常绿水生植物冬季对富营养化水体净化效果研究

居 萍，徐顺飞，李良俊，卢 燕，宋天赐

(1.扬州市职业大学，江苏扬州 225002；2.扬州大学，江苏扬州 225009)

氮磷超标引起的水体富营养化是目前普遍面临的问题，水生植物对于水体中氮、磷的富集有明显的效果。近年来，利用水生植物和陆生植物浮床等植物修复技术治理富营养化水体已取得一定效果。但已有的研究多为冬季枯死或休眠植物，而且多为单一种植，常绿植物单一种植以及常绿植物组合种植对冬季富营养化水体净化的研究较少，至今鲜见研究某一植物单独种植和其他植物混合种植净化效果的比较。该研究选用冬季常绿型水生植物分别单独种植和混合种植，比较分析其对富营养化水体的净化效果，以期为解决植物修复水体的周年循环问题和满足湿地植物景观冬季观赏提供一定参考。

1 材料与方法

选用香菇草()和石菖蒲()2种常绿水生植物。试验材料洗净根系后在自来水中驯化7 d，栽培用水和底泥取自扬州市职业大学校园池塘中。

试验设计。试验于2020年10月26日—11月30日在扬州市职业大学园林园艺生态实训基地自然条件下进行，但对试验场地进行了避雨处理。

试验设4组(3个处理，1个对照)，处理1(T)为香菇草单独种植，处理2(T)为石菖蒲单独种植，处理3(T)为香菇草+石菖蒲组合种植，以不栽植植物的底泥和水样为对照组。将驯化好的植物用蒸馏水洗净并用吸水纸吸干水分后称重，其中T称重香菇草60 g，T称重石菖蒲60 g，T称重石菖蒲和香菇草各30 g。种植容器为50 cm×30 cm的塑料桶，每桶装入底泥6 kg，植物种入后放入取自池塘的水，每桶放水5 L，每组设3个重复。

采样。10月26日种植，14 d植物恢复生长后开始取样，每7 d取样一次，取样时间为当天08：00，取得的水样立即带入实验室分析水样中的TN、TP，每7 d一次用蒸馏水补充蒸发和植物蒸腾所散失的水分。底泥在试验开始和试验结束各取样一次，风干后分析测定TN和TP，在试验结束后，将植物全部取出洗净，用吸水纸吸干水分后称重。

指标测定。水样浊度用SGZ-200BS便携式浊度计测定，水样TN用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，水样TP用钼酸铵分光光度法测定，底泥中的TN用凯氏定氮法测定，TP用钼锑抗比色法测定。去除率计算公式为去除率=[(-)]×100，式中，为试验开始时水体中污染物的浓度；为第天时水体污染物浓度。

所有数据经Excel和SPSS 16.0软件进行处理分析并用Duncan进行多重比较。

2 结果与分析

浊度是水质测定的一项重要物理指标，浊度越高，水越浑浊，水质越差。不同植物种植方式水体的浊度变化见图1。从图1可以看出，10月26日—11月30日3个处理组和对照组水体的浊度都出现下降趋势，但对照组水体浊度的下降趋势慢于3个处理组。至试验结束时，对照组水体的浊度仍有71.9 NTU，T、T、T的浊度分别为32.0、54.3、48.0 NTU，3个处理对水体浊度净化作用分别为T>T>T，分别比初始浊度(108.5 NTU)降低70.5%、55.8%、50.0%。

图1 不同处理水体浊度的变化Fig.1 Change of turbidity in different treatment water

从图2可以看出，随着处理时间的延长，各处理的TN浓度均有不同程度下降，T、T、T水体中TN浓度始终低于对照，且3个处理在11月9日测定的水体中TN浓度明显低于10月26日的浓度，由最初的8.990 1 mg/L分别下降为2.752 3、3.526 5、3.125 3 mg/L，此后水体中TN浓度下降缓慢，至试验结束时，3个处理水体中的浓度分别为1.097 4、2.697 1、1.554 3 mg/L；对照组中，由于各种微生物及其他因素作用，水体中TN浓度也由8.990 1 mg/L下降至6.863 7 mg/L。

图2 不同处理水体中TN浓度的变化Fig.2 Change of TN concentration in different treatment water

从表1可以看出，3个处理在不同阶段对水体中TN均有去除效果，尤其在植物恢复生长后的第一次测定，T、T、T水体中TN去除率分别为69.4%、60.7%和65.2%。分析比较3个处理最终对水体中TN去除率发现，经过35 d的处理后，T的去除率最高，达87.8%，其次是T和T，去除率分别为82.7%和70.0%；对照组水体中的TN浓度虽有缓慢下降，但变化不大；对于水体中TN的去除率，除了T和T之间差异不显著，其余处理之间差异均达极显著水平。

表1 不同处理对水体中TN的去除率

从图3可看出，3个处理中水体的TP浓度变化趋势与TN浓度变化趋势相似，随着时间的延长，TP浓度均有不同程度下降，T和T下降趋势较明显，由最初的1.005 0 mg/L分别下降为0.208 8、0.218 8 mg/L，其次为T，试验结束时水体中的TP浓度下降至0.339 8 mg/L，3个处理水体中的浓度均低于对照处理水体的浓度(0.765 1 mg/L)。

图3 不同处理水体中TP浓度的变化Fig.3 Change of TP concentration in different treatment water

从表2可以看出，3个处理在不同阶段对水体中TP均有一定的去除作用，与对TN的去除率不同的是，植物恢复生长后的第一次测定，T、T、T去除率不高，分别仅为34.8%、51.4%和43.7%，而后多次取样测定并计算，去除率不断上升，至试验结束时，T、T、T对水体中TP的去除率分别为78.8%、67.0%和79.2%，与对照都达到极显著差异，T和T间差异不显著，但T和T、T和T之间均差异显著。

表2 不同处理对水体中TP的去除率

在富营养化水体中，一般来说，底泥与上覆水中的氮磷营养盐处于一个动态平衡状态，因此研究水生植物对富营养化水体的净化作用时，底泥中的TN和TP也是重要的分析指标。

从图4可以看出，至试验结束时，T、T、T底泥中的TN含量分别由初始时的2.059 g/kg分别降为0.629、1.289、1.092 g/kg，降低幅度为69.5%、37.4%和47.0%;对照组底泥中的TN含量降至1.563 g/kg，降低24.1%。说明水生植物在冬季生长期间利于降低底泥中的TN含量。从各处理对底泥中TP含量的影响(图5)可以看出，T底泥中TP含量由最初的40.396 g/kg上升为40.612 g/kg，增幅为0.53%；T和T底泥中的TP含量虽然下降，由最初的40.396 g/kg分别下降为39.831 和40.126 g/kg，但下降幅度很小，分别为1.40%和0.67%。

图4 不同处理底泥中TN含量的变化Fig.4 Change of TN content in sediment with different treatment

图5 不同处理底泥中TP含量的变化Fig.5 Change of TP content in sediment with different treatment

经过35 d的试验，用于净化水体的植物在感官形态上有了较大的变化，所栽培植物全部成活，且长势旺盛，总生物量明显增加。从图6可看出，在试验结束后，T植物鲜重增加最大，由最初的60 g增加至426 g，净增加366 g，增加了6.10倍；其次是T，由60 g增加到326 g，净增加266 g，增加了4.43倍；T由60 g增加至121 g，净增加61 g，增加了1.02倍。

图6 不同处理植物鲜重的变化Fig.6 Change of fresh weight of plants with different treatment

3 讨论

该试验研究常绿水生植物冬季对富营养化水体的净化作用，并比较水生植物单独种植和混合种植的净化效果。从植物造景的艺术性角度来看，香菇草较为铺散的横向性生长和石菖蒲直立生长特性形成了方向和质感上的对比，而香菇草叶片浅绿色和石菖蒲深绿色又形成了颜色上的对比，符合植物造景形式美法则。

生长旺盛、鲜重增加较快是决定水生植物水质净化能力的一个十分重要的因素，水生植物旺盛生长，光合作用强，使水中溶解氧浓度保持充足，能加快悬浮物的分解，从而使水体富营养化下降。在35 d中香菇草的鲜重净增366 g，增加了6.10倍，这与金树权等将水质氮、磷去除率与水生植物净增生物量的相关性分析研究结果一致，金树权等研究的香菇草对水体TN、TP的去除率分别为91.8%和79.1%，高于该研究的去除率，这与冬季温度低、植物代谢慢有关。徐秀玲等在不同水生植物对富营养化水体氮磷去除效果比较研究中也发现水生植物生长旺盛、生物量大对氮、磷的去除效果好。

底泥是富营养化水体主要的内源污染源，内源污染指的是在阻止了外部污染后，水体与水体沉积物之间的物质交换过程中，沉积物在扰动情况下再次向水体释放营养物质改变水质产生富营养化的现象。该研究中，香菇草单独种植使栽植底泥的TN下降、TP 上升，是因为香菇草旺盛生长，根系非常发达，可直接从与底泥吸收氮素营养，从而降低了TN；TP上升是因为水体中悬浮物慢慢沉积并被植物根系固定，从而导致底泥中TP含量增加。由于石菖蒲鲜重增加量比香菇草小，因此对底泥中TN的吸收效果不如香菇草明显，香菇草和石菖蒲混合种植对底泥中TN的效果介于2种单独植物之间。

在该试验的3个处理中，通过分析各项试验指标，以香菇草对富营养化水体净化效果为最好，其次为香菇草和石菖蒲混合种植，但考虑水体造景的美学性以及植物选择多样性，建议选择香菇草和石菖蒲混合种植作为冬季水体富营养化水体净化植物的选择。

4 结论

(1)从净化富营养化水体效果看，以香菇草单独种植效果为最好，至试验结束时，使水体浊度下降70.5%，对水体中TN、TP的去除率分别为87.8 %和78.8%；其次是香菇草+石菖蒲混合种植，使水体浊度下降55.8%，对水体中TN、TP去除率分别为82.7%和79.2%；而石菖蒲单独种植，使水体浊度下降50.0%，对水体中TN、TP去除率分别为70.0%和67.0%。

(2)水生植物生长旺盛、生物量增加快对水体中氮、磷的去除效果好，在35 d中香菇草的鲜重净增366 g，增加了6.10倍。

(3)底泥也是富营养化水体污染源之一，植物根系可直接从底泥吸收营养，但随着时间的延长，植物根系固定营养从而会导致底泥中TP含量增加，因此需要及时剪除一部分水生植物，一是防止植物将营养固定于底泥中，二是防止植物生长过密影响造景效果。

(4)考虑水生植物造景的美学性以及植物选择多样性，优选香菇草和石菖蒲混合种植作为冬季水体富营养化造景材料。