雷婷文,魏小飛,戴耀良,郭躍華,許建新*
(1.深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司,廣東深圳518000;
2.深圳市中國科學(xué)院仙湖植物園,廣東深圳518004)
在現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展和人類活動(dòng)的雙重影響下,湖泊富營養(yǎng)化引發(fā)的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重[1-2],2007年太湖發(fā)生大面積水華,導(dǎo)致無錫數(shù)十萬群眾飲水出現(xiàn)問題[3],造成了嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。因此,湖泊水體的富營養(yǎng)化問題急需解決。
沉水植物作為淡水生態(tài)的初級(jí)生產(chǎn)者,能夠?yàn)楦鞣N水生生物提供食物、棲息和繁育場(chǎng)所,同時(shí)還能改善水體的溶氧和光照條件,增加水體的空間生態(tài)位[4],還在水體物質(zhì)和能量循環(huán)中起著重要作用[5]。研究表明,沉水植物能明顯改善富營養(yǎng)化水體中的營養(yǎng)鹽含量及浮游藻類含量,從而改善水質(zhì)[6-10]。因此,常利用沉水植被對(duì)富營養(yǎng)化湖泊水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。筆者利用6種常見的沉水植物,對(duì)富營養(yǎng)化水體進(jìn)行凈化,比較不同沉水植物的凈化能力,以期為今后富營養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)提供理論支持和科學(xué)依據(jù)。
1.1 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)所用苦草(Vallisneria spiralis)、金魚藻(Ceratophyllum demersum)、穗狀狐尾藻(Myriophyllum spicatum)、菹草(Potamogeton crispus)、輪葉黑藻(Hydrilla verticillata)、伊樂藻(Elodea nuttallii)均采自東莞橋頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園,選擇生長狀態(tài)良好的植株,洗凈后修剪至規(guī)格一致(10~15 cm)待用;試驗(yàn)用水為東莞橋頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園生活污水;底泥采自東莞橋頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園池塘,篩網(wǎng)去除大型無脊椎動(dòng)物和雜質(zhì)后混勻待用;試驗(yàn)裝置為500 L白色聚乙烯桶,規(guī)格為直徑1 m、高0.84 m。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理組,分別為苦草組、黑藻組、金魚藻組、伊樂藻組、狐尾藻組、菹草組、空白組,每個(gè)處理3個(gè)平行,除空白組外,每個(gè)平行種植植物生物量為100 g。每個(gè)試驗(yàn)桶均鋪設(shè)約10 cm厚底泥,加水至距桶上沿約5 cm處,待桶內(nèi)水體條件穩(wěn)定后,種植沉水植物。試驗(yàn)于2015年4月28日~6月11日進(jìn)行,共計(jì)45 d;試驗(yàn)期間水體溫度為25.3~31.8℃,各處理組之間無明顯差異。
1.3 試驗(yàn)指標(biāo)及測(cè)定方法 試驗(yàn)過程中對(duì)所有試驗(yàn)桶水體總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH4+-N)濃度進(jìn)行測(cè)定,待桶內(nèi)水體條件穩(wěn)定后,采集水樣一次作為本底值,種植植物后每3 d采集水樣一次,用于水體理化指標(biāo)的測(cè)定。同時(shí)YSI測(cè)定實(shí)時(shí)的水體溫度、pH等指標(biāo),用于檢測(cè)試驗(yàn)桶內(nèi)是否存在異常情況。TN測(cè)定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法;TP測(cè)定采用堿性過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法;NH4+-N測(cè)定采用納氏試劑比色法[11]。
1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析 所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Microsoft Excel 2010處理并生成圖形;所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)分析及檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)均采用SPSS19.0進(jìn)行,其中顯著性水平為P<0.05,極顯著性水平為 P <0.01。
2.1 不同處理組總氮濃度的變化 由圖1可知,與2015年4月28日試驗(yàn)開始時(shí)相比,6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)菹草組與空白組TN濃度出現(xiàn)了顯著的下降(P<0.05),苦草組、輪葉黑藻組、金魚藻組、伊樂藻組、狐尾藻組的TN濃度均出現(xiàn)了極顯著的下降(P<0.01);試驗(yàn)結(jié)束時(shí),金魚藻組、伊樂藻組、苦草組 TN的去除率較高,分別為 62.70%、61.36%和59.62%,其次為黑藻組(53.06%)、狐尾藻組(49.64%)、菹草組最低(40.51%)。
圖1 不同處理總氮濃度變化
2.2 不同處理氨氮濃度的變化 由圖2可知,與4月28日試驗(yàn)開始相比,6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí)各處理組氨氮濃度均出現(xiàn)了極顯著的下降(P<0.01),其中金魚藻組、伊樂藻組、苦草組對(duì)氨氮的去除量高于其他組別;而在氨氮的去除率方面,苦草組、金魚藻組的去除率較高,分別為73.8%和71.6%,其次為菹草組(68.9%)、伊樂藻組(68.2%)、狐尾藻組(66.5%)、黑藻組(62.4%)較低。
圖2 不同處理氨氮濃度變化
2.3 不同處理總磷濃度的變化 由圖3可知,6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí),各處理組總磷濃度均出現(xiàn)了下降,但苦草組和伊樂藻組下降顯著(P<0.05),其余組別均不顯著(P>0.05);在對(duì)總磷的去除率方面,苦草組和伊樂藻組也明顯高于其他組別,分別為45.83%和 47.06%,其次為黑藻組(20.00%)、狐尾藻組(17.65%)、菹草組(15.00%)、金魚藻組的最低(7.14%)。
2.4 不同處理植物生物量的變化 由圖4可知,6月11日試驗(yàn)結(jié)束時(shí),各處理組沉水植物生物量均出現(xiàn)了顯著的增長(P <0.05),其中苦草組植物生物量最高,為2 769.4 g,增長了約26倍;其次為伊樂藻組,為1 775.2 g,增長了約17倍,其余組別均低于苦草組和伊樂藻組。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí),苦草組植株均處于水體底部,而其他組別的植株絕大多數(shù)已生長至水面,與苦草組相比更容易形成植物群落的瘋長,因此在直接感官方面苦草要優(yōu)于其他幾種沉水植物。
圖3 不同處理總磷濃度變化
圖4 不同處理植物生物量變化
研究表明,沉水植物能夠有效地去除富營養(yǎng)化水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽,降低水體的富營養(yǎng)化程度[12],且不同類型的沉水植物對(duì)氮、磷等營養(yǎng)鹽的去除效率不同[13]。田琦等利用5種沉水植物對(duì)烏龍?zhí)陡粻I養(yǎng)化水體進(jìn)行凈化,發(fā)現(xiàn)5種沉水植物均具有一定改善水環(huán)境質(zhì)量的能力,不同沉水植物對(duì)于總氮、總磷、溶解氧、葉綠素a的去除能力有所差異[14];任文君等也曾比較4種沉水植物對(duì)白洋淀富營養(yǎng)化水體的去除能力,發(fā)現(xiàn)4種沉水植物對(duì)水體各形態(tài)氮磷的去除效率不同[15]。該研究顯示,試驗(yàn)所用6種沉水植物均能有效地去除水體中的氮、磷等營養(yǎng)鹽含量;在去除水體TN方面,苦草、伊樂藻、金魚藻的去除率更高,相對(duì)于其他幾種沉水植物體現(xiàn)出更好的去除效果;在去除水體氨氮方面,苦草和金魚藻表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢(shì);在去除TP方面,苦草和伊樂藻則比其他幾種沉水植物更加有效。因此,苦草比其他幾種沉水植物能更加有效地去除引發(fā)水體富營養(yǎng)化的氮、磷等營養(yǎng)元素。
在利用沉水植物進(jìn)行富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)時(shí),植物的大量繁殖一直是一個(gè)難以解決的問題,尤其是伊樂藻和輪葉黑藻等冠層型沉水植物,其生物量主要集中于水體表面,容易引起水體底部的光照不足和缺氧,從而影響整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)[16]。在該試驗(yàn)中,雖然在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)苦草生物量最大,但因?yàn)槠鋵儆诓莸樾统了参?,其生物量主要集中于沉積物表面,不易引起水體下層的缺氧和光照不足,同時(shí)還能有效地抑制由于魚類活動(dòng)等引起的沉積物再懸浮。在植物的生長方式和形態(tài)方面,苦草也要優(yōu)于其他幾種沉水植物,更適用于富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復(fù)。因此,可以利用苦草有效地降低富營養(yǎng)化水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素含量,同時(shí)盡量避免由于沉水植物瘋長引起的水質(zhì)惡化,從而恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)中的沉水植被,在整個(gè)生態(tài)修復(fù)過程中具有重要意義。
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