沉水植物对景观水体质量影响的研究

2022-03-13张友德徐欣戴曹培何建军

安徽农学通报 2022年4期

张友德徐欣戴曹培何建军

摘要：为研究种植沉水植物对景观水体的净化效果，以滨湖国家森林公园中某一典型封闭景观水体为试验区，种植苦草、黑藻、狐尾藻3种沉水植物，经一段时间的运维管理，定期检测水体化学需氧量（COD）、总磷（TP）、氨氮（NH4+-N）含量及水体透明度，探究沉水植物种植对景观水体的影响。结果表明：在多种沉水植物吸收下，试验区的水质有明显的改善，水体透明度提高5.3～8倍，水体中化学需氧量去除率在27%～64%，总磷去除率在74%～87%、氨氮去除率在3%～37%。

关键词：沉水植物;水质改善;景观修复

中图分类号 S682.32 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）04-0125-03

Abstract： In order to study the effect of planting submerged plants on landscape water， a typical closed landscape water body in Binhu National Forest Park is taken as the test area. Three submerged plants， bitter grass， black algae and foxtail algae， are planted in the test area. After a period of operation and maintenance management， the contents of water chemical oxygen demand （COD）， total phosphorus （TP）， nitrogen and ammonia （NH4+-N） and water transparency are regularly detected， To explore the influence of submerged plant planting on landscape water body. The results show that under the absorption of a variety of submerged plants， the water quality in the experimental area has been significantly improved， and the water transparency has increased by 5.3-8 times. The removal rates of chemical oxygen demand， total phosphorus and nitrogen and ammonia in the water are 27%-64%， 74%-87% and 3%-37%.

Key words： Submerged plants; Water quality improvement; Landscape restoration

1 引言

景观水体是人居水生态的重要载体，是区域内生态发展布局及人居环境改善的主体。由于城市景观水体大多存在水体深度较浅、流速低及水循环不畅等问题，故修复净化能力较弱[1]，COD、TN、TP等含量较高，富营养化等问题比较严重[2]。近年来，大多研究针对自然河湖水体开展，而对景观水体水质改善的研究较少，尤其是人工景观水体水质治理与修复的研究极少。因此，有必要对改善景观水體水质进行系统性的研究。

本研究以合肥市滨湖国家森林公园的一处景观水体为试验区，种植沉水植物，检测分析沉水植物对景观水体质量改善的效果，为同类景观水体问题的治理与研究提供借鉴。

2 材料与方法

2.1 试验点概况试验地位于滨湖国家森林公园内的一处典型的景观水体，水体总长约150m、深1m、宽10m，底泥厚度为15～20cm。试验区此前是一处金鱼塘，管理方使用水泵间歇性从周边补水。

2.2 水体状况

2.2.1 内源性问题（1）流动性不强。水体呈封闭状态，（2）底泥有机物含量高，水体氮、磷浓度偏高，COD处于高位水平。现场采样分析结果表明，水体的氨氮、总磷明显高于池外水体，其中氨氮浓度处于地表水环境质量标准V类水平，接近劣V类水平;目前磷处于地表水环境质量标准的IV类水平。

2.2.2 外源性问题（1）水体浊度大，透明度低。金鱼投放过多，搅动底泥，水体透明度低于0.2m，浊度超过200mg/L，水体视觉感官较差。（2）投放饲料过多，造成水体富营养化问题。养殖金鱼的饲料投放过剩，在水体中引起氮磷含量偏高的问题。（3）枯枝落叶在水底沉积腐化。园区树种以白杨为主，秋冬季白杨凋落物沉入水底腐化，从而造成水质的恶化。

2.2.3 其他问题（1）水体溶解氧不足，水生态平衡破坏。现场监测发现水池溶解氧在2～3mg/L以下，部分区域甚至低于2mg/L。由于溶解氧不足，导致池内处于缺氧状态，加上水体与外界封闭，流动性差，水体自净能力弱，水生态失衡，水质恶化。（2）沉水植被覆盖度低，水体自维持能力弱。通过底泥采集分析，发现水体底部沉积大量枯枝落叶，未见沉水植物，浮游植物和浮游动物种群多样性、种群密度均低于外围巢湖水体，水体生态系统脆弱，自我净化能力差。

2.3 试验方法种植前先对水塘进行预处理，做底泥改良，用高效微生物菌剂对底泥进行修复处理，为沉水植物种植提供所需要水环境。微生物菌剂是一种由无公害、无污染、无激素的绿色环保微生物制成的产品，是为了针对水环境治理研发的微生态制剂，由微生物菌种、生物酶和营养物质配制而成，主要用于轻污染水体，以提高水体透明度，改善水面清洁度，提升水体自净能力[3]。底泥处理后，通过潜水泵进行灌水（20～30cm），进行水生植物栽植，待种植完毕15d左右进一步回灌至原水位。在3月底完成底质改良任务，并于3月26日进行取样测量记录COD、TP、NH4+-N、透明度数据。

选取3种本土常见沉水植物矮生苦草、黑藻、狐尾藻作为试验材料，以苦草为先锋植物，黑藻和狐尾藻作为景观点缀[4]，于4月3—4日进行矮生苦草、狐尾藻、黑藻的种植扦插工作，其种植密度分别设置为40株/m2、9丛/m2、12丛/m2。从第1次取样开始至6月，每10～20d，对水体中的COD、TP和NH4+-N、透明度等4个指标进行取样检测，描述沉水植物种植对水体的净化作用。种植示意图如图1所示。

2.4 水质检测在池塘水下40cm同一深度且不同位置进行取样，各取500mL用于检测，共设置4个取样点，通过定期取样和检测各项指标，比较水质变化趋势，分析沉水植物对水体的净化效果。测量方法如表1所示。

3 结果与分析

3.1 沉水植物对景观水体COD的去除效果从图2可以看出，沉水植物对COD浓度整体呈下降的趋势，且在5月20日时所有取样点均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准，以4月30日至5月20日的下降幅度最大。其中，取样点2的去除效果最佳（去除率64%），取样点3效果最差（去除率27%）。此外，取样点1的COD浓度，从初始测量的28mg/L降低到16mg/L，去除率为42%，取样点4的COD浓度从31mg/L降低到20mg/L，去除率为37%。从5月20日起COD出现反弹，变化规律不明显，但仍在一级标准范围内。

由此可见，由于沉水植物会吸收水体中的无机碳进行各个生理活动[5]，且沉水植物根系的有机物也能促进有机物的分解，故沉水植物种植过程会吸收水体中的COD，使COD含量下降[6]。但由于沉水植物会出现腐烂现象，产生新的有机物质溶入水中，加上温度的降低，微生物活性減弱，使得净化效果降低，COD浓度反弹[7]。

3.2 沉水植物种植对水体的总磷的影响从图3可以看出，沉水植物对磷污染物的去除效果明显，4月9日池塘各取样点的TP达到的一级A标准，之后一直维持。试验最初的5d，TP的浓度显著下降，尤其是取样点1、2、4的效果最佳，TP去除率分别达到87%、84%、83%。池塘各取样点的TP浓度均下降较快。试验4月30日后各取样点TP浓度相对于最初5d浓度下降幅度减缓，略有回升。与一些研究相一致，水体的强氧化性在促进磷的化学沉淀及沉降吸附有较为明显的作用[8]，黑藻与狐尾藻的叶片在近水面处形成茂密的上冠层，因此其所在塘的生物量集中在水面处，使其对水中磷的吸收具有优势[9]，这也是对磷去除率较高的原因之一。此外，磷是沉水植物结构组分元素，也是植物光合作用必不可缺的主要元素之一，因此沉水植物生长过程中需要大量吸收水体中的磷元素，同时消耗一部分磷进行光合作用，从而导致水体TP浓度下降[10]。

3.3 沉水植物对水体氨氮含量的影响由图4可知，各取样点的NH4+-N浓度整体呈下降趋势。沉水植物种植3个月后，取样点1的NH4+-N浓度由0.48mg/L降低到0.41mg/L，氨氮去除率为17%;取样点2的NH4+-N浓度从0.42mg/L降低到0.39mg/L，去除率为8%;取样点3的NH4+-N含量降低幅度最大，由0.56mg/L下降到0.37mg/L，下降0.19mg/L，去除率为34%;取样点4的NH4+-N浓度由0.53mg/L降低到0.50mg/L，去除率为3%。其中，取样点3的NH4+-N下降幅度最大，水体NH4+-N由三级标准达到二级标准。

氨氮的去除一部分通过植物吸收和挥发作用去除[11]，大部分则是通过附着微生物硝化作用和反硝化作用的连续反应去除[12]，在本试验初期池塘的氨氮浓度下降幅度较大，一直到试验结束氨氮浓度一直处于降低趋势。

3.4 沉水植物对水体透明度的影响由图5可知，通过3个月的种植，各取样点的透明度随检测进度随持续升高。取样点1的透明度从11cm提高到69cm，提高5.3倍;取样点2的透明度从9cm提高到59cm，提高5.6倍;取样点3的透明度从7cm提高到63cm，提高8倍;取样点4的透明度从10cm提高到66cm，提高5.6倍。沉水植物可以作为减缓水流速度和风力的抑制器，并且通过自身根部，固定沉积物，抑制再悬浮[13]。同时，沉水植物还可作为悬浮物的捕获器，促进沉降，进而提高景观水体透明度[14]。

4 结论与讨论

4.1 结论种植沉水植物对改善景观水体水质的效果明显。沉水植物在景观水体中通过吸收、吸附、硝化和反硝化等作用削减了COD、TP、NH4+-N浓度，对其去除率分别达到27%～64%、74%～87%、3%～34%。此外，沉水植物还通过促进沉降、抑制再悬浮的方式固定悬浮物，使水体透明度大幅提升，可视范围提升幅度为5.3～8倍。

4.2 讨论由于试验条件的限制，本试验还存在不完善之处，希望在以后的相关研究中能考虑以下几点问题：（1）本试验研究集中在1—6月，需考虑秋季和冬季2个季节，沉水植物对水体中污染物去除效果的研究。（2）本试验只对苦草、狐尾藻和黑藻3种沉水植物的净化效果研究，可以进一步优化设计不同沉水植物搭配组合，探讨对水体中污染物去除效果。（3）本试验仅对COD、氨氮、TP及透明度4个水体指标数据进行研究，需考虑将BOD5、重金属、总氮（TN）等纳入衡量水质指标范围，完善沉水植物对水体净化效果研究体系。

参考文献

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