或維生素等，因此控制水體富營養(yǎng)化最主要的措施就是要控制氮和磷。由于藻類可利用的氮遠比可利用的磷多，因此，磷常被作為富營養(yǎng)化的限制因子。我國水生植物資源非常豐富，據(jù)調(diào)查統(tǒng)計有61科、168屬、741種水生植物[1]，水生植物是營造園林水景的重要材料，既有良好的觀賞性，又具有改善水質(zhì)的生態(tài)效應(yīng)[2-5]。本研究選取適合深圳市氣候的12種水生植物對富營養(yǎng)化水體中氨氮、磷的凈化能力進行比較，以期篩選出對富營養(yǎng)化水體凈化能力較強的植物品種，為治理城市景觀污水的植物選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試植物

供試水生植物為梭魚草、花葉蘆竹、水罌粟、路易斯安娜鳶尾、旱傘草、水生美人蕉、再力花、香蒲、萍蓬草、粉葉狐尾草、睡蓮、銅錢草等12種水生植物（表1），來源深圳市洪湖公園苗圃。

1.2 供試水體

供試水體為模擬富營養(yǎng)化污水，其中氨氮、總磷初始濃度設(shè)置為12.80 mg· L-1和5.68 mg· L-1，其余元素濃度與國際水稻標準營養(yǎng)液一致。

1.3 試驗設(shè)計

試驗于2014年8月3日開始至2014年9月14日在洪湖公園苗圃的通風(fēng)大棚內(nèi)進行。每種植物為1個處理，并設(shè)1個空白對照（不種植物），共13個處理，每個處理3次重復(fù)。所有處理均在水桶中進行，水桶體積20 L，每個水桶種植植物約100 g，注入15 L試驗水體并做好水位標記，每天用蒸餾水補充消耗水分。試驗持續(xù)時間42 d。

1.4 水樣采集與分析

分別在試驗的第1、7、14、21、28、35、42 d上午8：00取樣，測定各處理水樣中氨氮、總磷濃度，計算氨氮、總磷去除量，利用空白對照氨氮、總磷的變化值對各處理組氨氮、總磷TP的變化值進行校正，具體計算方法：氨氮去除量=處理組氨氮變化量-對照組氨氮變化量，總磷去除量=處理組總磷變化量-對照組總磷變化量。

1.5 檢測方法

根據(jù)《水和廢水檢測分析方法》（第四版）[6]測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法、TP采用過硫酸鉀消解鉬銻抗分光光度法測定[7-10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植物生長情況

在本試驗條件下，萍蓬草適應(yīng)期長、長勢較弱，在試驗的第35 d所有葉子基本脫落，但有重新發(fā)芽的跡象。花葉蘆竹適應(yīng)期較長，在試驗的第28 d才開始發(fā)新芽。其余10種試驗水生植物移入試驗桶1周后適應(yīng)良好，新發(fā)大量的根須、新芽。

2.2 水生植物對氨氮的去除效果

2.2.1 水生植物對氨氮的去除趨勢 從圖1可知，12種水生植物去除富營養(yǎng)水中氨氮含量隨著處理時間的延長呈波動變化，在試驗第1 d，所有水樣中氨氮濃度均為12.80 mg·L-1，42 d各組植物試驗桶內(nèi)氨氮濃度為 0.08～1.67 mg·L-1，均比空白樣低（圖1）。試驗7～14 d，12種水生植物去除富營養(yǎng)水中氨氮速度較快，21～42 d氨氮含量緩慢減少，維持在較低濃度。其中，水生美人蕉去除氨氮的速度最快，第7 d由氨氮含量12.80 mg·L-1減少到1.98 mg·L-1，第7 d對氨氮去除率為84.53%，14～42 d氨氮含量緩慢減少。其次，去除氨氮速度較快的水生植物依次是銅錢草、睡蓮、再力花、梭魚草。旱傘草去除氨氮速度最慢， 7 d對氨氮去除率為3.9%， 21 d對氨氮去除率為69.38%。水生美人蕉適應(yīng)能力最強，去除富營養(yǎng)化水中的氨氮速度最快。

2.2.2 水生植物對氨氮的去除量 從12種水生植物對富營養(yǎng)化水中氨氮的吸收量（圖2）可見，在本試驗條件下和試驗周期下，粉綠狐尾藻吸收的氨氮量最高，為0.116 mg·g-1；睡蓮最低，為0.016 mg·g-1。12種水生植物對氨氮吸收能力由強至弱排列順序為粉綠狐尾藻>梭魚草>花葉蘆竹>水罌粟>銅錢草>路易斯安娜鳶尾>旱傘草>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草>睡蓮。粉綠狐尾藻對氨氮的去除能力最強，睡蓮最弱。

2.3 水生植物對總磷的去除效果

2.3.1 水生植物對總磷的去除趨勢 從圖3可知，12種水生植物去除富營養(yǎng)化水體總磷含量隨著處理時間的延長呈波動變化，試驗第1 d，所有富營養(yǎng)化水樣中總磷濃度均為5.28 mg·L-1；處理42 d，12種水生植物的富營養(yǎng)化水樣中總磷含量為0.78～4.27 mg·L-1，均比空白水樣低。試驗前7 d各水生植物去除富營養(yǎng)化水樣中總磷含量的速度較慢，14～28 d各水生植物去除富營養(yǎng)化水樣中總磷含量速度較快，部分有水生植物的水樣總磷含量稍微上升。其中路易斯安娜鳶尾、梭魚草的富營養(yǎng)化水體中總磷含量最早下降，水生美人蕉、再力花去除富營養(yǎng)化水體中總磷的速度最快，萍蓬草、睡蓮、水罌粟最慢。富營養(yǎng)化水體中總磷去除速度較快的水生植物依次是銅錢草、睡蓮、再力花、梭魚草。水生美人蕉、再力花適應(yīng)能力最強，去除富營養(yǎng)化水體中的總磷速度最快。

整個試驗期內(nèi)，空白水樣和部分水生植物水樣的總磷變化呈現(xiàn)出先下降然后稍微上升的趨勢?？瞻姿畼映霈F(xiàn)此變化趨勢的原因可能是由于水中藻類滋生，并吸收水中一部分的磷，一段時間后藻類死亡沉淀于水底，又會溶解釋放出磷，導(dǎo)致總磷含量有所回升。而水生植物水樣中磷先降低后升高的現(xiàn)象除了與藻類的生長變化有關(guān)外，還與水中植物本身的生長有關(guān)，一些品種生長一段時間后根莖葉有些部分枯萎，在水中腐爛后會有磷的溶出，導(dǎo)致磷含量出現(xiàn)一定的上升。

2.3.2 水生植物對總磷的去除量 從12種水生植物對富營養(yǎng)化水體總磷的吸收量（圖4）可知，12種植物水樣中總磷的去除量明顯高于空白樣，表明水生植物能有效地去除富營養(yǎng)化水體中的總磷。在本試驗條件下和試驗周期內(nèi)，粉綠狐尾藻吸收的總磷量最高，為0.172 mg·g-1；睡蓮最低，為0.014 mg·g-1。12種水生植物對總磷吸收能力由強至弱排列順序為粉綠狐尾藻>梭魚草>銅錢草>旱傘草>花葉蘆竹>水罌粟>路易斯安娜鳶尾>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草、睡蓮。

從圖5可知，再力花對氨氮和總磷的去除能力差異最大，其對總磷的吸收比對氨氮的吸收高于50%，再力花對總磷去除量為0.05 mg·L-1、氨氮去除量為0.024 mg·L-1；銅錢草對總磷的去除量是氨氮去除量的50%，銅錢草對總磷的去除量為0.092 mg·L-1、氨氮去除量為0.046 mg·L-1。睡蓮和萍蓬草對氨氮的吸收高于對總磷的吸收，睡蓮吸收的總磷0.014 mg·L-1、吸收氨氮0.016 mg·L-1，萍蓬草對總磷的去除量為0.014 mg·L-1、氨氮去除量為0.02 mg·L-1。除睡蓮和萍蓬草外，其他水生植物對總磷的吸收凈化效果優(yōu)于對氨氮的吸收凈化效果，造成這種差異的原因有待于下一步探討研究。

3 結(jié)論

從12種水生植物對氨氮去除趨勢的比較可以看出，去除富營養(yǎng)水中氨氮速度較快的時間是在試驗第7～14 d，其中水生美人蕉去除氨氮的速度最快，旱傘草去除氨氮速度最慢。從12種水生植物對氨氮的去除趨勢比較可見，去除富營養(yǎng)水中總磷較快的時間是在試驗第14～28 d，總體而言比去除氨氮的時間要慢，其中水生美人蕉、再力花適應(yīng)能力最強，去除富營養(yǎng)化水體中的總磷速度最快， 萍蓬草、睡蓮、水罌粟最慢。因此，水生美人蕉最早適應(yīng)富營養(yǎng)化水體，最快吸收富營養(yǎng)化水體中的氨氮及磷，發(fā)揮水質(zhì)凈化作用。

12種水生植物去除富營養(yǎng)化水體中氨氮的能力存在差異，其中粉綠狐尾藻的去除效果最佳，萍蓬草和睡蓮的效果最差。12種水生植物對氨氮的去除效果由強到弱排列順序為粉綠狐尾藻>梭魚草>花葉蘆竹>水罌粟>銅錢草>路易斯安娜鳶尾>旱傘草>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草>睡蓮。12種水生植物去除富營養(yǎng)化水體中總磷的能力存在差異，其中粉綠狐尾藻的去除效果最佳，萍蓬草和睡蓮的效果最差，12種水生植物對總磷的去除效果由強到弱排列順序為粉綠狐尾藻>梭魚草>銅錢草>旱傘草>花葉蘆竹>水罌粟>路易斯安娜鳶尾>水生美人蕉>再力花>香蒲>萍蓬草、睡蓮。因此，在較長的周期中粉綠狐尾藻對氨氮及磷的去除能力最強，梭魚草次之。

本研究結(jié)果表明，12種水生植物對模擬富營養(yǎng)化水中氨氮和磷均有一定的去除效果，起到減少富營養(yǎng)化水體氨氮、總磷等營養(yǎng)物質(zhì)的作用，發(fā)揮水質(zhì)凈化效果。其中，粉綠狐尾藻去除富營養(yǎng)化水體中氨氮及磷的能力最為突出，排在第1等級；梭魚草、銅錢草、旱傘草、花葉蘆竹、水罌粟、路易斯安娜鳶尾、水生美人蕉對氨氮及磷的去除能力較好，排在第2等級；再力花、香蒲、萍蓬草、睡蓮去除氨氮及磷能力較差，排在第3等級。從水生植物適應(yīng)富營養(yǎng)化水體方面看，萍蓬草的生長狀況較弱，花葉蘆竹的適應(yīng)期較長，而其他10種水生植物生長狀況較好，其中水生美人蕉適應(yīng)性最好。綜合分析，粉綠狐尾藻、梭魚草、水生美人蕉對富營養(yǎng)化水體的凈化效果較好。

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（責(zé)任編輯：林玲娜）