10 種水生植物水質(zhì)凈化效果及生態(tài)設(shè)計應(yīng)用研究

楊賢鑫，易佳宇，劉旺香，王曉婷，田學輝*

（湖南應(yīng)用技術(shù)學院農(nóng)林科技學院，湖南常德 415000）

隨著社會現(xiàn)代化的快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)、城市、農(nóng)村污染物排放量日益增加，城市河道和城市景觀水體都已出現(xiàn)不同程度的污染，水體富營養(yǎng)化使得水體功能退化，失去資源和景觀價值，嚴重影響人類的生存環(huán)境。

水生植物在生態(tài)系統(tǒng)中處于初級生產(chǎn)者的地位，通過自身的代謝和微生物的共同作用，對水體氮、磷和懸浮物等有毒物質(zhì)的富集與轉(zhuǎn)化有明顯的效果[1-3]，鄉(xiāng)土植物對本地區(qū)環(huán)境適應(yīng)能力更強，更能體現(xiàn)生長優(yōu)勢，且發(fā)展?jié)摿Υ?。分析發(fā)現(xiàn)在相關(guān)研究中[4-8]，研究重點主要集中在用單一類型的水生植物或通過植物配置對污水進行凈化研究，而把不同類型的水生植物鑲嵌組合使用的相關(guān)研究還少見報道，多種植物組合比單一類型植物能更好地對水體進行凈化。因為每種水生植物各有其特點，對凈化對象產(chǎn)生凈化優(yōu)勢，水生植物的生態(tài)組合使用，能使它們互相取長補短，保持較為穩(wěn)定的凈化效果[7-10]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

10 種水生植物為三白草、薏苡（Coixlacryma-jobi）、東方香蒲（Typhaorientalis）、水芹、梭魚草、萍蓬草、蓼、澤瀉、美人蕉、紙莎草，均經(jīng)過清水適應(yīng)性培養(yǎng)，其特征簡介見表1。

主要儀器：W-I 型—8 項參數(shù)水質(zhì)分析儀，無錫奧克丹生物科技有限公司產(chǎn)；CNPN-401 氨氮總磷總氮測定儀，深圳市昌鴻科技有限公司產(chǎn)。

供試水樣：2018 年9 月12 日取自湖南應(yīng)用技術(shù)學院芒果湖，因常年水產(chǎn)養(yǎng)殖，此湖水生植物稀少。

表1 試驗材料簡介

1.2 試驗方法

試驗地點設(shè)置在本校園林基地溫室塑料大棚內(nèi)，選用11 個長寬高為55cm×30cm×40cm 的泡沫箱作為試驗容器（1 個為空白對照），每箱水量40L，并做好標記；每組水生植物的用量以覆蓋住泡沫箱為宜（相同的水面覆蓋面積）。每間隔5 天取樣1 次，取樣前先用蒸餾水補充蒸發(fā)的水分至標記處，植物鑲嵌組合試驗設(shè)計與取樣方法同上，植物名稱分別以拉丁學名前2個字母（Cy+Po+Nu）、（Ca+Al+Oe）、（Ca+Sa+Nu+Pc）表示。

通過測定污水處理前后的TP、TN 2 個理化指標來監(jiān)測水生植物對污水的凈化效果，其中TP 的測定用連續(xù)流動-鉬酸銨分光光度法，TN 的測定用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法。

總氮總磷去除率：P=[（C1-C0）/C1]-C。其中：P 為植物對總氮總磷30 天的去除率；C1為放入植物前污水總氮總磷的質(zhì)量濃度；C0為放入植物30 天后污水總氮總磷的質(zhì)量濃度，C 為空白對照水樣去除率；試驗空白對照水樣中水質(zhì)也得到了凈化，因此所有植物的去除率減去空白對照的去除率為最終去除率。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一水生植物凈化TP、TN 效果

10 種水生植物對污水凈化效果的比較可知（見圖1），水芹、紙莎草、薏苡對TP 的凈化效果較好，其去除率分別為69.20%、69.00%、66.60%；東方香蒲對TP 的凈化效果比較差，其去除率為49.00%。三白草、水芹、梭魚草、萍蓬草、蓼、澤瀉、紙莎草對TN 的凈化效果好，其去除率均為65.00%以上,薏苡、東方香蒲的去除率分別為43.55%、40.43%。

圖1 10 種水生植物對TP、TN 凈化效果比較

2.2 三組水生植物鑲嵌組合凈化TP、TN 效果

篩選3 組景觀價值高、凈化效果好的水生植物進行鑲嵌組合設(shè)計，分析其凈化效果（見圖2），發(fā)現(xiàn)3 種組合對污水TP 的凈化效果表現(xiàn)為：Ca+Sa+Nu+Pc＞Ca+Al+Oe＞Cy+Po+Nu，它們對TP 的最大去除率分別為：76.68%、63.33%、53.33%，其中含有4 種不同類型的水生植物的鑲嵌組合對污水中TP 的凈化效果最明顯。3 組水生植物鑲嵌組合相對單一水生植物對污水的TN 有比較好的去除效果，對TN 的凈化效果與對TP 的效果表現(xiàn)一樣，它們對TN 的最大去除率分別為：79.27%、78.76%、78.24%，同樣，含有4 種不同類型的水生植物的鑲嵌組合對污水中TN 的去除效果最明顯。

圖2 3 組水生植物鑲嵌組合對TP、TN 凈化效果比較

圖3 試驗水體中TP 的變化

單一水生植物與水生植物鑲嵌組合對TP、TN 的凈化效果比較，水生植物鑲嵌組合在TP、TN 的凈化效果方面均優(yōu)于單一水生植物，其中，鑲嵌植物組合中4種不同類型的水生植物鑲嵌組合對污水中TP 的去除效果明顯。鑲嵌組合Ca+Sa+Nu+Pc 植物組合對TP 去除率為76.68%，而此4 種植物鑲嵌組合在單一植物中對TP的平均去除率為64.70%，鑲嵌組合Ca+Sa+Nu+Pc 植物組合對TN 去除率為79.27%，而此4 種植物鑲嵌組合在單一植物中對TN 的平均去除率為61.18%。

2.3 鄉(xiāng)土植物對磷的凈化效果不亞于常見的水生觀賞植物

由圖3 可以看出，比較常見的鄉(xiāng)土植物如水芹、美人蕉、薏苡，其對TP 的去除率分別達到了69.20%、66.80%、66.60%，而常見的運用于水景生態(tài)設(shè)計中的水生觀賞植物如萍蓬草、梭魚草、澤瀉，它們對TP 的去除率分別為64.80%、64.40%、62.40%，因而在TP 的凈化效果方面，鄉(xiāng)土植物不亞于常見的水生觀賞植物。

3 討論

3.1 水生植物對氮、磷吸附強弱

鑲嵌組合中，TN 的最大去除率達到79.27%，而TP 的最大去除率僅達到76.68%，且3 個組合TN 的去除率均高于TP 的去除率，相比對TP 的去除效果，對TN 去除的效果更加明顯，據(jù)相關(guān)研究認為[11，12]，微生物（尤其是細菌，如硝化、亞硝化和反硝化細菌數(shù)量都處于較高水平）和水生植物是水質(zhì)凈化中的主要執(zhí)行者，P 的去除是水生植物與微生物的共同作用完成的，N的去除是微生物特有的過程，原因可能是所選用的水生植物因為去除附著基質(zhì)沒有去除干凈導(dǎo)致基質(zhì)中帶有些許微生物，由于此試驗沒有對微生物進行監(jiān)測，具體原因還有待進一步研究。

3.2 水景生態(tài)設(shè)計中鄉(xiāng)土植物的價值

從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，在磷的凈化方面，鄉(xiāng)土植物水芹、美人蕉、薏苡的凈化效果并不亞于其他常見的水生觀賞植物如萍蓬草、梭魚草、澤瀉，鄉(xiāng)土植物適應(yīng)當?shù)丨h(huán)境，在短時間內(nèi)能夠發(fā)揮較大效益，但在水景生態(tài)設(shè)計方面其運用極其稀少。因此，將那些凈化效果好、觀賞價值高的鄉(xiāng)土植物運用于水景生態(tài)設(shè)計將成為未來水景生態(tài)設(shè)計的一個研究方向。

4 結(jié)語

在水體景觀生態(tài)設(shè)計過程中，水生植物不僅能凈化水體，還能起到營造綠色生態(tài)景觀與周圍環(huán)境有機融合、和諧統(tǒng)一的整體景觀的作用。本試驗數(shù)據(jù)表明，4種不同水生植物的鑲嵌組合其凈化效果最佳，鄉(xiāng)土植物的凈化效果也不亞于常見的觀賞植物。不同種類的水生植物具有其獨特的優(yōu)勢，對不同污染性質(zhì)的水體具有不同程度的凈化作用，因而在設(shè)計生態(tài)景觀水體時，要在試驗的基礎(chǔ)上，通過對水質(zhì)的理化性質(zhì)分析，合理采用水生植物種植，以確保景觀觀賞價值與水體凈化效果最大化。