趙賀芳

（安徽工業(yè)大學(xué) 工商學(xué)院，安徽 馬鞍山 243000）

景觀水體面積小，多為靜止或流動性較差的封閉緩流水體，自凈能力低，容易受到污染[1].塘內(nèi)的營養(yǎng)鹽只進不出，常年積累會發(fā)生富營養(yǎng)化問題[2].目前對景觀水體的處理大多采用物理、化學(xué)或生物法，但物理法前期投資大、后期運行費用多、成效不顯著，化學(xué)法易造成二次污染，生物法的優(yōu)點突出[3].研究表明水生植物對污水有著很好的凈化作用，有利于水域生態(tài)系統(tǒng)的重建和恢復(fù)[4]，但目前的研究多停留對生活污水的處理，對其用于景觀水處理的較少.本文針對安徽工業(yè)大學(xué)景觀水體——煉湖進行處理，選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ姷?種水生植物進行試驗，研究它們對景觀水的凈化效果，為水生植物凈化景觀水提供一定參考.

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本著因地制宜的原則，確定采用香蒲、菖蒲、水芹、菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻為供試植物，其中前三者為挺水植物，后三者為沉水植物[5～6]，將他們移植過來后，先經(jīng)過馴化期，使其恢復(fù)至正常生長狀態(tài).之后采取水培方式將他們種植于有機玻璃槽中，種植密度適中，有機玻璃槽規(guī)格(L*B*H)均為30cm*24.5cm*31.5cm，有效水深均為15cm.試驗場地放在室外，試驗期間氣溫為14-22℃.

1.2 試驗方法

為了得出較好的凈化效果，本文先研究單一挺水植物、沉水植物對污水的處理效果，然后選取最佳單一植物進行組合，研究對污水的處理效果.為了不影響實驗分析，植物移植到水槽后，不添加復(fù)合肥.單一植物試驗時間為2017.4.13- 2017.4.28，組合植物試驗時間2017.4.30-2017. 5.15，均為16d.期間每隔3d采樣一次.分析各供試植物對污水中CODcr、NH3-N、TP的去除效果，每天下午5點觀察水位并加清水補充蒸發(fā)失水.其中CODcr采用重鉻酸鉀法，NH3-N采用納氏試劑法，TP采用過硫酸鉀氧化法.原水水質(zhì)見表1.

表1 原水主要初始指標(biāo)

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長狀況

在用以實驗的湖水中，水芹、香蒲、菖蒲三種挺水植物均能正常生長，實驗結(jié)束時枝繁葉茂，葉片明顯增多增大，顏色也加深許多，根系更長更濃密，根系上附著物也明顯增多.金魚藻、菹草、輪葉黑尾藻這三種沉水植物中，菹草長勢良好，金魚藻和輪葉黑尾藻在第9d時開始腐爛，實驗結(jié)束時金魚藻腐爛較輕，輪葉黑尾藻腐爛較明顯.組合植物菹草、水芹均長勢良好.

2.2 挺水植物凈化作用

在靜態(tài)實驗中香蒲、菖蒲、水芹對實驗湖水中CODcr、NH3-N、TP 的凈化效果分別如圖 1、2、3 所示：

圖1 挺水植物對CODcr凈化效果

圖3 挺水植物對TP凈化效果

隨著試驗的進行，三種植物槽內(nèi)CODcr含量逐漸下降，對應(yīng)的去除率逐漸上升，如圖1所示.當(dāng)HRT為3d時，香蒲、水芹和菖蒲對實驗湖水COD-cr的去除率分別為 13.93%、63.32%、18.37%；當(dāng)HRT為15d時，去除率均達到90%以上，其中水芹對CODcr的去除率明顯高于菖蒲、香蒲.因此可以得出，這三種植物對實驗湖水都具有良好的凈化效果.水芹對CODcr的去除效果優(yōu)于菖蒲、香蒲.這是因為水芹的根系相比香蒲、菖蒲更發(fā)達，與水體接觸的面積更大，根系所形成的過濾層越密集，吸收的有機碎屑就越多.此外，植物的根系為微生物和微型生物提供了附著基質(zhì)和棲息場所，發(fā)達的根系更有利于微生物的生長，從而加速根系周圍有機膠體的分解.

由圖2可知，當(dāng)HRT≤3d時，三種植物對實驗湖水NH3-N去除率逐漸提高，當(dāng)HRT在3-9d時，去除率反而下降，當(dāng)HRT≥9d時，去除率快速上升.這與曾愛平[7]、余世金[8]的研究一致，水體中N的去除包括植物吸收和揮發(fā)、硝化和反硝化等過程，以硝化和反硝化為主[9].當(dāng)HRT≤3d時，植物對NH3-N的吸收較快，當(dāng)HRT在3-9d時，去除率下降是由于這時氨化作用較快，對NH3-N的吸收以及硝化、反硝化過程較慢的原因.當(dāng)HRT≥9d時，硝化反硝化速度較快.由圖2可知，三種植物槽中對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

隨著試驗的進行，實驗湖水中TP含量逐漸下降，對應(yīng)的去除率逐漸上升，如圖3所示.當(dāng)HRT為15d時，香蒲槽、水芹槽和菖蒲槽中水樣的TP濃度由 2.790mg/分別下降到 0.12mg/L、0.20mg/L和0.16mg/L，去除率分別達到95.7%、92.83%和94.27%.植物對TP去除速度開始較快，到后期逐漸減慢，這與前期植物對P的需求量較多，吸收較快，而后期植物對P需求量的減少以及植物體內(nèi)磷的再分配有關(guān).這與李科德等[10]的研究結(jié)果一致.由圖3可知，三種植物對水體中的TP具有良好的去除效果.去除效果依次為：水芹＞菖蒲＞香蒲.

綜上所述，在本文的實驗條件下，水芹對煉湖的CODcr、TP的凈化效果優(yōu)于菖蒲和香蒲，對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

2.3 沉水植物的凈化作用

在靜態(tài)實驗中菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻對實驗湖水中CODcr、NH3-N、TP的凈化效果分別如圖4、5、6 所示：

圖4 沉水植物對CODcr凈化效果

圖5 沉水植物對NH3-N凈化效果

圖6 沉水植物對TP凈化效果

從圖4可知，當(dāng)HRT為3d時，菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻對實驗湖水中CODcr的去除率分別為66.76%、45.86%、39.61%；當(dāng) HRT為 15d時，菹草對實驗湖水中CODcr的去除率高達97.18%，而金魚藻和輪葉黑尾藻在HRT≥9d后對CODcr的去除率呈下降趨勢，這兩種植物生長前期能降低CODcr，但后期又有反彈.這主要是由于前期雖然去除了水中的營養(yǎng)物質(zhì)，但整個系統(tǒng)中的有機物并未消除，只是發(fā)生了轉(zhuǎn)化，后期出現(xiàn)了腐爛現(xiàn)象，產(chǎn)生了新的有機物，因此CODcr含量會上升，對應(yīng)的去除率下降.這與朱平等[11]的研究一致.這也說明了植物對污染物的去除效果與植物的生長狀態(tài)密切相關(guān).因此可以得出，三種沉水植物對煉湖水體都具有良好的凈化效果，其中，菹草對CODcr的去除效果明顯優(yōu)于金魚藻、輪葉黑尾藻.

由圖5可知，當(dāng)HRT≤3d時，三種植物對NH3-N的去除效果較好，這是因為實驗前期三種植物對NH3-N吸收較快.當(dāng)HRT在3-9d時菹草對NH3-N去除率下降，這與挺水植物規(guī)律類似，去除率下降是由于這時氨化作用較快，對NH3-N的吸收以及硝化、反硝化過程較慢的原因.而金魚藻和輪葉黑尾藻在HRT≥6d后對NH3-N去除率一直在下降，這是因為：在6d≤HRT≤9d這個階段對NH3-N吸收及硝化、反硝化較慢；當(dāng)HRT≥9d時，金魚藻和輪葉黑尾藻開始腐爛，使得植物吸收的氮還未被完全利用又轉(zhuǎn)換成氨氮釋放出來，導(dǎo)致水體中氮的濃度又有所增加.由此可知，在本文的實驗條件下，菹草對煉湖水體的處理效果明顯優(yōu)于金魚藻和輪葉黑尾藻.植物對污染物的去除效果與植物的生長狀態(tài)密切相關(guān).

當(dāng)HRT≤9d時，三個植物槽中TP含量隨著HRT的延長而快速下降，對應(yīng)的去除率快速上升，如圖6所示.其中菹草對TP去除率隨著HRT的延長繼續(xù)提高但速度有所減緩，而金魚藻和輪葉黑尾藻在HRT≥9d后對TP去除率處于下降趨勢.菹草對實驗湖水中的TP去除速度開始較快，到后期逐漸減慢，這與挺水植物規(guī)律類似，是因為后期植物對P需求量的減少以及植物體內(nèi)P的再分配有關(guān).而金魚藻和輪葉黑尾藻后期開始腐爛，導(dǎo)致TP含量處于上升趨勢.由此可知，在本文的實驗條件下，菹草對煉湖水體的凈化效果最好.植物對污染物的去除效果與植物的生長狀態(tài)密切相關(guān).

綜上所述，在本文的實驗條件下，菹草對煉湖的CODcr、NH3-N和TP的凈化效果優(yōu)于金魚藻和輪葉黑尾藻.

從以上的研究中可以得出，在本文的實驗條件下，挺水植物中的水芹對煉湖的CODcr、TP的凈化效果優(yōu)于菖蒲和香蒲，對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.沉水植物中的菹草的凈化效果優(yōu)于金魚藻和輪葉黑尾藻，因此本文選取水芹與菹草組合（以下簡稱組合植物）對煉湖水體進行處理，進而得出凈化效果更好的植物.

2.4 組合植物的凈化作用

在靜態(tài)實驗中水芹與菹草的組合對實驗湖水中 CODcr、NH3-N、TP 的處理效果分別如圖 7、8、9所示：

隨著HRT的延長，水芹與菹草組合槽中CODcr的含量逐漸下降，對應(yīng)的去除率逐漸上升，如圖7所示.當(dāng)HRT為3d時，組合植物對實驗湖水CODcr的去除率為66.76%，當(dāng)HRT為15d時，去除率可以達到97.18%.與水芹（圖1）和菹草（圖4）單獨對實驗湖水中CODcr的去除率相比，可以看出，組合植物對CODcr的凈化效果優(yōu)于菹草、水芹單獨的凈化效果.

圖7 組合植物對CODcr凈化效果

圖8 組合植物對NH3-N凈化效果

圖9 組合植物對TP凈化效果

由圖8可知，當(dāng)HRT≤3d時，組合植物對NH3-N去除速度較快，當(dāng)3d≤HRT≤9d時，去除率有所下降，后期隨著HRT的延長，去除率繼續(xù)上升.這與前面單一植物對NH3-N凈化效果一致.當(dāng)HRT為15d時，組合植物對湖水中NH3-N去除率高達98.45%.與圖2和圖5對比可知，組合植物對實驗湖水中NH3-N的凈化效果優(yōu)于菹草、水芹單獨的凈化效果.

隨著試驗的進行，水體中TP含量逐漸下降，前期下降速度較快，后期有所減緩.由圖9可知，當(dāng)HRT為3d時，組合植物對實驗湖水中TP的去除率為61.65%，當(dāng)HRT增長到15d時，去除率可以達到97.78%.與圖3和圖6對比可知，組合植物對TP的凈化效果優(yōu)于菹草、水芹單獨的凈化效果.

綜上所述，在本文的實驗條件下，組合植物對煉湖的CODcr、NH3-N和TP的凈化效果整體優(yōu)于水芹與菹草單獨的凈化效果.

3 結(jié)論

（1）挺水植物中水芹對煉湖的CODcr、TP的凈化效果優(yōu)于菖蒲和香蒲，對NH3-N去除效果順序為：菖蒲＞水芹＞香蒲.

（2）沉水植物中菹草、金魚藻、輪葉黑尾藻對實驗湖水有明顯的凈化作用，且菹草的凈化效果整體優(yōu)于金魚藻和輪葉黑尾藻.

（3）水芹與菹草組合對實驗湖水的凈化效果優(yōu)于菹草與水芹單獨的凈化效果.

（4）植物對水體污染物的去除效果與植物的生長狀態(tài)密切相關(guān).