硫酸盐型水体中水生植物生长与净水效率研究

柴炎

(山西省水产技术推广服务中心，山西 太原 030002)

汾河流域太原清徐段为硫酸盐型盐碱水体，湿地资源退化，植物多样性降低，实施汾河流域生态治理修复与保护工程迫在眉睫。本研究采用小水体试验，种植水雍菜等8种植物，通过带介质和不带介质两种种植方式，对比研究硫酸盐型盐碱水体环境下植物的生长情况及其净水效率，为汾河流域盐碱地区富营养化水体生态环境治理及周边水产养殖水体治理提供理论和实践依据。

一、材料与方法

1.水生植物的选择

水生植物能直接吸收利用污水中的营养物质，但也会因水体理化指标超标，对其生长产生盐胁迫，影响正常生长。根据水生植物净化水体的相关研究，挑选具有耐污和耐盐胁迫能力且有一定景观效应和经济效益的水生植物，包括水雍菜、美人蕉、矮化芦苇、宽叶香蒲、黄菖蒲、水芹菜、生菜、韭菜。同种选用长势相近的植株苗来试验。植物苗除了水雍菜自己育苗外，其他均购置于山西青联农业科技有限公司。

2.小水体试验箱中植物的种植

2019年5月将每种植物以带生长介质和不带生长介质种植于条件相同的小水体试验箱(试验箱规格为长100厘米×宽60厘米×高80厘米)内，每组植物设3个重复。每种植物在种植前对植株上带有的基质进行去除，洗净根部，提前1周移入霍格兰氏营养液进行预培养，以适应后期水培条件。

同种植株一部分种植在带介质定植篮里(本研究介质为小砾石)，安置在小水体试验箱的高密度泡沫板浮床上；一部分以根部裸露用定植棉固定在定植篮上种植在小水体试验箱的高密度泡沫板浮床上。美人蕉、矮化芦苇、生菜每个定植篮种植1棵，每个小水体试验箱中共种植10棵；香蒲每个定植篮种植1棵，每个小水体试验箱中共种植20棵；黄菖蒲每个定植篮种植1颗，每个小水体试验箱里共种植30棵；水芹菜、水雍菜每个定植篮各种植2棵，每个小水体试验箱里共种植60棵。同种带介质的植物种植数量等于不带生长介质的植物的种植数量。

带介质和不带介质的小水体试验箱里的水均为汾河流域清徐段池塘养殖用水。

3.数据记录与监测

(1)观察记录每种植株的生长情况。试验期间，每隔5天记录植株的生长情况，主要是存活数、植株高度，计算成活率和平均生长速率。

(2)测定水体指标。每次记录完植物的生长情况时对试验箱内水体进行水质检测。采样时，对各试验箱上、中、下层水样各取3份，不同采样点混合均匀后测定水体指标总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、亚硝酸盐(NO2--N)、高锰酸钾指数(CODMn)，取3次采样的平均值。

4.数据处理与分析

应用SPSS16.0与Excel 2010进行统计分析。

(1)平均生长率。平均生长率＝(h2-h1)/t，式中h1、h2分别为第1次和第2次测量的植物高度，t为两次测定间隔的时间。

(2)成活率。成活率＝试验前后植物存活数的差值/试验前的植物总数。

(3)净化效率(污染物的去除率)。R＝(Ci-Ce)/Ci×100，式中Ci、Ce分别为某项指标前、后的质量浓度，单位为毫克/升。

二、结果与分析

1.植物生长状况

小水体试验中，每种植物以带介质和不带介质两种方式进行种植试验。40天的植物生长成活率表明，带介质的小水体试验箱中，植物都能正常生长，而不带介质的试验箱内只有生菜和韭菜成活率低，其他均相当。

根据整个周期内带介质和不带介质的平均生长率，发现带介质的平均生长率都高于不带介质的。两种方式的小水体试验箱内水雍菜、美人蕉、矮化芦苇、宽叶香蒲、黄菖蒲、水芹菜6种植物能正常生长。从整个周期平均生长率可看出，带介质的小水体试验箱里，宽叶香蒲平均生长率最高，其他植物平均生长率由高到低依次是黄菖蒲、矮化芦苇、美人蕉、水雍菜、水芹菜、生菜和韭菜。带介质的生菜经过了1～2天的缓苗期有所生长，但是经过半个月后停止生长。韭菜一直没长高(不见有长势)。不带介质的小水体试验箱里平均生长率最高的是宽叶香蒲，剩下的由高到低依次是水雍菜、黄菖蒲、美人蕉、矮化芦苇。生菜和韭菜在实验过程中长势差，最后干枯死亡，说明生菜和韭菜不适合该水体环境。实验表明，水雍菜、美人蕉、矮化芦苇、宽叶香蒲、黄菖蒲、水芹菜6种植物较适合该水体环境。

当带介质的植物种植于小水体试验箱里，前期长势比较慢，因植物有一定的适应期；中期平均生长率较高，植物长势快；后期由于小水体试验箱是一个静态的水体，生态环境有所改变，而且水体营养物质大部分被消耗，所以植物生长率开始下降。当带介质的植物平均生长率开始下降时，不带介质的植物平均生长率有所上升，可能是带介质的植物在前期生长过程中对水体的养分有所吸收。此外，植物根系对水环境适应后能形成微生物保护屏障，加速了植物对养分的吸收，相应降低了胁迫带来的影响，植物出现生长率提高的现象。

2.植物净水效率分析

从种植前后水体中营养盐的去除率看，6种植物对水体均起到了净化效果。不带介质的植物种植于小水体试验箱，对污染物的去除率均不如带介质者高，这与平均生长率的结果相符。

带介质的植物小水体试验箱内，水雍菜对总氮的去除率最高，为85.012%，其次是水芹菜79.991%，其他都相当。水雍菜、矮化芦苇、美人蕉对氨氮的去除率较高，分别达到87.491%、84.534%、83.807%。6种植物对总磷、亚硝酸盐、CODMn的去除率没有总氮、氨氮的去除率高。矮化芦苇、美人蕉、水芹菜对总磷的去除率较高，分别为59.152%、58.424%、57.409%；矮化芦苇对亚硝酸盐的去除率较高，为78.437%。6种植物对CODMn去除率相对较低，最高为宽叶香蒲，去除率为50.245%；其次为水雍菜，去除率为50.012%。

不带介质的植物小水体试验箱内，矮化芦苇对总氮的去除率最高，为57.500%；其次是水芹菜(56.657%)、宽叶香蒲(50.254%)，其他都不到50%。对氨氮的去除率排在前3位的是水雍菜、矮化芦苇、美人蕉。矮化芦苇对亚硝酸盐的去除率最高,为55.391%，其他植物均小于50%。6种植物对总磷、CODMn的去除率均小于50%。

三、讨论

带介质的植物成活率及平均生长率比不带介质的植物高，而且带介质的植物对水质的净化效率也比不带介质的高。将植物不带介质种植于小水体试验箱中，水质对植物的生长有一定的抑制作用，可能因为试验箱水体对于植物的生长有一定的胁迫作用。池塘养殖用水采自汾河流域清徐段，为硫酸盐型水体，硫酸盐含量约700毫克/升，总含盐量约2 000毫克/升，远大于一般水体指标。而带介质植物能更好地适应该环境，说明在植物生长过程中，介质对植物起到了一定的保护作用。小砾石是一种“生态砾石”，是人工湿地的一种天然填料，有一定的空隙率，放置在水中对水体一些成分有一定吸附作用和去除作用，所以该介质能缓解高盐度对植物的胁迫作用，降低因盐度过高而造成的植物渗透作用。该介质因有一定的孔隙率，在其表面附着微生物形成生物膜，可分解有机物、去除氨氮等。此外，在植物生长过程中，介质与植物根系相作用形成微生态小环境，有益微生物促进植物营养吸收与水质营养盐转化。所以带介质的小水体试验箱里的植物能更好地适应水体而生长。刘晓静等(2021)在水生植物耐盐性及其在滨海湿地生态修复应用中也表明水生植物是水生态系统的重要组成部分，其生存分布受到水体盐碱度的限制。渗透调节是水生植物获得耐盐性的重要方式，介质对盐胁迫有一定渗透调节作用，使得植物对水体有一定的耐盐性。且随着时间的延长，介质周围形成微生态小环境，微生物同样对污染物有一定的降解作用。尤其在去氮方面，虽然水生植物可直接吸收，但是硝化与反硝化作用依然为主要去除机制，其占比最高可达90%。

四、小结

本研究表明，带介质的植物在硫酸盐型盐碱水环境下均能生长，但是不带介质的植物在同样的水环境下生长率低(长势差)，有的植物甚至出现死亡，净化效率也相对偏低。介质及其形成的微生态小环境对植物的盐胁迫起到了一定的保护作用。在硫酸盐型盐碱水环境下的鱼菜共生、生物浮岛等生态修复中，水生植物的种植可以适当带上介质。