用于人工景观水体污染治理的净水植物筛选

王 浩，李 菁，郭成圆，李苗清，张逸博，薛 杨

(西安文理学院 生物与环境工程学院，陕西 西安 710000)

人工景观水体是城市景观生态不可缺少的组成部分，良好的水环境可为我们提供优美的生活环境，还可增加局部区域的水汽循环，起到调节城市小气候的作用。然而随着社会经济的发展和人口的激增，大量外源氮素进入景观水体中造成了严重的水体富营养化，控制和治理水体污染已经迫在眉睫。由于人工景观水体水域面积一般较小，具有较强的区域封闭性，水体本身自净能力薄弱，极易形成富营养化，水体透明度变差、颜色变暗并产生异味，严重影响了水体的景观效果，甚至丧失了景观水体的功能。目前国内对人工景观水体的治理主要采用引水换水、循环过滤、生态净水等方法。其中植物净水是模拟自然水体自净功能的一种处理方法，该方法所需的技术支持少、易维持，且水生植物发达的根系为微生物提供了良好的生存环境，改变了基质的通透性，增加了对污染物质的吸收和沉淀[1～2]。植物修复技术因具有这些明显优势而成为污染水体修复的研究热点[3～4]。

水生植物在生长过程中，具有过量吸收氮、磷营养元素的能力。研究表明，水生植物体内的氮磷含量都达到甚至超过其生长所需的最低值，氮、磷在水生植物体内的存储比在藻类体内更加稳定，收割水生植物时，被其吸收的氮、磷等营养物质也随之离开了水体，进而达到净化水体的效果，保持水体的生态平衡和观赏价值[5]。然而当前人工景观水体中应用的净水植物种类较少，且许多植物的净水效果尚无科学评价。不同水生植物对不同污染物的作用效果不同[6]，因此对不同程度富营养化水体的修复能力也存在差异。笔者实验将栽种植物后水质指标及植物生理指标的周期性监测结果进行综合分析，筛选出适合本地区人工景观水体栽培的净化效果好、观赏价值高的净水植物，为人工景观水体的治理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试植物为白掌(天南星科)SpathiphyllumkochiiEngl.& K.Krause、吊兰(天门冬科)Chlorophytumcomosum(Thunb.) Baker、铜钱草(伞形科)Hydrocotylechinensis(Dunn) Craib和鸭掌木(五加科)Scheffleraoctophylla(Lour.) Harms四种植物，均采购于西安市朱雀花卉市场。

供试水体：校园人工湖水。每个水样均用五点法采集，采集体积不少于73L。经过对供试水样多项指。

标的测定，确定其属于劣Ⅳ类水。

采用62 cm×42 cm×36 cm塑料水箱、PVC管及固植篮构建“植物—水体”净化系统。实验水位控制在30±2 cm范围内，以满足本实验用水量和植物生长的需要。

图1 水体—植物水培系统

图2 供试植物

1.2 实验方法

1.3 数据处理

采用Excel2010 和SPSS 17.0软件进行数据分析，用修复极差法(Duncan)进行平均数差异显著性检验，取 P =0. 05。水样污染物去除率 = (水样污染物初始值-水样污染物终值)/水样污染物初始值×100%。

2 结果与分析

2.1 水质指标

(1)水中总氮总磷的变化。水体的富营养化程度与氮磷含量关系密切[7]。当水体中总磷浓度超过0.1 mg·L-1(磷是限制因素)或总氮超过0.3 mg·L-1(氮是限制因素)时，则认为水体处于富营养状态。水生植物能够吸收大量营养元素，去除水体中多余的氮和磷，因此可用于富营养化水体的修复[8～10]。由实验结果可以看出(图3)，四种植物对水中总氮的去除效果在0～10 d不显著，10～40 d下降趋势最明显，40～70 d下降趋势明显缓慢。最终，TN去除率表现为鸭掌木(79.34%)>白掌(76.61%)>吊兰(74.00%)>铜钱草(71.65%)，但四种植物对水中TN的去除效果差异不显著。

铜钱草和鸭掌木处理的水体中TP的含量0～10 d有所上升，随后持续下降。鸭掌木处理水中TP下降较缓，其他三种植物处理水中TP在0～50 d下降较快，之后趋于平缓或略有回升。(图4)最终，TP去除率表现为白掌(87.29%)>吊兰(84.23%)>铜钱草(81.66%)>鸭掌木(64.81%)，从对水中TP的去除效果来看，白掌、吊兰和铜钱草这三中植物之间差异不显著，而白掌和鸭掌木之间存在显著差异。

(3)水质指标浊度、色度的变化。四种植物对水体浊度的去除大致分为三个阶段，0～30 d下降较快，30～50 d处于平缓趋势，50～70 d下降趋缓或有所回升。(图6)四种植物对水质浊度的去除效果表现为：鸭掌木(90.75%)>吊兰(88.44%)>铜钱草(83.39%)>白掌(79.86%)；四种植物对水质色度的去除效果表现为：鸭掌木(94.09%)>铜钱草(93.06%)>吊兰(92.14%)>白掌(89.94%)。(图7)从总体来看，四种植物对水质浊度、色度的去除效果均无显著差异。

图3 四种植物对水中总氮去除效果

图4 四种植物对水中总磷去除效果

图5 四种植物对水中氨氮去除效果

2.2 植物生理指标

生物监测旨在根据生物所处环境污染时发生的变化来确定环境污染的严重程度，生物监测具有独特的优势，在水环境污染检测中发挥着重要的作用[12]。在利用水生植物治理人工景观水体时，要特别注意植物的生长情况，以保证植物对水体净化作用的持续性。

图6 四种植物对水中浊度去除效果

图7 四种植物对水中色度去除效果

2.2.1 叶绿素相对含量和叶片含氮量的变化 吊兰的叶绿素含量(图8)在0～50 d期间连续上升，50～70 d处于下降趋势，白掌、铜钱草和鸭掌木的叶绿素含量在0～60 d连续上升，60～70 d处于下降趋势。四种植物叶绿素增长率表现：鸭掌木(71.94%)>铜钱草(57.58%)>白掌(35.87%)>吊兰(24.79%)，其中，鸭掌木与铜钱草的叶绿素增长率无显著差异，而鸭掌木与白掌、吊兰两种植物之间均存在显著差异；四种植物的叶片含氮量均呈持续上升趋势(图9)，叶片含氮量增长率总体表现为：铜钱草(83.59%)>鸭掌木(81.25%)>吊兰(65.44%)>白掌(56.06%)，四种植物之间差异不显著。

图8 四种植物叶绿素相对含量变化趋势

图9 四种植物叶片含氮量变化趋势

2.2.2 植物生物量的变化 湿地植物对氮、磷的吸收量与其自身生物量有关，生物量可作为选择人工湿地植物的指标[13～14]，因此在同等条件下，植物生物量的增长也可从侧面反映出植物对水中氮、磷的去除效果。四种植物生物量总体表现为持续上升趋势(图10)，生物量增长率表现为：鸭掌木(105.93%)>白掌(80.95%)>铜钱草(59.98%)>吊兰(54.51%)，其中鸭掌木与白掌生物量增长率无显著差异，而鸭掌木与铜钱草、吊兰之间有显著差异。

图10 四种植物生物量变化趋势

表1 四种植物对5个水质因子的去除率

表2 供试植物生理指标增长率

3 结论

通过对四种供试植物去除水体富营养化能力的综合比较，四种供试植物的净化水体能力依次为：吊兰>铜钱草>白掌>鸭掌木。从四种植物的生长状况来看，在实验周期内，均能够较好的适应水生环境，其中鸭掌木和白掌的长势更好。总体来看，笔者研究中的四种供试植物对富营养化水体均具有较好的净化能力和适应能力，均可作为本地区景观水体污染修复的备选净水植物。

4 展望

综上所述,利用水生植物对不同季节不同污染程度水体的净化修复的研究已有很大的成果，已经被证实是一项非常有应用前景的水污染处理技术，并且在污水处理中得到了广泛的应用，取得了较好的效果。目前很多植物还有待进一步研究确定。特别是选择当地抗污力强、净化效果好、经济效益高且便于收割的植物应是优先考虑的一项研究内容。

总之，运用水生植物修复污染水体为我国日益恶化的水环境提供了一个行之有效的解决途径，具有良好的研究和应用前景。