水生植物組合對(duì)社區(qū)公園景觀水體凈化修復(fù)研究

皇甫嘉弘，金荷仙，陳高敏，熊 川

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院，浙江 杭州 311300）

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市迅速擴(kuò)張，創(chuàng)造優(yōu)美宜居的社區(qū)環(huán)境成了人們共同的追求。景觀水體作為社區(qū)公園的重要組成部分，在景觀營(yíng)造中起到了非常重要的作用，受到人們的喜愛。目前，越來(lái)越多的城市利用再生水作為社區(qū)景觀水體，社區(qū)景觀水體因流動(dòng)性差、更換周期長(zhǎng)、自凈能力差、人為污染重等[1-2]，制約水生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)，出現(xiàn)不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化等問題，對(duì)周邊環(huán)境質(zhì)量及附近居民的正常生活產(chǎn)生較大影響。因此，水生植物凈化技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景[3-4]。水生植物除了能直接吸收、固定、分解污染物外，還具有通過(guò)微生物的調(diào)控來(lái)修復(fù)環(huán)境、優(yōu)化景觀等作用[5]，自身又是水生態(tài)環(huán)境中重要的組成部分，投資少、環(huán)境污染低。當(dāng)前，試驗(yàn)研究及實(shí)際應(yīng)用已由水生植物單體凈化轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N水生植物組合的凈化模式[6-8]，多采用單一生物量增長(zhǎng)快的水生植物的手段[9]，為在短時(shí)間內(nèi)水質(zhì)取得較好的凈化效果選擇多種沉水植物，由于研究多面向鄉(xiāng)村生活污水、養(yǎng)殖廢水、煤礦廢水等水生態(tài)環(huán)境[10-12]，選擇種類少，無(wú)法滿足供人游憩的社區(qū)公園中水體的景觀要求。故對(duì)當(dāng)前社區(qū)公園中景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化污染的防治勢(shì)在必行，改善社區(qū)公園景觀水體的生態(tài)環(huán)境是社區(qū)公園長(zhǎng)期發(fā)展的重要一環(huán)。

從風(fēng)景園林專業(yè)角度出發(fā)，本實(shí)驗(yàn)著重探索具有不同景觀效果的水生植物組合對(duì)社區(qū)公園景觀水體的凈化作用，在前人的研究基礎(chǔ)上，以現(xiàn)有的社區(qū)公園中景觀水體水生植物現(xiàn)狀及水質(zhì)情況為實(shí)驗(yàn)依據(jù)，選取挺水植物（美人蕉Canna indica，菖蒲Acorus calamus，梭魚草Pontederia cordata，千屈菜Lythrum salicaria，野生風(fēng)車草Cyperus alternifolius，花葉蘆竹Arundo donaxvar.versicolor）和浮水植物（荇菜Nymphoides peltatum，野天胡荽Hydrocotyle vulgaris，大薸Pistia stratiotes）共2 類不同生活型的觀賞性好的水生植物，對(duì)其分別以觀葉、觀花、兼具觀花與觀葉三大類進(jìn)行組合，通過(guò)對(duì)水體各污染物成分的跟蹤檢測(cè)，篩選出對(duì)社區(qū)公園富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體具有良好凈化效果的水生植物組合。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)水體 實(shí)驗(yàn)參照《地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002》 V類水以上標(biāo)準(zhǔn)模擬富營(yíng)養(yǎng)化實(shí)驗(yàn)水體，見表1。

1.1.2 供試植物選擇 根據(jù)實(shí)地調(diào)研寧波地區(qū)社區(qū)公園水生植物應(yīng)用情況及文獻(xiàn)研究，選擇應(yīng)用較廣泛的水生植物，以挺水植物和浮葉植物為主，按觀葉、觀花、兼具觀花與觀葉三大類分類，分別記為A 類、B 類、C 類三種類型，各組再將植物進(jìn)行組合，共有9 組水生植物組合實(shí)驗(yàn)組，設(shè)空白實(shí)驗(yàn)為對(duì)照組。各實(shí)驗(yàn)組供試植物分別屬于不同科、屬，其生長(zhǎng)習(xí)性均有所不同，但皆為能較好適應(yīng)當(dāng)?shù)厮h(huán)境的水生植物群落。（見表2）

表1 實(shí)驗(yàn)水體水質(zhì)基本情況Table 1 Water quality for experiment

表2 實(shí)驗(yàn)組分組情況Table 2 Grouping of experiment

1.1.3 植物的栽培 實(shí)驗(yàn)在長(zhǎng)方形塑料盆中進(jìn)行，每個(gè)塑料盆的外型尺寸長(zhǎng)×寬×高為67 cm×45 cm×33.5 cm，利用珍珠棉、無(wú)紡布固定植物。實(shí)驗(yàn)前，去枯葉，洗凈，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用自來(lái)水預(yù)培養(yǎng)10 d 后，選擇長(zhǎng)勢(shì)良好且外形相近的植株作為供試植物。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)地點(diǎn)設(shè)置在浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)表2 中供試植物選擇與分組情況，水生植物種類為2 種的實(shí)驗(yàn)組每種植物放3 株，共6株；水生植物種類為3 種的實(shí)驗(yàn)組每種植物放2 株，共6 株。利用珍珠棉固定，配置的同類水生植物生物量基本相等，分別種植在相同濃度污水中，其中一組為不放植物的相同營(yíng)養(yǎng)等級(jí)實(shí)驗(yàn)水體的CK。實(shí)驗(yàn)期間，每隔6 d 取樣一次，共采集6 次，實(shí)驗(yàn)周期為36 d（2019 年8 月1 日至9 月5 日）。測(cè)量指標(biāo)包括水體的COD、NH4+-N含量、TP 含量。每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測(cè)量3 次，取平均值。最后分析各組對(duì)實(shí)驗(yàn)水體中COD、NH4+-N、TP 的凈化效果和植物自身生長(zhǎng)狀況，得到對(duì)水質(zhì)凈化效果最佳的水生植物組合。

1.3 水樣分析

實(shí)驗(yàn)中水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)TP 含量、NH4+-N 含量和COD 按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[13]所規(guī)定的方法進(jìn)行水樣分析：COD 測(cè)定用重鉻酸鉀法；NH4+-N 含量測(cè)定用納氏試劑光度法；TP 含量測(cè)定用過(guò)硫酸鉀氧化——鉬藍(lán)比色法。生物量用X6201ZH 電子天平（美國(guó)奧豪斯）稱量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 25.0 等軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和制圖分析。污染物去除率按下列公式計(jì)算：

式中，η為污染物去除率，C0為實(shí)驗(yàn)開始時(shí)污染物的濃度，Ct為實(shí)驗(yàn)第t天時(shí)污染物的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水生植物組合對(duì)污水中COD 的去除率

各個(gè)實(shí)驗(yàn)組對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化實(shí)驗(yàn)水體中COD 的凈化效果如表3 所示。由表3 可知，各組水生植物組合對(duì)水體中COD 的凈化效果之間有顯著性差異（P<0.05），總凈化率在76.59%～ 91.03%，其大致凈化趨勢(shì)為，在一定時(shí)間范圍內(nèi)，各水生植物組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體中的COD 含量均具有較明顯的去除作用，且實(shí)驗(yàn)初期6～ 12 d 內(nèi)，各組的COD 就有明顯的下降，在30 d 后逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在36 d 時(shí)，達(dá)到最大凈化效化效果。在處理36 d 時(shí)，A1，B1，C1對(duì)污水中COD 的凈化率分別是3 種類型中的最高組合，其凈化率分別為91.03%，89.96%，83.81%，尤其以A1的凈化為效果最好，且在短期內(nèi)就能有較明顯的凈化效果。在總體效果方面，B 類水生植物組合的總體凈化效果較高。對(duì)于植物種類為兩類的水生植物組合，以B3（千屈菜+野天胡荽）對(duì)COD 的去除效果最佳。

表3 實(shí)驗(yàn)組對(duì)COD 的去除率Table 3 Removal rate of COD by different treatment

2.2 不同水生植物組合對(duì)污水中NH4+-N 的去除率

各個(gè)實(shí)驗(yàn)組對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化實(shí)驗(yàn)水體中NH4+-N 的凈化效果如表4。由表4 表明，在實(shí)驗(yàn)期間，水生態(tài)環(huán)境處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，各實(shí)驗(yàn)組對(duì)污水中NH4+-N 的凈化率穩(wěn)步遞增，同一時(shí)間段不同處理的凈化效果間有顯著性差異（P<0.05）。在36 d 時(shí)，各實(shí)驗(yàn)組對(duì)污水中的NH4+-N 均有較好的凈化效果，凈化率在54.89%～ 91.87%之間。

A，B，C 三類總體凈化效果以C 類最佳，其中C1對(duì)污水中NH4+-N 的凈化效果最佳，在36 d 時(shí)的去除率高達(dá)91.87%，所以在景觀水體的應(yīng)用中，可以選擇梭魚草、花葉蘆竹、荇菜進(jìn)行多種形式的景觀水體水生植物空間的營(yíng)造。同上述各實(shí)驗(yàn)組對(duì)COD 的去除效果，對(duì)NH4+-N 的去除效果也是A1，B1，C1對(duì)污水中NH4+-N 的凈化效果最佳。對(duì)于植物種類為2 種的水生植物組合，以A2對(duì)NH4+-N 的去除效果最佳。A3與B3對(duì)NH4+-N 的凈化效果略遜于其他植物組合。

表4 實(shí)驗(yàn)組對(duì)NH4+-N 的去除率Table 4 Removal rate of NH4+-N by different treatment

2.3 不同水生植物組合對(duì)污水中TP 的去除率

各個(gè)實(shí)驗(yàn)組對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化實(shí)驗(yàn)水體中TP 的凈化效果如表5。由表5 表明，在實(shí)驗(yàn)初期，各實(shí)驗(yàn)組就能去除污水中60%左右的TP，之后隨著時(shí)間的推移逐漸趨于穩(wěn)定，偶爾會(huì)有濃度回升，這可能是由于生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能長(zhǎng)期被滿足，根系腐爛的現(xiàn)象加重，根系輸養(yǎng)能力降低，微生物活性降低，導(dǎo)致對(duì)TP 的去除能力減弱[14]。處理36 d 時(shí)的凈化率在68.52%～ 79.76%之間，并且各實(shí)驗(yàn)組對(duì)污水中TP 的凈化率之間有顯著性差異（P<0.05）。

表5 實(shí)驗(yàn)組對(duì)TP 的去除率Table 5 Removal rate of TP by different treatment

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，A，B，C 類總體凈化效果以C 類為最佳，其中，在處理36 d 時(shí)，C1對(duì)污水中TP 的凈化效果最佳，凈化率達(dá)9.76%，所以在景觀水體的應(yīng)用中，可以選擇梭魚草、花葉蘆竹、荇菜進(jìn)行多種形式的景觀水體水生植物空間營(yíng)造。綜合上述各實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，A1，B1，C1分別為該類中對(duì)污水中TP 的去除效果最佳的植物組合。對(duì)于植物種類為兩類的水生植物組合，以A2對(duì)TP 的去除效果最佳。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本文通過(guò)9 組不同水生植物搭配組合對(duì)污水的處理結(jié)果，分析各實(shí)驗(yàn)組對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中COD、NH4+-N、TP 的凈化情況，結(jié)果顯示，3 種水生植物組合比2 種水生植物組合的凈化效率高，這與劉敏的研究結(jié)果一致[15]。根據(jù)對(duì)A1，B1，C1的結(jié)果分析，A1（菖蒲+野生風(fēng)車草+大薸）與C1（荇菜+梭魚草+花葉蘆竹）組合在景觀觀賞性及對(duì)水質(zhì)的凈化能力上都很適合應(yīng)用在社區(qū)公園中。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中，水生植物種類皆為兩類的組合，以B3（千屈菜+野天胡荽）對(duì)COD 的凈化效率最好；A2（菖蒲+大薸）對(duì)NH4+-N、TP 的凈化效果最好。另外，劉建偉等測(cè)得美人蕉對(duì)COD 的去除效果在30%左右[16]，但與野天胡荽組合對(duì)凈化效果有顯著提高。

在利用水生植物技術(shù)處理流動(dòng)性差、自凈能力差、人為污染重的社區(qū)公園水體景觀時(shí)，不應(yīng)只局限于對(duì)水體本身的凈化研究，同時(shí)也要注重水體作為社區(qū)景觀的一部分，對(duì)于人居環(huán)境的改善，景觀的優(yōu)化也有著舉足輕重的作用。故基于本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在實(shí)際應(yīng)用中可考慮在主要活動(dòng)水域，采用菖蒲+野生風(fēng)車草+大薸、梭魚草+花葉蘆竹+荇菜、千屈菜+美人蕉+野天胡荽等水生植物搭配組合，對(duì)于較偏僻，景觀需求少的水域，可選野生風(fēng)車草+大薸、千屈菜+野天胡荽等水生植物組合，同時(shí)也需注意水體景觀的后期維護(hù)，如本實(shí)驗(yàn)中大薸在實(shí)驗(yàn)中后期易出現(xiàn)葉片發(fā)黃腐爛等現(xiàn)象，需及時(shí)打撈處理避免形成二次污染[17]。

3.2 討論

在水生態(tài)修復(fù)中水生植物得到了廣泛的應(yīng)用，單一植物對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)水體中多類污染物難以做到全覆蓋去除[18-21]。在本次實(shí)驗(yàn)中，將多種水生植物混合栽種，極大地增加了對(duì)去除各污染物的覆蓋率，并能達(dá)到一組水生植物組合就能同時(shí)對(duì)COD，NH4+-N，TP 有較好的去除效率。水生植物組合的凈化能力強(qiáng)可能是由于水生植物間產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，促進(jìn)了植物根系的增長(zhǎng)，形成特殊的生物膜結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了對(duì)污染物的吸附、吸收、過(guò)濾和轉(zhuǎn)化[22]；也可能是水生植物與氮、磷和氧結(jié)合形成了穩(wěn)定的化合物從而降低了富營(yíng)養(yǎng)水體的污染物濃度[23]。其中也存在僅有兩種水生植物的組合凈化效果比三種的水生植物組合強(qiáng)的情況，這可能是受到各個(gè)水生植物單個(gè)物種本身的凈化能力以及各個(gè)水生植物間的相互影響，產(chǎn)生共生或者競(jìng)爭(zhēng)等關(guān)系，故需要進(jìn)一步研究分析。

在利用水生植物技術(shù)修復(fù)社區(qū)公園景觀水體的研究進(jìn)程中，仍需不斷實(shí)驗(yàn)發(fā)掘更具潛力的水生植物組合，并進(jìn)一步將室內(nèi)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)拓展到更多樣、更復(fù)雜的實(shí)際富營(yíng)養(yǎng)化水域中，充分結(jié)合園林景觀設(shè)計(jì)與植物配置等理念，細(xì)化到不同污染程度和使用功能的水域都能有對(duì)應(yīng)的兼具生態(tài)與景觀性的水生植物組合。如何合理地發(fā)揮水生植物組合的生態(tài)與景觀效益，提供新的理論與依據(jù)，并充分地應(yīng)用到人居環(huán)境改善方面，值得繼續(xù)深入研究。