小群落水生植物在受污染園林生態(tài)環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用

景文東

（廊坊市園林綠化事務(wù)中心，河北廊坊 065000）

近幾年，我國工業(yè)化進程加快，生態(tài)環(huán)境污染問題日漸凸顯。對受污染的生態(tài)環(huán)境進行合理化修復(fù)，成為環(huán)境污染研究的重點內(nèi)容之一，其中生物生態(tài)方法熱度最高。陳定州[1]研究濕地植物對人工濕地生態(tài)環(huán)境的修復(fù)作用，分析濕地植物的修復(fù)類型，根據(jù)濕地植物在水環(huán)境中的作用，分析有機物與無機物的修復(fù)。彭文韜[2]研究水生植物在水生態(tài)環(huán)境修復(fù)工作中的應(yīng)用，分析水生植物特性，提出水生植物在水生態(tài)修復(fù)應(yīng)用中的注意事項。以上研究均以仿生學(xué)理論為參考，致力于增強自然界的自凈和恢復(fù)能力，使受污染的生態(tài)環(huán)境恢復(fù)到標準水平以上，是在最大程度保護生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)上得到的較合理的治污思路。利用小群落水生植物對水體進行修復(fù)是一種生物生態(tài)污水處理技術(shù)，能對水體污染起到很好的修復(fù)作用[3]。

水生植物生命周期長，生長速度較快，通常扎根于水底，擁有較發(fā)達的根系，可吸收水體中大量的污染物和有機營養(yǎng)物質(zhì)，是水體最主要的污染輸出通道[4]；對一些藻類起到抑制作用，改善水質(zhì)；可為其他生物提供食物來源；將光合作用吸收的氧氣從葉片傳輸至根部，形成有氧環(huán)境，為其他生物提供良好的生存空間。水生植物可在很大程度上實現(xiàn)受污染水體的修復(fù)，但不同種類水生植物的修復(fù)效果及其對環(huán)境的要求均有較大差別。在實際修復(fù)工程中，應(yīng)根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，進行合理、科學(xué)的選擇，以達到對受污染水體最大程度的修復(fù)和凈化。本研究以河北廊坊市某受污染的生態(tài)園林為例，對生態(tài)園林中的小群落水生植物進行研究，提出多種水生植物選擇方案，可為相似生態(tài)環(huán)境下的水生植物選擇提供參考。

1 園林生態(tài)環(huán)境綜合污染指數(shù)

水質(zhì)綜合污染指數(shù)是一種水環(huán)境質(zhì)量評價方法，通過對水質(zhì)污染程度進行分級，反映水質(zhì)污染現(xiàn)狀。水質(zhì)綜合污染指數(shù)（P）的計算公式為[5]：

式中，Pi為某污染物的分指數(shù)；Ci為污染物實測濃度；Si為相應(yīng)類別標準值；n為評價指標的項目數(shù)。水質(zhì)標準值取GB 3838-2002[6]中的Ⅲ類標準值（表1）。選取溶解氧、氨氮、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量6 個項目進行綜合污染指數(shù)評價，以此進行水質(zhì)分級[7]。

表1 水質(zhì)分級表Tab.1 Water quality classification

2 小群落水生植物生態(tài)環(huán)境修復(fù)機理

2.1 小群落水生植物的作用

目前，水體污染是園林生態(tài)環(huán)境中最顯著的問題之一，治理受污染的水體是修復(fù)工程中非常關(guān)鍵的一步。在修復(fù)受污染的園林生態(tài)環(huán)境過程中，小群落水生植物的物理作用起到非常關(guān)鍵的作用。其呼吸作用可沉降水中大量的漂浮污染物[8]，達到凈化水體的目的；其發(fā)達的根系深深扎根于水底土壤中，可固定土壤，減少河道流沙的發(fā)生。

水生植物對于水體富營養(yǎng)化和重金屬污染也起著非常重要的修復(fù)作用[9]。水生植物可通過滋生微生物的方式分解營養(yǎng)物質(zhì)，有效降低水體中過盛的營養(yǎng)物質(zhì)，使水體平衡發(fā)展；其根、莖和葉等部位可吸收和蓄積水體中的重金屬元素[10]，有效吸附水中的重金屬污染物。

2.2 小群落水生植物選擇依據(jù)

2.2.1 基本依據(jù)

生態(tài)環(huán)境、氣候條件等因素均會影響水生植物的生長及生態(tài)修復(fù)效果。應(yīng)從當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境實際情況出發(fā)，結(jié)合水質(zhì)進行水生植物的選擇；以適應(yīng)當?shù)貧夂驐l件為主[11]，結(jié)合當?shù)氐牡貏輻l件和土壤類型，選擇與之相適應(yīng)的水生植物。根據(jù)當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，繁育適合當?shù)氐乃参颷10]，并科學(xué)引進實用性強、生長力強的品種，在不破壞原生植物生長條件的前提下協(xié)調(diào)發(fā)展，共同修復(fù)受污染的環(huán)境[12]。選擇的水生植物應(yīng)具有一定的觀賞和經(jīng)濟價值，在提高受污染水體水質(zhì)的同時，提高當?shù)貓@林景觀文化和綜合應(yīng)用價值[9]。

2.2.2 不同面積和不同污染園林環(huán)境水生植物選擇

種植水生植物，需結(jié)合植物種類和景觀整體要求[13]。針對面積較大的園林生態(tài)環(huán)境，在進行水生植物選擇時，應(yīng)較多地考慮遠觀效果。蘆葦（Phragmites australis）、荷花（Nelumbo nucifera）等水生植物體內(nèi)有發(fā)達并相通的氣腔，適合密集種植，在視覺上給人一種大氣的感覺，在有效吸收水中懸浮污染物的同時起到很好的裝飾作用，較適合在面積較大的園林中種植。

針對小面積園林生態(tài)環(huán)境，水生植物選擇需著重考慮近觀效果，全面考慮水生植物的顏色、形態(tài)和高度；可充分運用水體的鏡面作用，進行巧妙地設(shè)計，使小面積景觀展現(xiàn)出更細膩的效果。香蒲（Typha orientalis）和千屈菜（Lythrum salicaria）等水生植物的體積較小，顏色艷麗，可在小面積園林生態(tài)環(huán)境中種植，達到增加園林綠化景觀效果并實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)的目的。

對受污染水體進行深入研究，確定具體的受污染種類，才能有針對性地選擇水生植物[14]。針對重金屬污染較嚴重的園林環(huán)境，可選擇根系較發(fā)達的挺水和沉水植物；針對懸浮污染物較多的園林環(huán)境，可選擇荷花、鳳眼藍（Eichhornia crassipes）等對懸浮污染物有較強吸附和降解作用的水生植物；針對富營養(yǎng)化的園林環(huán)境，可選擇浮萍（Lemna minor）等可吸附有機營養(yǎng)物質(zhì)并分解多種有機污染物的水生植物。

2.3 小群落水生植物的維護

根據(jù)不同種類水生植物的生長要求，控制光照和溫度條件，營造適合的生長環(huán)境。水生植物在低氧環(huán)境下對陽光的要求較高，光照不充足時會出現(xiàn)大面積死亡。溫度對于水生植物來說是一個非常重要的生存條件。溫度適宜的環(huán)境下，水生植物能健康生長，發(fā)揮出最大的修復(fù)作用；溫度不適宜時，水生植物的光合作用降低，化感能力減弱，影響園林的整體修復(fù)效果。一般水生植物生長的適宜溫度為10 ～30 ℃，5 ℃以下或30 ℃以上會停止生長。

3 水生植物在受污染園林生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用

3.1 試驗園林環(huán)境介紹

以受污染園林生態(tài)環(huán)境為例，分析小群落水生植物的修復(fù)作用。試驗地點為河北廊坊市某生態(tài)園林（116°63′～116°64′E，39°53′～39°54′N），面積為2 378 m2；四季分明，旱季、雨季分明；夏季多為高溫天氣，降水較少；冬季氣溫多在0 ℃以下，風(fēng)大、氣候干燥。該地土壤以褐土為主，受污染水體影響，pH值為7.7 ～8.5；河道土壤中的有機物含量偏高，富營養(yǎng)化現(xiàn)象突出。河道斷面中，淤泥層厚1 ～2 m，含有礫中粗砂層；部分河道含有泥質(zhì)，厚度約2 ～5 m，屬于相對透水層。該地匯聚多家大型工廠，廢水直接排向河道，加上周圍居民的生活污水，使得河道垃圾多，嚴重污染了水中的植物和動物。2015 —2019年，該生態(tài)園林的水質(zhì)綜合污染指數(shù)呈上升趨勢，屬中度污染。

表2 河北廊坊市某生態(tài)園林2015—2019年水質(zhì)數(shù)據(jù)Tab.2 Data of water quality in an ecological garden in Langfang city,Hebei from 2015 to 2019

3.2 試驗園林原生態(tài)植被現(xiàn)狀

該園林的生態(tài)植被種類單一，漂浮植物僅有浮萍；挺水植物以蘆葦為主，荷花較少，覆蓋面積較?。怀了参镉? 種，分別為微齒眼子菜（Potamogeton maackianus）、馬來眼子菜（Potamogeton wrightii）、大茨藻（Najas marina）和黑藻（Hydrilla verticillata）（表3）。水生生態(tài)群落單一，缺乏層次感；浮萍的占地面積最大（19.99%），黑藻的占地面積最小（4.95%），各類植物分布不均衡（圖1）。由于園林生態(tài)環(huán)境雜亂不堪，河道污水較嚴重，水生植物受到污染，覆蓋率不佳，環(huán)境受到較嚴重的破壞（圖2）。除重金屬污染外，水體中氮等營養(yǎng)物質(zhì)含量較高，水體富營養(yǎng)化較嚴重，部分水生植物呈腐爛狀態(tài)；pH值較適合浮萍生長，浮萍大面積聚集，在整體水生植物中占比較高。

圖1 園林生態(tài)環(huán)境植被覆蓋情況Fig.1 Vegetation coverage of garden ecological environment

圖2 園林生態(tài)環(huán)境水體受污染情況Fig.2 Water pollution of garden ecological environment

表3 試驗園林主要水生植物群落分布Tab.3 Distribution of main aquatic plant communities in experimental garden

3.3 試驗水生植物的選擇

根據(jù)上文所述的水生植物選擇依據(jù)，結(jié)合該地區(qū)的氣候條件等影響因素，針對受污染的園林生態(tài)環(huán)境采用4 類12 種水生植物進行修復(fù)（表4）。2020年1月，對受污染的園林生態(tài)環(huán)境進行修復(fù)。

表4 適用于試驗園林的4類12種小群落水生植物Tab.4 4 categories and 12 small groups of aquatic plants suitable for experimental garden

3.3.1 挺水植物

挺水植物的莖和葉都在水面以上，這類植物喜陰暗，多生長在陽光照射不到的地方，化感能力較強。在受污染的生態(tài)環(huán)境中，挺水植物的根部能從底泥中吸收營養(yǎng)元素，降低底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)含量；通過水流阻尼作用，沉降水體中的懸浮物；可吸收大量懸浮的污染物和重金屬，在滿足自身生長需求的同時凈化水體。

園內(nèi)已有蘆葦與荷花兩種挺水植物，均可有效吸收鉛、硫酸鹽等物質(zhì)，還可吸收大量的懸浮污染物；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合該地區(qū)氣候條件，選擇慈姑（Sagittaria trifoliavar.sinensis）和菰（Zizania latifo?lia）兩種挺水植物。慈姑發(fā)達的根系可吸收大量重金屬污染物；園內(nèi)水體中的的氮、磷含量較高，需要菰對其進行有效吸收。園林內(nèi)已有荷花數(shù)量較少，在原有荷花品種基礎(chǔ)上，增加種植數(shù)量。

3.3.2 沉水植物

根、葉和莖全部都在水面以下生長的植物為沉水植物。沉水植物的整個植株均在水中，在氧含量較低的水中，仍能健康生長；其根和葉均能積蓄一定的重金屬，吸收水中污染物。沉水植物的光合作用在水面以下完成，可提高有機營養(yǎng)物質(zhì)的分解速度；對于水體中包含的營養(yǎng)物質(zhì)還起到平衡作用，給其他生物的生長提供較大的空間。結(jié)合沉水植物特點及當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，園內(nèi)已有微齒眼子菜、馬來眼子菜、大茨藻與黑藻4種沉水植物，可達到吸收受污染水體中重金屬污染物的目的，因此，不再添加沉水植物。

3.3.3 浮葉植物

浮葉植物是一種根、莖生長在泥中，葉片浮于水面的水生植物。其根、莖發(fā)達，可通過競爭養(yǎng)分，降低水體中營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，對水面風(fēng)浪有較強的適應(yīng)能力。目前，園區(qū)內(nèi)尚未種植浮葉植物。與其他水生植物相比，浮葉植物的積蓄能力不是很強，但有些種類對特殊重金屬有較好的積蓄能力。菱（Trapa bispinosa Roxb）和蘋（Marsilea quadrifolia）對鎘和鉛有較好的積蓄效果。園內(nèi)水體中的的鎘和鉛含量較高，培育這兩種浮葉植物可有效改善水體中重金屬含量高的問題。

3.3.4 漂浮植物

與挺水植物一樣，漂浮植物的光合作用也在水面以上完成。這類植物有發(fā)達的根系，深深扎根于底泥中。這類植物的吸附能力也較強，通過根、葉對重金屬進行積蓄，可大量吸收水體中的有機營養(yǎng)物質(zhì)和危害較大的有毒物質(zhì)，可用于修復(fù)重金屬廢水。這類植物有非常頑強的生命力，是理想的修復(fù)植物。

結(jié)合該地區(qū)氣候特點，選擇的漂浮植物為鳳眼藍。鳳眼藍對漂浮的污染物可實現(xiàn)非常明顯的降解效果。與此同時，減少原有浮萍的數(shù)量，使各個水生植物的分布達到均衡狀態(tài)。

3.4 修復(fù)效果分析

經(jīng)過一段時間的治理，該受污染園林的生態(tài)環(huán)境得到了很大改善。修復(fù)前，由于水體受污染嚴重，幾乎沒有動物在這里生存；開展修復(fù)工程后，種植了多種水生植物，提高了水體的含氧量，動物數(shù)量迅速增加，多種鳥類在此繁衍生息，園林環(huán)境得到了很大程度的提升。2021年1月，對受污染園林的水質(zhì)進行調(diào)查，水質(zhì)的綜合污染指數(shù)為0.39，水質(zhì)較好，與治理前相比明顯下降。取未修復(fù)時期（2019年12 個月）的水體樣本與修復(fù)后的水體樣本（2020年12 個月），對其中的氮含量與pH 值進行檢測并對比。

3.4.1 修復(fù)前后水體pH值對比

pH 值可用來衡量受污染水體中氫離子活度的負對數(shù)，天然水體正常的pH 值為6.5 ～8.5，當pH 值出現(xiàn)較大波動時，可判斷該水體受到污染。對修復(fù)前后兩年的水體分別采樣觀察（圖3）。經(jīng)過1年的修復(fù)，該地區(qū)水體的pH 值控制在7.0 ～8.0 之間，沒有出現(xiàn)較大的波動，說明水體的pH 值處于相對平穩(wěn)的狀態(tài)，沒有出現(xiàn)再次污染的情況。

圖3 修復(fù)前后水體pH值對比Fig.3 Comparison on pH value of water body before and after restoration

3.4.2 修復(fù)前后水體氮含量對比

氮是生態(tài)環(huán)境中不可或缺的一部分，總氮含量可反映水體的受污染程度。水體中氮的含量在1.0 mg/L 以下為正常值，超過這個值，可判斷該水體受到污染。采集修復(fù)前后兩年的水體樣本，對氮的含量進行對比分析（圖4）。通過種植菰等小群落水生植物，有效吸附了水體中的氮，氮含量控制在0.9 mg/L以下，保持在合理范圍內(nèi)，修復(fù)了受污染水體，維持了生態(tài)平衡。

圖4 修復(fù)前后水體氮含量對比Fig.4 Comparison on nitrogen content of water body before and after restoration

4 討論與結(jié)論

水生植物可起到一定的修復(fù)作用，具有成本低、見效快和實現(xiàn)簡單等優(yōu)點。以河北廊坊市某受污染的生態(tài)園林為例，在對該園林的水體環(huán)境、土壤特征、氣候條件及原生態(tài)植被現(xiàn)狀進行分析的基礎(chǔ)上，選擇合適的水生植物對其進行修復(fù)，研究水生植物對受污染生態(tài)環(huán)境的修復(fù)作用。選擇合理的小群落水生植物，可改善水體環(huán)境，使受污染環(huán)境得到明顯改善。種植水生植物1年內(nèi)，水體的pH值控制在7.0 ～8.0，氮含量控制在0.9 mg/L 以下；1年后，水質(zhì)綜合污染指數(shù)為0.39，水質(zhì)較好，起到了一定的修復(fù)作用。說明小群落水生植物在受污染園林生態(tài)環(huán)境修復(fù)中有較好的應(yīng)用價值，可將其應(yīng)用到其他類型的水體污染環(huán)境中。水生植物的去污能力和生命周期有一定限制，還需進行更深入的研究。