水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果研究①

黃文濤鄧呈遜陳 俊金 杰

(1.合肥學(xué)院，安徽 合肥 230601；2. 污水凈化與生態(tài)修復(fù)材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

0 引 言

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)以挺水植物的菖蒲，沉水植物的狐尾藻、漂浮植物的鳳眼藍(lán)和浮葉植物睡蓮四種不同生活型的濕地植物為研究對(duì)象，以上植物購(gòu)自當(dāng)?shù)鼗ɑ苁袌?chǎng)；用清水對(duì)實(shí)驗(yàn)植株進(jìn)行沖洗，去除根部所攜帶的泥土及雜物，然后將其放入裝有適量自來(lái)水的有機(jī)玻璃容器中，不斷換水浸泡，進(jìn)行5～7d的無(wú)土水培馴化。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 水質(zhì)參數(shù)均值

1.3 分析測(cè)試方法

圖1 單一植物對(duì)水中的去除效果

圖2 組合植物對(duì)水中的去除效果

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)NH3-N的去除效果

2.2 對(duì)TP的去除效果

圖3 單一植物對(duì)水中TP的去除效果

圖4 組合植物對(duì)水中TP的去除效果

六組植物組合對(duì)TP的去除效果如圖4所示。植物組合狐尾藻+鳳眼蓮對(duì)TP去除效果最佳達(dá)到60.95%，TP去除率在各個(gè)時(shí)間段均明顯高于其他組合，去除效率狐尾藻+鳳眼蓮>狐尾藻+睡蓮>狐尾藻+菖蒲>菖蒲+鳳眼蓮>鳳眼蓮+睡蓮>菖蒲+睡蓮。植物組合狐尾藻+鳳眼蓮去除率較高的原因可能因?yàn)楹苍鍨槌了参?，其生長(zhǎng)發(fā)育階段均在水中進(jìn)行，其本身能夠與水體完全接觸，已經(jīng)適應(yīng)了其生長(zhǎng)環(huán)境；鳳眼蓮為挺水植物根系比較發(fā)達(dá)、根部細(xì)菌附著量較大，可以吸附大量的磷酸鹽，最終使TP含量大大地降低。但相比于單一植物水生態(tài)系統(tǒng)，TP 的去除效果反而有所降低，這是因?yàn)楦髦参锏纳L(zhǎng)發(fā)育都需要吸收營(yíng)養(yǎng)物資[13]，水中的TP含量相對(duì)一定，由此會(huì)引發(fā)植物之間的自然競(jìng)爭(zhēng)，有的長(zhǎng)勢(shì)不好的可能會(huì)被淘汰，從而影響到去除效果。

圖5 單一植物對(duì)水中COD的去除效果

圖6 組合植物對(duì)水中COD的去除效果

2.3 對(duì)COD的去除效果

由圖5可知，四種水生植物均對(duì)COD的去除率均隨天數(shù)的增加而提高，實(shí)驗(yàn)后期增速趨于平緩。四種水生植物相對(duì)處理效果分別為狐尾藻為54.44%、菖蒲為85.55%、鳳眼蓮為84.07%、睡蓮為68.52%，去除效率菖蒲>鳳眼蓮>睡蓮>狐尾藻。單一水生植物對(duì)COD的去除均呈穩(wěn)定上升的趨勢(shì)，COD的降解主要是通過(guò)水中微生物的作用。作為浮水植物，鳳眼蓮和睡蓮根系較發(fā)達(dá)且均可以對(duì)水體中有機(jī)污染物進(jìn)行吸附以供微生物分解；菖蒲作為挺水植物，可以更好的從外界吸取大量的氧氣運(yùn)輸至水環(huán)境中，使得水體中的溶解氧含量上升，此時(shí)好氧微生物開(kāi)始自身的生長(zhǎng)代謝，分解大量有機(jī)物，COD去除效果增加。相關(guān)的研究[14]認(rèn)為沉水植物更有利于COD的去除。本實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果有所不同，造成這些差異可能有兩方面：一是植物在不同生長(zhǎng)期對(duì)有機(jī)物的分解能力不同；其次，COD的降解主要是由微生物活動(dòng)而不是植物活動(dòng)主導(dǎo)的。

如圖6所示，六種混合植物組合對(duì)TP的去除效果。組合處理中，植物組合菖蒲+鳳眼蓮對(duì)COD去除效果最佳達(dá)到85.74%，其次是菖蒲+睡蓮：71.85%；鳳眼蓮+睡蓮：70.55%；狐尾藻+菖蒲：65.74%；狐尾藻+鳳眼蓮：64.44%；狐尾藻+睡蓮：60.74%；去除效率菖蒲+鳳眼蓮>菖蒲+睡蓮>鳳眼蓮+睡蓮>狐尾藻+菖蒲>狐尾藻+鳳眼蓮>狐尾藻+睡蓮。植物組合菖蒲+鳳眼蓮去除率較高的原因可能是因?yàn)檩牌褳橥λ参?，鳳眼蓮為漂浮植物，二者葉片均在水面上，有利于光合作用的進(jìn)行；且兩種水生植物根系發(fā)達(dá)，根區(qū)微生物數(shù)量較多，更有利于根區(qū)的泌氧作用有關(guān)，因此COD的降解效果更好。

2.4 水生植物凈化前后生物量的變化

經(jīng)過(guò)36d的處理，不同類型水生植物的綜合生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)存在較大差異，且同一類型的水生植物在不同的組合中也存在顯著的差異。植物的生長(zhǎng)發(fā)育主要從以下幾方面體現(xiàn)：葉數(shù)增多、植株增高、根系伸長(zhǎng)、生物量積累等，與此同時(shí)同時(shí)植物的鮮重能較好的反映植物的生長(zhǎng)情況。4種不同植物的增重率區(qū)間為10.45%～45.47%。單一組分中，4中植物的增重率由大到小排序?yàn)楹苍?45.47%)>鳳眼蓮(41.18%)>菖蒲(37.33%)>睡蓮(21.01%)；6組植物組合處理中，狐尾藻增重率最高，說(shuō)明其長(zhǎng)勢(shì)最好。

由表2可見(jiàn)，狐尾藻+睡蓮組合中狐尾藻增重率最高為32.97%，對(duì)睡蓮的生長(zhǎng)起到抑制作用；而狐尾藻+鳳眼蓮和狐尾藻+菖蒲組合中狐尾藻增重率最高分別為26.12%和31.4%，說(shuō)明鳳眼蓮和菖蒲對(duì)狐尾藻的生長(zhǎng)具有抑制作用。鳳眼蓮+菖蒲組合中，增重率鳳眼蓮(25.95%)>菖蒲(21.94%)，但相差不大，說(shuō)明鳳眼蓮更具生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。菖蒲+睡蓮和鳳眼蓮+睡蓮植物組合中，說(shuō)明鳳眼蓮和菖蒲對(duì)狐尾藻的生長(zhǎng)情況明顯好于睡蓮，睡蓮屬于弱勢(shì)物種。綜上所述，在每個(gè)植物組合中，狐尾藻增重率均高于其他植物組份，但相比于單一組分，每種植物的增重率均有所下降，所以植物的組合之間均會(huì)對(duì)配置的另一種植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響，這是因?yàn)樵趦煞N植物共生的情況下，由于植物的生長(zhǎng)特性不同，混合搭配種植可能造成植物間競(jìng)爭(zhēng)光源、營(yíng)養(yǎng)物資等生長(zhǎng)必備條件，從而造成相互抑制生長(zhǎng)。

表2 各植物生物量變化表

3 結(jié) 論

3)不同水生植物的生物增量差異較大，大致變化的范圍為10.45%～45.47%，凈增生物最高的是狐尾藻，最低的是睡蓮。本試驗(yàn)是在靜態(tài)條件下進(jìn)行的探究實(shí)驗(yàn)，所以植物的生長(zhǎng)條件都會(huì)受到一定的限制，又因?yàn)槲锓N間的相互競(jìng)爭(zhēng)，不同物種的長(zhǎng)勢(shì)會(huì)受到彼此的影響。因此，要針對(duì)水質(zhì)要求和水中主要污染物的含量，選擇合適的植物，并搭配合適的種植方式，才可以到達(dá)既可以能滿足水質(zhì)要求，又能為后續(xù)的運(yùn)行管理工作提供便利，而且還可以節(jié)約成本。