常见水生植物对水质的净化效果

陈丽萍，金检生，赵根，周利利，张飞雪，李艳冬，王丰颖

(1.湖州市农业科技发展中心 园艺研究所，浙江 湖州 313000；2.湖州市吴兴区农业技术推广服务中心，浙江 湖州 313000)

近年来，随着工业污水和居民生活污水的大量排放，水体富营养化越来越严重，这对人们的生活环境产生了很大的负面影响，严重地影响了居民的身体健康和城乡景观，甚至已成为许多国家社会经济发展的制约因素。水生植物是营造园林水景的重要材料，既有良好的观赏性，又具有改善水质的生态效应[1-4]，水生植物的应用已成为治理小微水体的重要措施之一，是利用植物吸收、富集水中的营养物质及其他元素，使水体中的溶解氧增加，抑制有害藻类的繁殖等，最终起到净化水质的效果，同时为城市居民提供了相对清洁、美观的生态环境，具有成本低、效率高、可持续的优点[5-6]。本研究采取适合湖州种植的8种水生植物对富营养化水体中总磷和总氮进行净化能力比较试验，以期筛选出对富营养化水体净化能力较强的水生植物品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用水生植物取自水生植物种植园，长势一致且生长状况良好。鹅卵石均在湖州市龙安花鸟市场购买。试验植物有挺水植物鸢尾、美人蕉、海寿花、再力花、菖蒲和浮叶植物金钱草、狐尾草和睡莲等。试验将水生植物分株、洗净，然后将其整体置于盛有清水的塑料桶中预培养备用。试验基质材料选取鹅卵石，购回后洗净，烘干备用。试验培养容器为上口径41 cm、下口径24 cm、高29 cm的塑料桶，容积为20 L。

1.2 试验水体

考虑雨水对试验的影响，且试验过程中保证自然光照，试验场地选择在透明塑料薄膜钢结构棚内进行。先将选取的水生植物用自来水清洗后，预培养14 d，待其长出新根后，移入装好曝气的自来水塑料桶内静态水培。试验使用碳酸氢铵、磷酸二氢钾模拟富营养水体水质，最初总氮(total nitrogen，TN)、总磷(total phosphorus，TP)浓度分别为33.50、4.18 mg·L-1。

1.3 处理设计

试验于2020年5月20日至6月3日在湖州市农业科技发展中心试验基地的通风大棚内进行，选取的植株大小一致，总生物量均为200 g，每个塑料桶内放入12.5 kg鹅卵石，注入10 L试验水体并做好水位标记，8个处理，每处理设3个重复，设1个空白对照(不种植物)。试验过程中，不定期补充自来水至标记水位高度，以补足水体蒸发、植物蒸腾和人为采样消耗的水分。

1.4 水样采集及方法

分别在7、14、21 d上午9：00取样，测定各处理水样中总氮、总磷浓度，计算总氮、总磷去除量，利用空白对照总氮、总磷的变化值对各处理组总氮、总磷的变化值进行校正，具体计算方法：总氮去除量=处理组总氮变化量-对照组总氮变化量，总磷去除量=处理组总磷变化量-对照组总磷变化量。

每次从容器中取样时，先将植物取出，再将容器中的水混匀，之后在水面10 cm处采集1 L水样。

1.5 检测方法

水样处理效果以水样处理前后的TP、TN指标表征，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)、TP采用钼酸铵分光光度法(GB 11893—1989)。

2 结果与分析

2.1 水生植物对总磷的去除效果

2.1.1 不同处理水样中总磷浓度趋势

从图1可知，8种水生植物对富营养水中总磷的去除随着处理时间的延长都有一定的效果，在试验开始的当天，所有水样中的总磷浓度均为33.5 mg·L-1，在试验7 d时总磷浓度均有大幅度下降，其中美人蕉处理总磷浓度下降最快，浓度降至5.51 mg·L-1，对总磷的去除率为83.55%；睡莲处理总磷下降幅度最小，浓度降至16.13 mg·L-1，对总磷的去除率为51.85%。在试验7～14 d时，8种水生植物中去除富营养水样中总磷速度最快的为金钱草，总磷浓度由11.01 mg·L-1下降至0.34 mg·L-1，对总磷的去除率达到98.96%。在试验14～21 d时，8种水生植物去除富营养水中总磷速度都较慢，都维持在较低浓度。总的来说，8种水生植物中去除富营养水样中总磷最快的是美人蕉，其次为金钱草，再次为再力花，说明这3种水生植物适应能力最快。

图1 不同水生植物处理的水样中总磷的变化

2.1.2 水生植物对总磷的去除量

从8种水生植物对富营养化水中总磷的吸收量可知，本试验条件和试验周期下，金钱草吸收的总磷量最高，为33.37 mg·L-1，其次为美人蕉和再力花，去除量分别为33.19和29.71 mg·L-1；睡莲吸收的总磷量最低，为20.41 mg·L-1。8种水生植物对总磷吸收能力由强至弱排列顺序为金钱草>美人蕉>再力花>海寿花>菖蒲>鸢尾>鱼尾草>睡莲(图2)。金钱草对总磷的去除能力最强，睡莲最弱。

图2 不同水生植物的总磷吸收量

2.2 水生植物对总氮的去除效果

2.2.1 水生植物对总氮的去除趋势

从图3可知，8种水生植物处理的富营养水中总氮含量随着处理时间的延长都有下降的趋势，在试验开始的当天，所有水样中的总氮浓度均为4.18 mg·L-1，在试验7 d时，所有水样中总氮浓度均有大幅度下降，其中美人蕉处理总氮浓度下降最快，浓度由4.18 mg·L-1下降至0.79 mg·L-1，对总氮的去除率为81.10%；睡莲处理总氮浓度下降幅度最小，由4.18 mg·L-1下降至1.94 mg·L-1，对总氮的去除率为53.59%。在试验7～21 d时，8种水生植物中海寿花去除富营养水样中总氮含量最快，其他7个水生植物品种总氮维持在一定浓度。总体而言，8种水生植物中去除富营养水样中总氮效果最快的是美人蕉，而后依次为再力花、鸢尾、金钱草、鱼尾草、海寿花、菖蒲、睡莲，睡莲适应能力最差。

图3 不同水生植物处理的水样中总氮的变化

2.2.2 水生植物对总氮的去除量

从8种水生植物对富营养化水中总氮的吸收量(图4)可知，8种植物水样中总氮的去除量明显高于空白样，试验表明，水生植物能有效地去除富营养化水体中的总氮。本试验条件和试验周期下，美人蕉吸收的总氮量最高，为3.67 mg·L-1；睡莲吸收的总氮量最低，为2.79 mg·L-1。8种水生植物对总氮的吸收能力由强至弱依次为美人蕉>再力花>海寿花>金钱草>鸢尾>菖蒲>鱼尾草>睡莲。美人蕉对总氮的去除能力最强，睡莲最弱。

图4 不同水生植物的总氮吸收量

3 小结

本研究结果表明，8种水生植物对模拟富营养化水体中总磷和总氮均有一定的去除效果，起到减少富营养化水体总磷、总氮等营养物质的作用，发挥水质净化效果。其中，在挺水植物中，美人蕉去除富营养化水体中总氮及总磷的能力最为突出，其次为再力花和海寿花，在浮叶植物中，金钱草去除富营养化水体中总氮及总磷的能力最为突出。从水生植物适应富营养化水体方面看，美人蕉的生长适应性最快，睡莲的生长状况较弱，适应期较长，而其他6种水生植物生长状况较好。综合分析，美人蕉、再力花、金钱草对富营养化水体的净化效果较好。