高效鵝卵石濾料生產(chǎn)廠家四種冬季水生植物組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果

　　高效鵝卵石濾料廠家四種冬季水生植物組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果。選擇10種耐低溫的水生植物構(gòu)建4種植物組合，研究了冬季低溫環(huán)境下不同水生植物組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果。結(jié)果表明：組合1〔常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+反曲燈心草“藍(lán)箭”〕4種植物均能在試驗(yàn)富營(yíng)養(yǎng)化水體中茂盛生長(zhǎng)，且對(duì)TN、NOx-N、NH4-N和TP的去除率分別為47.8%、52.2%、32.4%和70.1%;組合2〔常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+大苞萱草〕4種植物也都能在試驗(yàn)富營(yíng)養(yǎng)化水體中存活，并且有一定量的生長(zhǎng)，對(duì)TN、NOx-N、NH4-N和TP的去除率分別為44.2%、58.5%、34.6%和67.8%;而未種植物的對(duì)照對(duì)TN、NOx-N、NH4-N和TP的去除率分別為40.0%、25.9%、27.3%和64.5%;組合1和2對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體有較好的凈化效果。組合3和組合4中由于吊蘭和三穗薹草等植物長(zhǎng)勢(shì)較差，僅對(duì)NOx-N具有較明顯去除能力，對(duì)其他指標(biāo)去除效果不明顯。通過這些水生植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體中生長(zhǎng)特性和對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的去除能力，發(fā)現(xiàn)冬季組合1和2的凈化效果較好，是低溫條件下適宜的浮床植物組合形式。

　　目前，氮磷超標(biāo)引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化是普遍面臨的問題。大量研究顯示，利用植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體是一項(xiàng)效果好、投資省又不存在二次污染的好方法，受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。近年來，利用植物塘、人工濕地以及水生植物和陸生植物浮床等植物修復(fù)技術(shù)，治理富營(yíng)養(yǎng)化水體已取得一定的效果。然而，已有的植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究基本上都是在常溫環(huán)境下進(jìn)行的，冬季低溫環(huán)境下浮床植物凈化效果研究較少，因?yàn)槎�季低溫環(huán)境下大部分植物枯死或休眠，水生植物塘、人工濕地及植物浮床系統(tǒng)在低溫環(huán)境下處理效率相對(duì)也較低。僅有少數(shù)低溫環(huán)境下的報(bào)道多為研究單一植物的試驗(yàn)效果，利用植物組合處理冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究罕見報(bào)道。事實(shí)上，不同植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收和水體凈化效果差異較大，同一種植物可能對(duì)水質(zhì)中某一指標(biāo)去除效果較好，而對(duì)其他指標(biāo)的效果相對(duì)較差，如童昌華等研究顯示，金魚藻對(duì)提高水體透明度的效果既好又快，但在吸收TN、TP、NOx-N等方面效果差些，狐尾藻在吸收TN、TP及NOx-N方面效果好，但對(duì)降低COD及提高DO方面不理想。單一植物很難起到全面去除各種污染指標(biāo)的作用，按照不同植物生長(zhǎng)特性和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能力以及季節(jié)的差異性，合理搭配植物，注重植物組合的景觀和生態(tài)功能方面的持續(xù)性，才可能使植物修復(fù)技術(shù)常年不間斷發(fā)揮良好的凈化能力。本研究利用10種耐低溫水生植物構(gòu)建4種組合形式，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)，研究低溫季節(jié)不同水生植物組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮和磷去除效果的影響，篩選出適宜長(zhǎng)三角地區(qū)冬季低溫環(huán)境下對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)的植物組合形式，以促進(jìn)植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

　　1 材料與方法

　　試驗(yàn)區(qū)位于浙江省杭州市蕭山區(qū)(30°09’N，120°16'E)，浙江省水利河口研究院江東水環(huán)境試驗(yàn)基地。在基地西北角修建了一塊60m×11m水生植物修復(fù)試驗(yàn)區(qū)，包括1個(gè)20 m×11 m的水生植物培育區(qū)和15個(gè)長(zhǎng)4 m、寬1 m、深0.8 m的混凝土水池。試驗(yàn)用水取自當(dāng)?shù)貎?nèi)河(南坵流化橫河)，從內(nèi)河抽水到沉淀池初步沉淀，在沉淀池出口處放置活性炭過濾后注入試驗(yàn)水池，經(jīng)測(cè)定水中各種營(yíng)養(yǎng)元素的平均濃度為：TN 22.47±2.46 mg/L、NOxN 2.34±0.04 mg/L、NH4-N 2.69±0.40 mg/L、TP 0.28±0.07mg/L，處于超富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

　　2011年12月中旬，從杭州市郊的池塘水邊和杭州天景水生植物苗圃采集或購(gòu)買長(zhǎng)勢(shì)一致的植物幼苗，將這些幼苗放入盛自來水的塑料桶中預(yù)培養(yǎng)1周，然后選取大小基本一致的植株用于本試驗(yàn)，試驗(yàn)前仔細(xì)清洗植物根部，以避免帶入泥土和雜草等其他物質(zhì)。收集的耐低溫植物共14種。綜合考慮植物的生長(zhǎng)特性，包括高度、葉形、生物量、開花性狀、生長(zhǎng)的季節(jié)性，從收集的14種植物中挑選出10種(表1)，按照高與低、闊葉與條形葉、開花與不開花的植物相互搭配等原則組合，盡量增加組合內(nèi)植物生長(zhǎng)在時(shí)間和空間上的銜接性和持續(xù)性，以期兼顧凈化能力和景觀觀賞性，植物組合配置情況。

　　組合1：常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+反曲燈心草“藍(lán)箭”;

　　組合2：常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+大苞萱草;

　　組合3：毛茛+黑麥草+吊蘭+蒼白燈心草“標(biāo)槍”;

　　組合4：毛茛+黑麥草+吊蘭+三穗薹草。

　　試驗(yàn)植物采用泡沫浮床栽培，試驗(yàn)布置如圖1。

　　試驗(yàn)期間對(duì)各處理水體定期取樣觀測(cè)，并詳細(xì)觀查記錄池內(nèi)水生植物生長(zhǎng)狀況。取樣頻率為每周1次，在各池中心位置用采水器采集距表面10 cm的表層水樣進(jìn)行測(cè)定。由于試驗(yàn)在露天情況下進(jìn)行，試驗(yàn)期間降雨中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾，因此對(duì)雨水進(jìn)行了收集測(cè)定。根據(jù)浙江省杭州市汛情發(fā)布系統(tǒng)公布，蕭山東站的降雨情況是2011年12月28日—31日降雨0次，2012年1月降雨11次、小雪2次，2月降雨18次，3月截至20日降雨15次。利用口徑為45 cm的塑料桶收集降雨，一天內(nèi)收集到的雨水達(dá)到400 mL以上的水樣進(jìn)行水質(zhì)測(cè)定，共14次。另外，2月28日和3月6日由于連續(xù)強(qiáng)降雨，水池水深過高，進(jìn)行了2次排水，排水量通過排水前后的水深差與水池的面積計(jì)算，排水安排在正常取樣的時(shí)間，排水的水質(zhì)參照當(dāng)天取樣的水質(zhì)。各處理水樣、雨水和排水的測(cè)定指標(biāo)均為TN、NOx-N、NH4-N、TP，試驗(yàn)儀器為荷蘭Skalar公司的SA-4000型N、P流動(dòng)分析儀等儀器。在計(jì)算植物組合對(duì)水體N、P的去除率時(shí)，以池為單位減去雨水帶入的N、P總量，加上排水排出的N、P總量，見公式(1)，以反映自然環(huán)境下植物組合對(duì)N、P的真實(shí)去除效果。數(shù)據(jù)分析通過SPSS16.0重復(fù)測(cè)量方差分析實(shí)現(xiàn)。NH4

　　P=(C初始·S水池·H初始+∑C降雨·S水池·H降雨-∑C排水·S水池·H排水)/(C初始·S水池·H初始)×100%(1)

　　式中，P為去除率，C為濃度，H為水深或降雨量，S為面積。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1植物生長(zhǎng)情況

　　試驗(yàn)在2011年12月28日—2012年3月20日進(jìn)行，經(jīng)過為期84 d的試驗(yàn)處理后，供試的10種植物在低溫的富營(yíng)養(yǎng)化水體中基本都能存活。從試驗(yàn)開始到2月底，盡管在1月出現(xiàn)2次雨雪天氣，氣溫早晚降至零度以下，表面水體結(jié)薄冰，10種植物絕大部分仍保持存活狀態(tài)，但植物生長(zhǎng)狀況存在較大差異。其中毛茛、羊蹄和黑麥草長(zhǎng)勢(shì)最好，葉片鮮綠，有新芽長(zhǎng)出，高度增加明顯;其次為常綠水生鳶尾、反曲燈心草“藍(lán)箭”、蒼白燈心草“標(biāo)槍”和金葉“金錢蒲”，雖部分葉尖枯萎，但仍有少量新芽萌發(fā)，高度也有所增加;而大苞萱草基本停止生長(zhǎng)，不過葉片總體上仍保持綠色狀態(tài);生長(zhǎng)最差的三穗薹草和吊蘭表現(xiàn)為部分出現(xiàn)枯黃和腐爛現(xiàn)象。

　　進(jìn)入3月份，氣溫升高，毛茛迅速生長(zhǎng)至成體狀態(tài)，并逐漸開花;2種燈芯草均快速生長(zhǎng)，其中蒼白燈心草“標(biāo)槍”雖然植株高大，但分蘗數(shù)不多，一株產(chǎn)生2～3顆新芽，反曲燈心草“藍(lán)箭”每株產(chǎn)生10個(gè)左右新芽;羊蹄新葉茂盛，并且葉片數(shù)量和面積遠(yuǎn)大于冬季，大量白根也逐漸變老轉(zhuǎn)黃;黑麥草葉片由紅轉(zhuǎn)綠，有少量分蘗;常綠水生鳶尾長(zhǎng)出新苗，葉片綠色加深;大苞萱草開始長(zhǎng)出新葉，吊蘭也長(zhǎng)出了一些新芽。

　　2.2降雨情況

　　試驗(yàn)期間總降雨量為386.8 mm，不同時(shí)期降雨的水質(zhì)差異較大，14次降雨中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平均濃度為：TN 7.96±2.30 mg/L，NOx-N 0.70±0.56 mg/L，NH4-N 0.90±0.8 5mg/L，TP 0.24±0.34 mg/L。降水濃度與試驗(yàn)用水初始濃度(具體值見材料與方法)相比較低，但高于試驗(yàn)處理后水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度，在所有組合處理的試驗(yàn)水體中TN、NOx-N、NH4-N和TP最低濃度分別降至6.85±0.22、0.56±0.21、1.50±0.06和0.05±0.03 mg/L。單個(gè)水池中各指標(biāo)的雨水負(fù)荷計(jì)算公式為W=∑S水池·H降雨·C降雨(式中：S為水池面積，H為降雨量，C為降雨濃度)，單個(gè)水池各指標(biāo)的負(fù)荷達(dá)TN 12.32±3.56 g，NOx-N 1.08±0.87 g，NH4-N 1.39±1.32 g和TP 0.37±0.24 g，因此，不能忽略降雨對(duì)試驗(yàn)造成的影響。據(jù)此推測(cè)，降雨對(duì)自然水體帶入的污染也是比較嚴(yán)重的。

　　2.3對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的去除效果

　　試驗(yàn)用水注入水池，植物浮床布置好后，于12月28日對(duì)各池水質(zhì)進(jìn)行了一次測(cè)定，作為各處理的初始濃度。各池水體中營(yíng)養(yǎng)元素各指標(biāo)略有分化，但差別不大。試驗(yàn)一直持續(xù)到3月20日，期間每周采集水樣測(cè)定一次，不同植物組合對(duì)水質(zhì)幾個(gè)指標(biāo)的影響各不相同。

　　TN的變化

　　從圖2可以看出，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理TN濃度均有不同程度下降，組合1、2、3處理的水體TN濃度始終低于對(duì)照組，而組合4的TN濃度曲線則大部分時(shí)間在對(duì)照之上，去除TN效果較差。比較分析4個(gè)植物組合最終對(duì)TN的去除率發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過84d的處理后，對(duì)照池水體中TN的平均濃度從14.13 mg/L降至7.88 mg/L，去除率為40.0%;組合1和2對(duì)TN的去除率分別為47.8%和44.2%，均顯著高于對(duì)照無植物處理組(P<0.05)，去除能力分別為對(duì)照的1.20倍和1.11倍，組合3和4對(duì)水體中TN的去除率分別為43.0%和37.9%，與空白對(duì)照的去除效果差異不明顯(P>0.05)。

　　NOx-N的變化

　　圖3顯示，4種植物組合和對(duì)照處理的水體中NOx-N濃度均有較大幅度的下降，其中組合1、2濃度曲線一直遠(yuǎn)低于對(duì)照曲線，對(duì)NOx-N的去除效果較好，組合3處理的水體NOx-N的濃度也低于對(duì)照，但不如組合1、2顯著，而組合4的NOx-N濃度與對(duì)照比較接近。處理結(jié)束時(shí)，組合1、2、3和4對(duì)水體中NOx-N的去除率分別為52.2%、58.5%、34.1%和31.1%，分別為對(duì)照去除率(25.9%)的2.02倍、2.26倍、1.32倍和1.20倍。4種植物組合對(duì)NOx-N均具有較高的去除能力，明顯高于對(duì)照(P<0.05)，組合3和4對(duì)NOx-N去除能力不及組合1和2(P<0.05)。

　　NH4-N的變化

　　從圖4可以看出，對(duì)照和幾種植物組合處理的水體中，NH4-N的濃度均有所降低，但最終濃度均在1.5 mg/L以上，仍處于較高水平，可見水體對(duì)NH4-N的自凈能力和植物組合對(duì)NH4-N的處理能力均有限。組合1、2、3、4和對(duì)照對(duì)水體中NH4-N的去除率分別為32.4%、34.6%、21.4%、19.1%和27.2%。其中組合1和2的去除能力高于對(duì)照(P<0.05)，組合3和4處理對(duì)水體中NH4-N的去除能力較差，最終濃度甚至高于對(duì)照。

　　TP的變化

　　從圖5可以看出，各處理TP濃度在試驗(yàn)初期下降較快，后期可能由于濃度已較低，呈平緩下降趨勢(shì)，其中組合1和2多次取樣時(shí)測(cè)定的濃度均低于對(duì)照，而組合4的TP濃度與對(duì)照十分接近，組合3處理的水體中TP濃度下降較少，后期濃度甚至高于對(duì)照。比較組合1、2、3、4和對(duì)照的最終去除率發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過84d的處理后，它們對(duì)TP的去除率分別70.1%、67.8%、42.4%、53.2%和64.5%。組合1、2與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，對(duì)TP去除能力較強(qiáng)，而組合4相對(duì)對(duì)照沒有明顯的去除優(yōu)勢(shì)(P>0.05)，組合3效果較差，去除率甚至低于空白對(duì)照(P<0.05)。

　　3 結(jié)論與討論

　　在為期84 d的試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，組合1(常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+反曲燈心草“藍(lán)箭”)4種植物都生長(zhǎng)良好，對(duì)TN、NOx-N、NH4-N和TP均有較好去除效果，去除率分別為47.8%、52.2%、32.4%和70.1%;組合2(常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+大苞萱草)對(duì)TN、NOx-N、NH4-N和TP的去除效果也較好，分別為44.2%、58.5%、34.6%和67.8%，其中其他植物生長(zhǎng)良好，而大苞萱草雖保持常綠，但生長(zhǎng)量較少;組合3和4由于部分植物生長(zhǎng)狀態(tài)不佳，僅對(duì)NOx-N具有一定的去除能力，且對(duì)NOx-N的去除率低于組合1和組合2。

　　研究發(fā)現(xiàn)，低溫環(huán)境下，植物生長(zhǎng)狀況好的組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化能力強(qiáng)，對(duì)TN、TP、NH4-N和NOx-N等均有較好的凈化效果，其中對(duì)NOx-N的處理效果最好，而對(duì)NH4-N的處理則相對(duì)較差，這與童昌華等的研究一致，一方面是由于植物本身對(duì)NOx-N的吸收偏好，對(duì)NH4-N的利用能力相對(duì)較差，另一方面可能與低溫導(dǎo)致對(duì)NH4-N去除能力影響較大的微生物活動(dòng)下降有關(guān)。周小平等報(bào)道，黑麥草等植物浮床系統(tǒng)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中TN和TP的去除率分別在50%和60%左右，TN去除率比本研究低，而TP去除能力高于本試驗(yàn)。劉淑媛等研究顯示，多花黑麥草富營(yíng)養(yǎng)化水體的TN和TP去除率分別高達(dá)80%和90%，均高于本試驗(yàn)，這可能與其試驗(yàn)中水體TN和TP原始濃度較高(分別為11.55和1.59 mg/L)有關(guān)

　　冬季植物及其組合對(duì)水體有一定的凈化作用，但相比夏季效果仍存在一定差距。童昌華等報(bào)道夏季微齒眼子菜對(duì)水中TN、TP和NOx-N的去除效率分別為77.54%、90.65%和91.7%，冬季分別為71.5%、70.4%和84.5%。李文朝、王超等和李金中等的研究也顯示了相似的結(jié)果。這一方面是由于溫度高，植物代謝迅速，吸收能力更強(qiáng)，另一方面也可能與低溫導(dǎo)致微生物的活動(dòng)下降有關(guān)。另外，李寒娥等研究表明，夏季鳳眼蓮、大薸和水龍兩種或兩種以上的植物組合對(duì)TN的去除能力比單獨(dú)任何一種植物強(qiáng);而在冬季各組合沒有呈現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)，以單獨(dú)生長(zhǎng)的鳳眼蓮對(duì)TN的去除能力最好。這可能是因?yàn)榇蟛糠种参镌谙募揪�生長(zhǎng)旺盛，各種植物對(duì)不同指標(biāo)的吸收差異可以形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，因此總體效果較好，而在冬季不同的植物生長(zhǎng)狀態(tài)相差很大，少數(shù)生長(zhǎng)較好的植物凈化效果好，其他植物效果不佳，甚至腐爛造成負(fù)作用，因此冬季植物修復(fù)時(shí)植物種類及其組合的選擇更為重要。

　　從植物生長(zhǎng)特性、景觀效果和生態(tài)效應(yīng)等方面綜合考量，在冬季富營(yíng)養(yǎng)化水體植物修復(fù)中可優(yōu)先考慮組合1(常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+反曲燈心草“藍(lán)箭”)和組合2(常綠水生鳶尾+羊蹄+金葉“金錢蒲”+大苞萱草)，它們具有能在冬季正常生長(zhǎng)、景觀效果好、對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除率較高且穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是低溫環(huán)境下適宜的浮床系統(tǒng)植物組合形式。本研究結(jié)論對(duì)長(zhǎng)三角及類似氣候帶地區(qū)冬季乃至全年富營(yíng)養(yǎng)化水體的植物修復(fù)具有一定的指導(dǎo)意義，但本研究只是相對(duì)穩(wěn)定環(huán)境中的短期試驗(yàn)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步觀察。

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