水生植物对高峰森林公园水体的净化初探

廖世良苏文航黄彬彬农浩韩欣然管凯华龙宣任

(1.广西壮族自治区国有高峰林场贺州造林部，广西 南宁 530000；2.广西职业技术学院艺术设计学院，广西 南宁 530000；3.钦州市检验检测院食品检验室，广西 钦州 535000；4.广西科学院信息中心，广西 南宁 530000)

广西高峰森林公园生命河谷、星月湖、回车场水体等园区水系以打造“花镜”景观为亮点，在一定程度上得到了广大游客的认可，但园区水体浑浊，水体呈黄褐色，搅动湖底时有冒泡并伴有腐臭味，大大降低了水岸花镜观赏档次。本研究立地“星月湖”原为林场职工自营鱼塘，四周原是速生桉示范基地，为保证速生桉能快速成长，常年施用桉树肥来满足桉树生长所需养分。有研究表明，桉树林区内水体的总氮TN、总磷TP、总钾TK含量中各有约40%、70%、50%来自桉树施肥[1]；此外还有研究表明，水产养殖对水造成的影响就是氮磷的影响[2]。经对“星月湖”水体水质检测分析得出水中的总磷和氨氮的浓度分别为0.29mg·L-1和4.14mg·L-1,远远超过了国际上一般认为总磷浓度为0.02mg·L-1,总氮浓度为0.2mg·L-1是湖泊富营养化的发生浓度[3]。因水体富营养化造成该水体生态系统退化、生物多样性丧失，近而导致水体透明度下降，水体呈黄褐色、腥臭等，严重影响了游客旅游观光体验。

近年来，利用水生植物打造生态型滨水园林景观，在净化富营养水体方面取得了良好效果，经分析确定星月湖水质情况后，在前人研究的基础上结合园林景观常用的水生植物，比较园区野生环境下常见水生植物，研究不同植物对高峰森林公园人工水体水质净化的效果。旨在进一步拓宽水生植物在人工水景观方面的应用，并为森林公园水生态环境的改善积累经验。

1 试验材料与方法

1.1 星月湖水质分析

林场职工曾在星月湖长年开展过水产养殖，该水体面积水体面积约0.553hm2，水深0.1～4m，周围汇水面积约17.33hm2。周边现已停止水产养殖及林木采伐、施肥等营林生产活动，全面进入生态恢复的过程。试验前分别从高峰森林公园星月湖上游溪流(水样1)，望月天阶泉眼(水样2)，星月湖中心(水样3)3个地点取水，并参照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)；“地表水环境质量标准基本项目标准限值”进行水质对比分析测定抽取的水样。水质测定项目10项，包括pH、悬浮物、溶解氧(DO)、化学需氧量(CODcr)、五日生化需氧量(BOD5)、总磷(TP)、氨氮、铜(Cu)、锌(Zn)、铁(Fe)、硒(Se)、镉(Cd)、贡(Hg),检测结果见表1。

表1 星月湖水源及湖体水样检测结果

经分析表1可知，水样3透明度较其它水样低，经检测其悬浮物也明显高于其它水样。

水样1水质为Ⅲ类水质，影响其水质主要因素为为总磷和氨氮；水样2水质为Ⅱ类水质，影响其水质主要因素为总磷；水样3水质为未达到Ⅴ类水质要求，影响其水质主要因素为氨氮，总磷的指标也仅达到Ⅳ类水要求。结合星月湖周边环境，因水样1和水样2为该湖体的主要水源，得出星月湖水体污染为内部污染为主，外部输入污染物较少或没有。

1.2 试验材料

本试验所用植物全取自于高峰森林公园，包含挺水植物灯芯草、风车草、纸莎草、花叶芦竹；漂浮植物有穗状狐尾藻、大薸、铜钱草；沉水植物有金鱼藻、苦草、轮叶黑藻。为确保所有植物健康成活，试验前先将其栽培于试验水槽内10d，选出壮苗。水槽11个(45cm×35cm×16cm)；塑料泡沫板4个(45cm×35cm×1.5cm)；星月湖湖心污水；蒸馏水。

1.3 试验设计

1.3.1 挺水植物

灯芯草、风车草、纸莎草、花叶芦竹均剪掉茎根、茎干，使其茎部重新生根发芽，修剪后各100g(鲜重)；在泡沫板上按固定间距打孔，将修剪好的挺水植物各一组分别固定在孔上置于水槽内培养；水槽内用星月湖水进水20L并记录初始水位，为确保测量数据准确和保证植物生长，需根据水位下降情况添加蒸馏水。

1.3.2 漂浮植物和沉水植物

穗状狐尾藻、大薸、铜钱草、金鱼藻、苦草、轮叶黑藻选择健康茁壮的幼苗各100g(鲜重)，分别置于水槽内培养。其中，沉水植物用专用石粒固定幼苗确保其沉入水中；水槽内用星月湖水进水20L并记录初始水位，为确保测量数据准确和保证植物生长，需根据水位下降情况添加蒸馏水。

1.3.3 对照组

水槽用星月湖水进水20L，通过添加蒸馏水补充蒸发损耗，保持水位在初始水位上。

1.4 试验数据采集

1.4.1 水样提取

本次试验周期为2022年4月1日—6月10日，共70d，每10d取样1次，每次取水均提前12h将蒸馏水缓慢注入，确保水位位于初始水位，每次取水时间为10:00左右，水样检测需当天取样，当天检测。

1.4.2 检测内容

本次试验主要对经过水生植物进化后污水中氨氮、总磷和悬浮物的含量进行检测分析。

2 试验数据分析

2.1 水生植物生物量与生长态势比较

该试验中所有植物移入试验槽时形态大小相近，均为健康长势良好的幼苗，净化试验实施后，发现第30天起沉水植物生长速度明显比漂浮植物和挺水植物快。试验结束时金鱼草和轮叶黑藻增长率最高为231%和183%，穗状狐尾藻增长率最低为37%；挺水植物增长率较为均匀为60%左右。试验结束时穗状狐尾藻、金鱼草、轮叶黑藻均有少量衰败死亡的植株或叶子，其余的未发现衰败情况，见图1。

图1 水生植物鲜重变化

2.2 水生植物对悬浮物的净化效果

悬浮物检测用滤膜法检测，见表2。

2.2.1 净化结果

检测结果显示，对照组悬浮物会逐渐沉降，并于第30天稳定在17mg·L-1左右 ；污水中的悬浮物经水生植物净化后，由起始浓度的35mg·L-1下降到3～8mg·L-1，水体较对照组透明；其中穗状狐尾藻、金鱼草、苦草、轮叶黑藻效果最好；穗状狐尾藻试验组能明显看到悬浮物呈络合状吸附于其根部周围；大薸根部周边肉眼可见明显吸附有颗粒物，水体呈现上半部较下半部透明。

2.2.2 净化速率

沉水植物由于其根、茎、叶表面均吸附有悬浮物，其净化速率明显高于挺水植物和漂浮水植物，前20d水沉水植物中的悬浮物含量急剧下降，于第30天后趋于稳定，保持在3mg·L-1。

2.3 水生植物对氨氮的净化效果

氨氮检测用纳氏试剂分光光度法进行检测，见表3。

表2 水生植物净化悬浮物检测结果

表3 水生植物净化氨氮检测结果

2.3.1 净化结果

检测结果显示，对照组氨氮的浓度于第10天后在3.53～3.67mg·L-1徘徊。污水中的氨氮经水生植物净化后明显，由起始浓度的4.14mg·L-1下降到1.32～2.23mg·L-1，其中金鱼草、苦草、灯芯草、纸莎草净化效果最好，达到了地表水Ⅳ类水质≤1.5mg·L-1的要求，其余除了花叶芦竹外都达到了地表水Ⅴ类水质≤2mg·L-1的要求(GB 3838-2002)。

2.3.2 净化速率

漂浮植物和沉水植物对氨氮的净化速率明显高于挺水植物，前30d水中的氨氮浓度急剧下降，于第40天后趋于稳定；挺水植物由于生长较为缓慢，在试验过程中氨氮总体呈缓慢持续下降，直到试验结束时仍有望继续降低。

2.3.3 氨氮增加的原因

试验结束时金鱼草、轮叶黑藻、穗状狐尾藻氨氮浓度有所增加，原因在于，3种植物在第50天后陆续发现有衰败的植株或枯叶。有试验表明，植物生长的后期，其腐败的残体如不能及时清除出水体，会加剧水体富营养化[4]。

2.4 水生植物对总磷的净化效果

总磷检测用钼锑抗比色法检测,见表4。

表4 水生植物净化总磷检测结果

2.4.1 净化结果

检测结果显示,对照组总磷的浓度随时间推移，其浓度最终为0.16mg·L-1，主要原因在于水中微生物可以通过正常同化(将磷纳入其分子组织)和过量积累将磷去除[5]；污水中的磷经水生植物净化后，所有试验组浓度均≤0.1mg·L-1，达到了地表水Ⅱ类水质要求(GB 3838-2002)，原因在于无机磷也是湿地植物必需的养分。污水中无机磷在植物吸收及同化作用下可变成植物的ATP、DNA、及RNA等有机成分[6]。

2.4.2 净化速率

水生植物对总磷的净化速率要明显高于氨氮，于第30天后趋于稳定，且不同植物净化结果差异不大。

3 结论

从植物对富营养化物质的净化作用上看，水生植物对水体中的氨氮、磷等富营养化物质具有一定的净化效果，但净化作用是有限的，最终会达到一个平衡值。按照《地表水环境质量标准基本项目标准限值》(GB 3838-2002)，对经过植物净化后的水质对比评价分析，水生植物对总磷的净化能力稍强于对氨氮的净化能力，所有植物均能使总磷的浓度达到地表水Ⅱ类水质要求，而氨氮的浓度最低只能降到1.32mg·L-1，仅为地表水Ⅴ类水质要求；其中,金鱼草、苦草、纸莎草、灯芯草去氨氮效果最好,穗状狐尾藻、金鱼草、苦草、轮叶黑藻吸附悬浮物能力最强。

由于本试验处于室内环境下开展，环境相对较为稳定。而自然条件下因天气变化、光照条件、水生动物食取等原因，部分水生植物并不一定能正常生长。如轮叶黑藻在星月湖上游能良好生长，但在下游由于水深、光照或者食草鱼类等原因，轮叶黑藻存活量非常有限。再如由于试验时间的限制，挺水植物生长量较低，但长势良好；而金鱼草、轮叶黑藻等植物已有衰败的植株；且各植物生长的旺盛期不同，其在不同时期净化作用亦有所差异，如穗状狐尾草是冬春季生活型植物[5]，在本试验期间其生长缓慢；花叶芦竹生长较为缓慢，但氨氮实验数值持续下降，故各种植物对水体净化的最终平衡点未仍需长期观察确定。

综上所述，不同水生植物在净化污水中氨氮、总磷和吸附悬浮物方面具有良好的效果。利用水生植物进化水体不仅成本低，还可以丰富水岸景观层次，增加物种多样性，具有很高的生态价值，此外部分植物还可以用于作饲料、编制草席等具有附加经济价值。但也应该注意到水生植物对水体的修复也具有一定的局限性，还需在以下几方面深入研究：丰富植物种类，自然界野生植物种类繁多，更多净化能力强的水生植物有待进一步发现并应用；科学搭配植物，造成水体污染的原因各有千秋，是氮、磷，又或是其它重金属，不同植物对污染物的吸收净化能力不同，如何进行搭配组合，确保存活仍需深入研究；避免二次污染，不同植物生长周期不同，需及时养护，避免枯死植株造成二次污染，何时收割仍需研究。总之，利用水生植物美化环境，净化污水为修复高峰森林公园水生态系统提供了一个可行的解决方法，具有很好的应用前景。