不同沉水植物及其组合对水质的净化效果

钱珍余 陈梅

摘要[目的]研究不同沉水植物及其组合对水质的净化效果。[方法]通过静态模拟试验，对3种不同的沉水植物（轮叶黑藻、苦草、粉绿狐尾藻）及其4种组合方式（苦+轮、苦+粉、轮+粉和苦+轮+粉）对水体中NH3-N、TP和CODMn的净化效果进行研究。[结果]单一沉水植物中，苦草对水体中TP和CODMn的净化效果相对较好，最大去除率分别达52.3%和43.2%，轮叶黑藻对NH3-N净化效果最佳，最大去除率达60.3%。4种组合方式中，苦+轮的水质净化效果相对最佳，对水体中NH3-N、TP和CODMn的最大去除率分别达62.6%、58.6%和40.2%。[结论]综合分析3种沉水植物及其组合方式对NH3-N、TP和CODMn的平均净化效果，轮叶黑藻、苦草、苦+轮和苦+粉的综合净化效果较好，表明轮叶黑藻、苦草、苦+轮和苦+粉更适合作为水体原位修复的种植植物。

关键词沉水植物;轮叶黑藻;苦草;粉绿狐尾藻;组合;水质净化效果

中图分类号X52文献标识码A

文章编号0517-6611（2019）01-0064-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.021

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

当前，我国部分城市河流、湖泊和水库等出现了不同程度的水体富营养化，各种水体修复技术随之应运而生，包括物理修复法、化学修复法、生物修复法和生态修复法等。此外还出现了一些较为新颖的水华防治技术，如Hayden等[1]采用水力冲洗、深水混合控制藻类水华;Wang等[2]利用曝CO2气体调节水体pH抑制水华;Wu等[3]利用超声波控制藻类生长。其中沉水植物修复技术具有改善水体溶解氧、水下光照强度等优势[4]，可抑制藻类生长，能有效增加水体空间生态位，为其他水生动物提供生存空间和产卵栖息地，是水生生态系统中的重要组成部分[5]，在水体原位修复中扮演重要角色。针对不同沉水植物的水质净化效果已有很多研究[6-9]，但由于不同沉水植物生存环境不同，研究其水质净化效果还需结合当地实际，钟运芳等[10]调查发现重庆本土常见的沉水植物有24种，其中分布较广的包括黑藻、亚洲苦草、竹叶眼子菜、穗花狐尾藻、轮叶狐尾藻、金鱼藻、菹草、小叶眼子菜、大茨藻等。而粉绿狐尾藻目前在多项工程中得到了应用，比如重庆市苦溪河长生桥镇河段生态修复工程[11]。为此，笔者选取苦草、轮叶黑藻和粉绿狐尾藻作为研究对象，研究这3种沉水植物及其组合方式对水质的净化效果，为沉水植物的筛选提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验选取的沉水植物和基质均在重庆市望海花市购买。沉水植物包括苦草、轮叶黑藻和粉绿狐尾藻，购回后，将其分株、洗净，然后将其整体置于盛有清水的塑料桶中预培养、备用。基质材料选取白石子，购回后洗净，烘干备用。试验培养容器为上口径34cm、下口径27cm、高35cm的塑料桶，容积为20L;上口径20cm、下口径14cm、高7cm的塑料篮。

1.2供试水样

试验水样为人工配制，水样的成分及用量见表1。

1.3试验设计及方法

试验分两组进行对比分析，分别为单一沉水植物组（以下简称“单沉组”）和沉水植物组合组（以下简称“沉合组”）。单沉组是将3种沉水植物进行单独培养，而沉合组是3种沉水植物的4种组合方式，具体见表2。试验为期30d。

试验时，在每个试验桶中分别放入1个型号大小相同的塑料篮，然后分别铺设厚度为5cm白石子，预留出植物根系所需要的空间。然后，按照表2称取相应的初始生物量的沉水植物，种植到相应的各个塑料篮中，空白组不种植沉水植物和放置基质材料。最后，向每个试验组分别缓慢加入15L人工配制水样。试验期间，采用自来水补充蒸发水分，以保持试验桶内水位不变。各试验组均在避雨条件和自然光照下进行。

1.4测定项目及方法

試验测定指标包括氨氮（NH3-N）、总磷（TP）和高锰酸盐指数（CODMn）。NH3-N采用纳氏试剂分光光度法，TP采用钼酸铵分光光度法，CODMn采用高锰酸盐指数法。试验开始后，在第5、10、15、20、25和30天分别取一定水样进行水质指标测定。

2结果与分析

2.1单一沉水植物对NH3-N、TP和CODMn的净化效果

2.1.1对NH3-N的净化效果。

从图1可以得出，轮叶黑藻、苦草和粉绿狐尾藻所在水体中NH3-N浓度都呈下降趋势且下降幅度均大于空白组，3种沉水植物对NH3-N都有一定的去除效果;试验初期和中期，3种沉水植物对NH3-N的去除效果较高，后期部分沉水植物出现枯黄腐烂现象，3种沉水植物对NH3-N的去除效率逐渐下降。同时，由于不同沉水植物的生理特点、净化机理等不同，所以不同沉水植物对NH3-N的去除效果也不尽相同。从水体NH3-N浓度变化趋势可以看出，轮叶黑藻对NH3-N的净化效果相对最佳，其中NH3-N去除率最大达60.3%;其次是苦草，其对NH3-N去除率最大达55.6%;最后是粉绿狐尾藻，对NH3-N去除率最大达54.8%。

2.1.2对TP的净化效果。

从图2可以看出，轮叶黑藻、苦草和粉绿狐尾藻所在水体中的TP浓度均有较为明显的下降，且下降速率和幅度均大于空白组，说明3种沉水植物对水体中的TP都有较为明显的去除效果，并且在试验中期，3种沉水植物对TP的去除效果较高。从水体TP浓度变化趋势可以看出，苦草对TP的去除效果相对最为明显，其对TP的去除率最大达52.3%;其次是轮叶黑藻，其对TP的去除率最大达48.8%;最后是粉绿狐尾藻，其对TP总磷的去除率最大达39.9%。

2.1.3对CODMn的净化效果。

从图3可以看出，轮叶黑藻、苦草和粉绿狐尾藻所在水体中CODMn浓度都呈现不同程度的下降趋势，且趋势明显大于空白组;轮叶黑藻、苦草和粉绿狐尾藻对CODMn均有较为明显的净化效果，试验期间，苦草对CODMn的去除率最大达43.2%，轮叶黑藻对CODMn的去除率最大达36.5%，而粉綠狐尾藻对CODMn的去除率最大达19.6%。从图中可以看出，苦草的去除效果最佳，其次是轮叶黑藻，最后是粉绿狐尾藻。试验结束时，苦草、轮叶黑藻和粉绿狐尾藻所在水体中CODMn浓度分别为3.34、3.81和6.23mg/L，对CODMn的去除率分别为39.7%、35.0%和10.8%。

2.23种沉水植物的4种组合方式对NH3-N、TP和CODMn的净化效果

2.2.1

对NH3-N的净化效果。从图4可以看出，3种沉水植物的4种组合方式的水体中的NH3-N浓度都呈下降趋势，且下降趋势均明显大于空白;苦+轮、苦+粉、轮+粉和苦+轮+粉对水体中的NH3-N都有不同程度的净化效果，试验期间，随着3种沉水植物的4种组合方式逐渐适应环境，它们对NH3-N的去除率均呈上升趋势，并在试验中期达到最大，其中苦+轮对NH3-N的去除率最大，达62.6%，后期随着水体中NH3-N浓度的不断下降和部分沉水植物水下部分叶片出现枯黄腐烂现象，4种组合方式对NH3-N的去除率也逐渐下降。从水体NH3-N浓度变化趋势可以看出，苦+轮对NH3-N净化效果最佳，其次是苦+粉，再次是轮+粉，最后是苦+轮+粉。

2.2.2对TP的净化效果。从图5可以看出，3种沉水植物的4种组合方式所在水体中的TP浓度都呈现较为明显的下降趋势，且下降幅度均大于空白组;由于3种沉水植物都各有特点，使得4种组合方式也各具特点，因此它们对水体中的TP呈现出不同程度的净化效果。从水体TP浓度变化趋势可以看出，苦+轮对TP的去除效果最佳，其去除率最大达58.6%;其次是苦+轮+粉，其对TP的去除率最大达55.4%;再次是苦+粉，其对TP的最大去除率达52.3%;最后是轮+粉，其对TP的最大去除率达39.8%。

2.2.3对CODMn的净化效果。

从图6可以看出，3种沉水植物的4种组合方式的水体中CODMn浓度都呈下降趋势，且下降幅度明显大于空白;4种沉水植物组合方式对水体中的CODMn都有不同程度的净化效果。从水体CODMn浓度变化趋势可以看出，苦+轮对CODMn的去除效果最佳，其对CODMn的去除率最大达40.2%;其次是苦+粉，其对CODMn的去除率最大达32.3%;再次是苦+轮+粉，其对CODMn的去除率最大达27.5%;最后是轮+粉，其对CODMn的去除率最大达17.0%。

2.3综合分析

由于不同沉水植物具有不同特点，导致不同的沉水植物及其组合对NH3-N、TP和CODMn的净化效果也不尽相同。同时，它们在不同时期对NH3-N、TP和CODMn的净化效果也不相同。因此，应分析3种沉水植物及其4种组合方式分别对水体中NH3-N、TP和CODMn的综合去除效果;同时，还应分析它们在不同时期对NH3-N、TP和CODMn的净化效果。首先通过扣除空白组水体自身对污染物的自净作用后，计算得出3种沉水植物及其4种组合方式每次对NH3-N、TP和CODMn的去除率，再将计算得出3种沉水植物及其4种组合方式对NH3-N、TP和CODMn的6次去除率进行平均即得出平均去除率（图7）。

图73种沉水植物及其组合对NH3-N、TP和CODMn的平均去除率

Fig.7TheaverageremovalratesofthreesubmergedmacrophytesandtheircombinationsforNH3N，TPandCODMn

从图7可以看出，3种沉水植物及其组合对NH3-N的平均去除率从大到小依次为苦+轮（42.9%）、轮叶黑藻（41.5%）、苦草（38.6%）、苦+粉（36.2%）、轮+粉（33.6%）、粉绿狐尾藻（28.6%）、苦+轮+粉（28.4%）;

对TP的平均去除率从大到小依次为苦草（43.8%）、苦+轮（41.5%）、苦+轮+粉（39.2%）、轮叶黑藻（33.9%）、苦+粉（29.9%）、粉绿狐尾藻（26.9%）>轮+粉（23.1%）;

对CODMn的平均去除率从大到小依次为苦草（34.1%）、苦+轮（32.9%）、轮叶黑藻

（30.8%）、苦+粉（24.2%）、苦+轮+粉（21.1%）、轮+粉

（14.0%）、粉绿狐尾藻（13.5%）。因此，通过综合分析3种

沉水植物及其组合方

式对NH3-N、TP和CODMn的平均净化效果，发现轮叶黑藻、苦草、苦+轮和苦+粉的综合净化效果较好，更适合作为水体原位修复的种植植物。

3结论

（1）3种沉水植物（轮叶黑藻、苦草、粉绿狐尾藻）对NH3-N、TP和CODMn均有一定的净化效果，且苦草对TP和CODMn水质净化效果相对最佳。

（2）3种沉水植物的4种组合方式（苦+轮、苦+粉、轮+粉和苦+轮+粉）对NH3-N、TP和CODMn均有一定的净化效果，且苦+轮对NH3-N、TP和CODMn的水质净化效果较好。

（3）综合分析，轮叶黑藻、苦草、苦+轮和苦+粉的综合净化效果较好，更适合作为水体原位修复的种植植物。

参考文献

[1]HAYDENNJ，ROELKEDL，BROOKSBW，etal.Beyondhydraulicflushing：Deepwatermixingtakestheharmoutofahaptophytealgalbloom[J].Harmfulalgae，2012，20：42-57.

[2]WANGX，HAOCB，ZHANGF，etal.Inhibitionofthegrowthoftwoblue-greenalgaespecies（MicrosystisaruginosaandAnabaenaspiroides）byacidificationtreatmentsusingcarbondioxide[J].Bioresourcetechnology，2011，102（10）：5742-5748.

[3]WUXG，JOYCEEM，MASONTJ.Theeffectsofultrasoundoncyanobacteria[J].Harmfulalgae，2011，10（6）：738-743.

[4]钱珍余，王晓雪，钟成华，等.不同基质对苦草净化水质效果的影响[J].安徽农业科学，2014，42（36）：13001-13004.

[5]胡莲，万成炎，沈建忠，等.沉水植物在富营养化水体生态恢复中的作用及前景[J].水利渔业，2006，26（5）：69-71.

[6]王丽卿，李燕，张瑞雷.6种沉水植物系统对淀山湖水质净化效果的研究[J].农业环境科学学报，2008，27（3）：1134-1139.

[7]孙作登，宋祥甫，付子轼，等.不同沉水植物对水质净化效能的研究[J].上海农业学报，2012，28（2）：30-35.

[8]常素云，吴涛，赵静静.不同沉水植物组配对北大港水库水体净化效果的影响[J].环境工程学报，2016，10（1）：439-444.

[9]任文君，田在锋，宁国辉，等.4种沉水植物对白洋淀富营养化水体净化效果的研究[J].生态环境学报，2011，20（2）：345-352.

[10]钟运芳，王慈生，熊天寿.重庆市江河鱼类饵料生物——水生维管束植物[J].重庆师范学院学报（自然科学版），1994，11（2）：48-52.

[11]钟成华，王涛，曾雪梅，等.苦溪河长生桥镇河段污染水体的生态修复工程实践[J].三峡环境与生态，2013，35（4）：56-59.