不同水生植物配置模式對景觀水體水質(zhì)的影響

何貝娜

(上海市園林工程有限公司，上海 200083)

在城市公園景觀水體凈化過程中，水生植物扮演著重要角色，除了起到觀賞、加強水體的美感[1]作用外，還具有重要的生態(tài)功能。水生植物具有富集重金屬[2]、產(chǎn)氧、氮循環(huán)、吸附沉積物、抑制浮游藻類繁殖、減輕水體富營養(yǎng)化、提高水體自凈能力的功能，同時還能為水生動物、微生物提供棲息地和食物源，維持物種多樣性[3]。以水生植物為核心的水體凈化是當下景觀水體凈化效果較好的一種修復手段，國內(nèi)外學者也開展了水生植物凈化水質(zhì)的研究[4-7]，而對于水體特征、氣候條件要求不一的水生植物來說，對其凈化效果的研究也要因地制宜。本研究考察了上海市奉賢區(qū)星火公園中水生植物配置對水質(zhì)的影響，提出幾點建議，以期為上海市公園內(nèi)富營養(yǎng)化水體水生植物景觀設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 星火公園水文概況

星火公園新建于2018年初，總占地13 hm2，公園通過開挖、引入場地北端的中心河水體形成人工湖泊。項目內(nèi)現(xiàn)有自然水域約16 600 m2，根據(jù)現(xiàn)行的GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，現(xiàn)水域水質(zhì)為IV～V類水，主要的污染源有農(nóng)業(yè)污水排放、生活污水排放及雨水。星火公園內(nèi)水體基本不流動，水體透明度差異較大。秋冬季荷花池內(nèi)水體可見底，部分區(qū)域浮游藻類或浮萍覆蓋水面，水體有富營養(yǎng)化跡象。

1.2 采樣點分布及植物配置

采樣點位于星火公園人工湖泊的5個分散位置，編號分為1號、2號、3號、4號、5號。5個試驗點共有11種水生植物，包括睡蓮(Nymphaeatetragona)、旱傘草(Cyperusalternifolius)、黃菖蒲(IrispseudacorusL.)、香蒲(TyphaorientalisPresl)、金魚藻(CeratophyllumdemersumL.)、茭草(Zizanialatifolia)、萍蓬(Nupharpumilum)、千屈菜(Lythrumsalicaria)、蘆葦(Phragmitescommunis)、荷花(Nelumbonucifera)、水生美人蕉(CannaindicaL.)。各點位水生植物的配置如下：1號點位配有睡蓮、旱傘草、黃菖蒲、香蒲、金魚藻和茭草；2號點位配有睡蓮、旱傘草、黃菖蒲、金魚藻、千屈菜、蘆葦和荷花；3號點位配有黃菖蒲、金魚藻、萍蓬、千屈菜、蘆葦和荷花；4號點位配有黃菖蒲、香蒲、金魚藻、萍蓬、蘆葦和荷花；5號點位配有睡蓮、旱傘草、香蒲、金魚藻、萍蓬和荷花。在星火公園水生植物景觀中大量運用了沉水植物和浮水植物，水域內(nèi)點綴少量其他水生植物，主要以保持水質(zhì)良好、水體透明為主。因此，在星火公園景觀湖內(nèi)種植了大量金魚藻和荷花、睡蓮等，并點綴其他水生植物，如蘆葦、香蒲、黃菖蒲等。

在2018年1月25日(冬季)、2019年8月9日(夏季)和2019年10月10日(秋季)分別對5個試驗點的水體進行采樣分析。

1.3 方法

分析水體中的pH(GB/T 6920—1986《玻璃電極法》)、溶解氧(DO，HJ 506—2009《電化學探頭法》)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn，GB/T 11892—1989《滴定法》)、氨氮(NH3-N，HJ 535—2009《納氏試劑分光光度法》)、總磷(TP，GB/T 11893—1989《鉬酸銨分光光度法》)、總氮(TN，HJ 636—2012《堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》)、五日生化需氧量(BOD5，HJ 505—2009《稀釋與接種法》)、化學需氧量(COD，HJ 828—2017《重鉻酸鹽法》)等8項主要水質(zhì)指標。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體DO的變化

水中溶解氧是評價水質(zhì)的重要指標之一，它能反映生物生長狀況和水體污染程度。圖1顯示了5個采樣點DO濃度隨季節(jié)的變化情況。

圖1 不同點位DO濃度隨季節(jié)的變化

由圖1可知，相比水生植物生長旺盛的夏季，沒有水生植物的冬季DO濃度較高，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》，DO水質(zhì)標準維持在Ⅱ類水平。夏季水生植物旺盛，植物周圍的微生物數(shù)量增多，消耗了水中的DO，導致水質(zhì)狀況變差，而夏季高溫導致水中DO濃度降低。夏季采樣時間也會影響水中DO濃度。研究發(fā)現(xiàn)，在種植水生植物的水體中，因植物在夜間呼吸消耗O2，故DO濃度在每日的4：00達到最低值，而后光合作用下回升，16：00達最高值，然后降低，依此循環(huán)，1 d為1個周期[8]。1號采樣點夏季的DO濃度最低，只達到Ⅴ類水標準；3號采樣點此時的DO濃度相對較高，達到Ⅲ類水質(zhì)標準，說明該點的水生植物配置對于DO濃度具有很好的提升效果。秋季(10月)大部分植物進入結(jié)實衰亡期，生物量減少，微生物量也減少，DO消耗少，溫度降低，使水中DO升高。由圖可知，1號、2號和5號采樣點DO濃度在夏季相對較低，而這三處都配置了大量的浮葉植物睡蓮，夏季浮葉植物生物量大[9]，消耗水中DO較多。

2.2 BOD5的變化

BOD5反映了植物生長過程中周圍微生物分解水體有機物消耗DO的量。BOD5濃度越高，說明該水體有機物含量越高，微生物活性越強。圖2顯示了5個采樣點BOD5濃度隨季節(jié)的變化情況。

由圖2可知，4號采樣點夏季BOD5濃度略微低于冬季，其余采樣點的BOD5都是夏季高于冬季，說明夏季水體有機物含量比冬季高，而4號采樣點的水生植物配置可有效降低水體中有機物的含量。相較于其他采樣點，4號采樣點沒有配置睡蓮等浮葉植物，而浮葉植物生物量較大，生長較快，通過光合作用或自身腐爛向水體釋放的有機物較多，導致水體中微生物活性增強，微生物耗氧增加。

2.3 COD和CODMn的變化

水生植物的根系利于COD的吸收和分解[10-11]，水生植物對水體懸浮物也有一定的吸附作用[12]。表1列出了5個采樣點COD濃度和CODMn隨季節(jié)而變化及所屬水質(zhì)的類別。

由表1可知，5個試驗點的COD濃度基本上都是夏季高于冬季，到秋季又有所回落，即種植水生植物后，水中的COD升高，植物逐漸減少，COD濃度下降。1號采樣點的COD濃度增幅最大，該點位配置了大量的睡蓮，COD大幅升高可能是由于水生植物腐敗分解后釋放有機物造成[13]；4號采樣點COD濃度有小幅下降，是因為該點位沒有配置睡蓮，睡蓮會對中下層植物產(chǎn)生遮擋，影響水生植物的光合作用，進而導致葉綠素濃度降低，植物腐敗致使COD濃度上升[14]。因此，應定期維護，防止植物腐爛造成水體COD濃度上升[15]。同樣，CODMn變化趨勢與COD的變化趨勢保持一致，夏季有所提升，使水質(zhì)狀況變差，秋季回落。

表1 不同點位的COD濃度和CODMn隨季節(jié)的變化

2.4 水體NH3-N、TN及TP的變化

水生植物生長過程中，為了維持自身的生長發(fā)育，需要吸收水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，水生植物的根部是微生物降解污染物的主要場所[16]。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，TN部分來源于水體中的有機物，還有一些來源于系統(tǒng)內(nèi)部生長的大量微生物及其釋放產(chǎn)物[17]。水體中NH3-N的去除大部分是通過微生物的硝化和反硝化作用完成的[18]。表2顯示了5個采樣點氨氮和總氮的濃度隨季節(jié)的變化及所屬水質(zhì)類別。

表2 不同點位NH3-N和TN濃度隨季節(jié)的變化

由表2可知，各季節(jié)NH3-N的濃度不高，約在Ⅰ～Ⅲ類，水質(zhì)情況良好，從季節(jié)變化看，只有3號采樣點NH3-N濃度減少，說明3號采樣點的植物配置有利于NH3-N的去除。冬季5個采樣點的TN濃度都比夏季要高，水質(zhì)情況較差，屬于劣V類水。這是由于冬季水生植物的生物量較小，在水體中的營養(yǎng)鹽利用率較低[9]。夏季種植水生植物后，TN濃度有大幅下降。一是因為夏季植物生長，消耗大量的營養(yǎng)鹽；二是因為植物的生長有利于根系微生物的活動，促進了水體微生物的硝化和反硝化作用[19]；三是因為夏季高溫利于植物對N的吸收[20]。3號點位NH3-N降幅最大，說明3號采樣點的植物配置有利于NH3-N的去除，對比3號和4號采樣點，植物配置基本一致，區(qū)別是3號點采用挺水植物千屈菜，4號點采用挺水植物香蒲。有研究表明，千屈菜和菖蒲組合能提高NH3-N的凈化效果[21]。

一般認為，TP的去除途徑包括藻類細菌的合成代謝、化學沉淀、水生植物的吸收等[13]。研究發(fā)現(xiàn)，除了水中的物理作用、化學吸附和沉淀作用外，微生物同化作用對總磷的去除率高達50%～60%，而植物吸收僅為1%～3%[22-23]。雖然植物對于總磷去除的直接貢獻很小，但植物表面附著很多微生物，間接促進了P的去除[24]。圖3顯示了5個采樣點總磷濃度隨季節(jié)的變化及所屬水質(zhì)類別。

圖3 不同點位TP濃度隨季節(jié)的變化

溫度對植物吸收TP的影響不如TN明顯，這是因為植物生長過程中對N的需求大于P[20]。由圖3可知，夏季水體中的TP含量普遍低于冬季，秋季有回升現(xiàn)象，且水質(zhì)狀況都在Ⅱ～Ⅲ類。5個采樣點中，3號取樣點的TP下降最多，但1號采樣點TP濃度有上升，說明1號采樣點的水生植物配置不能吸收水體中TP；相反，2號和3號采樣點的總磷去除相對較好。3號點位配置有挺水植物荷花，且生物量大；1號點位配置的主要是浮葉植物睡蓮，2號點位同時配置了睡蓮和荷花，浮葉植物和挺水植物對N和P均有較好的去除效果，均能直接從污水中吸收過剩營養(yǎng)物質(zhì)，但挺水植物能在水面上下很大空間內(nèi)立體發(fā)展，生物量比睡蓮等浮葉植物更大，因而凈化效果更好。將兩種植物組合能提高凈化效率。所以，2號點夏、秋季TP濃度相對較低；1號點夏季的TP濃度回升，是因為睡蓮生長速度較快，沒有及時清理脫落的莖葉，其分解對水質(zhì)產(chǎn)生影響所致[25]。

3 小結(jié)

對星火公園不同季節(jié)的水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，公園夏季水體水質(zhì)劣于冬季；同季節(jié)不同水生植物配置模式對景觀水體凈化能力也存在差異。試驗中不同配置的水生植物主要對NH3-N、TN、TP的去除能力較有效，但對COD和BOD的濃度降低效果不佳。星火公園內(nèi)植物配置品種較少，大多數(shù)為挺水植物，種植睡蓮等浮葉植物對水體中下層的植物光合作用有阻礙，且其生物量大，會增加水體BOD5和COD的濃度，影響水質(zhì)。金魚藻等沉水植物的光合作用可增加水體DO，對水質(zhì)有明顯的改善。此外，千屈菜和黃菖蒲的組合有利于水中NH3-N的去除。浮葉植物和挺水植物組合可有效去除水體中N、P。不同生態(tài)型的水生植物生物量差異較大，植物生物量的大小決定了植物吸收去除污水中N、P等營養(yǎng)物質(zhì)的多少。

根據(jù)以上結(jié)果分析，對星火公園水生植物配置提出以下三點建議：(1)隨著時間的演變，主導群叢與伴生群叢可能會發(fā)生轉(zhuǎn)變，因為睡蓮、荷花等浮葉植物生長快，繁殖能力強，后期可能轉(zhuǎn)變成主導群叢，除了減少其配置，也要加強管理，進行定期修剪、防治病蟲害，防止水生植物過度生長、枯萎，從而影響水質(zhì)；(2)增加金魚藻、菹草、苦草等沉水植物的配置，改善水體的DO等指標；(3)在美觀層面，應注意配置植物的花期、形態(tài)和色彩，形成錯落有致、此起彼伏的立體景觀。