5种水生植物对富营养化水体净化效果研究.pdf

第 10 卷第 2 期湖南生态科学学报Vol.10 No.22 0 2 3 年 6 月Journal of Hunan Ecological ScienceJun.2023收稿日期:2022-10-03基金项目:福建省科协创新战略研究项目(FJKX-A2111);福建省教育厅中青年项目(科技类)“景观植物对水体净化研究”(JAT200296)。作者简介:为通信作者:卞阿娜,博士,教授,研究方向:植物研究,E-mail:BAN ;陈怡,硕士,研究方向:污水处理,E-mail:aerithchen 。引文格式:陈怡,张乔雨,郭春兰,等.5 种水生植物对富营养化水体净化效果研究J.湖南生态科学学报,2023,10(2):48-54.CHEN Y,ZHANGQ Y,GUO C L,et al.Study on the purification effect of five aquatic plants on eutrophic waterJ.Journal of Hunan Ecological Science,2023,10(2):48-54.DOI:10.3969/j.issn.2095-7300.2023.02.007http:/5 种水生植物对富营养化水体净化效果研究陈怡,张乔雨,郭春兰,卞阿娜(闽南师范大学 生物科学与技术学院,福建 漳州 363000)摘 要:【目的】通过比较闽南本土常见的 5 种水生植物对富营养化水体的净化能力,筛选出适合闽南气候条件的净水型水生草本植物,为闽南水质净化植物的选用和搭配方式提供实践依据。【方法】通过室外环境模拟与实验室测定,分析单种植物和 5 种植物组合组菖蒲(Acorus calamus)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、梭鱼草(Pontederia cordata)、美人蕉(Canna indica)和铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)的净化能力,并对其净化能力进行对比。【结果】选用的水生植物的总氮(total nitrogen,TN)去除率由高到低为组合组梭鱼草美人蕉菖蒲狐尾藻铜钱草,其中 5 种植物组合搭配的 TN 去除率最高,其 TN 去除率高达 99.7%。水生植物的总磷(total phosphorus,TP)去除率由高到低为美人蕉组合组狐尾藻梭鱼草铜钱草菖蒲,其中5 种水生植物搭配的 TP 去除率最高值可达 89.1%。5 种水生植物的化学需氧量(COD)去除率由高到低为:组合组梭鱼草美人蕉菖蒲铜钱草狐尾藻。【结论】水生植物混合运用能够加快水体中氮磷污染物质的去除,且能够有效提高 TN、TP 和 COD 的去除率。选用的植物当中,美人蕉和梭鱼草对污水中 TN、TP 和 COD 的净化效果相对较好。建议以美人蕉和梭鱼草为主,多种植物组合,构建净水草本植物体系。关键词:闽南地区;水生植物;净化能力;总氮;总磷中图分类号:X522文献标志码:A文章编号:2095-7300(2023)02-0048-07Study on the Purification Effect of Five Aquatic Plants onEutrophic WaterCHEN Yi,ZHANG Qiaoyu,GUO Chunlan,BIAN Ana(School of Biological Science and Biotechnology,Minnan Normal University,Zhangzhou 363000,China)Abstract:【Objective】This paper aimed to study the purification of five common aquatic plants ofsouthern Fujian province on eutrophic water.【Methods】In this experiment,the ability of different plantsto purify water was analyzed through outdoor environment simulation and laboratory measurement.Thepurification ability of a single plant and five plant combinations(Acorus calamus,Myriophyllum verticilla-tum,Pontederia cordata,Canna indica,Hydrocotyle vulgaris)was analyzed.【Result】It showed that thetotal nitrogen(TN)removal efficiency of the five types of aquatic plants from strong to weak was combi-nation of plants P.cordata C.indica A.calamus M.verticillatum H.vulgaris.Meanwhile,the 5types of aquatic plants combined with the cultivation has the highest removal rate of TN,the TN removalrate was 99.7%;The total phosphorus(TP)removal rate of 5 plants from high to low was combination ofplants C.indica M.verticillatum P.cordata H.vulgaris A.calamus,and the highest TP removalrate of 5 types of aquatic plants combined with the cultivation was 89.1%.The removal rates of chemicaloxygen demand(COD)of the five aquatic plants were as follows:combination of plants P.cordata C.indica A.calamus H.vulgaris M.verticillatum.【Conclusion】The results show that the combined useof aquatic plants can increase the removal rate of nitrogen and phosphorus pollutants in water,and can ef-fectively increase the removal rates of TN,TP and COD.The selected plants,C.indica and P.cordata,have relatively good purification effects on TN,TP and COD.Therefore,it will be better to use C.indicaand P.cordata combination with other plants to purified eutrophic water.It provides practical basis forthe selection and collocation of plants.Keywords:southern Fujian province;aquatic plant;water purification;total nitrogen;total phos-phorus 水体富营养化是目前水体污染中常见的问题之一1。而水体中过高浓度的氮和磷是造成水体富营养化的主要原因2。为降低水体中过高的氮、磷浓度,人们提出了如人工湿地、生态浮床等修复和控制富营养化水体的生态工程,在这些生态工程中植物是重要的组成部分3。且随着我国“海绵城市”建设的加快,净水型水生植物被运用到雨水花园等场景的构建当中4-5,因此利用水生植物进行水质净化逐渐受到关注。水生植物净化法与传统的物理、化学和微生物处理方式相比较,其优势在于低能耗、低投资、处理过程与自然生态系统的兼容性更强,且具有一定的景观效果6。水生植物对污染物的去除机制包括植物吸收7、微生物降解8和物化作用9,净化过程中植物起到直接或间接的作用。不同植物对污染物的吸收、微生物的附着效果不同,导致不同植物的净化效果不同,因此对于植物本身的净化效果的研究和探讨尤为重要。目前关于水生植物在水体污染治理上的研究众多,但缺乏结合闽南地域性气候特点的水生植物净化研究。本研究按照植物的生活型,以挺水植物为主结合沉水植物的方式,选用美人蕉、梭鱼草、菖蒲、铜钱草和狐尾藻 5 种水生植物进行移植栽种试验。试验通过检测水质中总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)和化学需氧量(chemicaloxygen demand,COD)这三个指标,探讨 5 种水生植物的水质净化能力,提高水质,美化水体环境,为闽南地区净水型水生植物的选用提供理论参考。1 材料与方法1.1 材料 选用 5 种适应闽南气候特征的草本植物:菖蒲(Acorus calamus)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)、梭鱼草(Pontederia cordata)、美人蕉(Canna indica)和铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)。试验于闽南师范大学生物科学与技术学院温室大棚进行,并选取长势优良的植株进行种植。1.2 试验设计试验用水为福建漳州九龙江西溪实际水样,原水水样中 TN、TP 和 COD 的浓度为 9.501.98、0.550.49 和 5.470.19 mg/L。为模拟富营养化水体环境,在原水样中加入 NH4Cl 和 KH2PO4进行水样配制,模拟污染液中 TP、TN 和 COD 的浓度,其浓度分别为 2.50、10.00 和 6.00 mg/L。试验组分为 5 种植物组(美人蕉、菖蒲、狐尾藻、铜钱草、梭鱼草)和组合组,共 6 组,每组设置 3个重复。水箱长宽高为(52 cm38 cm17 cm),用铁丝将水箱水面等分成 10 块,每个分区放置一株大小均匀、长势良好的植株,即每个水箱中分别放置10 株。组合组中每种植物各放 2 株。单种植物组和组合组,植物株数一致。试验同时设置一组空白对照组。试验周期为28 d,每隔 7 d 进行一次采样。每次取样时用超纯水补充蒸发、蒸腾、采样所耗的水量。94第 10 卷第 2 期陈怡,等:5 种水生植物对富营养化水体净化效果研究1.3 试验方法总磷(TP)、总氮(TN)和化学需氧量(COD)的测定分别采用钼酸铵分光光度法(GB 1189389)、纳氏试剂分光光度法(HJ 5352009)和高锰酸盐指数法(GB/T 1189289),仪器选用 T6 新世纪紫外可见分光光度计10。各水体指标的去除率(L)11按以下公式计算:L=(C0-Ci)/C0100%式中,C0为初始浓度,Ci为处理后浓度。待试验处理结束后,取出完整植株,采集植物根系部分,自然风干,在105 下杀青20 min,然后在 60 下烘干,称量不同类型的根系重量,计算根系生物量12。1.4 数据处理采用 Excel 2019 软件进行数据处理、作图和分析。2 结果与分析2.1 五种水生植物生长状况 通过对比 5 种水生植物的根系,发现不同植物的根系生长情况不同(表 1)。美人蕉的根系发达,总体生长方向向下延伸13,且根系有许多侧根(图 1a),美人蕉属于须根型水生植物,其根数可达1 34953 条/株。菖蒲的根状茎粗壮,根系光滑且