漂浮植物与挺水植物对景观水体的研究

赵贺芳

（安徽工业大学 工商学院，安徽 马鞍山 243000）

景观水体面积小，多为静止或流动性较差的封闭缓流水体，水环境容量小，水体自净能力低，很容易受到污染[1].研究表明利用植物净化污水具有低成本、易管理、高效率等特点[2～4].但是目前的研究多停留在对生活污水的处理[5～6]，对其用于景观水处理的比较少.本文针对安徽工业大学景观水体——炼湖进行处理，选择当地常见的5种水生植物，进行小试验，研究它们对炼湖的净化效果，为水生植物修复景观水提供一定参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

本着因地制宜的原则，确定采用香蒲、菖蒲、水芹[7]、浮萍[8]、满江红为供试植物，其中前三者为挺水植物，后两者为漂浮植物.将他们移植过来后，先经过驯化期，使其恢复至正常生长状态.之后采取水培方式将他们种植于有机玻璃槽中，种植密度适中，有机玻璃槽规格(L*B*H))均为30cm*24.5 cm*31.5 cm，有效水深均为15cm.试验场地放在室外，试验期间气温为14-22℃.

1.2 试验方法

为了得出较好的净化效果，本文先研究单一挺水植物、漂浮植物对湖水的处理效果，然后选取最佳单一植物进行组合，研究此时对湖水的处理效果.为了不影响实验分析，植物移植到水槽后，不添加复合肥.单一植物试验时间为2017.4.13-2017.4.28，组合植物试验时间2017.4.30-2017.5.15，试验时间均为16d.期间每隔3d采样一次.分析各供试植物对污水中CODcr、NH3-N、TP的去除效果，每天下午5点观察水位并加清水补充蒸发失水.其中CODcr采用重铬酸钾法，NH3-N采用纳氏试剂法，TP采用过硫酸钾氧化法.原水水质见表1.

表1 原水主要初始指标

2 结果与分析

2.1 植物生长状况

在用以实验的湖水中，五种植物均长势良好，实验结束时挺水植物已经枝繁叶茂，植株强壮，叶片明显增多增大，叶片的颜色也加深许多，而且植株的根系更长更浓密，根系上附着物也明显增多.

2.2 挺水植物净化作用

在静态实验中香蒲、菖蒲、水芹对水体CODcr、NH3-N、TP的处理效果分别如图1、2、3所示.

图1 挺水植物对CODcr的处理效果

图2 挺水植物对NH3-N的处理效果

图3 挺水植物对TP的处理效果

随着试验的进行，三种植物槽中CODcr含量逐渐下降，对应的去除率逐渐上升，后期趋于稳定，如图1所示.当停留时间（HRT）为3d时，香蒲、水芹和菖蒲对炼湖中CODcr的去除率分别为13.93%、63.32%、18.37%；当HRT为15d时，去除率分别为：90.41%、94.95%、92.84%，其中水芹对CODcr的去除率明显高于菖蒲和香蒲.由此可知，这三种植物对实验湖水都具有良好的净化效果.水芹对CODcr的去除效果优于菖蒲、香蒲.这是因为水芹的根系相比香蒲、菖蒲更发达，与水体接触的面积更大，根系所形成的过滤层越密集，吸收的有机碎屑就越多.此外，植物的根系为微生物和微型生物提供了附着基质和栖息场所，发达的根系更有利于微生物的生长，从而加速根系周围有机胶体的分解.

由图2可知，当HRT为3d时，香蒲、水芹、菖蒲对实验湖水中NH3-N的去除率分别为30.4%、68.5%、62.1%，当3d≤HRT≤9d时，去除率反而下降，当HRT≥9d时，去除率快速上升.这与曾爱平[9]、余世金[10]的研究一致，水体中N的去除包括植物吸收和挥发、硝化和反硝化等过程，以硝化和反硝化为主要途径[11].当HRT≤3d时，植物对NH3-N的吸收较快，当3d≤HRT≤9d时，氨化作用较快，对NH3-N的吸收以及硝化、反硝化过程较慢.当HRT≥9d时，硝化、反硝化速度较快.从图2可以看出，三种植物槽对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.

由图3可知，随着试验的进行，三种植物对实验湖水的TP去除率逐渐提高，后期趋势较平稳.TP去除率开始较快，到后期去除速度逐渐减慢，这与前期植物对P的需求量较大，吸收较快，后期对磷需求量的减少以及植物体内磷的再分配有关.这也与李科德等[12]利用芦苇床系统净化污水的研究结果一致.当HRT为15d时，香蒲槽、水芹槽和菖蒲槽中水样的TP浓度由2.790mg/分别下降到0.12mg/L、0.20mg/L和0.16mg/L，去除率分别达到95.7%、92.83%和94.27%.由图3可知，水芹对实验湖水中TP去除率整体高于菖蒲和香蒲.去除效果依次为：水芹＞菖蒲＞香蒲.

综上所述，在本文的实验条件下，水芹对炼湖的COD-cr、TP的整体净化效果优于菖蒲和香蒲，对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.

2.3 漂浮植物的净化作用

在静态实验中浮萍、满江红对水体CODcr、NH3-N、TP的处理效果分别如图4、5、6所示.

随着试验的进行，两种植物槽中CODcr含量逐渐下降，对应的去除率逐渐上升，后期趋于稳定，如图4所示.浮萍对CODcr的去除速度在HRT≤3d时较快，满江红在HRT为3-6d时去除速度较快，当HRT为15d时，浮萍和满江红对实验湖水中CODcr的去除率分别为92.67%、85.3%.因此可以得出，浮萍和满江红对炼湖水体都具有良好的净化效果，且浮萍对CODcr的去除效果明显优于满江红.

图4 漂浮植物对CODcr的处理效果

图5 漂浮植物对NH3-N的处理效果

图6 漂浮植物对TP的处理效果

由图5可知，浮萍在HRT≤3d，满江红在HRT≤6d时，对实验湖水中NH3-N去除速度较快，这是因为此时两种植物的茎叶对实验湖水中NH3-N吸收较快.浮萍在3d≤HRT≤6d，9d≤HRT≤12d两个阶段，对NH3-N去除率均呈下降趋势，这是因为此时浮萍的根系分泌物中的酸性成分含量较多，抑制了营脱氮作用细菌的生长[13]，致使硝化反硝化速度变慢.而在6d≤HRT≤9d和HRT≥12d两个阶段，去除率呈上升趋势，是因为浮萍的根系分泌物中的中性成分含量较多，促进了营脱氮作用的细菌的生长，硝化反硝化速度较快.满江红在6d≤HRT≤12d这个阶段对NH3-N去除率呈下降趋势，是由于这段时间氨化作用较快，对NH3-N的吸收以及硝化、反硝化过程较慢.当HRT为15d时，浮萍和满江红对实验湖水中NH3-N去除率分别为96.85%和95.29%.由此可知，两种植物对实验湖水均具有良好的净化效果.

由图6可知，随着试验的进行，浮萍和满江红对实验湖水TP的去除率逐渐上升，后期趋于稳定.两种植物槽中TP去除速度开始较快，到后期逐渐减慢，这与挺水植物规律类似，是因为前期植物对P素的需求量较大，吸收较快，而后期对P素需求量的减少以及植物体内P元素的再分配有关.当HRT为15d时，浮萍槽和满江红槽中水样的TP浓度分别由2.79mg/L下降到0.27mg/L和0.59mg/L，去除率分别为90.32%和78.85%.由此可知，这两种植物对水体中的TP均具有良好的去除效果，且浮萍对TP的去除效果优于满江红.

综上所述，在本文的实验条件下，浮萍对炼湖的COD-cr、NH3-N和TP的净化效果优于满江红.

从以上的研究中可以得出，在本文的实验条件下，挺水植物中的水芹对炼湖中的CODcr、TP的净化效果优于菖蒲和香蒲，对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.漂浮植物中浮萍的净化效果优于满江红，因此本文选取水芹与浮萍组合（以下简称组合植物）对炼湖水体进行处理，进而分析得出净化效果较好的植物.

2.4 组合植物的净化作用

在静态实验中，组合植物对实验湖水中CODcr、NH3-N、TP的处理结果如图7、8、9所示：

图7 组合植物对CODcr的去除率

图8 组合植物对NH3-N的去除率

图9 组合植物对TP的去除率

随着HRT的延长，水芹与浮萍组合槽中CODcr的含量逐渐下降，对应的去除率逐渐上升.由图7可知，当HRT为3d时，组合植物对实验湖水CODcr的去除率为64.49%，当HRT为15d时，去除率达到93.59%.由此可知，组合植物对实验湖水中CODcr有较好的去除效果.与水芹（图1）和浮萍（图4）对CODcr单独的处理效果进行对比，得出：在本文的实验条件下，各植物对CODcr的净化效果顺序为：水芹＞组合植物＞浮萍.

由图8可知，当HRT≤3d时，组合植物对NH3-N去除速度较快，当3d≤HRT≤6d时，去除率略有下降，后期随着HRT的延长，对NH3-N去除率上升，但趋势较平稳.当HRT为15d时，去除率高达96.89%.与图2和图5对比可知，在本文的实验条件下，组合植物对炼湖水体NH3-N的净化效果优于浮萍、水芹单独的净化效果.

由图9可知，随着试验的进行，组合植物对水体中TP去除率逐渐提高，前期去除速度较快，后期较平稳.当HRT为3d时，组合植物对实验湖水中TP的去除率为60.22%，当HRT增长到15d时，对应的TP的去除率高达95.7%.与图3和图6对比可知：在本文的实验条件下，组合植物对TP的净化效果优于浮萍、水芹单独的净化效果.

综上所述，在本文的实验条件下，组合植物对炼湖的NH3-N和TP的净化效果优于水芹与浮萍单独的净化效果，各植物对CODcr的去除效果顺序为：水芹＞组合植物＞浮萍.

3 结论

（1）挺水植物中水芹对炼湖的CODcr、TP的净化效果优于菖蒲和香蒲，对NH3-N去除效果顺序为：菖蒲＞水芹＞香蒲.

（2）漂浮植物中浮萍和满江红对实验湖水有明显的净化作用，且浮萍的净化效果整体优于满江红.

（3）水芹与浮萍的组合对炼湖的NH3-N和TP的净化效果优于水芹与浮萍单独的净化效果，各植物对CODcr的去除效果顺序为：水芹＞组合植物＞浮萍.