10 种水生植物水质净化效果及生态设计应用研究

杨贤鑫，易佳宇，刘旺香，王晓婷，田学辉*

（湖南应用技术学院农林科技学院，湖南常德 415000）

随着社会现代化的快速发展，工农业、城市、农村污染物排放量日益增加，城市河道和城市景观水体都已出现不同程度的污染，水体富营养化使得水体功能退化，失去资源和景观价值，严重影响人类的生存环境。

水生植物在生态系统中处于初级生产者的地位，通过自身的代谢和微生物的共同作用，对水体氮、磷和悬浮物等有毒物质的富集与转化有明显的效果[1-3]，乡土植物对本地区环境适应能力更强，更能体现生长优势，且发展潜力大。分析发现在相关研究中[4-8]，研究重点主要集中在用单一类型的水生植物或通过植物配置对污水进行净化研究，而把不同类型的水生植物镶嵌组合使用的相关研究还少见报道，多种植物组合比单一类型植物能更好地对水体进行净化。因为每种水生植物各有其特点，对净化对象产生净化优势，水生植物的生态组合使用，能使它们互相取长补短，保持较为稳定的净化效果[7-10]。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

10 种水生植物为三白草、薏苡（Coixlacryma-jobi）、东方香蒲（Typhaorientalis）、水芹、梭鱼草、萍蓬草、蓼、泽泻、美人蕉、纸莎草，均经过清水适应性培养，其特征简介见表1。

主要仪器：W-I 型—8 项参数水质分析仪，无锡奥克丹生物科技有限公司产；CNPN-401 氨氮总磷总氮测定仪，深圳市昌鸿科技有限公司产。

供试水样：2018 年9 月12 日取自湖南应用技术学院芒果湖，因常年水产养殖，此湖水生植物稀少。

表1 试验材料简介

1.2 试验方法

试验地点设置在本校园林基地温室塑料大棚内，选用11 个长宽高为55cm×30cm×40cm 的泡沫箱作为试验容器（1 个为空白对照），每箱水量40L，并做好标记；每组水生植物的用量以覆盖住泡沫箱为宜（相同的水面覆盖面积）。每间隔5 天取样1 次，取样前先用蒸馏水补充蒸发的水分至标记处，植物镶嵌组合试验设计与取样方法同上，植物名称分别以拉丁学名前2个字母（Cy+Po+Nu）、（Ca+Al+Oe）、（Ca+Sa+Nu+Pc）表示。

通过测定污水处理前后的TP、TN 2 个理化指标来监测水生植物对污水的净化效果，其中TP 的测定用连续流动-钼酸铵分光光度法，TN 的测定用碱性过硫酸钾紫外分光光度法。

总氮总磷去除率：P=[（C1-C0）/C1]-C。其中：P 为植物对总氮总磷30 天的去除率；C1为放入植物前污水总氮总磷的质量浓度；C0为放入植物30 天后污水总氮总磷的质量浓度，C 为空白对照水样去除率；试验空白对照水样中水质也得到了净化，因此所有植物的去除率减去空白对照的去除率为最终去除率。

2 结果与分析

2.1 单一水生植物净化TP、TN 效果

10 种水生植物对污水净化效果的比较可知（见图1），水芹、纸莎草、薏苡对TP 的净化效果较好，其去除率分别为69.20%、69.00%、66.60%；东方香蒲对TP 的净化效果比较差，其去除率为49.00%。三白草、水芹、梭鱼草、萍蓬草、蓼、泽泻、纸莎草对TN 的净化效果好，其去除率均为65.00%以上,薏苡、东方香蒲的去除率分别为43.55%、40.43%。

图1 10 种水生植物对TP、TN 净化效果比较

2.2 三组水生植物镶嵌组合净化TP、TN 效果

筛选3 组景观价值高、净化效果好的水生植物进行镶嵌组合设计，分析其净化效果（见图2），发现3 种组合对污水TP 的净化效果表现为：Ca+Sa+Nu+Pc＞Ca+Al+Oe＞Cy+Po+Nu，它们对TP 的最大去除率分别为：76.68%、63.33%、53.33%，其中含有4 种不同类型的水生植物的镶嵌组合对污水中TP 的净化效果最明显。3 组水生植物镶嵌组合相对单一水生植物对污水的TN 有比较好的去除效果，对TN 的净化效果与对TP 的效果表现一样，它们对TN 的最大去除率分别为：79.27%、78.76%、78.24%，同样，含有4 种不同类型的水生植物的镶嵌组合对污水中TN 的去除效果最明显。

图2 3 组水生植物镶嵌组合对TP、TN 净化效果比较

图3 试验水体中TP 的变化

单一水生植物与水生植物镶嵌组合对TP、TN 的净化效果比较，水生植物镶嵌组合在TP、TN 的净化效果方面均优于单一水生植物，其中，镶嵌植物组合中4种不同类型的水生植物镶嵌组合对污水中TP 的去除效果明显。镶嵌组合Ca+Sa+Nu+Pc 植物组合对TP 去除率为76.68%，而此4 种植物镶嵌组合在单一植物中对TP的平均去除率为64.70%，镶嵌组合Ca+Sa+Nu+Pc 植物组合对TN 去除率为79.27%，而此4 种植物镶嵌组合在单一植物中对TN 的平均去除率为61.18%。

2.3 乡土植物对磷的净化效果不亚于常见的水生观赏植物

由图3 可以看出，比较常见的乡土植物如水芹、美人蕉、薏苡，其对TP 的去除率分别达到了69.20%、66.80%、66.60%，而常见的运用于水景生态设计中的水生观赏植物如萍蓬草、梭鱼草、泽泻，它们对TP 的去除率分别为64.80%、64.40%、62.40%，因而在TP 的净化效果方面，乡土植物不亚于常见的水生观赏植物。

3 讨论

3.1 水生植物对氮、磷吸附强弱

镶嵌组合中，TN 的最大去除率达到79.27%，而TP 的最大去除率仅达到76.68%，且3 个组合TN 的去除率均高于TP 的去除率，相比对TP 的去除效果，对TN 去除的效果更加明显，据相关研究认为[11，12]，微生物（尤其是细菌，如硝化、亚硝化和反硝化细菌数量都处于较高水平）和水生植物是水质净化中的主要执行者，P 的去除是水生植物与微生物的共同作用完成的，N的去除是微生物特有的过程，原因可能是所选用的水生植物因为去除附着基质没有去除干净导致基质中带有些许微生物，由于此试验没有对微生物进行监测，具体原因还有待进一步研究。

3.2 水景生态设计中乡土植物的价值

从数据中发现，在磷的净化方面，乡土植物水芹、美人蕉、薏苡的净化效果并不亚于其他常见的水生观赏植物如萍蓬草、梭鱼草、泽泻，乡土植物适应当地环境，在短时间内能够发挥较大效益，但在水景生态设计方面其运用极其稀少。因此，将那些净化效果好、观赏价值高的乡土植物运用于水景生态设计将成为未来水景生态设计的一个研究方向。

4 结语

在水体景观生态设计过程中，水生植物不仅能净化水体，还能起到营造绿色生态景观与周围环境有机融合、和谐统一的整体景观的作用。本试验数据表明，4种不同水生植物的镶嵌组合其净化效果最佳，乡土植物的净化效果也不亚于常见的观赏植物。不同种类的水生植物具有其独特的优势，对不同污染性质的水体具有不同程度的净化作用，因而在设计生态景观水体时，要在试验的基础上，通过对水质的理化性质分析，合理采用水生植物种植，以确保景观观赏价值与水体净化效果最大化。