三种浮叶植物对富营养化水体净化效果研究

梁玉婷 陶秋莲 姚雄 李妮娅

摘 要：本文采用菱叶丁香蓼、圆叶节节菜、苹作为试验材料，对植物生长量、水体TN、NO3--N、TP、PO43--P进行测定，研究了三种适应性较强的水生植物的净化能力。结果表明：三种植物对TN、NO3--N、TP、PO43--P均具有较强的去除能力，其中，在去除TN、TP上，圆叶节节菜>苹>菱叶丁香蓼;在去除NO3--N上，菱叶丁香蓼>圆叶节节菜>苹;在去除PO43--P上，苹>圆叶节节菜>菱叶丁香蓼。三种植物株形优美，适应性强，对富营养化水均具有很好的净化效果，可以在水体修复中推广应用。

关键词：三种浮叶植物;富营养化水体;净化效果

中图分类号：X522;X254 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0139-03

Comparison of Treatment Performances of Eutrophic Water with

Three Floating-leaved Plants

LIANG Yuting1 TAO Qiulian1 YAO Xiong1 LI Niya3

（1.Wuhan Institute of Landscape Architecture，Wuhan Hubei 430081;2.Wuhan Sinoeco Testing Technology Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430000;3.Wuhan Sinoeco Ecological Science and Technology Co.， Ltd.，Wuhan Hubei 430000）

Abstract： This paper used Ludwigia sedioides、Marsilea quadrifolia、Rotala rotundifolia as experimental materials，measured the growth of these plants and the content of TN， NO3--N， TP and PO43--P in water. The results showed that the removal rates of TN， NO3--N， TP and PO43--P were significant. The removal of TN、TP， the results are Rotala rotundifolia>Marsilea quadrifolia>Ludwigia sedioides. The removal of NO3-N， the results are Ludwigia sedioides>Rotala rotundifolia>Marsilea quadrifolia. The removal of PO43--P， the results are Marsilea quadrifolia> Rotala rotundifolia > Ludwigia sedioides. The comprehensive test results showed that three plants had a strong absorption effect on nitrogen and phosphorus， which could be promoted and applied in water restoration.

Keywords： three aquatic plants;eutrophic water;purification effect

目前，发展中国家面临的重要生态环境问题之一就是水体富营养化[1]。由于人为因素，水体接纳了大量的氮、磷等营养性物质，导致藻类大肆繁殖，从而进一步引起水体透明度和溶解氧含量降低，加剧水体恶化。目前，常用的净化水体的方法是利用无土栽培技术，将植物种在载体上，通过植物根部的吸收、吸附作用，削减富营养化水体中的氮、磷及有机物质，不仅能净化水质，而且能营造优美的水上景观[2-6]。在各类大型水生植物净化水质的研究报道中，关于挺水植物和沉水植物的报道较多，而对于兼具挺水、浮水生活型的植物的报道较少[7-12]。由此，该试验结合园林美学的要求，以观赏价值较高的柳叶菜科丁香蓼属下的菱叶丁香蓼（Ludwigia sedioides）、多年生浮叶或挺水植物苹（Marsilea quadrifolia）、多年生挺水、沉水、湿生均可的植物圆叶节节菜（Rotala rotundifolia）为研究对象，研究其净化能力，以其为水体净化提供更好的材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

2018年7月3日，从武汉市园林科学研究院水生品种池采集菱叶丁香蓼（Ludwigia sedioides）、苹（Marsilea quadrifolia）、圆叶节节菜（Rotala rotundifolia），将其种植在塑料桶中培养，待生根后待用。2018年8月3日，分别选取预先栽植的三种植物，所选取的植物株高均为20cm，每种植物设置4个重复，每个重复中共放鲜重为50g的5株植株。

试验开始时，每个容器内加入200L TN、TP含量分别为2.91mg/L和0.90mg/L溶液。整个试验在武汉市园林科学研究院的大棚中开展，試验时间于2018年8月3日开始，8月24日结束。试验过程中，每次取样前补充由于蒸发而丧失的水分，补充蒸馏水至上一次取样后的高度。

1.2 采样方法

每次从容器中取水样前，将容器中水上下左右搅匀，在水面下10cm处采集1L水样。依据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）测定：TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，NO3--N采用紫外分光光度法测定，TP和PO43--P采用钼酸铵分光光度法测定;用哈希便携式溶解氧仪测定溶解氧，哈希1900便携式浊度计测定浊度。

水体总氮或总磷去除率分别为[13]：

[WR=WC1-WC2/WC1×100%]                 （1）

式中，[WR]为水体的总（全）氮和总（全）磷去除率（%）;[WC1]为试验开始时水体总（全）氮和总（全）磷含量;[WC2]为试验结束时水体总（全）氮或总（全）磷含量。

采用SPSS20.0进行统计分析，SigmPlot作图。

2 结果与分析

2.1 植物生长状况以及生物量变化

三种植物能快速适应环境，在水深80cm的水淹状态中生长状况良好。表1列出了三种植物在试验期间鲜重增长率。从表1可以看出，在试验阶段，三种植物的鲜重全部有所增长，其中苹>菱叶丁香蓼>圆叶节节菜;三种植物在鲜重增长率上差异不显著。

2.2 三种植物对水体TN、NO3--N、TP、PO43--P去除率

三种植物对水体TN、NO3--N、TP、PO43--P去除率如表1所示。从表1可知，三种植物对水体中TN、NO3--N、TP、PO43--P均具有较强的除率能力。在去除TN上，圆叶节节菜>苹>菱叶丁香蓼，三种植物去除TN率差异不显著;在去除NO3--N上，菱叶丁香蓼>圆叶节节菜>苹，三种植物NO3--N去除率差异不显著;在去除TP上，圆叶节节菜>苹>菱叶丁香蓼，菱叶丁香蓼与圆叶节节菜和苹去除TP率差异显著（[P]<0.05），圆叶节节菜和苹去除TP率差异不显著;在去除PO43--P上，蘋>圆叶节节菜>菱叶丁香蓼，三种植物去除PO43--P率差异不显著。

2.3 不同取样时间水体中TN、NO3--N、TP、PO43--P含量

在不同取样时间，种植三种植物的水缸中TN、NO3--N、TP、PO43--P含量均呈下降趋势。在第一次和第二次取样时，圆叶节节菜和菱叶丁香蓼与CK、苹水样中TN差异显著;第三次取样时，三种植物以及CK水体中TN无差异。第一次取样时，菱叶丁香蓼与其他组的水样中NO3--N差异显著;第二次取样时，菱叶丁香蓼与CK水样中NO3--N差异显著;第三次取样时，三种植物以及CK水体中NO3--N差异不显著。在第一次取样时，圆叶节节菜与其他组水样中TP差异显著;第二次取样时，三种植物以及CK水体中TP无差异;在第三次取样时，菱叶丁香蓼与除CK外其他组水样中TP差异显著。PO43--P含量方面，在第一和第二次取样时，圆叶节节菜、苹、菱叶丁香蓼与CK、CK（石子）具有显著性差异（[P]<0.05）;第三次取样时，圆叶节节菜、苹、菱叶丁香蓼与CK、CK（石子）具有极显著性差异（[P]<0.01）。综合图1至图4可知，三种植物对水体中氮磷具有很强的吸收能力。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼image6.jpeg>[3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

][TN含量（mg/L）][0       2    ;   4      6      8      10    12  ;   14     16][取样时间（d）][菱叶丁香蓼][圆叶节节菜][苹][CK（石子）][CK] 图1 不同取样时间TN含量

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼image7.jpeg>[NO3--N含量（mg/L）][2.0

1.5

1.0

0.5

0.0][0      2      4       6      8     10    12    14     16][取样时间（d）][菱叶丁香蓼][圆叶节节菜][苹][CK（石子）][CK]

图2 不同取样时间NO3--N含量

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼image8.jpeg>[取样时间（d）][菱叶丁香蓼][圆叶节节菜][苹][CK（石子）][CK][TP含量（mg/L）][1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0][0       2       4      6       8      10     12    14    16]

图3 不同取样时间TP含量

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第14期_103928＼Image＼image9.jpeg>[菱叶丁香蓼][圆叶节节菜][苹][CK（石子）][CK][0      2      4      6      8      10    12    14    16][取样时间（d）][PO43--P含量（mg/L）][0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0]

图4 不同取样时间PO43--P含量

3 讨论

植物的形态会随着环境变化发生改变，以适应环境。本研究中选择的三种植物可以在水深80cm处生长良好，显示其具有较强的适应能力。三种植物对水体中TN、NO3--N、TP、PO43--P均具有较强的除滤能力。比较三种植物可知，圆叶节节菜的TN、TP去除能力最强。在不同取样时间，种植三种植物的容器以及CK、CK（石子）容器中TN、NO3--N、TP、PO43--P含量均呈下降趋势;同时，硝酸盐和磷酸盐会被水体中的其他生物，尤其是微生物进行代谢，从而不断降低[14-16]。种植三种植物的水体清澈几乎看不到藻类，而CK组水体逐渐变绿，生长大量藻类植物，这可能是导致CK组中氮磷含量下降的原因之一。由此推测，这三种植物对藻类的繁殖有一定的抑制作用[17，18]。本试验中的三种植物可以通过人工浮岛技术引入水体中生长，除了短期储存氮、磷、钾等水体中的营养成分外，还可吸收水体中其他污染物质[19-21]，也可以为细菌提供生存环境，抑制低等藻类的生长并促进水中其他水生生物的代谢[22]，进而更大程度上促进水生生态系统的健康发展。

参考文献：

[1]Bhagowati B，Ahamad K U . A review on lake eutrophication dynamics and recent developments in lake modeling[J]. Ecohydrology & Hydrobiology，2018（175）：1-12.

[2]Hubbard R K . Floating Vegetated Mats for Improving Surface Water Quality[J]. Emerging Environmental Technologies，2010（2）：211-244.

[3]鄭足红，胡超，王华伟，等.3种水生植物对富营养化水质的净化性能比较[J].环境污染与防治，2018（10）：1147-1151.

[4]褚梦真 ，叶佳颖， ，姚彦彤，，等. 三种水生植物对富营养化水体氮磷的去除效果[J]. 污染防治技术，2017（1）：1-5.

[5]周小平，王建国，薛利红，等.浮床植物系统对富营养化水体中氮、磷净化特征的初步研究 [J].应用生态学报，2005（11）：2199-2203.

[6]陈荷生，宋祥甫，邹国燕.利用生态浮床技术治理污染水体[J].中国水利，2005（5）：50-53.

[7]邓鸿杨，傅斌，韦杰，等.不同植物组合对水体氮磷的去除效果[J].浙江农业科学，2018（10）：1925-1928.

[8]张芳，易能，张振华，等.不同类型水生植物对富营养化水体氮转化及环境因素的影响[J].江苏农业学报，2015（3）：1045-1052.

[9]刘晓波，高奇英，朱文君，等.苦草与金鱼藻对水体污染物的去除效果[J].给水排水，2018（s2）：84-90.

[10]周玥，韩玉国，张梦，等.4种不同生活型湿地植物对富营养化水体的净化效果[J]. 应用生态学报，2016（27）：3353-3360.

[11]汪文强.几种水生植物对富营养水体的净化效果研究[D].重庆：西南大学，2016.

[12]杜红霞，王丽，湛景武，等.不同湿地植物及其组配对富营养化水体的净化效果[J].环境污染与防治，2017（6）：616-619.

[13]董教望，叶和春，吴新，等.新疆紫草细胞悬浮培养和发酵培养的研究[J].Journal of Integrative Plant Biology，1993（1）：59-63.

[14]赵桂瑜，杨永兴，杨长明.人工湿地污水处理系统脱氮机理研究进展[J].四川环境，2005（5）：64-67.

[15]熊飞，李文朝，潘继征，等.人工湿地脱氮除磷的效果与机理研究进展[J].湿地科学，2005（3）：228-234.

[16]Tang W， Zhang W， Yu Z， et al. Nitrogen removal from polluted river water in a novel ditch–wetland–pond system[J]. Ecological Engineering，2013（11）：135-139.

[17]马剑敏，靳萍，郭萌，等.磷浓度对铜绿微囊藻、大型溞和金鱼藻三者相互作用的影响[J].生态学报，2014（6）：1520-1526.

[18]代亮亮，张云，李双双，等.不同营养水平下沉水植物的抑藻效应[J].环境科学学报，环境科学学报，2019（6）：1-7.

[19]李英杰，金相灿，年跃刚，等.人工浮岛技术及其应用[J].水处理技术，2007（10）：49-51.

[20]唐静杰，周青.生态浮床在富营养化水体修复中的应用[J].环境与可持续发展，2009（2）：24-26.

[21]李华，程芳琴，王爱英，等.三种水生植物对Cd污染水体的修复研究[J].山西大学学报（自然科学版），2005（3）：325-327.

[22]由文辉，刘淑媛，钱晓燕.水生经济植物净化受污染水体研究[J].华东师范大学学报（自然科学版），2000（1）：99-102.