白麗榮，鄭博穎，蘆站根 (衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，河北衡水053000)

衡水湖濕地位于河北省衡水、冀州、棗強的交界地帶，是華北平原單體水域面積最大的內(nèi)陸淡水湖泊，是唯一保持完整濕地生態(tài)系統(tǒng)的自然保護區(qū)，主要以淡水濕地和國家Ⅰ、Ⅱ級鳥類為保護對象，是物種繁衍的基因庫，生物多樣性十分豐富。自保護區(qū)成立以來，為保護濕地生態(tài)環(huán)境，已將衡水湖附近工廠遷走，但由于多年環(huán)境污染，加之仍有個別附近居民將小型作坊及生活污水偷排入湖中，湖水中仍有污染物殘留。另外，衡水湖的水源供給主要靠外流域調(diào)水，且調(diào)水過程中環(huán)境不一。同時，由于水體相對靜止，水流交替緩慢，均會影響衡水湖的水質(zhì)。此外，臨近的106國道穿梭不息的機動車輛及越來越多的游人均加速了對衡水湖濕地的污染。水體的富營養(yǎng)化主要是由于人類活動等因素造成大量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)進入水流交換緩慢的湖泊，引起水質(zhì)惡化、藻類快速繁殖等［1］，部分水生動植物大量死亡，生物多樣性下降，造成濕地生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)、自我更新能力降低，使環(huán)境問題進一步加劇［2］。因此在控制污染源的同時，運用濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力進行凈化，在此基礎(chǔ)之上發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，有效引導(dǎo)地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，不僅能夠改善濕地生態(tài)環(huán)境，而且還可建立穩(wěn)定、和諧與良性循環(huán)的衡水湖生態(tài)系統(tǒng)。

近年來，國內(nèi)外都在努力探索能夠可持續(xù)、穩(wěn)定地改善地表水質(zhì)質(zhì)量、增加湖泊生態(tài)系統(tǒng)多樣性的方法。研究表明，單純依靠動物或在水體中種植植物的方法，很難有效控制水體富營養(yǎng)化［3］。筆者擬通過利用水生植物和濾食性魚類組合構(gòu)建的小型生態(tài)系統(tǒng)，并設(shè)置單一植物組修復(fù)衡水湖富營養(yǎng)化水體，通過凈化效果比較分析，選取凈化效果好且具有較高經(jīng)濟價值的水生動植物組合，以期為富營養(yǎng)化水體的凈化及發(fā)展特色農(nóng)業(yè)提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器 水生植物選擇生長狀態(tài)良好，根、莖、葉、嫩芽齊全且性狀統(tǒng)一的木耳菜(Gynura cusimbua)和蕹菜(Ipomoea aquatica);動物選擇濾食性鯽魚(Carassius auratus)，為保證試驗的可操作性，魚身平均長度為5 cm左右，這種魚類在室內(nèi)模擬試驗中有個體小、生活力強的優(yōu)點。供試水體取自衡水湖污染較重區(qū)域。主要試驗儀器包括MLS-3750高壓蒸汽滅菌器、FA1204B電子天平、紫外分光光度計、蒸汽滅菌器、具玻璃磨口塞比色管。

1.2 試驗方法 該試驗采用兩種水生植物和魚類進行搭配組合，共設(shè)置4個不同處理組合，同時設(shè)置1個空白對照組，每個處理重復(fù)3次。除對照外，各處理均放置長約15～25 cm的植物60株，動植物組合組放置身長約5 cm的鯽魚8尾。具體設(shè)置如下:處理1，空心菜60株;處理2，空心菜60株+鯽魚8尾;處理3，木耳菜60株;處理4，木耳菜60株+鯽魚8尾;對照組為湖水(無植物、無鯽魚)。試驗采用自然光照，在溫室進行，溫度為20℃左右。試驗中盛放植物的容器為50 cm×30 cm×40 cm的玻璃缸，其中水體體積為50 L，采用厚度約1.5 cm的聚乙烯塑料泡沫板為載體。水樣在使用前，除去藻類和雜質(zhì)，確保每個處理起始條件一致。

1.3 測定項目與方法 采回試驗水體后，首先測定總氮(TN)、總磷(TP)的起始濃度。試驗開始后，每隔5 d取各組水樣分別進行TN、TP含量測定，每次各重復(fù)3次，取平均值。取樣時間安排在14:00～16:00，15 d共測3次。每次取水樣時，記錄當(dāng)時的氣溫。水質(zhì)總磷采用鉬酸銨分光光度法(GB/T 11893-1989)測定;水質(zhì)總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB118894-1989)測定［4］。TN、TP去除率R的計算公式為R=(C0－C1)/C0×100%，式中C0為初始濃度;C1為取樣時的濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析 采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理，并對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水樣中TN、TP初始濃度 供試水體取自衡水湖污染較重區(qū)域，其主要污染來源有人為污染、雨水徑流污染及底泥中內(nèi)源性營養(yǎng)物的釋放。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)［5］中指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值，所采水樣屬于V類水(表1)。由表1可知，所取衡水湖水樣中TN、TP含量均高于V類標(biāo)準(zhǔn)，說明衡水湖該區(qū)域湖水已呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。

表1 供試水體指標(biāo)含量及地表水V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) mg/L

2.2 動植物的生長狀況 試驗期間鯽魚生存狀況良好，存活率達100%。與木耳菜相比，空心菜的總體生長情況相對較好，空心菜植物組植物平均存活率都達95%以上，木耳菜植物組平均存活率為90%～95%。兩種植物均長出了新的嫩芽，空心菜的部分老葉有發(fā)黃的現(xiàn)象，木耳菜接觸水面的老葉有輕微的腐爛。經(jīng)過分析，造成這些差異的原因可能是植物主要靠根系吸收營養(yǎng)進行生長，空心菜屬直根系但須根較發(fā)達，可大量吸收營養(yǎng)元素，且莖葉較少接觸水面，因此植物體死亡較少;木耳菜屬直根系，須根不發(fā)達，且部分老葉片漂浮于水面，與水體接觸面積較大，在水體流動基本靜止的情況下這些葉片極易腐爛或?qū)е轮仓晁劳觯瑥亩苯佑绊懼参锏纳L狀況及存活率。

2.3 總氮的凈化效果分析 由表2可知，各處理試驗水體中的TN含量均有所降低，試驗前中期降低明顯，試驗后期降低不太明顯。在試驗進行10 d后，氣溫有所下降，平均氣溫為18℃左右，各試驗組部分植物的老葉開始變黃，導(dǎo)致植物生長代謝減慢，對TN的吸收速率也降低。通過比較各處理組對試驗水體TN的去除率，發(fā)現(xiàn)空心菜+鯽魚的去除效果最好，試驗結(jié)束時TN含量為3.87 mg/L，對TN的去除率為9.58%。各組對試驗水體中TN的去除率依次為:空心菜+鯽魚組＞木耳菜+鯽魚組＞空心菜組＞木耳菜＞對照組。可見，水生植物和濾食性魚類組合對TN的去除能力較好，即水生動植物組成的簡單生態(tài)系統(tǒng)對TN的去除率較高，其中空心菜+鯽魚組的去除效果最好，而只有單一植物的兩個處理組對水體中TN的去除效果不明顯。其原因可能是，空心菜雖屬直根系，但其須根較發(fā)達，植物依靠發(fā)達的根系可以吸收大量的氮，使氮元素在營養(yǎng)級中自生產(chǎn)者向上傳遞，再加上魚類的游動和選擇性捕食，這都有利于去除水體中的氮。

表2 不同處理水體試驗前后TN含量變化

2.4 總磷的凈化效果分析 由表3可知，隨著試驗的進行，各處理水體中TP含量逐漸降低，各組對試驗水體TP的去除率依次為:空心菜+鯽魚組合＞木耳菜+鯽魚組合＞空心菜組＞木耳菜組＞對照組。試驗結(jié)束時，比較各組去除率，其中空心菜+魚和木耳菜+魚的組合對TP的去除效果比兩組單一植物組效果都好，TP的去除率分別為42.86%和37.14%。而只有單一植物的空心菜組、木耳菜組對試驗水體中TP的去除率則稍低，分別為28.57%和20.00%。在兩個水生動植物組合的處理中，空心菜+鯽魚組合對TP的處理能力最好。對照組與其他試驗組在同一溫度、光照等外界條件下，水體中的微生物也可以吸收磷元素，因此TP的去除效果與各試驗組去除趨勢表現(xiàn)一致。水生植物大量吸收水體中的P元素，一方面水生植物通過植物根系吸收可溶性活性磷(SRP)，合成核酸、核苷酸、磷脂及糖磷酸酯等植物細胞的組成成分;另一方面，水生植物也為聚磷菌等微生物提供附著空間［6］。

表3 不同處理水體試驗前后TP含量變化

2.5 動植物對總氮、總磷去除效果的差異 試驗表明，動植物組合對P元素的去除效果總體上比N元素好。眾多研究表明，即使在含磷量較低的水體中，水生植物也能較好地吸收水中的總磷［7］。這可能是由于磷元素的降解方式較單一，主要是通過植物和微生物利用、吸附和自然沉降而降解。而相對于磷的去除方式，氮的轉(zhuǎn)化途徑復(fù)雜，除了植物吸收、吸附外，還可通過微生物的硝化和反硝化作用與外界進行交換［8－9］。因此，水體中的氮除了靠植物吸收外，還可依靠其他多種方式。

3 結(jié)論

(1)由水生動植物組成的小型生態(tài)系統(tǒng)對衡水湖富營養(yǎng)化水體中的TN、TP都有很好的去除效果，凈化效果優(yōu)于只有單一植物的凈化效果。鯽魚在水體中的攪動作用可促進植物對氮、磷的吸收。因此，水生動植物組合可有效地凈化衡水湖富營養(yǎng)化水體。

(2)在5個處理組中，空心菜+鯽魚對水體中TN、TP的去除效果較好，其原因是空心菜根系發(fā)達，且在每節(jié)除腋芽外，可長出不定根，再生能力強。植物形成的發(fā)達根系，在水體中可形成獨特的水體－植物根系－微生物生態(tài)系統(tǒng)，有助于植物直接吸收水體中的營養(yǎng)元素。

(3)利用水生植物尤其是水生蔬菜凈化富營養(yǎng)化水體，不僅有顯著的環(huán)境效應(yīng)，也可通過發(fā)展特色農(nóng)業(yè)促進衡水湖周邊區(qū)域的經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。

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