植物对黑臭水体底泥中污染成分的吸收降解作用

张 晶

(华北有色工程勘察院有限公司，河北 石家庄 050021)

0 引言

当前，城市黑臭水体治理是城市生态环境修复的一项重要工作。河道底泥是黑臭水体重要的污染物来源，经过长期的沉积与吸附作用，底泥中赋存了大量重金属污染物、营养元素污染、难降解的有机物等[1]。当有机污染物含量过高时，好氧微生物活动剧烈，大量消耗水体中的氧气，造成水体缺氧，有机物在缺氧状态下不完全降解而产生氨氮、硫化物、挥发性有机酸等致臭物质；铁、锰金属元素与硫作用产生的化合物被腐殖酸和富里酸吸附络合形成致黑化学物质[2,3]。底泥与水体时刻发生物质交换，源源不断地向水体释放污染物质，对水体环境造成长期破坏。因此，要从根本上治理黑臭水体，必须开展对受污染底泥的修复治理工作。

前人在底泥的修复治理领域进行了有益的探索和实践，目前运用成熟的修复技术有：疏浚技术、原位覆盖掩蔽技术、氧化还原技术、生物修复技术、联合修复技术等[4]，其中运用最广泛的是疏浚技术，该技术具有操作简单、治理成效快的优点，但由于我国河道底泥存量巨大、污染物成分复杂、运输处理成本高等原因，难以推广使用[5-9]。

将疏浚底泥固化后用作种植绿化植物的培养基质，不仅能突破底泥的处置难题，还能挖掘底泥的资源化利用价值，是一个前景广阔的发展方向[10-12]。本次通过对固化底泥开展植生性实验，观测植物的生长状况和培养基质中总氮(TN)、总磷(TP)、铁元素(Fe)、锰元素(Mn)、硫化物等污染成分的含量变化来研究植物生长代谢过程对污染成分的降解作用。从而对底泥的资源化开发利用展开实验性探索。

1 实验材料与过程

1.1 实验材料

市售优质绿化植物种子：本次实验在植物品种的选择方面，主要遵循经济实用原则，选择市场上常见的易成活、易管理的绿化植物品种，共选取20种植物种子，分别是千屈菜、狐尾藻、苦草、早熟禾、诸葛菜、白车轴草、红三叶、狗牙根、常青藤、龙须草、高羊茅、紫穗槐、黄花、油松、香根草、金盏花、金鸡菊、荷花、再力花、苜蓿。

培养基质：采用固化后的河道底泥作为培养基质进行植生实验。底泥取自河北省邢台市牛尾河后西吴断面，由于疏浚底泥具有含水率高、塑性差的缺陷，给修复治理工作和资源化再利用带来了极大难题，本次实验采用无毒无害固化剂对疏浚底泥进行固化/稳定化处理。取固化后的底泥做成分检测分析，检测目标成分是总氮、总磷、铁元素、锰元素、硫化物，检测结果见表1。经分析发现样品中锰元素和硫化物含量较低，考虑实验方法的适用性，对其暂不做研究。因此，本次实验主要研究培养基质中总氮、总磷、铁元素含量的变化情况。

表1 培养基质中目标成分的检测结果

培养箱：本次实验所用培养箱采用木质复合板与铁丝网装钉而成，共20个。培养箱规格：长100 cm，宽100 cm，高40 cm，由两块垂直正交的木板平均分为四个区域，装置底部用铁丝网封闭，其具有经济、美观、运输方便、透水性好、透气性好的特点。

1.2 实验过程

运用疏浚技术从河北省邢台市牛尾河后西吴断面处取适量河道底泥，对底泥进行固化处理。

将固化后的河道底泥铺放于20个培养箱内，铺放厚度为30 cm，并对培养箱逐一编号。

将选取的20种绿化植物种子分别播种于1号～20号培养箱内并做好播种记录。每组培养箱分为四个独立单元格，作为同种植物的4个重复对照样。

2017年4月14日进行播种，至5月初，诸葛菜、油松、荷花三个实验组均未见发芽，对其进行复播，仍未见发芽。其他实验组植物发芽率极高，均达到80%以上。

植物的生长期选取为2017年4月15日～2017年11月15日，共7个月。期间根据天气变化和植物的生长需求进行通风和浇水处理，每天上午9点记录植物的生长状态。

生长期满，多数植物长势良好，仅少数植物出现稀疏、黄叶、死亡现象。选取植物长势良好的实验组，对培养基质进行取样检测分析。选取的实验组为：红三叶、常青藤、紫穗槐、香根草、金盏花、金鸡菊、千屈菜、再力花、龙须草、白车轴草，共10组，选取植物在实验过程中的长势见图1。按照NY/T 1121.1—2006土壤检测第1部分：土壤样品的采集、处理和贮存的要求进行样品采取，检测指标为：TN，TP，铁元素。

2 实验结果与分析

将筛选出来的10组培养基质中污染成分含量的检测数据与背景值进行比较、计算，见表2。为直观分析，将植物生长对TN、TP和铁元素的降解率数据绘制成柱形图进行对比，见图2～图4。

表2 培养基质中目标成分含量检测结果统计及与背景值对照计算

对表2中数据分析可知，植物生长代谢可对培养基质中TN，TP和铁元素三种污染成分进行不同程度的吸收降解，且降解效果良好。其中对TN的降解效果最为显著，平均削减量为2.80 g/kg，平均降解率达66.40%；对TP的平均削减量为1.49 g/kg，平均降解率为56.95%；对铁元素的平均削减量为4.43 g/kg，平均降解率为31.88%。

由表2和图2综合分析可知，筛选出的10种植物对培养基质中TN的降解效果十分突出，降解率均超过了50%，其中降解效果最好的植物品种是再力花，削减量达3.24 g/kg，降解率达76.78%；其余依次是紫穗槐，削减量为3.17 g/kg，降解率为75.12%；红三叶，削减量为3.02 g/kg，降解率为71.56%；香根草，削减量为2.92 g/kg，降解率达69.19%；白车轴草，削减量为2.84 g/kg，降解率为67.30%；常青藤，削减量为2.83 g/kg，降解率为67.06%；金盏花，削减量为2.80 g/kg，降解率为66.35%；金鸡菊，削减量为2.67 g/kg，降解率为63.27%；千屈菜，削减量为2.33 g/kg，降解率为55.21%；龙须草，削减量为2.20 g/kg，降解率为52.13%。

由表2和图3综合分析可知，筛选出的10种植物对培养基质中TP的降解效果较好，其中降解效果最突出的植物品种是再力花，削减量达1.99 g/kg，降解率达76.11%；其余依次是龙须草，削减量为1.67 g/kg，降解率为63.78%；红三叶，削减量为1.65 g/kg，降解率为62.86%；金盏花，削减量为1.52 g/kg，降解率为58.02%；常青藤，削减量为1.51 g/kg，降解率为57.63%；千屈菜，削减量为1.44 g/kg，降解率为54.96%；白车轴草，削减量为1.33 g/kg，降解率为50.76%；紫穗槐、金鸡菊，削减量为1.30 g/kg，降解率为49.62%；香根草，削减量为1.21 g/kg，降解率为46.18%。

由表2和图4综合分析可知，筛选出的10种植物对培养基质中铁元素的降解率整体偏低，其中千屈菜、再力花、龙须草的降解效果较好，其余皆低于平均水平。按降解效果依次为：千屈菜，削减量为5.41 g/kg，降解率为38.92%；再力花，削减量为5.36 g/kg，降解率为38.56%；龙须草，削减量为5.20 g/kg，降解率为37.41%；常青藤，削减量为4.55 g/kg，降解率达32.73%；金盏花，削减量为4.52 g/kg，降解率为32.52%；香根草，削减量为4.27 g/kg，降解率为30.72%；红三叶，削减量为4.21 g/kg，降解率为30.29%；金鸡菊，削减量为3.90 g/kg，降解率为28.06%；紫穗槐，削减量为3.70 g/kg，降解率为26.62%；白车轴草，削减量为3.20g/kg，降解率为23.02%。

3 结语

本次实验选用的20种植物中有3种不适宜在受污染的河道底泥中生长，分别为诸葛菜、油松、荷花；有7种植物虽然成活，但表现为黄叶、稀疏，长势较差，分别为：狐尾藻、苦草、早熟禾、狗牙根、高羊茅、黄花、苜蓿；有10种植物生长状态良好，分别是：红三叶、常青藤、紫穗槐、香根草、金盏花、金鸡菊、千屈菜、再力花、龙须草、白车轴草。

实验表明，10种长势良好的植物在生长过程中对固化底泥中的总磷、总氮、铁元素三种污染成分均有较好的吸收降解作用，对TN的降解效果最为显著，平均降解率达66.40%，对TP的平均降解率达56.95%，对铁元素的平均降解率为31.88%。

生物修复技术具有绿色环保、费用低廉、修复效果显著等优势，被越来越广泛地运用。将固化后的底泥用作绿化植物的培养基质，既可以解决疏浚底泥的去向难题，又可以开发疏浚底泥的资源化利用潜力。在当今重点推进绿色发展、着力解决环境问题的形势下，该项实验成果可为黑臭水体的修复治理工作提供有力的参考佐证。