植物组合对模拟高浓度氮磷污水净化效果

摘要［目的］为了营造美观稳定且具有净化氮磷能力的植物群落。［方法］采用2种沉水植物+1种浮水植物+3种挺水植物构建成3个植物群落浮床［组合Ⅰ.沉水植物（穗花狐尾藻+金鱼藻）+浮水植物（凤眼蓝）+挺水植物（千屈菜+菖蒲+花叶美人蕉），组合Ⅱ.沉水植物（穗花狐尾藻+金鱼藻）+浮水植物（凤眼蓝）+挺水植物（千屈菜+菖蒲+苹），组合Ⅲ.沉水植物（穗花狐尾藻+金鱼藻）+浮水植物（凤眼蓝）+挺水植物（千屈菜+菖蒲+绿叶美人蕉）］，测定种植不同植物群落的人工浮床对模拟水体中TN、TP去除效果以及DO、pH和EC的变化。［结果］植物组合去除富营养化水体中的氮明显高于对照，植物组合对水中TN有较好的去除效果，均不低于70.59%，组合Ⅲ对TN的去除效果最好，去除率为97.46%。植物组合可以明显去除水体的磷，植物组合对水中TP的去除率是28.13%～66.05%。植物组合可以明显改变水体的pH、DO含量和EC；植物组合与CK的pH均呈增加趋势；DO含量在试验结束时均减少。［结论］植物组合能移除高浓度氮磷的富营养化水体，改善水体物理指标，可以用来处理含氮水平较高的污染水体。

关键词 植物组合；氮磷；去除；净化

中图分类号 X703 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2023）06-0044-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.06.013

Purification Effect of Plant Combination on Simulated High Concentration Nitrogen and Phosphorus Wastewater

LIANG Yu－ting，WANG Yu－han，WANG Ting et al

（Wuhan Academy of Landscape Sciences，Wuhan，Hubei 430000）

Abstract ［Objective］To create a beautiful and stable plant community with the ability to purify nitrogen and phosphorus.［Method］Two submerged plants+one floating plant+three emergent plants were used to construct three floating beds of plant communities［Combination Ⅰ.Submerged plants（Myriophyllum verticillatum+Ceratophyllum demersum）+floating plants（Eichhornia crassipes）+emerging plants（Lythrum salicaria+Acorus calamus+C.×orchioides），Combination Ⅱ.Submerged plants（Myriophyllum verticillatum+Ceratophyllum demersum）+floating plants（Eichhornia crassipes）+emerging plants（Lythrum salicaria+Acorus calamus+Marsilea quadrifolia），Combination Ⅲ.Submerged plants（Myriophyllum verticillatum+Ceratophyllum demersum）+floating plants（Eichhornia crassipes）+emerging plants（Lythrum salicaria+Acorus calamus+C.×generalis）］，the removal effects of TN，TP and the changes of DO，pH and EC in the simulated water body by artificial floating beds planted with different plant communities were measured.［Result］The removal of nitrogen in eutrophic water by plant combination was significantly higher than that of control.The plant combination had a better removal effect on TN in water，which was more than 70.59%.The combination III had the best removal effect on TN，which was 97.46%.The plant combination could obviously remove phosphorus from water.The removal rate of TP in water by plant combination was 28.13%～66.05%.The plant combination can significantly change the pH，DO and EC of the water body.The pH of plant combination and CK increased;DO decreased at the end of the test.［Conclusion］The plant combination can remove the eutrophic water body with high concentration of nitrogen and phosphorus，improve the physical indexes of water body，and can be used to treat the polluted water body with high nitrogen level.

Key words Plant combination;Nitrogen and phosphorus;Remove;Purify

水体富营养化是指由于水体中氮磷等元素过多而引起水体污染的现象。常见的治理富营养化水体的措施有物理措施、微生物净化法、化学法、水生植物修复法，其中，水生植物修复是一种高效、经济、持久的水体净化方法，它的实质是根据污染水体的情况，构建调节自然生态处理系统结构，恢复生态系统净化能力，提高自然生态系统的环境容纳量，使自然生态系统处于良性循环［1］。

国内外学者对如何预防和改善水富营养化现状进行了大量研究，证明水生植物对去除氮磷等营养物质及改善水质具有明显的效果；恢复和构建水生植物群落能够有效控制水体富营养化［2］，植物不仅可以吸收、降解水体中的污染物质［3］，还能形成景观要素、美化环境、改善微环境［4-5］ 。Barya等［6］研究发现，种植美人蕉的人工湿地对污水中TN和 TP的去除率分别达到 60.37% 和 81.53%，略高于种植菖蒲的人工湿地所对应的56.33% 和 79.57%。杨洪云等［7］研究发现，不论是植物还是对照中，TP去除率均较高，其中千屈菜的去除率是86.8%，黄菖蒲的去除率是82.3%，空白对照的去除率是76.7%。不同种类的植物对氮磷的去除能力不同［8-10］，白雪梅等［11］在围隔中构建不同生活型的水生植物群落组合，比较各种水生植物组合的净化效应，结果表明，围隔内各组水生植物组合能去除水体中的营养盐，不同植物组合对氮磷的去除能力不同。可见，植被的类型是直接影响水体净化效果的关键因素，不同植物对水体营养盐去除效果不同［12］。不同植物组合模式对氮磷的去除效果是不同的，植物组合模式是人工湿地系统中的核心部分，在净化污水过程中起着十分重要的作用［13-14］。因此，选择不同组合的水生植物处理富营养化水体可能会存在较大的差异。现有相关研究主要针对单一水生植物或2～3种植物的组合，研究多种植物组合构建成的群落对富营养化水体的净化效果较少［15-17］。因此，为了进一步优化人工湿地植物配置，构建景观效果好且具有较好氮磷净化能力的植物组合，该研究选取6种水生植物，搭配成3 个植物组合，探究它们对模拟高浓度氮磷尾水中总氮、总磷的去除效果以及在种植期间对水体其他指标的影响，优选出净化效果最佳的植物组合，以期为高浓度氮磷污水厂尾水处理的人工湿地构建提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019 年6月24日，从武汉市园林科学研究院水生品种池采集挺水植物千屈菜（Lythrum salicaria）、菖蒲（Acorus calamus）、绿叶美人蕉“铁十”（C.× generalis Bailey‘Tieshi’）、花叶美人蕉“金脉”（C.× orchioides Bailey ‘pretoria’）、苹（Marsilea quadrifolia），浮水植物凤眼蓝（Eichhornia crassipes），沉水植物穗花狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）和金鱼藻（Ceratophyllum demersum）。

1.2 材料预处理

试验设置3个重复，千屈菜1～2株，每株分枝5～10支，株高100 cm，鲜重2 400 g；凤眼蓝3～4株，株高33 cm，鲜重210 g；花叶美人蕉2～3株，株高79 cm，鲜重120 g；绿叶美人蕉2～3株，株高79 cm，鲜重120 g；苹5～6丛，株高15 cm，鲜重120 g；菖蒲2～3株，株高79 cm，鲜重210 g；金鱼藻6株，穗花狐尾藻6株，株高均为50 cm，鲜重30 g；同一物种的植株株高和分株基本一致，6种植物鲜重的比例为80∶17∶7∶4∶1∶1，共组成3个组合：组合Ⅰ，穗花狐尾藻+金鱼藻+凤眼蓝+千屈菜+菖蒲+花叶美人蕉；组合Ⅱ，穗花狐尾藻+金鱼藻+凤眼蓝+千屈菜+菖蒲+苹；组合Ⅲ，穗花狐尾藻+金鱼藻+凤眼蓝+千屈菜+菖蒲+绿叶美人蕉。每组合3桶（3次重复），对照（CK）无植物。

用硝酸钾和磷酸二氢钾配制TN 138.09～165.40 mg/L、TP 48.00～125.54 mg/L的溶液，将3个植物组合种植在上述水液中。

1.3 试验方法

试验于2019 年6月 24 日至7月29日进行，共持续35 d，试验期间共采样6 次，在试验的第 1、7、14、21、28、35天采集水样，每次采集水样约 500 mL，试验期间用纯水补充蒸发和采样所消耗的水分，以保持试验期间容器中的水位不变。常规检测的理化指标包括总氮（TN）、总磷（TP）、pH、溶解氧（DO）、电导率（EC）。其中，总氮采用碱性过硫酸钾-紫外分光光度计法测定，总磷采用钼酸铵分光光度法测定［18］；pH用 Mettler Tole FE28 pH计直接测定，EC采用雷磁DDSJ-308a电导率仪测定，溶解氧采用 Hach HQ30D 现场直接测定。于试验开始和结束时，即试验第 1 天和第40天分别测定各类植物的生物量，具体方法为将水生植物取出后用吸水纸吸干水分再称重。

水体总氮或总磷去除率：

WR=（WC1-WC2）/WC1×100%（1）

式中，WR为水体中TN和TP去除率；WC1为试验开始时水体中TN和TP含量；WC2为试验结束时水体中TN或TP含量。

相对增重率=（Wt-Ｗ0）/Ｗ0×100%（2）

式中，Ｗt、Ｗ0 为试验末和试验初（6月２4日）的植物鲜重。

1.4 数据处理

利用SPSS 20.0进行数据分析，采用单因素方差分析方法，分析植物组合中各物种生长指标以及对氮磷去除率；用邓肯氏复极差测验法（Duncan’s multiple range test）检验处理组间的差异；利用双因素方差分析方法分析植物的相对生长速率和生物量积累以及对水中TN和TP等变化率。