水生植物對不同氮磷水平養(yǎng)殖尾水的綜合凈化能力比較

馮優(yōu)，陳慶鋒，2*，李金業(yè)，郭貝貝，劉婷，李磊

（1.山東省大型精密分析儀器應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）山東省分析測試中心，濟(jì)南250014；2.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，濟(jì)南250014）

隨著我國人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模飛速壯大，由畜禽養(yǎng)殖廢水中氮、磷等營養(yǎng)鹽所造成的水環(huán)境污染愈發(fā)嚴(yán)重，已成為世界性的環(huán)境難題。據(jù)調(diào)查，2015 我國畜禽糞尿產(chǎn)生量高達(dá)1.91×109t，豬、牛、羊、禽糞尿資源中氮、磷產(chǎn)生量分別為1.229×107t 和2.046×106t[1]，畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢水已成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要污染源[2]。畜禽養(yǎng)殖廢水具有污染重、處理難度大、技術(shù)工藝要求高等特點[3]，其COD、總磷（TP）、氨氮（NH+4-N）濃度高，如不加以處理直接排放將嚴(yán)重危害地表水及地下水，破壞周邊的生態(tài)環(huán)境[4-5]。為了減輕畜禽養(yǎng)殖廢水對水環(huán)境的污染，國內(nèi)對養(yǎng)殖廢水的前期處理主要采用物化法和生物法等不同處理技術(shù)和組合工藝[6-7]，但上述技術(shù)措施存在運營投資費用高、運行復(fù)雜等問題，因此在尾水的深度處理上探索耗能低、效果好、環(huán)境風(fēng)險低的生態(tài)修復(fù)技術(shù)可降低整體成本，緩解技術(shù)壓力。

生態(tài)浮島技術(shù)是一種新興的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，主要用于建設(shè)可持續(xù)的生態(tài)系統(tǒng)，提高生物多樣性[8]。該技術(shù)在污染河流、湖泊、水庫的治理中取得了較好的效果[9-11]，與人工濕地技術(shù)相比，其具有節(jié)省空間的優(yōu)勢[12-15]。生態(tài)浮島技術(shù)主要是利用水生植物根系的吸收作用富集水體中的氮磷，以及通過微生物降解污染物[16-18]，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。目前，國內(nèi)針對集約化畜禽養(yǎng)殖廢水深度處理的水生植物篩選研究還比較匱乏。本研究選取了可用于生態(tài)浮島的水芹、鳳眼蓮、鳶尾、再力花、黃菖蒲以及狐尾藻、伊樂藻、金魚藻等8 種常見水生植物進(jìn)行室內(nèi)模擬實驗，比較其對畜禽養(yǎng)殖廢水中氮磷吸收能力的差異性以及在不同氮磷水平水體中的凈化效果，篩選出凈化效果好的優(yōu)勢物種，為集約化畜禽養(yǎng)殖廢水的深度處理和生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

選取水芹、鳳眼蓮、鳶尾、再力花、黃菖蒲等5 種挺水植物和狐尾藻、伊樂藻、金魚藻等3 種沉水植物，種苗由江蘇省盛樂園藝場提供。本實驗在室內(nèi)溫室條件下進(jìn)行，培養(yǎng)條件為14 h光照，10 h黑暗，光照強(qiáng)度300～330 μmol·m-2·s-1，溫度25 ℃左右，相對濕度50%～70%，先在實驗室內(nèi)對這8種植物幼苗用霍格蘭營養(yǎng)液馴化兩周，使其適應(yīng)水環(huán)境。

共用實驗水培箱135個，水培箱規(guī)格為40 cm×22 cm×15 cm，如圖1所示。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗設(shè)計

采用模擬浮島法進(jìn)行實驗，供試水樣采用人工配制。在自來水中加入一定量的氯化銨、磷酸二氫鉀和葡萄糖等配制而成的模擬處理尾水，以《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18596—2001）中的濃度和集約化畜禽養(yǎng)殖廢水的污染物濃度[19]為參考值，從中均勻取5個濃度（C1～C5），各組指標(biāo)如表1所示。

預(yù)培養(yǎng)后，選取生長良好、葉片完整、株型大小和生物量較為接近的植物，10 株為1 組，每組總質(zhì)量基本相同，蒸餾水沖洗根部3 次，用吸水紙吸干水分，稱取鮮質(zhì)量、株高、根長；在水培箱中放置10 L 配制好的模擬水樣，標(biāo)記水位；箱體上方放置開有10 孔的塑料板，配以種植籃固定10株同一種植物。8種植物，5個氮磷水平的模擬尾水，每個處理設(shè)置3 個重復(fù)，共設(shè)置120 組；用等量5 個氮磷水平的模擬尾水的無植物水培箱作為對照（CK），重復(fù)3 次，共15 組對照。實驗期間每隔7 d 對水培箱中的水進(jìn)行測定，即在模擬尾水中的停留時間分別為0、7、14、21、28 d，因蒸發(fā)、植物蒸騰和采樣等作用造成的水分消耗，取樣前需用蒸餾水補充至水位。實驗結(jié)束時對各種植物進(jìn)行鮮質(zhì)量、株高和根長的測定并記錄。生態(tài)浮島系統(tǒng)中植物所吸收的營養(yǎng)成分在生長過程中轉(zhuǎn)化為植物組分，植物生物量的變化能夠表征其吸收、去除廢水中氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的水平。由于沉水植物長期沉于水下，僅在開花時花柄、花朵才露出水面，根系不發(fā)達(dá)，因此只測量沉水植物莖葉的鮮質(zhì)量。

表1 模擬養(yǎng)殖尾水的5個氮磷水平（mg·L-1）Table 1 5 levels of nitrogen and phosphorus in tailrace of livestock wastewater（mg·L-1）

圖1 植物生態(tài)浮島裝置示意圖Figure 1 Schematic diagram of plant ecological floating island device

1.2.2 分析方法

實驗水體的水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測參考國家環(huán)境保護(hù)局《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版），NH+4-N監(jiān)測方法采用納氏試劑分光光度法；TP 測定采用過硫酸鉀消解-鉬銻抗分光光度法；COD 測定采用國家標(biāo)準(zhǔn)酸性重鉻酸鉀法。

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，對模擬水體污染物濃度和處理時間進(jìn)行回歸分析，可以得到單位質(zhì)量的各水生植物在不同濃度下的污染物濃度與時間關(guān)系的回歸方程。NH+4-N、TP、COD 與時間（t）的回歸方程式通式為y=ae-bx（a＞0，b＞0），其中y 為濃度（mg·L-1），x 為時間（d）。在此回歸方程中，a值表征濃度變化幅度，當(dāng)a值一定時，b 值可決定y 的大小，因此b 值可以表征每個植物去除能力的差異。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

經(jīng)過Microsoft Excel 2015 和SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、方差分析和主成分分析，比較不同處理間在0.05 水平的顯著性，采用Origin 2017 進(jìn)行圖表制作。

相對增長率表達(dá)式為：

式中：Z0、L0、M0分別代表實驗植物開始時根長（cm）、株高（cm）和鮮質(zhì)量（g）；Z28、L28、M28分別為28 d 實驗結(jié)束時植物的根長（cm）、株高（cm）和鮮質(zhì)量（g）。

去除率表達(dá)式為：

式中：C0為所配模擬尾水中污染物的濃度，mg·L-1；C28為28 d實驗結(jié)束時的污染物濃度，mg·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水生植物的生長特征

實驗期間，各植物在C1、C2、C3 組均呈現(xiàn)較好的長勢，生長茂盛，植株高度和葉片數(shù)量明顯增加，以水芹、再力花和狐尾藻較為突出，再力花根系延伸性良好，但莖部細(xì)長，發(fā)生倒伏。C4、C5 兩組長勢最好的植物為狐尾藻、黃菖蒲、水芹和鳳眼蓮，再力花長勢不好，出現(xiàn)葉片發(fā)黃、凋落現(xiàn)象，金魚藻和伊樂藻兩種沉水植物生長緩慢，抗逆性與挺水植物相比較差。

由圖2a、圖2b可見，水芹和黃菖蒲的根長和株高的相對增長率在C3、C4、C5 組中高出其他植物約100%～350%，且相對C1、C2 組也至少有100%～200%的增幅。各挺水植物根系特征圖像見圖3，可以看出鳳眼蓮主根上長有較多的絨狀須根，再力花和水芹根系具有良好的延伸性；黃菖蒲萌生很多新根，根部發(fā)達(dá)，并有新芽生長，水芹長勢茂盛，長出較多匍匐莖。表2～表4為各植物生長參數(shù)變化，通過實驗可以初步判斷：植物在不同氮磷水平水體中的生長狀況可以間接反映植物的耐污能力，水芹、黃菖蒲和鳳眼蓮可以在不同氮磷濃度的廢水中正常生長，水芹的適應(yīng)能力最強(qiáng)，可作為人工浮島的備選優(yōu)勢物種。

由圖2d 可見，3 種沉水植物中，狐尾藻在5 個處理組中均生長良好，生物量顯著增加，鮮質(zhì)量相對增長率最高為241.63%，明顯高于伊樂藻和金魚藻。

2.2 不同水生植物對模擬尾水中NH+4-N的去除效果

根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)，對模擬水體NH+4-N 濃度和處理時間進(jìn)行回歸分析，得到各水生植物在不同濃度下的NH+4-N-t 回歸方程見表5，可以看出每種水生植物在不同濃度下對水中NH+4-N 濃度的相關(guān)性均呈現(xiàn)顯著水平，水中NH+4-N 濃度與處理時間呈顯著負(fù)相關(guān)，即隨著處理時間的增加，水體中NH+4-N 濃度呈負(fù)指數(shù)形式降低。根據(jù)b 的大小可以得出結(jié)論，各組去除NH+4-N 能力從大到小依次為C1：鳳眼蓮＞再力花＞黃菖蒲＞水芹＞鳶尾，狐尾藻＞金魚藻＞伊樂藻；C2：黃菖蒲＞再力花＞鳳眼蓮＞水芹＞鳶尾，狐尾藻＞金魚藻＞伊樂藻；C3：鳶尾＞水芹＞鳳眼蓮＞黃菖蒲＞再力花，狐尾藻＞伊樂藻＞金魚藻；C4：水芹＞鳶尾＞黃菖蒲＞鳳眼蓮＞再力花，伊樂藻＞狐尾藻＞金魚藻；C5：黃菖蒲＞鳳眼蓮＞鳶尾＞水芹＞再力花，狐尾藻＞金魚藻＞伊樂藻。5種挺水植物中，鳳眼蓮和再力花較其他3 種植物在C1、C2 組去除NH+4-N能力良好，在C3、C4、C5中，鳶尾和水芹表現(xiàn)更為突出；而3種沉水植物中，狐尾藻凈化能力整體較好，金魚藻和伊樂藻較差。

圖2 植物在各處理組中的生長特征Figure 2 Growth characteristics of plants in each treatment group

圖3 鳳眼蓮（a）、鳶尾（b）、黃菖蒲（c）、再力花（d）和水芹（e）根部圖像Figure 3 Images of Eichhornia crassipes（a），lris sibirica（b），lris pseudacorus（c），Thalia dealbata（d）and Oenanthe javanica（e）roots

從表6 可以看出，各植物在不同濃度處理下NH+4-N 的去除率有所差異。從均值上看，黃菖蒲、鳳眼蓮和再力花去除率最高，最高分別為97.99%、85.48% 和90.26%，但峰值出現(xiàn)位置均處于C1、C2 低濃度處理組。這3 種植物受NH+4-N 濃度變化影響波動較大，最小值分別為48.44%、44.44%、45.12%；水芹和鳶尾NH+4- N 去除率和穩(wěn)定性均次之，最高為74.15%、74.93%；伊樂藻和金魚藻這兩種沉水植物去除率最小，最小僅為7.03%、10.89%。綜上可知，鳳眼蓮和再力花在較低NH+4-N 濃度下生長，才能發(fā)揮出最大凈化能力，水芹和黃菖蒲整體上適應(yīng)能力較強(qiáng)，無論是在低濃度還是高濃度均能保持良好的去除率。通過比較同種植物在不同濃度下NH+4-N 的去除率，可以確定其凈化效率最高的條件和最適宜的NH+4-N濃度。研究表明，在一定NH+4-N 濃度范圍內(nèi)（80～220mg·L-1），隨著濃度升高其吸收量逐漸變大；但超過一定濃度后，則植物生長受到抑制，植物的吸收也趨于飽和，在高濃度條件下，對NH+4-N的去除率下降。

表2 各植物的株高Table 2 Stem length of each plant

2.3 不同水生植物對模擬尾水中TP的去除效果

植物TP-t回歸方程式及相關(guān)系數(shù)列于表7，其中y 為TP 濃度（mg·L-1），x 為時間（d）。根據(jù)b 的大小可以得出結(jié)論，去除TP 能力從大到小依次為C1：鳳眼蓮＞再力花＞水芹＞黃菖蒲＞鳶尾，狐尾藻＞伊樂藻＞金魚藻；C2：再力花＞鳳眼蓮＞鳶尾＞水芹＞黃菖蒲，狐尾藻＞伊樂藻＞金魚藻；C3：黃菖蒲＞水芹＞鳶尾＞鳳眼蓮＞再力花，狐尾藻＞伊樂藻＞金魚藻；C4：黃菖蒲＞水芹＞鳶尾＞鳳眼蓮＞再力花，狐尾藻＞伊樂藻＞金魚藻；C5：黃菖蒲＞鳳眼蓮＞水芹＞鳶尾＞再力花，狐尾藻＞金魚藻＞伊樂藻。由此可見，整體上挺水植物對比沉水植物具有更強(qiáng)的除磷能力，從5 種挺水植物去除TP 的表現(xiàn)上看，鳳眼蓮、再力花在C1、C2 組表現(xiàn)較好，黃菖蒲在C3、C4、C5組表現(xiàn)較好；而在3種沉水植物中，狐尾藻在5組中的除磷表現(xiàn)始終優(yōu)于伊樂藻和金魚藻。

表3 各植物的根長Table 3 Root length of each plant

比較同種植物在不同濃度處理下TP 的去除率，可以確定其凈化效率最高的條件下，最適宜的TP 濃度。實驗結(jié)束時，各植物的TP 去除率如表8 所示，在TP 濃度為8～35 mg·L-1時，8 種植物在不同濃度下TP的去除率有所差異，但一致的是，各植物去除率峰值除再力花外均出現(xiàn)在低濃度組中（C1、C2）。鳳眼蓮、水芹、狐尾藻、伊樂藻和金魚藻5 種植物的去除率隨著濃度的升高呈現(xiàn)降低的趨勢，說明模擬尾水中磷濃度的升高對其凈化能力產(chǎn)生抑制。鳳眼蓮和再力花在低濃度組（C1、C2）中具有較高的去除率，均在80%以上，水芹稍差，在70% 以上，此3種植物適合低磷水平下的養(yǎng)殖廢水處理；而黃菖蒲在5 組中的去除率表現(xiàn)較為平穩(wěn)，在中、高濃度組（C3、C4、C5）中也能保持在60% 以上，說明其受污染物濃度抑制作用較小，適合于高磷濃度廢水處理，尤其在進(jìn)水磷濃度變化不穩(wěn)定的廢水處理系統(tǒng)中具有巨大優(yōu)勢。另外，狐尾藻相對其他兩種沉水植物具有顯著的去除磷的能力，去除率最高可達(dá)58.76%。

表4 各植物的鮮質(zhì)量Table 4 Fresh weight of each plant

表5 各植物的NH+4-N-t回歸方程及相關(guān)參數(shù)（P＜0.05）Table 5 NH+4-N-t regression equation and related parameters of each plan（tP＜0.05）

2.4 不同水生植物對模擬尾水中COD的去除效果

不同水生植物COD-t 回歸方程式見表9，各處理中COD 的濃度均隨實驗時間的延長而降低，呈顯著負(fù)相關(guān)。根據(jù)b 值大小可以判斷，各植物在不同處理下去除COD 能力的差異，同時結(jié)合表10 中不同水生植物生長28 d 后COD 的去除率可知，鳳眼蓮和黃菖蒲在各處理中表現(xiàn)突出，最大去除率可達(dá)87.74% 和87.83%；而伊樂藻和金魚藻表現(xiàn)較差，可能是生長過程中枝葉脫落死亡，進(jìn)入水體分解，增加了水體中COD濃度。

表6 各植物生長28 d后NH+4-N的去除率（%）Table 6 Removal rate of NH+4-N in each treatment after 28 days of growth（%）

表8 各植物生長28 d后TP的去除率（%）Table 8 Removal rate of TP in each treatment after 28 days of growth（%）

2.5 不同處理水生植物的凈化能力綜合評價

對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，NH+4-N 去除率、TP去除率、COD去除率和鮮質(zhì)量增長率分別記做X1、X2、X3、X4，主成分特征向量、貢獻(xiàn)率和表達(dá)式見表11。由表11 可見，5 個處理的NH+4-N 去除率均達(dá)到60% 以上，TP 去除率達(dá)20% 以上，二者累計貢獻(xiàn)率達(dá)到了90% 以上，已涵蓋了NH+4-N 去除率、TP 去除率、COD去除率和鮮質(zhì)量增長率等4 個指標(biāo)的絕大部分信息。將NH+4-N 去除率和TP 去除率進(jìn)行得分分析，考慮其權(quán)重對8 種水生植物的主成分進(jìn)行得分加權(quán)求和，結(jié)果（表12）可見，5 種挺水植物和3 種沉水植物在不同濃度下的綜合凈化能力由強(qiáng)到弱排名，挺水植物在C1 組中為鳳眼蓮＞再力花＞水芹；C2 組中為水芹＞鳳眼蓮＞再力花；C3 組中為水芹＞黃菖蒲＞鳶尾；C4 組中為水芹＞黃菖蒲＞鳳眼蓮；C5 組中為黃菖蒲＞鳳眼蓮＞鳶尾。3 種沉水植物中狐尾藻綜合凈化能力最強(qiáng)，金魚藻和伊樂藻凈化能力較弱。

3 討論

NH+4-N的去除機(jī)理主要是植物根系通過對NH+4-N的吸收進(jìn)行本身生物量的積累[20-21]。水生植物依靠營養(yǎng)元素生長和繁殖，NH+4-N作為一種必不可少的營養(yǎng)物質(zhì)，被水生植物吸收合成體內(nèi)的蛋白質(zhì)和有機(jī)氮，最終轉(zhuǎn)化為生物量。同時，水生植物的莖部和根部也可為微生物附著提供良好的基質(zhì)和棲息地，進(jìn)行硝化和反硝化[22-23]。生態(tài)浮島系統(tǒng)中磷的去除主要是靠水生植物的吸收作用和物理化學(xué)吸附作用，芽孢桿菌等微生物也可將不溶的磷分解為可溶性的磷酸鹽，被植物直接吸收。水生植物的根系分泌物還能促進(jìn)聚磷菌的生長，從而間接提高凈化效率。水生植物可將吸收的磷轉(zhuǎn)化為ATP、DNA、RNA 等成分[24]，當(dāng)水生植物收獲后，這些污染物即隨植物一起從水環(huán)境中被帶走。本實驗以集約化畜禽養(yǎng)殖廢水二級處理出水為研究對象，出水中氮、磷基本以可溶態(tài)存在，實驗裝置未添加基質(zhì)材料，故水體中TP 和NH+4-N 含量的降低主要是由于植物吸收作用，因此，與無植物生長的空白組相比，有植物的處理組更有利于NH+4-N 和TP的去除。

表7 各植物的TP-t回歸方程相關(guān)參數(shù)（P＜0.05）Table 7 TP-t regression equation and related parameters of each plant（P＜0.05）

在低氮磷水平（NH+4-N 80～120 mg·L-1，TP 8～16 mg·L-1）中，鳳眼蓮、再力花凈化效果明顯優(yōu)于其他水生植物，鳶尾凈化能力較差；在高氮磷水平（NH+4-N 180～220 mg·L-1，TP 30～35 mg·L-1），水芹和黃菖蒲凈化效果優(yōu)勢最明顯，而再力花凈化能力較差。說明不同類型的植物對模擬尾水中的磷去除能力有所差異，同種植物在不同濃度的模擬尾水下去除能力也有所不同。另外，上述植物發(fā)達(dá)的根系對污染物的去除產(chǎn)生了積極作用，發(fā)達(dá)的根系不僅有利于對NH+4-N、TP的吸收，也有利于微生物的附著和生物膜的形成，從而間接提高了凈化能力。

表9 各植物的COD-t回歸方程相關(guān)參數(shù)（P＜0.05）Table 9 COD-t regression equation and related parameters of each plant（P＜0.05）

表10 各組各植物生長28 d后COD的去除率（%）Table 10 Removal rate of COD in each treatment after 28 days of growth（%）

表11 主成分的特征向量、貢獻(xiàn)率及表達(dá)式Table 11 Matrix，contribution rate and expression of principal component analysis

挺水植物中水芹在各組均能適應(yīng)生長，但并不是所有品種水芹都具有良好的適應(yīng)性，此次實驗所選的尖葉水芹對環(huán)境和氣候要求要低于圓葉水芹[25]，因此工程應(yīng)用時應(yīng)注意水芹品種的選擇，以免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失；黃菖蒲同樣具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在C3、C4、C5組均居前列，并在抗逆性和美化景觀方面的優(yōu)勢要遠(yuǎn)高于水芹[26]；沉水植物中狐尾藻凈化能力優(yōu)勢顯著，耐受性強(qiáng)，而且可吸收廢水中的重金屬元素（如鎘、鉛、鉻等）[27]，具有較強(qiáng)的凈化水質(zhì)功能。因此在實際應(yīng)用中，選擇物種時應(yīng)考慮到生態(tài)浮島系統(tǒng)運行的水域、氣候和凈化目標(biāo)，是否有景觀美化的需求和經(jīng)濟(jì)需求。

盡管生態(tài)浮島的凈化主體為水生植物，但實際設(shè)計時，在選擇優(yōu)勢物種的同時還需考慮到植物之間優(yōu)化組合。張澤西等[28]對比了10 種植物組合對去除氮磷效果的差異，確定多種植物組合的人工浮島對水中氮磷污染物的去除效果都要優(yōu)于種植單一植物的人工浮島。汪秀芳等[29]研究了冬季低溫環(huán)境下不同水生植物組合對富營養(yǎng)化水體的凈化效果，發(fā)現(xiàn)常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+反曲燈心草“藍(lán)箭”組合相比單一植物更適合冬季環(huán)境下種植。

另外在工程應(yīng)用時，基質(zhì)作為浮島的重要組成部分，不僅能為植物生長提供載體，同時能吸附水體中的污染物。近年來出現(xiàn)了一些新型人工合成材料基質(zhì)用于畜禽養(yǎng)殖廢水處理，其去除氮磷的效果均優(yōu)于自然基質(zhì)，如凹凸棒吸附劑（土∶稻殼＝9∶1）用于吸附處理養(yǎng)殖廢水中NH+4-N 最高去除率可達(dá)87%[30]；3 種紅色黏土對畜禽養(yǎng)殖廢水中TP 的去除率高達(dá)85%～90%[31]。

綜上，經(jīng)實驗篩選出凈化能力較好的優(yōu)勢物種需注意其季節(jié)性，如果應(yīng)用于工程中可考慮植物品種之間進(jìn)行組合搭配以提高對環(huán)境和氣候的適應(yīng)能力，也可在滿足凈化需求的同時種植如水芹等經(jīng)濟(jì)型作物，達(dá)到環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。另外，生態(tài)浮島基質(zhì)不僅能為水生植物生長提供載體，也能對污染物起到一定的吸附作用，從而進(jìn)一步提高生態(tài)浮島的凈化能力。

表12 各處理第1、2主成分得分及綜合評價Table 12 Score of Print 1，Print 2 and synthetic assessment of each group

生態(tài)浮島的應(yīng)用中應(yīng)注意以下問題：

（1）沉水植物中狐尾藻在5 個濃度水平下均可良好生長，生物量顯著增加，鮮質(zhì)量相對增長率最高達(dá)241.63%，而伊樂藻和金魚藻生長非常緩慢，生物量增長不明顯。該實驗所選金魚藻和伊樂藻未在實驗中表現(xiàn)出良好的生長特性及凈化能力，可能是因為它們存在較強(qiáng)的季節(jié)性，溫度較高導(dǎo)致生長緩慢。伊樂藻能在0 ℃以下以營養(yǎng)體形式越冬，但金魚藻和狐尾藻不能越冬生長[32]。若植物死亡腐解還會向水體釋放有機(jī)質(zhì)，產(chǎn)生二次污染，因此應(yīng)用在生態(tài)浮島上時需特別注意當(dāng)?shù)貧夂驐l件。篩選耐寒性植物，探究植物凈化能力隨季節(jié)變化規(guī)律，有利于生態(tài)浮島在北方的應(yīng)用推廣。

（2）鳳眼蓮在供試水生植物中屬外來物種，其生物量隨著NH+4-N、TP 含量的增加而增長顯著（P＜0.05），在實驗濃度范圍內(nèi)沒有發(fā)生因氮磷濃度過高而產(chǎn)生的生長抑制現(xiàn)象，其凈化能力在C1、C2中表現(xiàn)較好，生長速度很快，在適宜的環(huán)境中每平方米水面上可生長60 kg 以上[33]。因此，在工程應(yīng)用上應(yīng)注意鳳眼蓮的適用條件，以免造成繁殖失控，引發(fā)次生環(huán)境問題。

（3）生態(tài)浮島系統(tǒng)的凈化作用是水生植物、微生物等因素共同影響的結(jié)果，本實驗主要研究不同水生植物的水質(zhì)凈化功能，而微生物對脫氮除磷的貢獻(xiàn)尚需實驗探究，并進(jìn)一步研究浮島系統(tǒng)中存在的植物及微生物群落與對浮島水體的凈化機(jī)制以及兩者之間的響應(yīng)關(guān)系。

4 結(jié)論

（1）在低氮磷水平，可選擇鳳眼蓮、再力花作為生態(tài)浮島優(yōu)勢物種；在高氮磷水平，可選擇水芹和黃菖蒲。工程應(yīng)用時可根據(jù)養(yǎng)殖處理尾水的氮磷濃度水平進(jìn)行合理的選擇和優(yōu)化配置。

（2）水芹、黃菖蒲、鳳眼蓮可以在不同氮磷濃度的廢水中正常生長，耐污力較強(qiáng)。生長旺盛的狐尾藻相比生長緩慢的伊樂藻和金魚藻，具有較強(qiáng)的凈化能力。由此可知，發(fā)達(dá)的根系、良好的適應(yīng)性和生長特征是篩選具備良好凈化能力的植物的重要考察指標(biāo)。