小群落水生植物在受污染园林生态环境修复中的应用

景文东

（廊坊市园林绿化事务中心，河北廊坊 065000）

近几年，我国工业化进程加快，生态环境污染问题日渐凸显。对受污染的生态环境进行合理化修复，成为环境污染研究的重点内容之一，其中生物生态方法热度最高。陈定州[1]研究湿地植物对人工湿地生态环境的修复作用，分析湿地植物的修复类型，根据湿地植物在水环境中的作用，分析有机物与无机物的修复。彭文韬[2]研究水生植物在水生态环境修复工作中的应用，分析水生植物特性，提出水生植物在水生态修复应用中的注意事项。以上研究均以仿生学理论为参考，致力于增强自然界的自净和恢复能力，使受污染的生态环境恢复到标准水平以上，是在最大程度保护生态环境基础上得到的较合理的治污思路。利用小群落水生植物对水体进行修复是一种生物生态污水处理技术，能对水体污染起到很好的修复作用[3]。

水生植物生命周期长，生长速度较快，通常扎根于水底，拥有较发达的根系，可吸收水体中大量的污染物和有机营养物质，是水体最主要的污染输出通道[4]；对一些藻类起到抑制作用，改善水质；可为其他生物提供食物来源；将光合作用吸收的氧气从叶片传输至根部，形成有氧环境，为其他生物提供良好的生存空间。水生植物可在很大程度上实现受污染水体的修复，但不同种类水生植物的修复效果及其对环境的要求均有较大差别。在实际修复工程中，应根据当地实际情况，进行合理、科学的选择，以达到对受污染水体最大程度的修复和净化。本研究以河北廊坊市某受污染的生态园林为例，对生态园林中的小群落水生植物进行研究，提出多种水生植物选择方案，可为相似生态环境下的水生植物选择提供参考。

1 园林生态环境综合污染指数

水质综合污染指数是一种水环境质量评价方法，通过对水质污染程度进行分级，反映水质污染现状。水质综合污染指数（P）的计算公式为[5]：

式中，Pi为某污染物的分指数；Ci为污染物实测浓度；Si为相应类别标准值；n为评价指标的项目数。水质标准值取GB 3838-2002[6]中的Ⅲ类标准值（表1）。选取溶解氧、氨氮、总氮、总磷、高锰酸盐指数和化学需氧量6 个项目进行综合污染指数评价，以此进行水质分级[7]。

表1 水质分级表Tab.1 Water quality classification

2 小群落水生植物生态环境修复机理

2.1 小群落水生植物的作用

目前，水体污染是园林生态环境中最显著的问题之一，治理受污染的水体是修复工程中非常关键的一步。在修复受污染的园林生态环境过程中，小群落水生植物的物理作用起到非常关键的作用。其呼吸作用可沉降水中大量的漂浮污染物[8]，达到净化水体的目的；其发达的根系深深扎根于水底土壤中，可固定土壤，减少河道流沙的发生。

水生植物对于水体富营养化和重金属污染也起着非常重要的修复作用[9]。水生植物可通过滋生微生物的方式分解营养物质，有效降低水体中过盛的营养物质，使水体平衡发展；其根、茎和叶等部位可吸收和蓄积水体中的重金属元素[10]，有效吸附水中的重金属污染物。

2.2 小群落水生植物选择依据

2.2.1 基本依据

生态环境、气候条件等因素均会影响水生植物的生长及生态修复效果。应从当地生态环境实际情况出发，结合水质进行水生植物的选择；以适应当地气候条件为主[11]，结合当地的地势条件和土壤类型，选择与之相适应的水生植物。根据当地生态环境，繁育适合当地的水生植物[10]，并科学引进实用性强、生长力强的品种，在不破坏原生植物生长条件的前提下协调发展，共同修复受污染的环境[12]。选择的水生植物应具有一定的观赏和经济价值，在提高受污染水体水质的同时，提高当地园林景观文化和综合应用价值[9]。

2.2.2 不同面积和不同污染园林环境水生植物选择

种植水生植物，需结合植物种类和景观整体要求[13]。针对面积较大的园林生态环境，在进行水生植物选择时，应较多地考虑远观效果。芦苇（Phragmites australis）、荷花（Nelumbo nucifera）等水生植物体内有发达并相通的气腔，适合密集种植，在视觉上给人一种大气的感觉，在有效吸收水中悬浮污染物的同时起到很好的装饰作用，较适合在面积较大的园林中种植。

针对小面积园林生态环境，水生植物选择需着重考虑近观效果，全面考虑水生植物的颜色、形态和高度；可充分运用水体的镜面作用，进行巧妙地设计，使小面积景观展现出更细腻的效果。香蒲（Typha orientalis）和千屈菜（Lythrum salicaria）等水生植物的体积较小，颜色艳丽，可在小面积园林生态环境中种植，达到增加园林绿化景观效果并实现生态修复的目的。

对受污染水体进行深入研究，确定具体的受污染种类，才能有针对性地选择水生植物[14]。针对重金属污染较严重的园林环境，可选择根系较发达的挺水和沉水植物；针对悬浮污染物较多的园林环境，可选择荷花、凤眼蓝（Eichhornia crassipes）等对悬浮污染物有较强吸附和降解作用的水生植物；针对富营养化的园林环境，可选择浮萍（Lemna minor）等可吸附有机营养物质并分解多种有机污染物的水生植物。

2.3 小群落水生植物的维护

根据不同种类水生植物的生长要求，控制光照和温度条件，营造适合的生长环境。水生植物在低氧环境下对阳光的要求较高，光照不充足时会出现大面积死亡。温度对于水生植物来说是一个非常重要的生存条件。温度适宜的环境下，水生植物能健康生长，发挥出最大的修复作用；温度不适宜时，水生植物的光合作用降低，化感能力减弱，影响园林的整体修复效果。一般水生植物生长的适宜温度为10 ～30 ℃，5 ℃以下或30 ℃以上会停止生长。

3 水生植物在受污染园林生态环境中的应用

3.1 试验园林环境介绍

以受污染园林生态环境为例，分析小群落水生植物的修复作用。试验地点为河北廊坊市某生态园林（116°63′～116°64′E，39°53′～39°54′N），面积为2 378 m2；四季分明，旱季、雨季分明；夏季多为高温天气，降水较少；冬季气温多在0 ℃以下，风大、气候干燥。该地土壤以褐土为主，受污染水体影响，pH值为7.7 ～8.5；河道土壤中的有机物含量偏高，富营养化现象突出。河道断面中，淤泥层厚1 ～2 m，含有砾中粗砂层；部分河道含有泥质，厚度约2 ～5 m，属于相对透水层。该地汇聚多家大型工厂，废水直接排向河道，加上周围居民的生活污水，使得河道垃圾多，严重污染了水中的植物和动物。2015 —2019年，该生态园林的水质综合污染指数呈上升趋势，属中度污染。

表2 河北廊坊市某生态园林2015—2019年水质数据Tab.2 Data of water quality in an ecological garden in Langfang city,Hebei from 2015 to 2019

3.2 试验园林原生态植被现状

该园林的生态植被种类单一，漂浮植物仅有浮萍；挺水植物以芦苇为主，荷花较少，覆盖面积较小；沉水植物有4 种，分别为微齿眼子菜（Potamogeton maackianus）、马来眼子菜（Potamogeton wrightii）、大茨藻（Najas marina）和黑藻（Hydrilla verticillata）（表3）。水生生态群落单一，缺乏层次感；浮萍的占地面积最大（19.99%），黑藻的占地面积最小（4.95%），各类植物分布不均衡（图1）。由于园林生态环境杂乱不堪，河道污水较严重，水生植物受到污染，覆盖率不佳，环境受到较严重的破坏（图2）。除重金属污染外，水体中氮等营养物质含量较高，水体富营养化较严重，部分水生植物呈腐烂状态；pH值较适合浮萍生长，浮萍大面积聚集，在整体水生植物中占比较高。

图1 园林生态环境植被覆盖情况Fig.1 Vegetation coverage of garden ecological environment

图2 园林生态环境水体受污染情况Fig.2 Water pollution of garden ecological environment

表3 试验园林主要水生植物群落分布Tab.3 Distribution of main aquatic plant communities in experimental garden

3.3 试验水生植物的选择

根据上文所述的水生植物选择依据，结合该地区的气候条件等影响因素，针对受污染的园林生态环境采用4 类12 种水生植物进行修复（表4）。2020年1月，对受污染的园林生态环境进行修复。

表4 适用于试验园林的4类12种小群落水生植物Tab.4 4 categories and 12 small groups of aquatic plants suitable for experimental garden

3.3.1 挺水植物

挺水植物的茎和叶都在水面以上，这类植物喜阴暗，多生长在阳光照射不到的地方，化感能力较强。在受污染的生态环境中，挺水植物的根部能从底泥中吸收营养元素，降低底泥中的营养物质含量；通过水流阻尼作用，沉降水体中的悬浮物；可吸收大量悬浮的污染物和重金属，在满足自身生长需求的同时净化水体。

园内已有芦苇与荷花两种挺水植物，均可有效吸收铅、硫酸盐等物质，还可吸收大量的悬浮污染物；在此基础上，结合该地区气候条件，选择慈姑（Sagittaria trifoliavar.sinensis）和菰（Zizania latifo⁃lia）两种挺水植物。慈姑发达的根系可吸收大量重金属污染物；园内水体中的的氮、磷含量较高，需要菰对其进行有效吸收。园林内已有荷花数量较少，在原有荷花品种基础上，增加种植数量。

3.3.2 沉水植物

根、叶和茎全部都在水面以下生长的植物为沉水植物。沉水植物的整个植株均在水中，在氧含量较低的水中，仍能健康生长；其根和叶均能积蓄一定的重金属，吸收水中污染物。沉水植物的光合作用在水面以下完成，可提高有机营养物质的分解速度；对于水体中包含的营养物质还起到平衡作用，给其他生物的生长提供较大的空间。结合沉水植物特点及当地生态环境，园内已有微齿眼子菜、马来眼子菜、大茨藻与黑藻4种沉水植物，可达到吸收受污染水体中重金属污染物的目的，因此，不再添加沉水植物。

3.3.3 浮叶植物

浮叶植物是一种根、茎生长在泥中，叶片浮于水面的水生植物。其根、茎发达，可通过竞争养分，降低水体中营养物质的浓度，对水面风浪有较强的适应能力。目前，园区内尚未种植浮叶植物。与其他水生植物相比，浮叶植物的积蓄能力不是很强，但有些种类对特殊重金属有较好的积蓄能力。菱（Trapa bispinosa Roxb）和苹（Marsilea quadrifolia）对镉和铅有较好的积蓄效果。园内水体中的的镉和铅含量较高，培育这两种浮叶植物可有效改善水体中重金属含量高的问题。

3.3.4 漂浮植物

与挺水植物一样，漂浮植物的光合作用也在水面以上完成。这类植物有发达的根系，深深扎根于底泥中。这类植物的吸附能力也较强，通过根、叶对重金属进行积蓄，可大量吸收水体中的有机营养物质和危害较大的有毒物质，可用于修复重金属废水。这类植物有非常顽强的生命力，是理想的修复植物。

结合该地区气候特点，选择的漂浮植物为凤眼蓝。凤眼蓝对漂浮的污染物可实现非常明显的降解效果。与此同时，减少原有浮萍的数量，使各个水生植物的分布达到均衡状态。

3.4 修复效果分析

经过一段时间的治理，该受污染园林的生态环境得到了很大改善。修复前，由于水体受污染严重，几乎没有动物在这里生存；开展修复工程后，种植了多种水生植物，提高了水体的含氧量，动物数量迅速增加，多种鸟类在此繁衍生息，园林环境得到了很大程度的提升。2021年1月，对受污染园林的水质进行调查，水质的综合污染指数为0.39，水质较好，与治理前相比明显下降。取未修复时期（2019年12 个月）的水体样本与修复后的水体样本（2020年12 个月），对其中的氮含量与pH 值进行检测并对比。

3.4.1 修复前后水体pH值对比

pH 值可用来衡量受污染水体中氢离子活度的负对数，天然水体正常的pH 值为6.5 ～8.5，当pH 值出现较大波动时，可判断该水体受到污染。对修复前后两年的水体分别采样观察（图3）。经过1年的修复，该地区水体的pH 值控制在7.0 ～8.0 之间，没有出现较大的波动，说明水体的pH 值处于相对平稳的状态，没有出现再次污染的情况。

图3 修复前后水体pH值对比Fig.3 Comparison on pH value of water body before and after restoration

3.4.2 修复前后水体氮含量对比

氮是生态环境中不可或缺的一部分，总氮含量可反映水体的受污染程度。水体中氮的含量在1.0 mg/L 以下为正常值，超过这个值，可判断该水体受到污染。采集修复前后两年的水体样本，对氮的含量进行对比分析（图4）。通过种植菰等小群落水生植物，有效吸附了水体中的氮，氮含量控制在0.9 mg/L以下，保持在合理范围内，修复了受污染水体，维持了生态平衡。

图4 修复前后水体氮含量对比Fig.4 Comparison on nitrogen content of water body before and after restoration

4 讨论与结论

水生植物可起到一定的修复作用，具有成本低、见效快和实现简单等优点。以河北廊坊市某受污染的生态园林为例，在对该园林的水体环境、土壤特征、气候条件及原生态植被现状进行分析的基础上，选择合适的水生植物对其进行修复，研究水生植物对受污染生态环境的修复作用。选择合理的小群落水生植物，可改善水体环境，使受污染环境得到明显改善。种植水生植物1年内，水体的pH值控制在7.0 ～8.0，氮含量控制在0.9 mg/L 以下；1年后，水质综合污染指数为0.39，水质较好，起到了一定的修复作用。说明小群落水生植物在受污染园林生态环境修复中有较好的应用价值，可将其应用到其他类型的水体污染环境中。水生植物的去污能力和生命周期有一定限制，还需进行更深入的研究。