濕地駁岸生態(tài)修復(fù)與應(yīng)用效果研究

邱璞 葛之剛 馮貴秀

摘要：研究針對(duì)濕地駁岸的水體污染物，采用香根草、水蔥、菖蒲、美人蕉4種水生植物對(duì)水體中的氨氮和總磷污染物進(jìn)行修復(fù)，開展了不同季節(jié)和不同水生植物對(duì)濕地駁岸的水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)植物的生物量和水體中的總氪、銨態(tài)氪、硝態(tài)氪及總磷進(jìn)行了分析。驗(yàn)證四種水生植物對(duì)濕地駁岸的水體的生態(tài)修復(fù)能力和效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水生植物的生物量對(duì)氨氪的去除率會(huì)有影響，但是兩者之間相關(guān)性不強(qiáng)，說明水生植物對(duì)水體的凈化能力除了和植物本身的生長(zhǎng)有關(guān)系，還和其它因素有關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：濕地；駁岸；生物修復(fù)

中圖分類號(hào)：X171.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

濕地是作為海洋、陸地之外的生態(tài)系統(tǒng)之一，是在陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生態(tài)系統(tǒng)共同作用下的一種系統(tǒng)。濕地駁岸生態(tài)修復(fù)需要遵循去除原有的限制或者對(duì)現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行破壞發(fā)展，使生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)回到原來的發(fā)展趨勢(shì)。其核心的思想有4類。分別是恢復(fù)治理、修復(fù)現(xiàn)有、替換有害部分和重建現(xiàn)有的生態(tài)系統(tǒng)?？刹扇竦氐闹脖恍迯?fù)駁岸生態(tài)或者采用其它的異地的生物資源進(jìn)行生態(tài)修復(fù)?？赏ㄟ^物理或者化學(xué)的修復(fù)方法，減少水體惡化的趨勢(shì)，有效改善濕地駁岸的生態(tài)環(huán)境。不同的濕地植物對(duì)濕地的生態(tài)和污染物的凈化能力不盡相同，包含有浮游植物、挺水植物和沉水植物等。漂浮植物是生長(zhǎng)在水面上，能夠直接接受陽(yáng)光的照射，并且還能抗風(fēng)浪的影響。而挺水植物有水面部分和水下部分，可以降低水體的流速，攔截水體中的固體顆粒和懸浮物。沉水植物生長(zhǎng)在水體當(dāng)中。研究針對(duì)濕地駁岸的水體污染物，采用香根草、水蔥、菖蒲、美人蕉4種水生植物對(duì)水體中的氨氮和總磷污染物進(jìn)行修復(fù)，開展了不同季節(jié)和不同水生植物對(duì)濕地駁岸的水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)植物的生物量和水體中的總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及總磷進(jìn)行了分析。驗(yàn)證四種水生植物對(duì)濕地駁岸的水體的生態(tài)修復(fù)能力和效果。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1濕地水生植物凈化水體實(shí)驗(yàn)

研究區(qū)域水體屬于農(nóng)田周邊，由于農(nóng)田種植過程中肥料流失等原因，很大程度的增加了水體的負(fù)荷，氮和磷的大量輸入導(dǎo)致了水體酸化和富營(yíng)養(yǎng)化。主要造成了水體中氮、磷物質(zhì)的累積，造成了水體富營(yíng)養(yǎng)化，主要的指標(biāo)為總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、總磷。在每年不同季節(jié)的變化過程中，環(huán)境因素也會(huì)相應(yīng)的變化，主要是溫度、光照、風(fēng)速等，對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化造成了很大的影響。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需求和對(duì)濕地水生植物種類的調(diào)查，選取香根草、水蔥、菖蒲和美人蕉4種植物進(jìn)行水質(zhì)處理的水生植物。該四種水生植物在濕地中較為常見，適應(yīng)實(shí)驗(yàn)地的氣候條件和水質(zhì)環(huán)境。從生長(zhǎng)有該四種水生植物的地方進(jìn)行取樣，然后用蒸餾水對(duì)植物的根部及莖葉進(jìn)行全面清洗，確保沒有任何固體顆粒物和動(dòng)植物附著在植株上，以便消除植物體本身帶來的動(dòng)植物的影響。然后放到含有培養(yǎng)液的水箱中培養(yǎng)1個(gè)月，選取長(zhǎng)勢(shì)良好的植株（植物的生物量為400 g）的四種水生植物，每種水生植物分別種植30株于水箱中。水箱尺寸為長(zhǎng)80 cm，寬60 cm，高40 cm。水箱中的水深為30 cm，水箱底部鋪設(shè)一層10 cm高的細(xì)砂。將水生植物的根部完全埋進(jìn)砂子中。每種植物設(shè)置三個(gè)重復(fù)，設(shè)置空白組作為對(duì)照，消除其它因素的干擾。培養(yǎng)液采用硝酸銨鈣和磷酸二氫鉀配制而成，硝酸銨鈣加入量為3g，磷酸二氫鉀加入1.5g。（見表1）

水質(zhì)凈化實(shí)驗(yàn)選擇在每年的四個(gè)季節(jié)開展，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為30天，三個(gè)季節(jié)的平均水溫分別為13.5℃、26.5℃、16.2℃、9.5℃。對(duì)水生植物每7天進(jìn)行觀察記錄，并對(duì)水體中的總氮、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總磷進(jìn)行檢測(cè)，觀察變化規(guī)律。每次取樣完成后，需用蒸餾水補(bǔ)充水量。保證水箱中水體水量的一致性。

1.2主要試劑及設(shè)備

硝酸銨鈣（農(nóng)用）、磷酸二氫鉀（農(nóng)用）、重鉻酸鉀（分析純）、便攜式水質(zhì)檢測(cè)儀（美國(guó)HACH-DE07）、紫外可見光分光光度計(jì)（TQI-2000）

2結(jié)果與討論

2.1駁岸水生植物對(duì)水體污染物凈化結(jié)果

如圖1所示不同季節(jié)溫度下，四種水生植物對(duì)水體的凈化結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表達(dá)了不同季節(jié)不同的水生植物對(duì)水體總氮的去除率?？梢钥闯?，種植了水生植物的處理，水體中總氮的去除率要遠(yuǎn)大干空白對(duì)照組，水生植物對(duì)總氮的去除效果順序?yàn)橄募?、秋季、冬季、春季，夏季和秋季的?duì)總氮的去除效果差異不大，從圖中可以看出，溫度對(duì)總氮的去除率具有顯著的影響。水蔥在秋季對(duì)水體總氮去除能力最好，美人蕉則是在夏季對(duì)總氮去除率最高。溫度低的時(shí)候，植物的新陳代謝變緩慢，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收減少，同時(shí)微生物的硝化作用減弱。造成了冬季低溫條件下總氮的去除率減少。

種植了水生植物的處理，夏秋兩季水體中總氮的去除率要遠(yuǎn)大于空白對(duì)照組，到冬天以后去除率大幅下降，去除率降到了40％以下。由于夏秋的溫度較高，水生植物周邊的氧氣較為充足，銨態(tài)氮的去除率較為顯著。美人蕉在冬季對(duì)銨態(tài)氮的去除率低于空白對(duì)照組，是因?yàn)樵诘蜏丨h(huán)境下美人蕉枯死導(dǎo)致水體的銨態(tài)氮上升。水生植物不同季節(jié)對(duì)銨態(tài)氮的去除率為秋季、夏季、冬季、春季。

不同季節(jié)對(duì)于硝態(tài)氮的去除率順序?yàn)橄募尽⑶锛?、冬季、春季，和總氮的去除大小一樣。去除率夏季最高達(dá)到79.5％，最低為53.6％。秋季為48.3％-74.9％。水生植物對(duì)水體凈化過程中，銨態(tài)氮會(huì)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，同時(shí)硝態(tài)氮也是反硝化作用的產(chǎn)物?？梢钥闯鏊参锞哂幸欢ǖ南趸?反硝化能力。植物能夠吸收水體中的硝態(tài)氮，在各種還原酶的作用下合成植物蛋白。硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)在夏天和冬天都會(huì)發(fā)生。

不同的水生植物在不同的季節(jié)，對(duì)水體中的總磷的去除率較為均衡，平均在50％左右，但是季節(jié)對(duì)水生植物去除總磷的效果并不顯著。此外，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過程中生物量變化較大的水生植物，對(duì)水體中總磷的吸收能力強(qiáng)，可以推斷出生物量較大的水生植物對(duì)水體中總磷的去除率較大?？瞻讓?duì)磷的去除率也有15％左右?？梢耘袛嘣跉鉁刈兓倪^程中，磷酸鹽溶解度發(fā)生了變化，導(dǎo)致磷的含量發(fā)生了變化。

2.2水生植物的生物量和水體污染物去除率影響關(guān)系

如圖2所示不同季節(jié)濕地水生植物生物量與污染物去除率關(guān)系。從圖可以看出，夏季不同的水生植物對(duì)水體污染物去除率一致，去除率最高的水生之物是美人蕉。不同污染物的去除率大小為總磷>銨態(tài)氮>總氮>硝態(tài)氮。美人蕉、菖蒲的生物量都在500 g以上，進(jìn)一步說明，夏季水生植物生長(zhǎng)量對(duì)水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除率貢獻(xiàn)大。秋季菖蒲的生物量最大，但是對(duì)氮元素的去除率卻小于水蔥。水蔥的生物量比菖蒲的略小，但是對(duì)氮元素的去除率卻大于菖蒲，尤其是對(duì)銨態(tài)氮的去除率，在四種水生植物中最高。冬季水蔥的生物量最大，但是對(duì)銨態(tài)氮的去除率卻小于香根草。冬季溫度較低，對(duì)氮元素的去除能力大幅下降，小于40％。春季的生物量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除率趨勢(shì)與冬季相近。

通過以上的實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，水生植物的生物量對(duì)氨氮的去除率會(huì)有影響，但是兩者之間相關(guān)性不強(qiáng)，說明水生植物對(duì)水體的凈化能力除了和植物本身的生長(zhǎng)有關(guān)系，還和其它因素有關(guān)聯(lián)。包括時(shí)間、溫度、微生物和吸附過濾等因素。除此以外，不同的季節(jié)和不同的水生植物對(duì)水體污染物的去除率相關(guān)性也不盡相同，夏季較為顯著，秋冬季效果不明顯。

3結(jié)論

不同水生植物在不同的季節(jié)，對(duì)水體中的總磷的去除率較為均衡，平均在50％左右，但是季節(jié)對(duì)水生植物去除總磷的效果并不顯著。實(shí)驗(yàn)過程中生物量變化較大的水生植物，對(duì)水體中總磷的吸收能力強(qiáng)，可以推斷出生物量較大的水生植物對(duì)水體中總磷的去除率較大。水生植物的生物量對(duì)氨氮的去除率會(huì)有影響，但是兩者之間相關(guān)性不強(qiáng)，說明水生植物對(duì)水體的凈化能力除了和植物本身的生長(zhǎng)有關(guān)系，還和其它因素有關(guān)聯(lián)。包括時(shí)間、溫度、微生物和吸附過濾等因素。溫度低的時(shí)候，植物的新陳代謝變緩慢，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收減少，同時(shí)微生物的硝化作用減弱。除此以外，不同的季節(jié)和不同的水生植物對(duì)水體污染物的去除率相關(guān)性也不盡相同，夏季較為顯著，秋冬季效果不明顯。