翠芦莉Ruellia brittoniana对污水的净化效果研究及应用

赵强民 冯承婷 简向阳

Study on the Purification Effect of Ruellia brittoniana on Wastewater and Its Practical Application

摘要：研究了翠芦莉Ruellia brittoniana对污水的净化效果，结果表明，翠芦莉对污水中的化学需氧量（COD）、总磷（TP）、总氮（TN）和氨氮（NH4-N）都有较好的去除效果，但植株大小对其去除效果没有显著差异。在华南地区已有多个生态园林项目应用翠芦莉作为生态修复污水净化植物品种，如梅州市芹洋半岛滨水湿地公园、中山市火炬开发区得能湖公园、贵州云漫湖等项目中，在生境较为恶劣的区域采用翠芦莉作绿植设计，经过一段时间追踪观察可知翠芦莉对生境修复效果明显。

关键词：翠芦莉;净化污水;效果;应用

中图分类号：S688

文献标志码：A

文章编号：1671-2641（2019）02-0064-05

收稿日期：2018-11-29

修回日期：2019-02-01

Abstract： The purification effect of Ruellia brittoniana on wastewater was studied. The results showed that R. brittoniana had better removal effect on both COD， TP， TN and NH4-N in wastewater， but there was no significant difference in the removal efficiency of plant size. There have been many ecological garden projects in South China where R. brittoniana has been used as a plant variety for ecological restoration of wastewater purification. For example， KiunYong Peninsula Wetland Park in Meizhou， the Deneng Lake Park in Zhongshan City Torch Development Zone， and the Yunman Lake in Guizhou， the green planting design of R. brittoniana has been adopted in the region where the habitat was relatively bad. After a period of follow- up observation， the effect of R. brittoniana on habitat restoration was obvious.

Key words： Ruellia brittoniana; Wastewater purification; Effect; Application

1 研究背景

隨着现代社会经济的快速发展，城市河流湖泊等景观水体富营养问题日益严重。中国环境状况公报（2005）[1]中指出，我国环境监测网七大水系的地表水监测断面中，I～III类、IV～V类和劣V类水质的断面比例为41%、32%和27%，其中辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染严重。且在28个国控重点湖（库）中，满足II～IV类水质的湖（库）共11个，占39%;V类水质的湖（库）5个，占18%;劣V类水质湖（库）12个，占43%，主要污染物质为总氮和总磷。截止2016年，我国七大流域等1617个国考断面中，V类水质102个，占6.3%;劣V类水质147个，占9.1%。112个重要湖（库）中，V类水质6个，占5.4%;劣V类水质9个，占8.0%。尽管我国对水生态环境加大了保护及修复力度，仍不能将全部重要河流、湖（库）水质修复至水质达到IV类以上，我国景观水生态修复仍需持续不断努力[2]。

由于大量有机营养盐排放进入河流湖泊中，水体出现富营养化的问题，打破了原有的生态平衡，造成水体藻类爆发，增加大量浮游动物，水中溶解氧急剧下降，造成水下鱼类等生物因缺氧死亡，后经微生物分解导致水体黑臭，形成恶性循环。如何治理城市景观水体污染已成为现代社会亟待解决的问题。水污染治理主要为3种方式，分别为物理修复、化学修复及生物修复。物理修复、化学修复方法多作为富营养化爆发的应急手段，不适合在中度及轻度富营养的水体中应用。在景观水体污染及治理中，一般采用生物修复方法，利用植物、水生生物等结合互相作用。利用植物修复污染水体是当前国内外开展水生态修复的重点，其具有生态性、低成本性、易操作性等特点[3]，且应用方式多样，如人工湿地、人工浮岛、生态草沟、岸坡植被等。因植物在其中起主要作用，所以选择合适的植物对于利用植物修复水污染有着重要意义。

翠芦莉Ruellia brittoniana是一种广泛用于园林绿化的草本植物，具有非常强的抗逆性，耐旱、耐湿且耐轻盐碱。翠芦莉的地下根茎蔓延生长，根茎上有芽，芽向上生长出新苗，形成新的植株，因此翠芦莉拥有非常大的生物量。有研究表明，翠芦莉在人工湿地和浅水区域用于处理生活污水效果明显[4～6]。作为一种陆生耐旱耐淹植物，不仅具有明显污水净化效果，在园林景观营造中具有较高观赏价值，研究不同生物量的翠芦莉对污水净化处理效果，有利于在工程上最经济化推广翠芦莉应用，以达到最大的生态效益及经济效益。本文将研究不同生物量的翠芦莉对水中总磷（TP）、氨氮（NH4-N）、化学需氧量（COD）和总氮（TN）的净化效果，并介绍翠芦莉在人工湿地中的应用情况。

2 材料与方法

2.1试验材料

筛选工程上常见的翠芦莉苗，以小袋苗（单株植物净重约12g）作为低生物量材料，成年苗（单株植物净重约60g）作为高生物量材料，每种挑选出长势相近、生物量相近的苗，同时准备海绵块（21cm×11cm×9cm）及塑料箱（70cm×50cm×60cm）。

2.2 试验设置

试验在广东中山小榄基地温室大棚进行，调节大棚的温度、湿度、光照与外界相当，避免受雨水的影响。分别将翠芦莉冲洗干净，摘除多余叶片，保留上部分叶片，将海绵块切开，每块海绵包裹住2株翠芦莉的根部，并让根部露出一部分，后用棉绳绑紧，放入塑料箱中，让其漂浮在水面上。试验开始前，先用一半自来水一半河流水培养翠芦莉1周时间，让其生长稳定。试验开始时，将塑料箱中的水换成70L自配一级A标准水质（GB18918-2002）的水，即化学需氧量（CODcr）为50mg/L、总氮（TN）為15mg/L、氨氮（NH4-N）为5mg/L和总磷（TP）为0.5mg/L。分别设置高、低生物量植物各1组为实验组，每组设3个重复项，每个重复项3个箱子，每个箱子放入10株植物;对照组为无植物。试验周期为28d。

2.3 测定方法

试验期间，每隔4d取塑料箱中水样进行水质检测，即水质检测的时间为开始试验后的第1、4、8、12、16、20、24和28d。水质检测后剩余的水样补充到原来的水箱中，用蒸馏水补充因蒸发蒸腾消耗的水分，以减少试验误差。试验正式开始前以及完成后，称量每组试验中翠芦莉的植物鲜重。

水质检测方法按照国标法：总磷（TP）采用钼酸铵分光光度法（GB11893-89），氨氮（NH-N）采4用纳氏试剂光度法（HJ535-2009），化学需氧量（COD）采用重铬酸盐法（HJ828-2017），总氮（TN）采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ636-2012）。

2.4 数据分析

使用MicrosoftExcel2013处理数据，使用spss19.0进行单因素显著性分析，并利用origin17.0制图。

3 结果与分析

3.1 对COD的净化效果

如图1所示，在第1次测量后到第2次测量间，3组实验中COD含量都有不同程度的上升，其原因是从包裹翠芦莉的海绵中释放出部分有机物。随后整体趋势为波动下降。在28d后，生物量大的翠芦莉组（B组）相较于生物量小的翠芦莉组（A组），对COD去除效果较好;实验组比空白组有较明显的去除效果，说明翠芦莉在污水净化中对COD净化起到了明显作用。对数据进行差异性分析，CK组与A、B组差异性显著（P<0.05），A组与B组之间差异性不显著（P>0.05）。

3.2 对TP的净化效果

如图2所示，在第4d时，TP在各组中均有较大幅度的下降，然后在后续时间里缓慢下降，其大幅度下降主要原因是由于磷的沉降[7]。实验组比空白组对磷有明显的去除效果;生物量小的A组在第4d的下降幅度要比生物量大的B组大，后随着时间波动起伏，28d后基本趋于平稳，A组与B组对TP的去除效果相近。对数据进行单因素方差分析，可知CK组与A组差异性显著（P<0.05），B组与CK组、A组差异性不显著（P<0.05）。

3.3 对TN的净化效果

如图3所示，实验组比空白组对TN有较大的去除率，但是经过28d的处理并没有使水质达到地表V类水。在第16d时，生物量小的A组TN下降明显比生物量大的B组多;在后期的时间段里，A组TN浓度趋于平稳，而B组下降速度加快;在第28d时，B组TN浓度低于A组。由单因素差异性分析可知，CK组与A组有显著性差异（P<0.05），B组与CK组、A组差异性不显著（P>0.05）。3.4 对NH4-N的净化效果

如图4所知，实验组对NH4-N去除速度较为明显，在第4d时NH4-N含量就已基本降至底部，后期趋于稳定。实验组对NH4-N的去除效果较空白组稍快稍强，空白组NH4-N的浓度维持在0.7～0.8mg/L范围，而实验组还有下降的趋势。利用单因素方差分析可知，空白组与实验组无显著性差异，说明空白组与实验组净化效果无显著差别。查阅相关资料可知，水体中氨氮物质具有挥发性[8]，所以空白组中的水体自净效果与实验组净化效果接近。

3.5 小结

根据实验结果（表1）可知，翠芦莉在同一植株数不同生物量的实验中，在配置污水停留28d后，污水中的COD、TP、TN、NH4-N均有不同程度的降低，去除效果最好为NH4-N，最高达93.1%（出现在B组）;去除效果最差为COD，去除率最低为42.3%（出现在A组）。

通过对不同生物量翠芦莉的水质净化能力比较，可以得出以下结论：不同生物量翠芦莉的净水效果相差较小，对于单株翠芦莉来讲，实验结束后生物量大的翠芦莉与生物量小的相比，其根系长出约5cm，根系繁密给微生物附着提供了条件，使其对COD与NH4-N的去除效果更佳[9];植物根系越发达，对营养物质的吸收就越多[10]，所以其对N和P的吸收也更多。但是本次实验发现，即使两组翠芦莉相差500g左右的生物量，对于污水净化的能力相差也不大，因此只需要合适的种植密度，就能达到预期净水效果。

实验数据分析可知，翠芦莉对污水具有较强去氮除磷效果，今后可增加其他植物种类与翠芦莉的净化效果做对比，进一步深入研究。在本次实验中，翠芦莉无不适水淹情况发生，在实验前一周的水培期中，其植株就已经开始长出新根，在实验的过程中依旧正常开花，说明翠芦莉具有较强抗逆性。

4 工程应用

4.1 梅州市芹洋半岛滨水湿地公园

梅州市芹洋半岛滨水湿地公园是滨水河滩公园，沿梅江芹洋半岛“U”型水系的北岸建设，总长约4.7km，总用地面积约24hm2。该公园与目前梅江两岸公园、桥梁、广场、建筑等相连，共同构筑成梅城一江两岸靓丽风景。该公园于2016年2月建成开放，由于梅州市每年在雨季的降雨量普遍偏高，持续的降水使得江河水位暴涨，岸坡植物常常被淹，且雨水冲刷岸坡，导致江水常年浑浊呈黄土色。为改造园内滨水区的生态景观，考虑到雨水冲刷淹浸问题，设计团队采用大量翠芦莉作为滨水护岸植物。经过两年的生态修复，湿地公园滨水岸坡的景观得到极大改善，原杂草横生的岸坡现已成为大片翠芦莉。公园内景观不再受暴雨天气、水位抬高等问题影响，公园内护坡景观得到改善，且公园内景观水体再无因暴雨天气呈黄土色浑浊现象（图5）。

4.2 中山市得能湖体育公园

中山市得能湖体育公园是一个改造公园，北面临得能东路，东临湖中路，占地约16hm2。公园改造前水体泛黄浑浊，水面漂浮较多日常垃圾（如塑料瓶、垃圾袋、饭盒等）、大量枯枝落叶及死鱼等，水体常年呈褐绿色，已呈富营养水体状态，水生态系统严重失衡。为改造公园内水体景观及周围环境，对园区内47101m2的水域面积进行生态修复。

由于荷塘中淤泥较为深厚，前期对园内湖泊进行垃圾清理及底泥清淤，在湖泊周边种植大量如芦竹Arundo donax、水竹芋Thalia dealbata等净水能力强、能遮挡硬质驳岸的植物。市政河道师炎涌贯穿公园的中轴线，早晚有污水处理厂排出的水流经，为降低该影响，在河道两边大量种植翠芦莉，以达到一定的生态拦截—净化作用，视觉上亦能缓冲硬质驳岸的突兀感。经过半年的运行，园区内翠芦莉长势茂盛，三季开花，给公园增添不少色彩，维护只需定期修剪长势茂盛的翠芦莉即可（图6）。

4.3 贵州云漫湖项目

建国初期，云漫湖项目所在区域前身为上坝水库，水库在20世纪80年代中期被重新修缮，但由于开发过度，水体富营养化的程度较深，水质较差，使周边土地的荒漠化程度也随之加剧，出现土层裸露、乱石横生的景象，系统性景观被严重破坏，生态环境十分脆弱。2014年底，云漫湖景区规划启动，公园内部分土壤恶劣区域采用以翠芦莉等抗逆性强的植物作为景观绿地植物。通过对原有生态系统的保护及低干预开发，采用物理措施与生态措施联合改善方法，使云漫湖的水体富营养化情况得到改善，在保留农业用水性质不变的前提下，水体环境质量从地表IV类上升到III类，生态环境亦得到极大改善，实现了项目当地生态的全保育，由此打造了生态城市的样板示范区（图7）。

5 结论

作为一种耐旱、耐淹、耐盐碱的水陆两生植物，研究结果表明，翠芦莉对在人工湿地和浅水区域中均能表现出较理想污水净化效果，适宜在湿地景观工程、生态景观工程中应用推广。由于翠芦莉生长量大，繁殖能力强，在工程应用和运营维护成本低，非常适合在人工湿地如人工浮島、生态草沟、湿地滨水缓冲带等湿地景观中应用。在海绵城市建设中，翠芦莉抗逆性强，污水净化效果好，成本相对低廉，对净化城市面源污染及改善城市生态环境极具优势，在城市中湿地、河涌和湖泊等景观绿地或水体中推广应用，对建造和维护良好生态城市具有重要意义。

致谢：感谢在本论文完成过程中给予过支持及帮助的同事们！特别感谢甘美娜女士在实验开展、进行过程中提供技术指导，以及相关示范工程记录跟踪！

注：图5由胡福超拍摄，图6由甘美娜拍摄，图7由棕榈股份指定团队拍摄，其余图片为作者自绘。

参考文献：

[1]国家环境保护总局.中国环境状况公报（2005）[R/OL].（2006-06-05）[2018-09-28].http：//www.mee.gov.cn/gkml/sthjbgw/qt/200910/t20091031_180758.htm.

[2]国家环境保护总局.中国环境状况公报（2016）[R/OL].（2017-06-05）[2018-09-28].http：//www.mee.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/201706/P020170605833655914077.pdf.[3]COMMONP.IndependentComponentAnalysis：ANewCon-cept[J].SignalProcessing，1994，36（3）：287-314.

[4]郭杏妹，王代容，曾春山，等.3种挺水植物对农村生活污水的净化效果比较[J].安徽农业科学，2017，45（20）：70-72.

[5]聂磊，贺漫媚，代色平.十种湿地挺水植物净化广州河涌污水的生理生态效应分析[J].湖北农业科学，2011，50（9）：1776-1780.

[6]聂磊，贺漫媚.观赏挺水植物在河涌污水中的生长及净化效果研究[J].江西农业大学学报，2012，34（4）：832-838.

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[8]庄源益，戴树桂，张明顺.水中氨氮挥发影响因素探讨[J].环境化学，1995（4）：343-346.

[9]张涛，罗海忠，吴洪喜，等.不同生物池滤料挂膜水处理效果初探[J].浙江农业科学，2015，56（4）：445-447.[10]慕自新，张岁岐.根系发育的营养调控及对其生境的影响[J].西北植物学报，2003（10）：1818-1828.