单一型植物生态浮岛对乡村河道水质的净化效果研究

郭晖 杜航 廖生烨

(新乡学院生命科学与基础医学学院，河南 新乡 453003)

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.2 试验设计

本试验在生态水箱(45cm×45cm×35cm)放置浮岛单元，浮岛单元由抗风浪型塑料材质的生态浮板，种植篮、种植介质(环保海绵)、连接扣和水生植物等组成。先将花卉市场购买的供试植物根部清洗干净后在自来水中预培养14d；14d后在生态箱装50L水样，将种植篮放入种植孔，每个种植孔栽入单种植物4株，使用种植介质将植物固定在种植篮中，每个处理设置3个重复，并设置对照处理，对照组不种植任何植物。试验在新乡学院校内实验实训中心一楼大厅进行，2021年7月12日开始，10月5日结束，自然蒸发水量用实验室纯净水来补充。

1.3 测定指标与方法

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2013软件和SPSS 13.0统计分析软件进行统计分析和差异显著性检验。并根据式(1)计算污染物去除率(RV)：

(1)

式中，RV为去除率；A0表示试验用水初始浓度；Ai表示第i天浓度。

2 结果与分析

2.1 植物的生长情况

观察发现，10种供试植物在试验水体中长势整体良好，生长健壮。从测量数据来看，在预培养期间长势较为缓慢，放入水样后在7月12日—9月6日期间植物生长速度明显加快，但9月13日以后植物表现出生长减缓或停滞的趋势。主要原因是与水样中营养盐成分含量和温度有关，预培期间自来水中没有营养盐分，培养前期水样营养盐分含量较多，但随着植物的增长对养分需求量的增加，并且9月中下旬气温降低等，导致植物生长减缓或停滞。总体而言，供试植物长势都较好，其中凤眼蓝是漂浮植物，试验过程中不记录其高度。

2.2 不同植物浮岛对污水中化学需氧量(COD)的去除效果

化学需氧量即COD，是用来衡量水中有机物质或水中还原性物质含量多少的一个指标[13]。COD增多会有生物死亡，影响到生态平衡系统，人类一旦长期饮用这样的水源，会出现畸形、突变等严重后果[14]。9周后测得美人蕉、水芹、再力花、凤眼蓝、芦苇、香蒲、慈姑、千屈菜、菖蒲、鸢尾等10种植物浮岛所在水体COD浓度分别为93.05mg·L-1、99.66mg·L-1、100.64mg·L-1、90.12mg·L-1、92.56mg·L-1、91.84mg·L-1、94.52mg·L-1、96.51mg·L-1、91.12mg·L-1、93.95mg·L-1，各组COD浓度相对试验初始值132.11mg·L-1都明显降低，降低范围在31.47～40.99mg·L-1，10种植物对COD的去除率分别为29.6%、24.6%、23.8%、31.8%、29.9%、30.5 %、28.5%、26.9%、31.0%、28.9%。其中，去除率最高的是凤眼蓝，其次是菖蒲和香蒲，10种植物对COD平均去除率为28.5%，而试验对照组COD浓度为110.12mg·L-1，去除率仅为16.6%，明显各种植物生态岛对COD的去除率均高于对照组。由试验数据可知，前3次(8月9日、8月16日、8月23日)取水样计算数据显示，10种植物对COD去除率都比较高，但是在第4次(8月30日)整体有所减缓，从9月6日到试验结束去除率较快，整个过程中所有植物去除率变化趋势基本保持稳定。方差分析，10种植物生态浮岛对污水中COD去除效果与对照组之间差异不显著(P>0.05)，但是每次水样测试，植物生态岛相对对照组而言去除率都要高，说明这10种植物对污水中COD去除效果都好。10种植物对污水中化学需氧量去除效果从强到弱依次凤眼蓝、菖蒲、香蒲、芦苇、美人蕉、鸢尾、慈姑、千屈菜、水芹、再力花。

2.3 不同植物浮岛对污水中总磷(TP)的去除效果

总磷即TP，指水样经消解后，其所含的各种形态的磷转变成正磷酸盐后而测定的结果[15]。磷酸盐增多会导致藻类植物快速生长，影响水对光的散射，使水中含氧量降低，容易导致水生生物死亡，还会导致水偏酸性，危害较大[16]。试验水体TP初始浓度为0.35mg·L-1，9周后测得美人蕉、水芹、再力花、凤眼蓝、芦苇、香蒲、慈姑、千屈菜、菖蒲、鸢尾等10种水生植物所在水体TP浓度分别为0.057mg·L-1、0.069mg·L-1、0.074mg·L-1、0.061mg·L-1、0.071mg·L-1、0.063mg·L-1、0.064mg·L-1、0.066mg·L-1、0.068mg·L-1、0.067mg·L-1，TP浓度均明显减低，分别降低了0.293mg·L-1、0.281mg·L-1、0.276mg·L-1、0.289mg·L-1、0.279mg·L-1、0.287mg·L-1、0.286mg·L-1、0.284mg·L-1、0.282mg·L-1、0.283 mg·L-1，降低幅度范围在0.276～0.293，对TP去除率分别为83.7%、80.3%、78.9%、82.6%、79.7%、82.0%、81.7%、81.1%、80.6%、80.9%，除再力花和芦苇对TP去除率略低于80%，其他8种植物都在80%以上，其中，美人蕉去除率最高，其次是凤眼蓝和香蒲。各植物生态岛对TP平均去除率为81.14%，明显高于对照处理组(去除率40.12%)。由采样数据分析显示，10种植物生态岛对TP的去除呈现先上升后减缓最后至平稳，即在前2次所有植物生态岛去除效果变化呈上升趋势，但从第3次开始逐步降低到第6次，而后开始趋于稳定，一直到试验结束。而对照组前2次去除效果明显，从第3次开始到试验结束去除率变低并且变化趋势基本一致。方差分析，10种植物生态岛对污水中TP去除效果与对照组之间差异性极显著(P<0.05)，去除效果明显。去除效果表现为美人蕉>凤眼蓝>香蒲>慈姑>千屈菜>鸢尾>菖蒲>水芹>再力花>芦苇。

2.4 不同植物浮岛对污水中氨氮的去除效果

3 结论与讨论