李鵬武，楊國(guó)蒙，陳 卓，孫榮國(guó)

(貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

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立體式生態(tài)浮床中植物在水體凈化中的效果分析*

李鵬武，楊國(guó)蒙，陳 卓，孫榮國(guó)

(貴州師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550001)

分析了水污染處理技術(shù)中生態(tài)浮床的重要作用，簡(jiǎn)單對(duì)立體式生態(tài)浮床進(jìn)行說(shuō)明，從立體式生態(tài)浮床去除富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的原理及效果得出，立體式生態(tài)浮床中植物組合的重要性。通過(guò)分析多個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比得出水體去除效果較好的優(yōu)勢(shì)植株，也從多角度說(shuō)明了植物選取的方法及注意事項(xiàng)。

生態(tài)浮床；富營(yíng)養(yǎng)化；水體凈化

近年來(lái)，水污染日益嚴(yán)重，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度加重，水體中大量氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)元素的去除效果成為了科學(xué)研究的焦點(diǎn)。隨著科學(xué)研究認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，經(jīng)過(guò)幾代學(xué)者研究和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上總結(jié)出了多種富營(yíng)養(yǎng)化去除方案，有物理法、化學(xué)法、生物法等。雖然各方案均能降低水體中的部分富營(yíng)養(yǎng)元素，但也有各自的缺點(diǎn)。目前為止，效果最好，成本相對(duì)較低的立體式生態(tài)法備受青睞，立體式生態(tài)浮床集植物組、動(dòng)物組、微生物等一體的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有效去除水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，達(dá)到凈化水體的目的。

1 立體式生態(tài)浮床研究現(xiàn)狀

1.1 生態(tài)浮床簡(jiǎn)介

組合式式生態(tài)浮床就是利用水培技術(shù)，將植物種植于浮床上面，并用基質(zhì)固定；在浮床下面合理墜部分網(wǎng)箱和生態(tài)纖維樹(shù)，網(wǎng)箱中放養(yǎng)水生動(dòng)物，可以增加部分經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)纖維樹(shù)可以提供微生物及細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖場(chǎng)所，由于從上到下成立體形狀，也可稱(chēng)為立體式生態(tài)浮床。浮床通過(guò)吸收水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不僅起到凈化水質(zhì)效果，還能作為水中生態(tài)景觀[1]。生態(tài)浮床主要分為濕式和干濕兩種，植物與水直接接觸的為濕式，不接觸為干濕[2]。因?yàn)楦蓾窀〈膊荒軐?duì)水體進(jìn)行凈化，所以濕式浮床實(shí)際應(yīng)用更為廣泛。

1.2 生態(tài)浮床凈化機(jī)理

植物根系在富營(yíng)養(yǎng)化水體中通過(guò)吸收、吸附來(lái)有效的去除水中的污染物，有些植物在生長(zhǎng)過(guò)程中根系分泌物還會(huì)抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)，植物光合作用釋放氧氣也會(huì)改善水環(huán)境[3]。同時(shí)微生物及細(xì)菌的凈化作用也能去除水體中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及大顆粒物，硝化、反硝化細(xì)菌等也可以去除氮、磷元素[4]。網(wǎng)箱中的水生動(dòng)物處于水體食物鏈的最高層，它可以吃掉水中的一些浮游植物、藻類(lèi)、浮游生物等，這樣人們通過(guò)捕撈就可以使大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)水生動(dòng)物帶離水體。

1.3 生態(tài)浮床凈化效果

立體式生態(tài)浮床同時(shí)將植物、動(dòng)物、微生物及細(xì)菌聚在一起，構(gòu)成了一條食物鏈，使水體中的污染物從不同途徑轉(zhuǎn)換成植物或動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)物，起到凈化水體的目的。在凈化效果研究中，周真明利用空心菜、美人蕉、吊蘭三種植物對(duì)水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，去除效果良好，美人蕉對(duì)總磷去除率達(dá)66.4%，且三種植物都對(duì)藻類(lèi)有抑制效果，空心菜抑制率高達(dá)55.1%[5]。在植物與微生物協(xié)同作用研究中發(fā)現(xiàn)，組合式浮床增強(qiáng)了對(duì)氮、磷吸收效果，氨氮、總磷的吸收率可以達(dá)到95%以上[6]。在動(dòng)植物組合浮床中，合理的生物配制對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)有積極的促進(jìn)效應(yīng)[7-8]。田琦等[9]、范潔群等[10]、李艷薔等[11]也表明組合式生態(tài)浮床對(duì)水體中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有較好的去除效果。

2 植物的選取

2.1 浮床植物的基本條件

從現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)成果中發(fā)現(xiàn)，立體式生態(tài)浮床中植物組不僅有不同植物之間做對(duì)比分析，而且有植物混合搭配的方法來(lái)分析不同植物組之間的去污效果，發(fā)現(xiàn)組合式植物組的氮、磷去除效果優(yōu)于單一的植物組[12-14]。在立體式生態(tài)浮床植物組選取中要從多方面去考慮，使植物浮床的效果達(dá)到最優(yōu)。首先最基本的就是選取的植物在水中可以正常的生長(zhǎng)，也有部分植物雖然不能直接在水中生長(zhǎng)，但是如果利用其他基質(zhì)，使其與水接觸，也可以很好的生長(zhǎng)；其次是植物自身植株大小也很重要，立體式生態(tài)浮床一般不會(huì)選取株高較高、體積較大的植物，由于在水面種植，浮床的承受重量有限，而且在水面風(fēng)吹等因素限制，浮床植物株高在30～60 cm最為合適；再次，植物根系和葉片大小也很重要，葉片大植物光合作用強(qiáng)，水分蒸騰量大，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求量也大。

2.2 植物特點(diǎn)分析

多年生植物在植物浮床中最為常見(jiàn)，因?yàn)槎嗄晟参餂](méi)有明顯季節(jié)性變化，可以在夏季對(duì)水體進(jìn)行凈化，也可以選擇冬季，一般不會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性的死亡現(xiàn)象。但是多年生植物長(zhǎng)出新葉數(shù)量有限，葉片更新慢，對(duì)水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求量小。也有部分多年生植物不同，如吊蘭會(huì)不斷生長(zhǎng)新的葉片，鳶尾、玉簪花等會(huì)不斷有新芽長(zhǎng)出。

一年生植物可以在短期內(nèi)生長(zhǎng)主干和葉片，需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較多，對(duì)水體中的富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求量大，但是自身隨季節(jié)變化而變化，秋季都會(huì)出現(xiàn)脫葉死亡，如果不及時(shí)處理就會(huì)對(duì)水體進(jìn)行二次污染。一年生植物在生態(tài)浮床中相對(duì)時(shí)間利用率低，帶來(lái)大量的工作量，在秋冬季節(jié)水體凈化中失去作用。

在多數(shù)試驗(yàn)中，以常見(jiàn)的草本植物為重點(diǎn)，室內(nèi)外景觀植物較多。在立體式生態(tài)浮床中，我們?cè)谌コw中富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)，也應(yīng)該增加經(jīng)濟(jì)收入，如種植花卉，培養(yǎng)經(jīng)濟(jì)作物等；也可以嘗試其他植物，木本植物的報(bào)道較為少見(jiàn)，如培養(yǎng)扦插性樹(shù)苗，在實(shí)驗(yàn)室水中培養(yǎng)柳樹(shù)枝漲勢(shì)良好。

3 植物組研究成果

立體式生態(tài)浮床雖然在水體中的去除污染物效果良好[15]，但是要想使浮床效率達(dá)到最高，就要合理的組合和配制各種植物、動(dòng)物、微生物等。由于水體中微生物種類(lèi)多，又可以自然生長(zhǎng)，暫不做特別說(shuō)明；水生動(dòng)物我們選擇草食性、肉食性動(dòng)物組合就可以滿(mǎn)足食物鏈的要求；重點(diǎn)要看植物組合的選取和搭配。

至今有大量立體式生態(tài)浮床實(shí)驗(yàn)來(lái)研究水體富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效果，都得到了較好的成果。在生活污水凈化中植物浮床選取了黑麥草、水芹、香根草三種植物，結(jié)果表明，TN、TP、NH4+-N去除效果最好的分別為黑麥草、水芹、黑麥草，去除率54.2%、77.1%、76.4%，且植物浮床促進(jìn)了N2O的排放[16]。在美人蕉、水蕹菜兩種植物浮床效果研究中發(fā)現(xiàn)，水蕹菜適合低濃度水體，而美人蕉更適應(yīng)高濃度的水體[17]。莫蔚明等[18]利用海芋、水花生、小黃菊、吊蘭、八仙花、富貴竹、小天使、水竹、春羽、鵝掌柴、梔子花11種植物對(duì)污水進(jìn)行生態(tài)修復(fù)研究，結(jié)果顯示吊蘭、小黃菊、八仙花去除效果差，對(duì)TN、TP去除效果前三位分別為海芋>梔子花>富貴竹、春羽>水竹>水花生。陳麗麗等[19]選擇水蓼、水芹菜、空心菜、慈菇、菖蒲和美人蕉6 種植物在水質(zhì)改善試驗(yàn)中得出菖蒲、空心菜和水蓼在水體凈化過(guò)程中綜合效果較好。

4 展 望

水體富營(yíng)養(yǎng)化已是水環(huán)境中的重點(diǎn)，利用現(xiàn)有技術(shù)來(lái)去除水中富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是如今的焦點(diǎn)，怎樣選取更好的植物組合，使富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效果更優(yōu)；尋找新的思路與方法，使富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變廢為寶，研究新型產(chǎn)業(yè)，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人類(lèi)生存條件。

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Effect Analysis of Plants in Water Purification in Stereo-ecological Floating Bed*

LI Peng-wu, YANG Guo-meng, CHEN Zhuo, SUN Rong-guo

(College of Chemistry and Materials Science, Guizhou Normal University, Guizhou Guiyang 550001, China)

The important role of ecological floating bed in water pollution treatment technology was analyzed, stereo-ecological floating bed was simply described, removal of nutrient-rich principle and effect showed the importance of stereo-ecological floating bed plants. Through the analysis of multiple experiments, water removal efficiency advantages of better plant were compared, plant selection methods and points for attention were also discussed.

ecological floating bed; eutrophication; water purification

貴州省科技廳社會(huì)發(fā)展攻關(guān)計(jì)劃(黔科合SY字[2015]3014)；貴州師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)金(2015)；貴州師范大學(xué)省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃(201610663003)。 第一作者：李鵬武(1988-)，碩士研究生，主要從事污染生態(tài)學(xué)方面研究。

孫榮國(guó)。

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1001-9677(2016)023-0129-02