沉水植物對(duì)景觀水體質(zhì)量影響的研究

張友德 徐欣 戴曹培 何建軍

摘 要：為研究種植沉水植物對(duì)景觀水體的凈化效果，以濱湖國(guó)家森林公園中某一典型封閉景觀水體為試驗(yàn)區(qū)，種植苦草、黑藻、狐尾藻3種沉水植物，經(jīng)一段時(shí)間的運(yùn)維管理，定期檢測(cè)水體化學(xué)需氧量（COD）、總磷（TP）、氨氮（NH4+-N）含量及水體透明度，探究沉水植物種植對(duì)景觀水體的影響。結(jié)果表明：在多種沉水植物吸收下，試驗(yàn)區(qū)的水質(zhì)有明顯的改善，水體透明度提高5.3～8倍，水體中化學(xué)需氧量去除率在27%～64%，總磷去除率在74%～87%、氨氮去除率在3%～37%。

關(guān)鍵詞：沉水植物;水質(zhì)改善;景觀修復(fù)

中圖分類號(hào) S682.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）04-0125-03

Abstract： In order to study the effect of planting submerged plants on landscape water， a typical closed landscape water body in Binhu National Forest Park is taken as the test area. Three submerged plants， bitter grass， black algae and foxtail algae， are planted in the test area. After a period of operation and maintenance management， the contents of water chemical oxygen demand （COD）， total phosphorus （TP）， nitrogen and ammonia （NH4+-N） and water transparency are regularly detected， To explore the influence of submerged plant planting on landscape water body. The results show that under the absorption of a variety of submerged plants， the water quality in the experimental area has been significantly improved， and the water transparency has increased by 5.3-8 times. The removal rates of chemical oxygen demand， total phosphorus and nitrogen and ammonia in the water are 27%-64%， 74%-87% and 3%-37%.

Key words： Submerged plants; Water quality improvement; Landscape restoration

1 引言

景觀水體是人居水生態(tài)的重要載體，是區(qū)域內(nèi)生態(tài)發(fā)展布局及人居環(huán)境改善的主體。由于城市景觀水體大多存在水體深度較淺、流速低及水循環(huán)不暢等問題，故修復(fù)凈化能力較弱[1]，COD、TN、TP等含量較高，富營(yíng)養(yǎng)化等問題比較嚴(yán)重[2]。近年來，大多研究針對(duì)自然河湖水體開展，而對(duì)景觀水體水質(zhì)改善的研究較少，尤其是人工景觀水體水質(zhì)治理與修復(fù)的研究極少。因此，有必要對(duì)改善景觀水體水質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)性的研究。

本研究以合肥市濱湖國(guó)家森林公園的一處景觀水體為試驗(yàn)區(qū)，種植沉水植物，檢測(cè)分析沉水植物對(duì)景觀水體質(zhì)量改善的效果，為同類景觀水體問題的治理與研究提供借鑒。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況 試驗(yàn)地位于濱湖國(guó)家森林公園內(nèi)的一處典型的景觀水體，水體總長(zhǎng)約150m、深1m、寬10m，底泥厚度為15～20cm。試驗(yàn)區(qū)此前是一處金魚塘，管理方使用水泵間歇性從周邊補(bǔ)水。

2.2 水體狀況

2.2.1 內(nèi)源性問題 （1）流動(dòng)性不強(qiáng)。水體呈封閉狀態(tài)，（2）底泥有機(jī)物含量高，水體氮、磷濃度偏高，COD處于高位水平?，F(xiàn)場(chǎng)采樣分析結(jié)果表明，水體的氨氮、總磷明顯高于池外水體，其中氨氮濃度處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)V類水平，接近劣V類水平;目前磷處于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的IV類水平。

2.2.2 外源性問題 （1）水體濁度大，透明度低。金魚投放過多，攪動(dòng)底泥，水體透明度低于0.2m，濁度超過200mg/L，水體視覺感官較差。（2）投放飼料過多，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化問題。養(yǎng)殖金魚的飼料投放過剩，在水體中引起氮磷含量偏高的問題。（3）枯枝落葉在水底沉積腐化。園區(qū)樹種以白楊為主，秋冬季白楊凋落物沉入水底腐化，從而造成水質(zhì)的惡化。

2.2.3 其他問題 （1）水體溶解氧不足，水生態(tài)平衡破壞?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)水池溶解氧在2～3mg/L以下，部分區(qū)域甚至低于2mg/L。由于溶解氧不足，導(dǎo)致池內(nèi)處于缺氧狀態(tài)，加上水體與外界封閉，流動(dòng)性差，水體自凈能力弱，水生態(tài)失衡，水質(zhì)惡化。（2）沉水植被覆蓋度低，水體自維持能力弱。通過底泥采集分析，發(fā)現(xiàn)水體底部沉積大量枯枝落葉，未見沉水植物，浮游植物和浮游動(dòng)物種群多樣性、種群密度均低于外圍巢湖水體，水體生態(tài)系統(tǒng)脆弱，自我凈化能力差。

2.3 試驗(yàn)方法 種植前先對(duì)水塘進(jìn)行預(yù)處理，做底泥改良，用高效微生物菌劑對(duì)底泥進(jìn)行修復(fù)處理，為沉水植物種植提供所需要水環(huán)境。微生物菌劑是一種由無公害、無污染、無激素的綠色環(huán)保微生物制成的產(chǎn)品，是為了針對(duì)水環(huán)境治理研發(fā)的微生態(tài)制劑，由微生物菌種、生物酶和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)配制而成，主要用于輕污染水體，以提高水體透明度，改善水面清潔度，提升水體自凈能力[3]。底泥處理后，通過潛水泵進(jìn)行灌水（20～30cm），進(jìn)行水生植物栽植，待種植完畢15d左右進(jìn)一步回灌至原水位。在3月底完成底質(zhì)改良任務(wù)，并于3月26日進(jìn)行取樣測(cè)量記錄COD、TP、NH4+-N、透明度數(shù)據(jù)。

選取3種本土常見沉水植物矮生苦草、黑藻、狐尾藻作為試驗(yàn)材料，以苦草為先鋒植物，黑藻和狐尾藻作為景觀點(diǎn)綴[4]，于4月3—4日進(jìn)行矮生苦草、狐尾藻、黑藻的種植扦插工作，其種植密度分別設(shè)置為40株/m2、9叢/m2、12叢/m2。從第1次取樣開始至6月，每10～20d，對(duì)水體中的COD、TP和NH4+-N、透明度等4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行取樣檢測(cè)，描述沉水植物種植對(duì)水體的凈化作用。種植示意圖如圖1所示。

2.4 水質(zhì)檢測(cè) 在池塘水下40cm同一深度且不同位置進(jìn)行取樣，各取500mL用于檢測(cè)，共設(shè)置4個(gè)取樣點(diǎn)，通過定期取樣和檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)，比較水質(zhì)變化趨勢(shì)，分析沉水植物對(duì)水體的凈化效果。測(cè)量方法如表1所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 沉水植物對(duì)景觀水體COD的去除效果 從圖2可以看出，沉水植物對(duì)COD濃度整體呈下降的趨勢(shì)，且在5月20日時(shí)所有取樣點(diǎn)均達(dá)到了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，以4月30日至5月20日的下降幅度最大。其中，取樣點(diǎn)2的去除效果最佳（去除率64%），取樣點(diǎn)3效果最差（去除率27%）。此外，取樣點(diǎn)1的COD濃度，從初始測(cè)量的28mg/L降低到16mg/L，去除率為42%，取樣點(diǎn)4的COD濃度從31mg/L降低到20mg/L，去除率為37%。從5月20日起COD出現(xiàn)反彈，變化規(guī)律不明顯，但仍在一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

由此可見，由于沉水植物會(huì)吸收水體中的無機(jī)碳進(jìn)行各個(gè)生理活動(dòng)[5]，且沉水植物根系的有機(jī)物也能促進(jìn)有機(jī)物的分解，故沉水植物種植過程會(huì)吸收水體中的COD，使COD含量下降[6]。但由于沉水植物會(huì)出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，產(chǎn)生新的有機(jī)物質(zhì)溶入水中，加上溫度的降低，微生物活性減弱，使得凈化效果降低，COD濃度反彈[7]。

3.2 沉水植物種植對(duì)水體的總磷的影響 從圖3可以看出，沉水植物對(duì)磷污染物的去除效果明顯，4月9日池塘各取樣點(diǎn)的TP達(dá)到的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，之后一直維持。試驗(yàn)最初的5d，TP的濃度顯著下降，尤其是取樣點(diǎn)1、2、4的效果最佳，TP去除率分別達(dá)到87%、84%、83%。池塘各取樣點(diǎn)的TP濃度均下降較快。試驗(yàn)4月30日后各取樣點(diǎn)TP濃度相對(duì)于最初5d濃度下降幅度減緩，略有回升。與一些研究相一致，水體的強(qiáng)氧化性在促進(jìn)磷的化學(xué)沉淀及沉降吸附有較為明顯的作用[8]，黑藻與狐尾藻的葉片在近水面處形成茂密的上冠層，因此其所在塘的生物量集中在水面處，使其對(duì)水中磷的吸收具有優(yōu)勢(shì)[9]，這也是對(duì)磷去除率較高的原因之一。此外，磷是沉水植物結(jié)構(gòu)組分元素，也是植物光合作用必不可缺的主要元素之一，因此沉水植物生長(zhǎng)過程中需要大量吸收水體中的磷元素，同時(shí)消耗一部分磷進(jìn)行光合作用，從而導(dǎo)致水體TP濃度下降[10]。

3.3 沉水植物對(duì)水體氨氮含量的影響 由圖4可知，各取樣點(diǎn)的NH4+-N濃度整體呈下降趨勢(shì)。沉水植物種植3個(gè)月后，取樣點(diǎn)1的NH4+-N濃度由0.48mg/L降低到0.41mg/L，氨氮去除率為17%;取樣點(diǎn)2的NH4+-N濃度從0.42mg/L降低到0.39mg/L，去除率為8%;取樣點(diǎn)3的NH4+-N含量降低幅度最大，由0.56mg/L下降到0.37mg/L，下降0.19mg/L，去除率為34%;取樣點(diǎn)4的NH4+-N濃度由0.53mg/L降低到0.50mg/L，去除率為3%。其中，取樣點(diǎn)3的NH4+-N下降幅度最大，水體NH4+-N由三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

氨氮的去除一部分通過植物吸收和揮發(fā)作用去除[11]，大部分則是通過附著微生物硝化作用和反硝化作用的連續(xù)反應(yīng)去除[12]，在本試驗(yàn)初期池塘的氨氮濃度下降幅度較大，一直到試驗(yàn)結(jié)束氨氮濃度一直處于降低趨勢(shì)。

3.4 沉水植物對(duì)水體透明度的影響 由圖5可知，通過3個(gè)月的種植，各取樣點(diǎn)的透明度隨檢測(cè)進(jìn)度隨持續(xù)升高。取樣點(diǎn)1的透明度從11cm提高到69cm，提高5.3倍;取樣點(diǎn)2的透明度從9cm提高到59cm，提高5.6倍;取樣點(diǎn)3的透明度從7cm提高到63cm，提高8倍;取樣點(diǎn)4的透明度從10cm提高到66cm，提高5.6倍。沉水植物可以作為減緩水流速度和風(fēng)力的抑制器，并且通過自身根部，固定沉積物，抑制再懸浮[13]。同時(shí)，沉水植物還可作為懸浮物的捕獲器，促進(jìn)沉降，進(jìn)而提高景觀水體透明度[14]。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論 種植沉水植物對(duì)改善景觀水體水質(zhì)的效果明顯。沉水植物在景觀水體中通過吸收、吸附、硝化和反硝化等作用削減了COD、TP、NH4+-N濃度，對(duì)其去除率分別達(dá)到27%～64%、74%～87%、3%～34%。此外，沉水植物還通過促進(jìn)沉降、抑制再懸浮的方式固定懸浮物，使水體透明度大幅提升，可視范圍提升幅度為5.3～8倍。

4.2 討論 由于試驗(yàn)條件的限制，本試驗(yàn)還存在不完善之處，希望在以后的相關(guān)研究中能考慮以下幾點(diǎn)問題：（1）本試驗(yàn)研究集中在1—6月，需考慮秋季和冬季2個(gè)季節(jié)，沉水植物對(duì)水體中污染物去除效果的研究。（2）本試驗(yàn)只對(duì)苦草、狐尾藻和黑藻3種沉水植物的凈化效果研究，可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)不同沉水植物搭配組合，探討對(duì)水體中污染物去除效果。（3）本試驗(yàn)僅對(duì)COD、氨氮、TP及透明度4個(gè)水體指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，需考慮將BOD5、重金屬、總氮（TN）等納入衡量水質(zhì)指標(biāo)范圍，完善沉水植物對(duì)水體凈化效果研究體系。

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（責(zé)編：張宏民）

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