立体式生态浮床中植物在水体净化中的效果分析*

李鹏武，杨国蒙，陈 卓，孙荣国

(贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州 贵阳 550001)



立体式生态浮床中植物在水体净化中的效果分析*

李鹏武，杨国蒙，陈 卓，孙荣国

(贵州师范大学化学与材料科学学院，贵州 贵阳 550001)

分析了水污染处理技术中生态浮床的重要作用，简单对立体式生态浮床进行说明，从立体式生态浮床去除富营养物质的原理及效果得出，立体式生态浮床中植物组合的重要性。通过分析多个实验结果，对比得出水体去除效果较好的优势植株，也从多角度说明了植物选取的方法及注意事项。

生态浮床；富营养化；水体净化

近年来，水污染日益严重，水体富营养化程度加重，水体中大量氮、磷等富营养元素的去除效果成为了科学研究的焦点。随着科学研究认识水平的不断提高，经过几代学者研究和经验基础上总结出了多种富营养化去除方案，有物理法、化学法、生物法等。虽然各方案均能降低水体中的部分富营养元素，但也有各自的缺点。目前为止，效果最好，成本相对较低的立体式生态法备受青睐，立体式生态浮床集植物组、动物组、微生物等一体的方法来实现有效去除水中的氮、磷等营养元素，达到净化水体的目的。

1 立体式生态浮床研究现状

1.1 生态浮床简介

组合式式生态浮床就是利用水培技术，将植物种植于浮床上面，并用基质固定；在浮床下面合理坠部分网箱和生态纤维树，网箱中放养水生动物，可以增加部分经济效益，生态纤维树可以提供微生物及细菌的生长繁殖场所，由于从上到下成立体形状，也可称为立体式生态浮床。浮床通过吸收水体中营养物质，不仅起到净化水质效果，还能作为水中生态景观[1]。生态浮床主要分为湿式和干湿两种，植物与水直接接触的为湿式，不接触为干湿[2]。因为干湿浮床不能对水体进行净化，所以湿式浮床实际应用更为广泛。

1.2 生态浮床净化机理

植物根系在富营养化水体中通过吸收、吸附来有效的去除水中的污染物，有些植物在生长过程中根系分泌物还会抑制藻类的生长，植物光合作用释放氧气也会改善水环境[3]。同时微生物及细菌的净化作用也能去除水体中的富营养物质及大颗粒物，硝化、反硝化细菌等也可以去除氮、磷元素[4]。网箱中的水生动物处于水体食物链的最高层，它可以吃掉水中的一些浮游植物、藻类、浮游生物等，这样人们通过捕捞就可以使大量的营养物质通过水生动物带离水体。

1.3 生态浮床净化效果

立体式生态浮床同时将植物、动物、微生物及细菌聚在一起，构成了一条食物链，使水体中的污染物从不同途径转换成植物或动物的营养物，起到净化水体的目的。在净化效果研究中，周真明利用空心菜、美人蕉、吊兰三种植物对水体进行生态修复，去除效果良好，美人蕉对总磷去除率达66.4%，且三种植物都对藻类有抑制效果，空心菜抑制率高达55.1%[5]。在植物与微生物协同作用研究中发现，组合式浮床增强了对氮、磷吸收效果，氨氮、总磷的吸收率可以达到95%以上[6]。在动植物组合浮床中，合理的生物配制对富营养化水体的修复有积极的促进效应[7-8]。田琦等[9]、范洁群等[10]、李艳蔷等[11]也表明组合式生态浮床对水体中的富营养物质具有较好的去除效果。

2 植物的选取

2.1 浮床植物的基本条件

从现有的实验成果中发现，立体式生态浮床中植物组不仅有不同植物之间做对比分析，而且有植物混合搭配的方法来分析不同植物组之间的去污效果，发现组合式植物组的氮、磷去除效果优于单一的植物组[12-14]。在立体式生态浮床植物组选取中要从多方面去考虑，使植物浮床的效果达到最优。首先最基本的就是选取的植物在水中可以正常的生长，也有部分植物虽然不能直接在水中生长，但是如果利用其他基质，使其与水接触，也可以很好的生长；其次是植物自身植株大小也很重要，立体式生态浮床一般不会选取株高较高、体积较大的植物，由于在水面种植，浮床的承受重量有限，而且在水面风吹等因素限制，浮床植物株高在30～60 cm最为合适；再次，植物根系和叶片大小也很重要，叶片大植物光合作用强，水分蒸腾量大，对营养物质的需求量也大。

2.2 植物特点分析

多年生植物在植物浮床中最为常见，因为多年生植物没有明显季节性变化，可以在夏季对水体进行净化，也可以选择冬季，一般不会出现季节性的死亡现象。但是多年生植物长出新叶数量有限，叶片更新慢，对水中的营养物质需求量小。也有部分多年生植物不同，如吊兰会不断生长新的叶片，鸢尾、玉簪花等会不断有新芽长出。

一年生植物可以在短期内生长主干和叶片，需要营养物质较多，对水体中的富营养物质需求量大，但是自身随季节变化而变化，秋季都会出现脱叶死亡，如果不及时处理就会对水体进行二次污染。一年生植物在生态浮床中相对时间利用率低，带来大量的工作量，在秋冬季节水体净化中失去作用。

在多数试验中，以常见的草本植物为重点，室内外景观植物较多。在立体式生态浮床中，我们在去除水体中富营养物质的同时，也应该增加经济收入，如种植花卉，培养经济作物等；也可以尝试其他植物，木本植物的报道较为少见，如培养扦插性树苗，在实验室水中培养柳树枝涨势良好。

3 植物组研究成果

立体式生态浮床虽然在水体中的去除污染物效果良好[15]，但是要想使浮床效率达到最高，就要合理的组合和配制各种植物、动物、微生物等。由于水体中微生物种类多，又可以自然生长，暂不做特别说明；水生动物我们选择草食性、肉食性动物组合就可以满足食物链的要求；重点要看植物组合的选取和搭配。

至今有大量立体式生态浮床实验来研究水体富营养物质的去除效果，都得到了较好的成果。在生活污水净化中植物浮床选取了黑麦草、水芹、香根草三种植物，结果表明，TN、TP、NH4+-N去除效果最好的分别为黑麦草、水芹、黑麦草，去除率54.2%、77.1%、76.4%，且植物浮床促进了N2O的排放[16]。在美人蕉、水蕹菜两种植物浮床效果研究中发现，水蕹菜适合低浓度水体，而美人蕉更适应高浓度的水体[17]。莫蔚明等[18]利用海芋、水花生、小黄菊、吊兰、八仙花、富贵竹、小天使、水竹、春羽、鹅掌柴、栀子花11种植物对污水进行生态修复研究，结果显示吊兰、小黄菊、八仙花去除效果差，对TN、TP去除效果前三位分别为海芋>栀子花>富贵竹、春羽>水竹>水花生。陈丽丽等[19]选择水蓼、水芹菜、空心菜、慈菇、菖蒲和美人蕉6 种植物在水质改善试验中得出菖蒲、空心菜和水蓼在水体净化过程中综合效果较好。

4 展 望

水体富营养化已是水环境中的重点，利用现有技术来去除水中富营养物质是如今的焦点，怎样选取更好的植物组合，使富营养物质的去除效果更优；寻找新的思路与方法，使富营养物质变废为宝，研究新型产业，保护环境，保护人类生存条件。

[1] 李华,徐亚同.生态浮床在治理污染水体中的应用[J].上海化工,2009,34(10):4-6.

[2] 曹勇,孙从军.生态浮床的结构设计[J].环境科学与技术,2009,32(02):121-124.

[3] 曹文平,王冰冰.生态浮床的应用及进展[J].工业水处理,2013,33(02):5-9.

[4] 马克星,吴海卿,朱东海,等.生物浮床技术研究进展评述[J].农业环境与发展,2011,28(02):60-64.

[5] 周真明,陈灿瑜,叶青,等.浮床植物系统对富营养化水体的净化效果[J].华侨大学学报:自然科学版,2010,31(05):576-579.

[6] 李威,陈晓国,方涛.组合生态浮床的水体净化效果与作用机理探讨[J].水生态学杂志,2012,33(06):76-81.

[7] 刘海洪,汪祥静,吴磊,等.生物组合对浮床污染物净化效能的影响[J].东南大学学报:自然科学版,2011,41(04):784-787.

[8] 王国芳,汪祥静,吴磊,等.组合型生态浮床中有机物及氮的去除转化[J].江苏大学学报:自然科学版,2012,33(05):591-595.

[9] 田琦,王沛芳,欧阳萍,等.5种沉水植物对富营养化水体的净化能力研究[J].水资源保护,2009,25(01):14-17.

[10]范洁群,邹国燕,宋祥甫,等.不同类型生态浮床对富营养河水脱氮效果及微生物菌群的影响[J].环境科学研究,2011,24(08):850-856.

[11]李艳蔷,李兆华,姜应和,等.不同芹菜浮床对富营养化水体净化效果研究[J].水处理技术,2011,37(10):66-70.

[12]窦艳艳,陈垚,李春龙. 不同水生植物组合对富营养化水体净化的模拟研究[J].环境科学与技术,2015(08):223-227.

[13]Reddy K R, DeBusk W F. Nutrient removal potential for selected aquatic macrophytes[J]. J Environ Qual, 1985, 19:261-268.

[14]彭婉婷,邹琳,段维波,等.多种湿地植物组合对污水中氮和磷的去除效果[J].环境科学学报,2012,32(03):612-617.

[15]张志勇,冯明雷,杨林章.浮床植物净化生活污水中N、P的效果及N2O的排放[J].生态学报,2007,27(10):4333-4341.

[16]MIAO L, YUE J W, ZENG L Y, et al. Nitrogen removal from eutrophic water by floating-bed-grown water spinach ( Ipomoea aquatica Forsk) with ion implantation[J]. Water Res, 2007, 41: 3152-3158.

[17]李欲如,陈娟.浮床植物对不同污染程度水体中氮、磷的去除效果[J].水资源保护,2011,27(01):58-62.

[18]莫蔚明,康彩艳,周振明,等.不同植物净化灵剑溪受污水体的研究[J].广西科学,2009,16(02):215-218.

[19]陈丽丽,李秋华,高廷进,等.模拟生态浮床种植6种水生植物改善水质效果研究[J].水生态学杂志,2012,33(04):78-83.

Effect Analysis of Plants in Water Purification in Stereo-ecological Floating Bed*

LI Peng-wu, YANG Guo-meng, CHEN Zhuo, SUN Rong-guo

(College of Chemistry and Materials Science, Guizhou Normal University, Guizhou Guiyang 550001, China)

The important role of ecological floating bed in water pollution treatment technology was analyzed, stereo-ecological floating bed was simply described, removal of nutrient-rich principle and effect showed the importance of stereo-ecological floating bed plants. Through the analysis of multiple experiments, water removal efficiency advantages of better plant were compared, plant selection methods and points for attention were also discussed.

ecological floating bed; eutrophication; water purification

贵州省科技厅社会发展攻关计划(黔科合SY字[2015]3014)；贵州师范大学博士科研启动金(2015)；贵州师范大学省级大学生创新创业训练计划(201610663003)。 第一作者：李鹏武(1988-)，硕士研究生，主要从事污染生态学方面研究。

孙荣国。

X52

A

1001-9677(2016)023-0129-02