中生植物对富营养化水体的去污能力研究

中生植物对富营养化水体的去污能力研究

叶胜兰1,2,3,4,5,6，武丹2,3,4,5

陕西地建-西安交大土地工程与人居环境技术创新中心，陕西 西安，71000

1. 陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075
2. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075
3. 自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075
4. 陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075
5. 自然资源部土地工程技术创新中心，陕西 西安 710075

摘要：采用室内水体污染模拟实验，研究了中生植物去污能力研究，结果表明：不同种类中生植物处理后的可降低富营养化水体的pH值及氮磷含量。TP去除率在59.1%⁓81.3%，明显高于无植物的对照组（去除率为37.6%）。能有效改善富营养化水体的水质。

关键词：中生植物，耐污能力，富营养化水体

前言

近年来，随着经济的增长，居民生活污水、工业废水、农业污水的排放量日益增加，城市公园景观水体的富营养化问题已成为国内外环境治理和研究的热点。当水体中总氮的含量大于 0.3 mg/L、总磷含量大于0.02 mg/L，水体就处于富营养化状态[1]。有研究表明，中国公园水体存在TN、NH4+-N、TP、COD不同程度的超标污染，这不仅导致经济损失，同时也破坏生态系统结构和功能，不利于生态文明建设，更不利于人体健康[2]。因此，在水体景观构建中，有效去除水体中的污染物质是国内外生态环境科学领域研究的迫切发展需求。水生植物可通过直接吸附和吸收污染物、协同微生物分解污染物等途径从水体中去除污染物或降低其毒性[3]。中生植物所处环境比较优越，群落具较高的生物生产力，是与人类关系最为密切的植物类群，常见的有森林、草甸中的植物以及大多数栽培植物等，具有较高的生态价值，经济价值和景观价值[4]。水分既是中生植物生长的必须资源，也是影响植物生存、生长发育和分布的重要环境因子[5]。鉴于此，本研究分别选取了6种常见的水生植物，通过在室内条件下模拟富营养化城市河道水体环境，来检测中生植物点多去污能力。

1. 材料与方法

1.1 试验材料

根据对富平石川河生长的水生植物种类调研，并查阅相关文献资料，选取千屈菜组（Q）、香蒲组（X）、再力花组（Z）、荷花组（H）、花叶芦竹组（L）、鸢尾组（Y）6种常见的中生植物作为研究对象。

1.2 试验设计

实验于2023年4月至10月在人工气候室进行。实验采用规格为30 cm×50 cm PVC材质圆筒形实验箱，水箱分为6组，分别为千6种植物，并设置对照组（无植物种植）。定期监测水体中去污耐污指标。

1.3 指标测定

采用便携式测定仪现场测定水样的pH，采用水杨酸分光光度法测定水样的NH4+-N，采用硫酸肼还原法测定NO3--N，采用碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定水样的TN，采用钼酸铵分光光度法测定水样的TP。

2. 结果与分析

2.1 中生植物对富营养化水体的去污能力研究

不同中生植物处理后的水体pH前期表现为波动上升，在7月15日后呈下降趋势。其中以千屈菜处理组的pH下降最为明显，在实验结束时pH值为7.34，呈中性；其次是种植鸢尾的实验组。无植物种植的对照组（CK）pH在实验结束时高于初始值，且—直高于中生植物种植组。从图中各处理的总体变化趋势可看出，中生植物系统中的水体的波动范围明显小于无植物的CK，水体整体表现较为稳定。

图1 不同中生植物系统中水体pH值变化

2.2不同中生植物营造的微系统中硝态氮和氨态氮含量变化

不同中生植物处理下，富营养化水体中氨氮和硝态氮均有一定的去除效果，且去除速率较快（图2）。实验结束时，Y、L和X处理对水体中氨氮的最终去除率分别为83.8%、79.8%和75.5%，而对照的清除率仅为10.1%，各处理的清除率均显著高于CK 。各处理水体中NO3－-N浓度先升高再下降，然后趋于平稳。到试验结束时，Y、X和L处理的硝态氮清除率分别达到68.7%、64.4%和63.2%；平均清除率达到了60.5%，显著高于CK(10.9%)。

图2 不同中生植物系统中水体铵态氮和硝态氮变化

2.3不同中生植物营造的微系统中总氮和总磷含量变化

鸢尾的总氮含量由9.49 mg/L下降到3.21 mg/L，去除率达66.2%(图3)；其次是香蒲和花叶芦竹微系统，水体的总氮最终去除率分别为62.9%和58.3%，且两者间的清除率差异不显著。而对照组的总氮最终平均去除率仅为8.6%，显著低于其他实验组(p＜0.05)。基于不同类型中生植物处理比较分析，鸢尾对水体TP的去除效果优于其余中生植物，且与CK达到显著差异，鸢尾对水体TP去除效果明显，去除率超过了80％（图3）。

图3 不同中生植物系统中水体TP和TP含量随时间变化

4. 结论

中生植物系统中的水体pH波动范围明显小于无植物组，水体整体表现较为稳定。不同中生植物微系统水体中不同铵态氮、硝态氮、总氮和总磷含量显著降低

。鸢尾对水体铵态氮、总氮和总磷的清除率达到了83.8%、66.2%和80%，且与CK达到显著差异。因此，鸢尾的水质改善及耐污性能最佳。

参考文献：

[1] 李祚泳,丁晶. 环境质量评价原理与方法[M]. 北京：化学工 业出版社, 2004.

[2] Ansai A, Naeem M, Gill S, et al. Phytoremediation of contaminated waters: an eco-friendly technology based on aquatic macrophytes application[J]. The Egyptian Journal of Aquatic Research, 2020,46(4):471-476.

[3] 洪瑜,王英,王芳,等. 不同水生植物组合对稻田退水的氮磷 净化效果[J]. 环境科学与技术, 2020,43(3):110-115.

[4] 邓绶林. 地学辞典. 石家庄: 河北教育出版社. 1992.

[5] Zweig C L, Kitchens W M. Multi-state succession in wetlands: a novel use of state and transition models[J]. Ecology, 2009, 90(7):1900-1909.