葉勝蘭舒曉曉

(1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075；5.自然資源部土地工程技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西 西安 710075)

前言

據(jù)調(diào)查，我國現(xiàn)存的淡水資源總量為2.8×1012m3，居世界第4，但人均僅為2150m3[1]。隨著我國的工業(yè)發(fā)展和城市生活廢水大量排放，化肥和農(nóng)藥過量施用導(dǎo)致的殘留物流失等，都將引起氮、磷、有機物、重金屬等污染物質(zhì)在湖泊、河口及海灣等相對封閉、流速緩慢的水體中留存，這將嚴(yán)重?fù)p害和改變水生生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的極度惡化。

水體污染會導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)中動植物種類組成變化[2]。近年來，由于可利用水資源的質(zhì)量不斷下降，直接導(dǎo)致了淺水湖泊水體中大型水生植物的消失。而對于相對封閉、流動性差的水體，其自我凈化能力相對較弱，需要采用工程的辦法治理，這種物理方法的效果雖然很理想，但需要大量人力、物力的投入，且只能針對已有的污染狀況，而治理后期若缺乏長期的維持，水體中仍有可能出現(xiàn)各種污染物。因此，專家學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，水生植物在進(jìn)行自身生命活動時需要攝入大量的氮磷元素，利用這一原理進(jìn)行水體修復(fù)，成本相對較低，且不會出現(xiàn)二次污染，同時能達(dá)到修復(fù)水體和改善景觀環(huán)境的雙重功效，對于解決水體的污染問題和生態(tài)環(huán)境的改善具有重要的實踐意義和推廣價值。水生植物是水環(huán)境的重要調(diào)節(jié)者，有利于提高湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和穩(wěn)定性[3]。水生植物在生長過程中需要吸收氮、磷和有機物等營養(yǎng)元素物質(zhì)[4-6]，維持水中的營養(yǎng)元素平衡，因此水生植物可以靠自身的吸收作用去除水中過量的氮、磷等物質(zhì)[7-9]。本研究主要從水體污染問題入手，選取黃菖蒲水生植物，初步探討其對富營養(yǎng)化水體中氮、磷的去除效果，為水體質(zhì)量的改善技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本文選擇植物為挺水植物黃菖蒲。模擬城市內(nèi)湖相對封閉的現(xiàn)狀，采用室內(nèi)水培試驗。富營養(yǎng)化水體通過添加分析純的硝酸鉀和磷酸二氫鉀試劑來實現(xiàn)。

1.2 試驗設(shè)置

依據(jù)我國的污水一級排放標(biāo)準(zhǔn)中總氮<20mg·L-1，總磷<1.0mg·L-1，設(shè)置富營養(yǎng)化水體濃度。黃菖蒲試驗組分別為H1～H9，具體試驗設(shè)置見表1。每組均勻栽種挺水植物各5株。

表1 試驗設(shè)置

1.3 測定指標(biāo)及方法

水體pH、電導(dǎo)率(EC)釆用便攜式儀器現(xiàn)場測定。

水樣中硝態(tài)氮、氨態(tài)氮含量利用AA3流動分析儀測定；總氮含量采用過硫酸鉀氧化紫外分光光度法測定；總磷含量采用鉬酸銨分光光度法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度氮磷對黃菖蒲生長狀況的影響

由圖1可看出，黃菖蒲在不同富營養(yǎng)化程度的水體中均能正常生長，且在種植前期快速增長，隨后植物的生長速率逐漸趨于緩慢并各自穩(wěn)定在某一高度。其中，H9(N3P2)處理的黃菖蒲生長速率最快，達(dá)68.0cm；其次是H2(N2P1)處理，為65.1cm。由此表明，水體中的氮元素可作為植株的生長的營養(yǎng)元素，促進(jìn)植株快速生長。圖中顯示，黃菖蒲在氮磷濃度最高的H6處理植株生長受到一定的抑制作用，株高為所有處理中最低，為42.8cm；其次是H5和H7處理，株高分別為45.2cm和50cm。說明富營養(yǎng)化水體中磷元素含量過高，將對黃菖蒲的生長產(chǎn)生一定的抑制作用。

2.2 黃菖蒲對不同富營養(yǎng)化程度水體中總氮、總磷的清除效率

由圖2可看出，不同富營養(yǎng)化程度的水體中總氮和總磷的整體變化趨勢均表現(xiàn)為下降，且均在6月29日之后出現(xiàn)相對穩(wěn)定的狀態(tài)。在相同的氮磷濃度下，植物對富營養(yǎng)化水體中的氮磷清除率差異不顯著(P>0.05)。在試驗結(jié)束后測定富營養(yǎng)化水體中氮磷濃度發(fā)現(xiàn)，低氮處理(H1、H4和H7)后，富營養(yǎng)化水體總氮含量分別為7.88mg·L-1、6.61mg·L-1和8.14mg·L-1；中氮素處理(H2、H5和H8)的總氮含量則為13.21mg·L-1、12.04mg·L-1和13.91mg·L-1；高氮處理(H3、H6和H9)的總氮含量分別為18.17mg·L-1、16.99mg·L-1和18.78mg·L-1；而黃菖蒲對不同富營養(yǎng)化水體中總氮的清除率分別為62.5%、65.9%和68.8%。低磷處理(H1、H2、H3)水體中總磷分別為0.59mg·L-1、0.55mg·L-1和0.52mg·L-1；中磷處理(H4、H8、H9)水體中總磷分別為0.93mg·L-1、0.91mg·L-1和0.88mg·L-1；高磷處理(H7、H5、H6)水體中總磷分別為1.10mg·L-1、1.07mg·L-1和1.15mg·L-1；黃菖蒲對不同富營養(yǎng)化程度水體中總磷清除率分別為43.0%、52.9%和62.1%。由此發(fā)現(xiàn)，黃菖蒲對富營養(yǎng)化程度嚴(yán)重的水體具有更高效的清除效率；且在相同氮素濃度下，低濃度的磷會促進(jìn)植物對氮素的吸收利用，而高磷則抑制植物對氮素的吸收。隨著氮濃度的升高，對磷的清除具有促進(jìn)作用。

2.3 黃菖蒲對不同富營養(yǎng)化程度水體中氨態(tài)氮、硝態(tài)氮的清除效率

由圖3可看出，黃菖蒲對富營養(yǎng)化程度嚴(yán)重的水體具有顯著的氨態(tài)氮和硝態(tài)氮清除作用。富營養(yǎng)化水體中氨態(tài)氮的濃度最高，約為總氮含量的60%，且氨態(tài)氮在水體中的變化趨勢基本與總氮保持一致。在試驗進(jìn)行的一定時間內(nèi)水體中氨氮會出現(xiàn)急劇下降的現(xiàn)象，在之后富營養(yǎng)化水體中的氨氮則表現(xiàn)為緩慢下降。在富營養(yǎng)化水體中設(shè)置的氨態(tài)氮起始濃度約為10mg·L-1、20mg·L-1和30mg·L-1的情況下，14d后水體中的氨態(tài)氮急劇下降至1.77～6.59mg·L-1，且氨態(tài)氮的消除率達(dá)到了79.4%，以處理H9的清除率最高，為81.2%；在試驗結(jié)束后，其清除率達(dá)到了98.6%，與其它處理達(dá)到顯著差異(P>0.05)。而富營養(yǎng)化水體中硝態(tài)氮的變化趨勢與氨態(tài)氮則存在一定差異，表現(xiàn)為先升高后降低，這可能與富營養(yǎng)化水體中的硝化細(xì)菌硝化作用具有相關(guān)性。最后，硝態(tài)氮含量為3.99～11.38mg·L-1，消除率達(dá)到16.4%，其中H9處理的硝態(tài)氮清除率最高，達(dá)到27.4%，顯著高于其它處理。

3 結(jié)論

黃菖蒲在不同富營養(yǎng)化水體中均能生長良好，且在前期速率較快。試驗表明，水體中的氮能顯著促進(jìn)植株的生長發(fā)育，而高磷則對植株生長產(chǎn)生一定的抑制作用。

不同富營養(yǎng)化水體中的總氮和總磷均表現(xiàn)為下降趨勢，并于6月29日后趨于穩(wěn)定。黃菖蒲對高氮、磷具有更為顯著的清除效果；相同氮濃度下，低磷能促進(jìn)植物吸收水體中的氮素，而高磷則會抑制氮素的吸收。磷的清除效率與水體中的氮素含量成正相關(guān)。H9處理的NH4+-N和NO3—-N清除率分別達(dá)到98.6%和27.4%，顯著高于其它處理。