人工湿地植物对观赏水中氮磷去除的贡献

刘建水

关键词人工湿地;观赏水;氮磷去除

当前水资源短缺严重制约我国城乡和生态环境的可持续发展，城镇中的观赏水由于空间密闭，不适合集中和大规模进行污水处理，同时，污水处理厂的排放标准（GBl8918-2002）中规定的1级A标准出水浓度也高于地面水的V类标准，远达不到地面观景水的相关要求。基于此，在以观赏水为主的旅游或其他环境中，应该采取分散、小规模和高效的污水处理方法。人工湿地在这方面具有特殊的优势，不仅能够处理低浓度的污水，还能隐藏在绿化带内，协调城市环境。

1材料与方法

在常见人工湿地植物的基础上，基于当前人工湿地表面无积水的特征，适当引入乡土植物和一些园艺栽培植物，研究这些植物在人工湿地轻度富营养化观赏水中对氮磷的去除效果。

2019年4月-5月共收集本地野生植物和一些常见的园艺栽培植物19种，根据植物生长习性栽培在人工湿地中，持续观察植物的存活能力。2019年6月经过反复试验后，从19种植物中选取15种作为研究的植物类型，选择大小均匀的植株移栽到2m2的A池实验区内，实验区结构设计采用布水管的方式，整个实验池内的水力负荷相差不多，保证植物具有相似的生长环境。经过100d的自然生长后，对每个实验区中间0.5m2×0.5m2内的植株数量和株高等进行统计，并随机抽取3株。

为了更好地体现植物对氮磷的去除效果，将每株植物分为地上和地下部分，放置在90℃烘箱内烘干称重，计算单株和单位面积内的生物量。采用硫酸-氧化水系统将植物样品制备成溶液，总氮含量测试采用过硫酸钾氧化吸光光度法，总磷测试采用钒钼蓝法。氮磷积累量（PA）的计算公式为：PA=PC×PB，其中，PC为植物氮磷浓度，PB为植物生物量。

2结果分析

2.1不同植物的活性

从2019年4月开始对人工湿地A池实验区内的19种植物生长活性进行研究，了解存活情况。结果发现：八角金盘死亡，不能在人工湿地内生长：其余18种植物都存活;灯芯草、野燕麦生长缓慢，对营养元素的要求较高，因此，不适合做人工湿地的植物;鸢尾的生活活力一般，其他16种植物活力较高。该16种植物主要为：斑茅、黄菖蒲、菖蒲、美人蕉、紫露草、吉祥草、芦竹、线穗苔草、花叶芦竹、香蒲等。

2.2人工湿地中不同植物生物量和分配

16种植物生长100 d后，总生物量在156～1320g/m2，最高的植物为黄菖蒲（1320 g/m2），最低的为香蒲（156g/m2），每种植物的种间差异明显（P<0.05）。大部分植物的地下生物量占总生物量的30%～40%。

2.3人工湿地中不同植物的氮磷浓度

经过一段时间的人工湿地培养后，对16种植物的地上部分N和P浓度进行测定。其中，鸭跖草具有最高的地上N浓度，达到了36.45mg/g，美人蕉的地上N浓度最低，只有10.25mg/g，各种植物之间地上N浓度存在明显的差异（P<0.05）;地上P濃度最高的同样为鸭跖草，达到3.92mg/g，美人蕉最低，为0.51mg/g，差异同样显著。所有植物地下的N和P浓度范围分别为（7.13～29.80mg/g）、（0.71～3.49mg/g），差异显著（P<0.05）。大部分植物地上以及地下N和P浓度差异同样明显（P<0.05）。

2.4人工湿地中不同植物的氦磷积累量

通过对植物氮磷积累量进行计算，得出：菖蒲和芦竹具有最高的N和P积累量，分别为25.14g/m2、1.87g/m2，鸢尾的N积累量最低，只有1.87g/m2，吉祥草的P积累量最低，只有0.21 g/m2。16种植物的平均氮磷积累量分别为12.27 g/m2、1.01 g/m2。经计算，地上部分的平均氮磷积累量为9.74 g/m2、0.76g/m2，分别占到81.7%、78.5%。

通过上述分析可以看出，16种植物对氮磷的积累主要是在上部，植物氮磷积累量分别与生物量、氮磷浓度呈显著线性关系（P<0.05）;其中氮磷积累量与生物量关系系数为0.84、0.86，氮磷积累量与观赏水中的氮磷浓度相关系数为0.57、0.42，从相关系数可以看出，植物氮磷积累量与生物量的相关性更强。

2.5人工湿地中植物氮磷积累量与系统总去除量的关系

在观赏水的人工湿地A池中（100d），经过测算，氮磷总负荷为29.36 kg、1.3kg。按照平均面积计算，单位氦磷负荷为55.38kg/m2、2.46 kg/m2，因此，16种植物的氮磷积累量占湿地氮磷负荷比重在3.6%～41.8%、7.9%～73.6%。在实验期间，人工湿地的氮磷总去除量为18.36 kg、1.02 kg，人工湿地植物对观赏水中氮磷的总去除率为43.2%、74.9%。

通过上述结果分析可以看出，植物平均的氮磷积累量对人工湿地氮磷去除的贡献率在46.1%～51.3%，贡献率主要集中在地上部分，达到了38.7%、40.9%。在16种植物中，有4种植物（菖蒲、黄菖蒲、紫露草、芦竹）的氮磷积累量超过了平均植物的氮磷积累量：有2种植物（花叶芦竹和芋）的贡献率与平均贡献率较为接近，剩下的其他植物贡献率只有平均贡献率的50%左右。

3讨论

3.1人工湿地中不同植物对氮磷去除贡献率不同

观赏水中生长的植物群落，它们植株内的氮磷积累量从一个侧面反映了植物对氮磷的吸收能力。研究的轻度富营养观赏水中，16种植物的氮磷浓度分别在10.51～32.48 mg/g、0.71～3.34 mg/g，有4种植物（菖蒲、吉祥草、芦竹和黑麦草）的氮浓度超过了平均值，有4种植物的（芦竹、吉祥草、菖蒲和紫露草）磷浓度超过了平均值。相关研究发现，在重度和中度富营养化的水体中，当植物氮浓度在13.5～37.6 mg/g、10.1～25.3 mg/g，磷浓度在1-7～5.8 mg/g、1.2～3.6 mg/g时，植物体内的氮磷浓度会随着水体中的氦磷浓度升高而升高。

3.2人工湿地植物的景观功能群

人工湿地中的植物在去除氮磷的同时也要考虑景观功能群，可以参照公共庭院绿化植物的标准进行选择：包括植物的形态特征和人工湿地构景种类的多种形式，芦竹、斑茅以及花叶芦竹等植株高大，在景观营造时可以作为大规模的造景种类;紫露草、黄菖蒲以及美人蕉等可以作为花草植物，美人蕉不仅具有一定的氮磷吸收能力，同时，造型较好，可以在人工湿地中进行间隔布设，控制景观的整体效果。

4结语

在将人工湿地植物用于观赏水中氮磷去除时，要通过设计人工湿地实验区将不同种类的植物进行搭配，观察植物生长习性和对氮磷去除的贡献率，从而达到综合去除观赏水中氮磷的效果。