摘 要：為完善水生態(tài)修復(fù)技術(shù)，研究了太湖流域常見(jiàn)的八種沉水植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果。通過(guò)室內(nèi)模擬、實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，分析了不同種類(lèi)挺水植物對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的改善能力。結(jié)果表明：八種挺水植物均有一定能力去除水體中總磷、正磷酸鹽、總氮、硝氮和葉綠素a。比較分析發(fā)現(xiàn)：本試驗(yàn)中，八種挺水植物在去除總磷及總氮上表現(xiàn)為無(wú)顯著差異，P<0.05; 在對(duì)正磷酸鹽的去除率上，再力花、風(fēng)車(chē)草、澤瀉的效果較優(yōu)；在對(duì)硝氮的去除率上，梭魚(yú)草、再力花、風(fēng)車(chē)草的效果較優(yōu)；在去除水體中葉綠素a 的能力上，再力花、香蒲、風(fēng)車(chē)草的較強(qiáng)。綜合多個(gè)指標(biāo)，再力花、風(fēng)車(chē)草在各方面表現(xiàn)的能力均較強(qiáng)，可作為太湖流域富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)優(yōu)先選用的物種。

關(guān)鍵詞：挺水植物；氮；磷；葉綠素；凈化率；去除能力

0 引言

隨著水污染的加劇,為了尋找高效低耗的水污染處理技術(shù),20 世紀(jì)70 年代,水生植物開(kāi)始受到人們的關(guān)注。它們?cè)谒w中的生態(tài)功能使其在水污染防治中具有很大的應(yīng)用價(jià)值[1]。一些學(xué)者研究表明:植被不僅本身能吸收同化污水中氮、磷等污染物,而且還能提高整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)微生物數(shù)量,調(diào)整其組成結(jié)構(gòu),促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)的硝化和反硝化作用的進(jìn)行,強(qiáng)化其凈化能力[2~6],部分植物還有克藻效應(yīng)[7]。其中，挺水植物是構(gòu)建人工濕地植被系統(tǒng)的主要類(lèi)型植物,挺水植物不僅具有同化吸收污染物的功能,還有攔截、過(guò)濾污染物的作用,選擇適當(dāng)?shù)耐λ参锸菢?gòu)建人工濕地和恢復(fù)重建自然濕地的關(guān)鍵措施[1,8]。挺水植物系統(tǒng)常被用于人工或天然濕地城鎮(zhèn)污水的二級(jí)或三級(jí)處理、工業(yè)廢水、暴雨徑流的處理[3]。因此本研究依據(jù)朱斌等[9]的調(diào)研結(jié)果，選擇了被研究頻度較高及較少研究的挺水植物各四種進(jìn)行凈化效果對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)定并計(jì)算不同挺水植物對(duì)N、P 的去除率以及去除水體中葉綠素能力，為人工濕地應(yīng)用中挺水植物的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 供試材料

野外采集我國(guó)太湖流域廣泛分布的8 種挺水植物作為研究對(duì)象，分別為：再力花(Thaliadealbata)、慈姑(Sagittaria sagittifolia Linn)、 香蒲(Typha orientalis Presl) 、梭魚(yú)草(Pontederialanceolota) 、水蔥(Scripus validus Vahl) 、紙莎草(Egypean Papyrus) 、風(fēng)車(chē)草(Cyperusalterniafolius Linn)、澤瀉(Alisma Plant agoaquatica Linn)。試驗(yàn)容器為50cm×30cm×50cm 的玻璃缸，試驗(yàn)水位35cm。試驗(yàn)水體取自南京市烏龍?zhí)?，基本水質(zhì)狀況見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2006 年5 月在溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)開(kāi)始前，將受試植物轉(zhuǎn)接到培養(yǎng)箱內(nèi)，用Hoaglands’ cultivation solution (0.01X)營(yíng)養(yǎng)液馴化一周。試驗(yàn)水體采自常年富營(yíng)養(yǎng)化的南京市烏龍?zhí)丁Ｔ囼?yàn)容器玻璃缸底部鋪有2.5kg 粒徑約為1cm 的卵礫石用于固定植物根部，每個(gè)容器放置52L 的烏龍?zhí)对?，并移入植株大小均勻的挺水植?5g(±0.5g)。試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)重復(fù)，8 個(gè)處理：(1) 再力花；(2) 慈姑；(3) 香蒲；(4) 梭魚(yú)草；(5) 水蔥；(6) 紙莎草; (7) 風(fēng)車(chē)草;(8) 澤瀉。試驗(yàn)開(kāi)始后7 天，從玻璃缸采集水樣100mL，測(cè)定總氮、總磷、正磷酸鹽、葉綠素a。

1.3 測(cè)定方法

各指標(biāo)測(cè)定方法均采用國(guó)標(biāo)方法，具體見(jiàn)表2。

1.4 計(jì)算公式

其中c為試驗(yàn)水體中污染因子的初始值(mg/L)
       c為試驗(yàn)水體中污染因子在第7天時(shí)的測(cè)定值(mg/L)
       w為挺水植物的鮮重（g）
       t為時(shí)間間隔7(d)
       52為容器內(nèi)水體體積(L)

1.5 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示(Mean±SD)表示，并用單因素方差分析方法和單側(cè)t 檢驗(yàn)法對(duì)組間數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性顯著分析，P＜0.05 被認(rèn)為差異顯著。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì)磷的去除率比較

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室分析，測(cè)定試驗(yàn)水體中總磷、正磷酸鹽濃度，依照公式計(jì)算不同挺水植物對(duì)總磷、正磷酸鹽的去除率。總磷包括顆粒態(tài)磷和溶解態(tài)磷，其中的顆粒態(tài)磷易被挺水植物發(fā)達(dá)的根系吸附，收到暫時(shí)被去除的效果。由圖1 可以看出，8 種挺水植物對(duì)水體中總磷均有較高去除率，且無(wú)顯著差異（P<0.05），范圍在86.75%與93.37%之間。在對(duì)正磷酸鹽的去除效率上，植物種間具有顯著差異（P<0.05）。其中風(fēng)車(chē)草的效果最優(yōu)，為72.38%，其次為再力花和澤瀉，分別為：68.90%和60.57%。風(fēng)車(chē)草去除正磷酸鹽的效率在本試驗(yàn)中約為紙莎草和梭魚(yú)草的2 倍。

2.2 對(duì)氮的去除率比較

由圖2 可以看出，八種挺水植物均能發(fā)揮較強(qiáng)的去除總氮的效力，且無(wú)顯著差異(P＜0.05)，去除效率均在84.75%以上。成水平[11]等研究發(fā)現(xiàn)香蒲濕地在夏季對(duì)總氮的去除率在96%以上?？偟闹饕M成成分除硝氮外還有氨氮。在過(guò)去的研究中，有報(bào)道水生植物在夏季對(duì)氨氮的去除貢獻(xiàn)較小，效果相差不大[12]。本試驗(yàn)水體中氨氮在總氮組分上占較大比重，在一定程度上導(dǎo)致了植物種間對(duì)總氮去除率的無(wú)顯著差異。

測(cè)算對(duì)硝氮的去除率結(jié)果顯示，慈姑的效果最佳，為79.69%，顯著高于排名次之的再力花和風(fēng)車(chē)草(P＜0.05)。香蒲、水蔥、紙莎草在對(duì)硝氮的去除效率上無(wú)顯著差異(P＜0.05)，在55.02%至59.38%范圍之間，但明顯高于排名最后的澤瀉(P＜0.05)。這說(shuō)明，對(duì)硝氮的去除率與植被系統(tǒng)吸收同化氮素污染物和植物根系微生物增強(qiáng)的硝化/反硝化作用有關(guān)。8 種挺水植物的種間差異導(dǎo)致了其吸收效率不同、根系為硝化反應(yīng)微生物提供的環(huán)境不同。因此不同挺水植物處理的水體中硝氮的去除效率不同。

2.3 對(duì)溶解氧環(huán)境的改善及葉綠素a 的去除能力比較

測(cè)定水體中試驗(yàn)開(kāi)始前的葉綠素a 初始值以及7 天后的監(jiān)測(cè)值，依照公式計(jì)算不同挺水植物對(duì)葉綠素a 的去除能力，并繪制圖3。

李文朝的研究表明除了營(yíng)養(yǎng)吸收之外水生植物的水質(zhì)凈化功能還表現(xiàn)在對(duì)浮游藻類(lèi)的競(jìng)爭(zhēng)抑制[13]。葉綠素是藻類(lèi)重要的組成成分之一，所有的藻類(lèi)都含有葉綠素a，其濃度的多寡是表征光能自養(yǎng)生物量的重要指標(biāo)[14]。因此可通過(guò)測(cè)定水體中葉綠素a 含量表明水體中的藻類(lèi)現(xiàn)存量，評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化程度[15]。本試驗(yàn)中，8 種不同挺水植物在對(duì)葉綠素a 的去除效果上，澤瀉的能力最強(qiáng)并顯著高于其余7 種植物(P＜0.05)，為0.26μg chla /d.g FW。其次為再力花、慈姑、香蒲、風(fēng)車(chē)草，四者無(wú)顯著差異(P＜0.05)。紙莎草、水蔥去除葉綠素a 的能力在本試驗(yàn)中為負(fù)值，分別是-0.16μgchla /d.g FW 和-0.82μg chla /d.g FW。對(duì)葉綠素a 去除能力與總氮、總磷、硝氮、正磷酸鹽去除率分別作相關(guān)性分析，結(jié)果顯示均無(wú)良好的相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論

研究結(jié)果表明：8 種挺水植物中除了水蔥和紙莎草在對(duì)葉綠素a 的去除能力上表現(xiàn)為負(fù)值外，其余情況均能在一定程度上改善水環(huán)境質(zhì)量。8 種挺水植物在去除總磷及總氮上表現(xiàn)為無(wú)顯著差異，P<0.05; 在對(duì)正磷酸鹽的去除率上，再力花、風(fēng)車(chē)草、澤瀉的效果明顯優(yōu)于其余植物；在對(duì)硝氮的去除率上，梭魚(yú)草、再力花、風(fēng)車(chē)草的效果較優(yōu)；在去除水體中葉綠素a 的能力上，再力花、香蒲、風(fēng)車(chē)草表現(xiàn)較強(qiáng)。比較分析發(fā)現(xiàn)，再力花、風(fēng)車(chē)草在各方面表現(xiàn)的能力均較強(qiáng)，可以更高效地修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體。

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