李 勇，鄭 壘，顏智勇

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，是世界上施用化肥最多的國家之一。我國的農(nóng)田化肥平均施用水平375 kg/hm2，大大超出發(fā)達國家設(shè)置的225 kg/hm2的安全上限[1-2]；有關(guān)研究表明，我國的化肥施用量很高但利用率過低，氮肥利用率僅為30%～50%，鉀肥為35%～50%，磷肥的當季利用率為10%～20%，剩余大部分隨農(nóng)田排水經(jīng)地表徑流或土壤滲濾進入水體，很容易引起水體富營養(yǎng)化[3-4]。利用水生植物凈化農(nóng)田排水，可以減少氮磷等污染物進入周邊環(huán)境的量，緩解環(huán)境壓力，預(yù)防農(nóng)田排水區(qū)水體的富營養(yǎng)化[5]；還可以針對農(nóng)田進行有效的控水及施肥，提高水資源和肥料利用效率。此外，利用植物凈化成本低，沒有二次污染，還有一定的景觀效應(yīng)[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

根據(jù)文獻資料和對當?shù)刂参镞M行調(diào)查后，選取千屈菜、再力花、梭魚草、菖蒲、香蒲、狐尾藻、水生鳶尾、美人蕉、蘆葦9種植物作為凈化植物。

1.2 試驗設(shè)計

試驗所選植物在移栽之前，均先用自來水洗凈其根部的泥土，以排除其對試驗的影響。選擇高度、體積大體一致的植物，根據(jù)蓋度75%進行栽種，每種植物做2個平行。蘆葦、菖蒲和千屈菜各6株，香蒲和水生鳶尾各8株，梭魚草、美人蕉和再力花各5株，狐尾藻每份約100 g，每種植物都平均分為2份。

將選定的上述植物分別置于18 L的塑料桶中，添加10 L農(nóng)田水，用聚乙烯泡沫板固定，并用保鮮膜覆蓋桶面以減少蒸發(fā)。試驗條件在正常室外光照強度下，考慮到蒸發(fā)量較大，取樣之前用經(jīng)過測定不含氮磷和有機物的自來水稀釋至10 L，取樣點均位于液面以下10 cm處。另用一同樣塑料桶只加農(nóng)田水，不栽植物作為對照。以施完肥后第2天在排水口附近所取的農(nóng)田水為試驗水樣，水中氨氮濃度在1.90～2.05mg/L之間，總氮濃度為3.0～3.25 mg/L，總磷濃度為0.11～0.14 mg/L，COD在20 mg/L左右。試驗時間為2010年8月，試驗周期為14 d，第一次取樣在放入植物1 h之后，其后分別在第4天、第9天和第14天取樣監(jiān)測，最終濃度取平行樣的平均值。各種水生植物的凈化效率為相對于空白無植物凈化系統(tǒng)的污染物去除效率。

1.3 測定指標

測定水樣中的氨氮、總氮、總磷和COD含量。測定方法均按國家標準方法監(jiān)測[7]。氨氮用納氏試劑分光光度法，總氮用堿性過硫酸鉀氧化·紫外分光光度法，總磷用鉬銻抗分光光度法，COD用重鉻酸鉀消解滴定法。

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植物對水體氨氮的凈化效果

各類植物對農(nóng)田排水中氨氮（NH3-N）的凈化效果如圖1所示。經(jīng)過14 d的凈化試驗，無植物空白系統(tǒng)中氨氮濃度降低53.4%，這表明水體本身在沒有植物存在時，也具有一定的自凈能力。水體的這種自凈能力主要源于水體中微生物的吸附作用。由圖1可以看出，各類植物凈化系統(tǒng)對氨氮的凈化效率均明顯高于空白系統(tǒng)，效果較為理想，其中蘆葦、千屈菜和狐尾藻凈化系統(tǒng)的凈化效率分別為42.8%、38.2%、36.6%（去除空白后），效果尤為突出。各類植物對農(nóng)田排水中氨氮的凈化效率是蘆葦>千屈菜>狐尾藻>香蒲>菖蒲>美人蕉>梭魚草>水生鳶尾>再力花。

圖1 水生植物對水體NH3-N的凈化效果

2.2 水生植物對水體總氮的凈化效果

各類植物對農(nóng)田排水中總氮（TN）的凈化效果如圖2所示。試驗期內(nèi)，無植物空白凈化系統(tǒng)中TN減少43.7%。在植物凈化系統(tǒng)中，以蘆葦和狐尾藻凈化系統(tǒng)凈化效果最好，去除空白后，在第14天時對TN的凈化效率分別為47.2%和46.3%，其次是千屈菜和香蒲，分別為44.1%和41.1%，效果較為理想。千屈菜和梭魚草在前4 d對TN的凈化速率較高，而后凈化速率減慢，原因可能是初期污水中營養(yǎng)物質(zhì)充足，植物生長空間寬裕，4 d后桶內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)減少以及生長空間受限抑制了植物的生長，從而導(dǎo)致其對TN吸收減緩。各類植物對農(nóng)田排水中TN的凈化效率蘆葦>狐尾藻>千屈菜>香蒲>美人蕉>菖蒲>水生鳶尾>梭魚草>再力花。

圖2 水生植物對水體TN的凈化效果

2.3 水生植物對總磷的凈化效果

各類植物對農(nóng)田排水中總磷（TP）的凈化效果如圖3所示。無植物空白系統(tǒng)第14天時總磷減少41.7%。在試驗期內(nèi)，除梭魚草和水生鳶尾外，其余植物凈化系統(tǒng)的凈化率均高過空白30個百分點以上。去除空白后，香蒲在第14天時對總磷的凈化效率達49.0%，狐尾藻的凈化效率也達46.0%，效果較好。各類植物對農(nóng)田排水中總磷的凈化效率是香蒲>狐尾藻>美人蕉>蘆葦>菖蒲>再力花>千屈菜>水生鳶尾>梭魚草。

圖3 水生植物對水體TP的凈化效果

2.4 水生植物對水體COD的凈化效果

各類植物對農(nóng)田排水中COD的凈化效果如圖4所示。由圖4可知，各類植物對COD均有一定的去除能力，但在試驗期內(nèi)的COD凈化較為緩慢。試驗期內(nèi)無植物空白凈化系統(tǒng)中COD下降36.7%。水生植物凈化系統(tǒng)中凈化效率最高的為蘆葦，去除空白后，凈化效率達31.1%，其余均在20%左右，凈化效果不如對其他污染物的效果理想。梭魚草對農(nóng)田水中COD的凈化與無植物空白系統(tǒng)無明顯區(qū)別，根據(jù)相關(guān)文獻[8]，推測可能由于光照影響水中溶解氧濃度，導(dǎo)致梭魚草去除效果不明顯，增加曝氣可能會提高其凈化效率。各類植物對農(nóng)田排水中COD的凈化效率是蘆葦>香蒲>千屈菜>美人蕉>狐尾藻>菖蒲>再力花>水生鳶尾>梭魚草。

圖4 水生植物對水體COD的凈化效果

2.5 水生植物對水體污染物的凈化效果

試驗期間，各種水生植物對農(nóng)田排水中污染物的去除效果明顯，表1中列出了各種水生植物相對于空白無植物凈化系統(tǒng)的污染物去除效率。

表1 不同水生植物對農(nóng)田排水中污染物的凈化效率（去除空白） （%）

2.6 水生植物的生物量變化

對所選植物的初始生物量和14 d后的生物量進行測定，結(jié)果如表2所示。從表2中可以看出，在相同水質(zhì)條件下，不同植物生物量的增長量都不同。在初始蓋度均為75%的條件下，14 d后生物量的增加量最大的是美人蕉，增重180 g，其次為梭魚草131 g，蘆葦110 g，最小的是水生鳶尾，只有32 g。對照植物的凈化效果可知，植物生物量的增加與其凈化效率并沒有呈現(xiàn)線性關(guān)系。由此可見，在同類水質(zhì)條件下，在初始生物量相差不大的情況下，植物在相同時間內(nèi)的生物量的增加量顯著不同，與其凈化效率沒有明顯的相關(guān)性。

表2 不同水生植物生物量的變化 （g）

3 結(jié)論

用漂浮栽培方法進行桶內(nèi)植物栽培靜態(tài)試驗，選取蘆葦、美人蕉、香蒲等常見9種水生植物處理農(nóng)田排水，結(jié)果如下：

（1）9種水生植物對氨氮的凈化效率為29.6%～42.8%，對TN的凈化效率為29.3%～47.2%，對TP的凈化效率為25.0%～49.0%，對COD的凈化效率為0～31.1%。植物凈化這些富營養(yǎng)化元素主要是靠吸收作用。

（2）植物在相同時間內(nèi)的生物量的增加量顯著不同，植物間生物量的增加量與其凈化效率沒有明顯的相關(guān)性。

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