周林飛，趙言穩(wěn)，蘆曉峰

沈陽農業(yè)大學水利學院，遼寧 沈陽 110866

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不同生活型植物腐解過程對人工濕地水質的影響研究

周林飛，趙言穩(wěn)*，蘆曉峰

沈陽農業(yè)大學水利學院，遼寧 沈陽 110866

摘要：為探討不同生活型水生植物腐解對石佛寺人工濕地水體水質的持續(xù)影響，在室內模擬3種生活型（浮葉型、挺水型和沉水型）6種水生植物（槐葉蘋Salvinia natans和丘角菱Trapa japonica；蒲草Typha angustifolia和荷花Nelumbo nucifera；穗狀狐尾藻Myriophyllum spicatum和金魚藻Ceratophyllum demersum）的腐解過程，研究植物類型、生物量以及底泥對營養(yǎng)鹽釋放過程的影響程度。結果表明：（1）浮葉植物和沉水植物最易腐解，而挺水植物腐解最慢，沉水植物腐解最徹底，且生物量越大釋放的營養(yǎng)物質越多；（2）同生活型植物之間pH值的變化具有很強的相關性（r＞0.826，P＜0.05），且底泥不影響pH的變化趨勢，DO變化趨勢因生活型不同存在明顯差異；（3）挺水植物有機物釋放過程較浮葉植物和沉水植物漫長，氮和碳的變化有一定相關性，底泥不影響水中氮的變化趨勢，但對水中氮的濃度高低有影響；（4）浮葉植物組和挺水植物組磷的釋放速率高于沉水植物，水體中磷濃度的高低與底泥和植物生物量有關，磷在水體和底泥存在明顯吸附沉淀和遷移現象。

關鍵字：人工濕地；不同生活型；水生植物；腐解；水質

引用格式：周林飛，趙言穩(wěn)，蘆曉峰.不同生活型植物腐解過程對人工濕地水質的影響研究［J］.生態(tài)環(huán)境學報，2016，25（4）:664-670.

ZHOU Linfei，ZHAO Yanwen，LU Xiaofeng.Effects of Aquatic Plant Decomposition on Water Quality in Constructed Wetland ［J］.Ecology and Environmental Sciences，2016，25（4）:664-670.

水生植物作為濕地生態(tài)系統的重要組成部分，通過自身的生長代謝活動吸收大量氮、磷等營養(yǎng)物質使水體水質得以凈化，并且某些水生植物還具有富集不同類型的重金屬或吸收降解某些有機污染物的特殊功能（程偉等，2005），因此水生植物在維持濕地生態(tài)平衡和水質保護方面具有重要作用（李文朝等，2001）331。但水生植物經過生長周期后，植株開始枯老死亡并逐漸腐爛分解，使水體中溶解氧含量處于較低水平，分解后的營養(yǎng)鹽進入水體中，導致二次污染而使水質惡化（宋曉娜等，2010；潘慧云等，2008）。

目前關于植物腐解的研究主要集中在濕地枯落物的分解和單一植物腐解對水體環(huán)境的影響，目前將不同生活型水生植物腐解過程進行對比研究的模擬試驗較少，而實際上水生植物腐解過程及營養(yǎng)鹽釋放規(guī)律與水生植物的生活型具有相關性（葉春等，2014），因此有必要對不同生活型水生植物開展腐解模擬試驗研究。本文選擇3種生活型6種水生植物，通過模擬水生植物腐解過程，定期檢測水體中營養(yǎng)物質的變化，探討不同植物營養(yǎng)鹽的釋放規(guī)律，以及上覆水體營養(yǎng)鹽的變化與底泥之間的關系，以期為人工濕地提供切實可靠的植物生態(tài)管理方案，從而更加充分合理地利用水生植物凈化水質的功能。

研究背景為石佛寺人工濕地，濕地位于遼寧省沈陽市沈北新區(qū)黃家鄉(xiāng)和法庫縣依牛堡鄉(xiāng)。為改善生態(tài)環(huán)境、凈化水質，2009年在石佛寺水庫內遼河的左岸修建人工濕地，并種植蘆葦（Phragmites Australis）、蒲草（Typha angustifolia）、荷花（Nelumbo nucifera），2012年遙感調查濕地總面積25.05 km2。由于水分充足，管理得當，濕地內又自然生長了一些新的濕地植物種類。經過2012─2014年3年調查，濕地內共有水生植物85種，包括挺水植物、沉水植物、浮葉植物以及濕生植物。分布面積廣泛、生物量密集的水生植物在凈化水質的同時，其衰敗的植株殘體又會落入水中，引起水質的一系列變化。因此，研究植物腐爛分解過程的內部機理成為解決濕地內源污染的當務之急。

1　研究材料與方法

1.1試驗材料的選擇

針對不同植物的生境、生活習性，通過對石佛寺人工濕地水生植物進行多次野外調查，選擇3種生活型（浮葉植物、挺水植物和沉水植物）6種水生植物作為研究對象。浮葉植物選擇槐葉蘋（Salvinia natans）和丘角菱（Trapa japonica），其中槐葉蘋為自由漂浮植物，丘角菱為根生浮葉植物；挺水植物選擇蒲草和荷花；沉水植物選擇穗狀狐尾藻（Myriophyllum spicatum）和金魚藻（Ceratophyllum demersum）。所選的6種水生植物是濕地內的優(yōu)勢種。試驗所用的底泥為水生植物分布區(qū)的表層底泥。

1.2試驗設計與管理

試驗材料的取樣時間為2014年9月24日，此時植株剛開始枯萎即將進入腐解階段。取樣方法：6種水生植物分別設置6個0.5 m×0.5 m的樣方，合計36個。浮葉植物和沉水植物用水草定量夾將0.25 m2樣方內的全部植物連根拔起，挺水植物采用收割法取樣方內地面以上部分，將采集的植物體裝入塑料袋帶回試驗室。當日將6種植物分別用清水洗凈，去除根、敗葉以及其他雜質，去除植物體表多余水分并晾干，分別稱其鮮重，換算出每平方米內植物的生物量，據此確定槐葉蘋等6種水生植物生物量密度分別為：槐葉蘋1.4～3.0 kg·m-2；丘角菱1.7～3.2 kg·m-2；蒲草2.6～5.0 kg·m-2；荷花2.3～4.5 kg·m-2；穗狀狐尾藻1.6～2.4 kg·m-2；金魚藻1.6～4.0 kg·m-2。收集水生植物分布區(qū)的表層底泥，以引入微生物，雖然6種水生植物分布區(qū)域不同，但分布距離較近，底泥環(huán)境差異較小，因此將采集的底泥混合均勻待用。

試驗地點為沈陽農業(yè)大學室內試驗平臺，取15個直徑為40 cm，深70 cm的圓柱體塑料桶，依次編號為1～15號。自然條件下不同水生植物衰亡時間有一定差異，在腐爛分解周期中溫度等環(huán)境因子也發(fā)生變化。本試驗在相對一致且可控的室內相似條件下進行，如溫度、光照、初始水環(huán)境等，以保證不同植物之間的可比性。將1～15號桶注滿自來水，其中1、3、5、7、9、12、15號桶內分別鋪12 cm厚的底泥，其余桶不鋪底泥，靜置7 d，對各桶內初始理化因子指標進行檢測，然后放置已處于死亡階段的水生植物。

試驗分組如表1所示。按照水生植物的生活型將試驗分為4組，第一組浮葉植物組包括2組對照試驗，1號和2號桶放置槐葉蘋，3號和4號放置丘角菱。第二組挺水植物組包括2組對照試驗，5號和6號桶放置蒲草，7號和8號放置荷花。4組對照試驗的目的是對比加底泥與不加底泥在水生植物腐解過程中對水質的影響；由于不同水生植物生物量存在一定差異，為了增加結果的可比性，1～8號桶放置的水生植物生物量均為3 kg·m-2，放置時盡量均勻地鋪放在塑料桶內。第三組沉水植物組，9～11號桶放置穗狀狐尾藻，12～14號放置金魚藻，目的是對比加底泥與不加底泥以及不同生物量在水生植物腐解過程中對水質的影響，以穗狀狐尾藻為例，9～10號對比加底泥與不加底泥在沉水植物衰亡腐解過程中對水質的影響，10、11號桶對比不同生物量在水生植物衰亡腐解過程中對水質的影響；9、10號為2.0 kg·m-2穗狀狐尾藻，11號為3.0 kg·m-2穗狀狐尾藻，12號、13號為2.0 kg·m-2金魚藻，14號為4.0 kg·m-2金魚藻，放置時盡量均勻。第四組空白對照試驗，15號桶只鋪放12 cm厚底泥，不加入植物。

表1　試驗設計分組Table 1 Design of experiment group

試驗日期為2014年9月24日至2015年3月8日，測定放置植物前水中各指標含量，即為第0天（2014-9-24）；在第8 天（2014-10-2）、第16天（2014-10-10）、第24 天（2014-10-28）、第34天（2014-11-15）、第52天（2014-12-2）、第68天（2015-1-3）、第100天（2015-2-4）、第132天（2015-3-8）取樣測量。檢測時段的確定根據腐解過程中營養(yǎng)物質實際變化速度進行調整，初期因其腐爛速度快，故縮短檢測時間間隔，增加檢測頻度，后期根據水中物質的變化情況調整監(jiān)測時間。為保證各試驗桶溫度處于相同水平，整個試驗過程避免強光直射，使各桶受光量一致，溫度均控制在12 ℃以上。實時補充桶內蒸發(fā)的水量，并觀察記錄各桶內植物腐爛狀態(tài)。

1.3試驗樣品分析和數據處理

測定指標包括水體水溫、pH值、溶解氧（DO）、化學需氧量（CODCr）、總氮（TN）、總磷（TP）；底泥中總磷（TP），總氮（TN），有機碳（TOC）。水體指標測定方法：總氮（TN）采用堿性過硫酸鉀消解法測定，總磷（TP）采用硝酸-高氯酸消解法測定，化學需氧量（CODCr）采用重鉻酸鹽法測定，水溫、pH、溶解氧（DO）采用德國便攜式多參數光譜水質分析儀測定。底泥指標測定方法：有機碳（TOC）的測定采用重鉻酸鉀氧化-分光光度法測定，總氮（TN）采用半微量凱氏法測定，總磷（TP）采用消解-鉬銻抗分光光度法測定。

數據采用SPSS 21.0進行統計分析，用Matlab 10.0繪制圖表。

2　結果與分析

2.16種水生植物的腐解過程

溫度是影響水生植物腐解的重要環(huán)境因子，9月末到10月中旬，水溫為18～21 ℃，各桶植物漂浮在水面上，逐漸枯黃衰敗，水的顏色開始變黃但始終比較清澈，其中浮葉植物槐葉蘋和丘角菱桶內水的顏色最深，該顏色變化可能由于不同種植物本身所具有的色素造成的，而加底泥桶內水的顏色比不加底泥顏色深些。10月末到12月初，水溫在15 ℃左右，浮葉植物組和沉水植物組部分葉片開始變薄、斷裂、凋落并不斷沉向桶底，水逐漸渾濁，但挺水植物組不明顯。12月中旬到次年1月末，水溫在12～13 ℃，浮葉植物組和沉水植物組植物腐解殘體大量沉于桶底，水逐漸變回澄清，挺水植物組中蒲草和荷花的莖葉殘留較多，水較渾濁。2月到3月初，水溫從13 ℃升至17 ℃，浮葉植物組和沉水植物組基本腐解完畢，桶內水清澈見底，而挺水植物組腐解不徹底。相比之下，挺水植物腐解得慢，主要是因為不易分解的粗纖維含量高。因此，溫度影響著腐解過程的始終。

2.2水生植物腐解對水體pH、DO的影響

2.2.1對pH的影響

由圖1可知，水生植物分解過程中，pH呈先降低后升高的趨勢，最終各桶pH維持在7.5～8.4，表明系統進入相對穩(wěn)定階段。pH變化與水生植物腐解過程有著密切聯系，分析pH變化過程發(fā)現，初期pH的降低一方面是由于植物的大量死亡，光合作用逐漸減弱，水中CO2含量增多，導致pH降低；一方面由于植物體內部分不穩(wěn)定有機物被釋放進入水體，在微生物作用下分解并釋放出CH4、CO2，會加劇pH降低（武海濤等，2007），且水中的NH3和胺類物質（Wang et al.，2010；Carvalho et al.，2005；張娟等，2012），在氨氧化細菌的作用下，NH4+-N逐漸向NO3--N轉化，在綜合作用下水體pH降低到較低水平。試驗后期隨著室內溫度的降低，加之水生植物腐解趨于尾聲，水中的碳源不足等原因，微生物的活性降低，釋放的CO2也逐漸減少，NH4+-N向NO3--N轉化的速率也不斷降低，pH逐漸回升，并恢復到接近初始水平。然而，空白試驗組15號桶的pH值無明顯變化，可知其他試驗組水體pH的變化是由于水生植物腐解引起的。

比較前3組試驗桶pH變化過程發(fā)現，沉水植物組中，生物量較大的狐尾藻11號桶（3.0 kg·m-2）和金魚藻14號桶（4.0 kg·m-2），其pH變化幅度也較生物量小的10號桶（2.0 kg·m-2）和13號桶（2.0 kg·m-2）大，相關性分析表明，不同生活型植物之間pH變化具有相似的變化趨勢，并且同種生活型的2種植物之間pH值無顯著差異（P＜0.05），且加底泥與不加底泥不影響pH值變化趨勢（r＞0.826，P＜0.05）。

圖1　3種生活型水生植物腐解過程中pH、DO的變化Fig.1 The changing of pH and DO during the decomposition process of the three kinds of life forms

2.2.2對DO的影響

根據對水生植物的腐爛過程的觀察和記錄可以看出，在腐解初期，植物體大量死亡并漂浮在水體表面，阻礙了大氣復氧，并且水生植物腐解過程中釋放出的營養(yǎng)物質為水中微生物的生命活動提供了豐富的碳源和氮源，增強了其呼吸作用，促進了氧的消耗，造成水體中的DO迅速下降（葉碧碧等，2011），因而各桶中溶解氧在短短幾天內降到較低水平。根據實際觀察，浮葉植物最容易腐爛分解，所以1～4號桶的槐葉蘋和丘角菱在水中的溶解氧最先降至0，而沉水植物穗狀狐尾藻、金魚藻植物體具有大量的葉片，具有的豐富的海綿組織，并附著了大量微生物（李靜等，2008），促進了植物體快速腐解。在腐解試驗進行至第16天時（10月10日），穗狀狐尾藻和金魚藻試驗桶內溶解氧先后都減少至0。溶解氧是影響水生植物腐解的重要因素（張智等，2005），高濃度的溶解氧可以增強好氧微生物的活力，增加碳氮的釋放。試驗后期，隨著植物殘體不斷向桶底沉降，大氣復氧能力逐漸得到恢復，水中DO逐漸升高，試驗結束時浮葉植物組和沉水植物組桶內植物腐解完畢，水體逐漸趨于清澈，透明度增加。

由圖1可知挺水植物組溶解氧呈先降低后升高再呈波動式降低的趨勢，這與其腐解過程相關。蒲草、荷花由于其植物體所含莖的比重較大，其莖具有通氣組織，且均含有難腐解的纖維組織（劉白貴等，2008），導致其生物質的腐爛分解過程比較漫長，這使其溶解氧變化趨勢不同于浮葉植物組和沉水植物組。初期有葉片浮于水面，阻止了大氣復氧，易腐解的物質先腐解，消耗溶解氧，使溶解氧迅速降低；易腐解物質腐爛掉，植物殘體吸水下沉，水面裸露加強了復氧，同時莖中的通氣組織將氧氣向水面深處傳遞，所以溶解氧又升高了；次年隨著室內溫度的上升，微生物活性增強，植物殘體加速腐解，DO再次降至較低水平。

15號空白試驗桶DO一直在6.0 mg·L-1以上，而溫度通過影響微生物的活性，間接影響著溶解氧的變化，對空白組的水溫和DO進行相關分析發(fā)現，水體DO與水溫呈顯著負相關（r=-0.684，P＜0.05），加底泥與不加底泥試驗桶溶解氧變化趨勢差異不明顯（P＜0.05），表明空白組溶解氧變化主要受溫度影響，其他各試驗桶溶解氧變化除了受溫度變化影響，植物的腐爛分解是造成溶解氧變化的主要原因。由于3種生活型水生植物體內物質形態(tài)及含量決定了分解微生物的喜好程度，造成腐爛分解速率差別較大（Strickland et al.，2009），浮葉植物分解速度最快，沉水植物次之，而挺水植物最慢。至試驗結束時，挺水植物組腐解仍在繼續(xù)?？芍w中DO濃度的高低與植物的生活型和生物量有很大的關聯，因此，合理控制濕地中植物殘留量，避免大量植物腐解造成水體極度缺氧。

圖2　3種生活型水生植物腐解過程中COD、TN、TP的變化Fig.2 The changing of COD，TN and TP during the decomposition process of the three kinds of life forms

2.3水生植物腐解對水體COD、TN、TP的影響

2.3.1對COD的影響

化學需氧量（CODCr）作為衡量水體受有機物污染程度的綜合性指標（黃東等，2010），其數值大小代表水體有機物含量的高低。由圖2可以看出，浮葉植物和沉水植物組CODCr呈先升高后降低的趨勢，Wu et al.（2007）認為在腐解初期，植物殘體中大量的易溶物質的快速溶解和在微生物及胞外酶作用下的緩慢分解，導致水中有機物等還原性物質增加，在第8天（10月2日）前后兩組試驗桶內的有機物含量先后達到最大值，同時隨著植物的腐解水中的溶解氧也降至最低值，水體嚴重缺氧，進而抑制了有機物的分解（Johnson et al.，2006），后期隨著含氧水平提高，有機物以CO2和CH4形式釋放（李雪英等，2011），水體CODCr逐漸降低，試驗結束時基本降至10 mg·L-1以下。而挺水植物組卻截然不同，由于蒲草和荷花莖葉木質素等難溶性物質含量較高，微生物分解起來相對困難，在分解初期，分解速度相對較慢，較同等生物量的其他植物組有機物濃度低，隨著水體溶解氧濃度的增加，纖維素分解菌的活性得到激發(fā)，植物組織中難溶物質大量分解（Rejmankova et al.，2007），有機物濃度較浮葉植物組和沉水植物組高，達到最高值也比這兩組滯后，且在后期隨著溫度的變化有機物濃度也發(fā)生波動，這主要是因為溫度的波動影響著纖維素分解菌的活性，到實驗結束有機物質量濃度處于11.8～20.4 mg·L-1。

分析15號空白試驗桶發(fā)現，初期底泥中有機物釋放至水中，使水中有機物濃度高達10.3 mg·L-1，在微生物作用下，至試驗結束時，有機物的濃度又降至10 mg·L-1以下，可知有機物在底泥和上覆水體之間存在釋放和吸附沉淀過程。比較3組試驗發(fā)現，試驗初期，加入底泥的試驗桶水中有機物濃度均高于不加入底泥的桶，該結果也驗證了水中的部分有機物來自于底泥的釋放的結論；沉水植物組中11號桶（3.0 kg·m-2）有機物濃度大于9號桶（2.0 kg·m-2），14號桶（4.0 kg·m-2）有機物濃度大于12號桶（2.0 kg·m-2），所以植物生物量的增大，提高了微生物群落的數量（Galicia et al.，2011；張四海等，2011），從而使釋放的有機物相對較多；浮葉植物和沉水植物組在試驗進行至第16天（10月10日）時，各桶的有機物濃度基本趨于較低水平，而挺水植物組高濃度有機物的時間較長。

綜上，6種水生植物腐解過程中有機物變化趨勢存在很大差異，浮葉植物和沉水植物有機物釋放速度快，挺水植物組釋放時間較長，同生活型有一定的相似性，生物量越大釋放的有機物越多，分解后的殘體沉積到底泥中，成為水體營養(yǎng)的“源”，因此要注意底泥中有機物向水體中再釋放，避免水質變差。

2.3.2對TN的影響

水體ρ（TN隨時間的變化情況如圖2所示，在浮葉植物和沉水植物組中，腐解初期由于植物體內以物理淋溶為主的易溶性有機顆粒和無機鹽類含量多，分解速率快（盧少勇等，2005；劉白貴等，2008），同時水中大量的有機物為微生物提供了豐富的碳源，進而促進了微生物的繁殖，加速了植物腐解速度，因此兩組試驗桶水中TN均迅速上升，大都在第8天（10月2日）達到極值。隨著分解的進行，木質素等難溶性物質比重增加，此時的溶解氧含量較低（圖1），促進了微生物的反硝化作用，使水中NO3--N不斷向其它形式的含氮物質轉化，部分以N2O、N2的形式釋放到空氣中（Bastviken et al.，2005），因而浮葉植物和沉水植物組水體TN快速下降，然后隨著腐解的繼續(xù)，TN濃度呈波動式變化，這種波動與水生植物腐解過程中大量殘體的沉降以及氣體造成水體擾動有關（張來甲等，2013）。挺水植物組TN濃度先呈波動式上升，到第34天（11月15日）達到峰值，隨后快速下降，第68天后隨著溫度的升高，微生物的活性增強，TN又開始快速上升，至試驗結束達到領一個峰值。這種變化過程除與腐解過程有關，還與微生物的硝化和反硝化反應有關。至試驗結束時，浮葉植物和沉水植物組腐解已基本結束，水中TN降至較低水平，而腐解不完全的挺水植物組水中TN仍存在上升趨勢，腐解第132天（2015年3月8日），桶內TN濃度仍高達20.0 mg·L-1。

比較各組植物試驗桶發(fā)現，2、4、6、8號桶水體TN濃度分別高于對應1、3、5、7號桶內水體TN濃度，說明底泥對水中的氮有一定的吸附作用，但試驗結束后各桶底泥TN均比初始值低，這是因為底泥中的厭氧微生物在缺氧條件下，發(fā)生反硝化作用，使氮以氣體形勢溢出（Bastardo，1979；Bastviken et al.，2005）。將同種植物試驗組進行相關性分析，發(fā)現二者有很強的相關性（r＞0.72，P＜0.05），從而說明底泥不影響水體中氮的變化趨勢，但會對水中的氮含量高低產生影響。對15號空白進行測定發(fā)現，初期時水中TN達10.6 mg·L-1，此時水體所含氮主要來自于底泥的釋放，因此上覆水體和底泥之間明顯存在著氮的吸附和轉移。生物量較大的11號桶（3.0 kg·m-2）和14號桶（4.0 kg·m-2），在整個腐解過程中水中總氮濃度均高于生物量較低的10號桶（2.0 kg·m-2）和13號桶（2.0 kg·m-2），因此生物量大其釋放的氮也相對較多，結合碳的變化過程發(fā)現，氮和碳變化有一定相關性。因此3種植物體內物質形態(tài)及組成比例的差異以及各類物質分解的難易程度差異，可能是造成腐爛分解過程中氮釋放特征差異的主要原因（李文朝等，2001）334。

2.3.3對TP的影響

水體TP變化如圖2所示，比較3組試驗桶水中的總磷變化趨勢發(fā)現，由于腐解過程受到多種因素的影響，尤其是影響腐解過程的關鍵性因素，如植物體內木質素含量、C/N等，導致腐解過程中磷的釋放速率存在明顯差異（Koukoura et al.，2003；Berg et al.，1993）。浮葉植物組（1～4號桶）和挺水植物組（5～8號桶）試驗初期磷就開始向水體釋放，除4號桶水體TP是在第52天（12月2日）達到最大值1.84 mg·L-1，7號桶水體TP是在第24天（10月28日）達到最大值2.00 mg·L-1外，其余均是在第34天（11月15日）達到最大值，其范圍為1.06～2.31 mg·L-1，之后TP降低，到試驗結時，TP范圍為0.01～0.55 mg·L-1；沉水植物組（9～14號桶），磷的釋放速率明顯慢于浮葉植物組和挺水植物組，第16天檢測水樣TP基本為0，第24天磷才開始向水體釋放。原因有二，較低的溶解氧水平抑制了植物腐解的進行；浮葉植物葉中含有較易腐解的海綿組織等活性物質，磷主要存在于這些活性物質中，可被優(yōu)先釋放出來，所以磷的釋放較快。

表2　底泥中全N、全P、C的變化Table 2 The change of total N，total P，C in the sediment

沉水植物組加底泥與不加底泥水體TP變化趨勢是不同的，加底泥的桶水體TP先升高再降低，不加底泥組一直處于升高狀態(tài)。試驗結束時，試驗組各桶底泥TP含量均比初始時有顯著增加，表明水中的磷并不是始終滯留在水體中，而是可以向桶底遷移，沉積至底泥中，底泥對磷有明顯的吸附作用（葉春等，2014；張來甲等，2013）。而浮葉植物組和挺水植物組加底泥和不加底泥水體TP都在達到最大值后呈下降趨勢，原因在于試驗結束時，浮葉植物組和挺水植物組無底泥桶還有植物殘體沉積于桶底，部分有機磷被植物殘體吸附沉淀，且沉積物對磷也具有吸附作用。沉水植物組生物量較大的11號（3.0 kg·m-2）和14號（4.0 kg·m-2）磷的含量高于生物量較小的10號（2.0 kg·m-2）和12號（2.0 kg·m-2）實驗桶，因此，大生物量可提高水體TP質量濃度。

綜上，浮葉植物組和挺水植物組磷的釋放速率要高于沉水植物組，水體中磷濃度的高低與底泥和植物生物量有關，上覆水體中的磷可以遷移到底泥中。15號空白試驗桶初期未檢出磷，試驗結束時，TP達0.09 mg·L-1，水中的磷主要來自于初始底泥的釋放，因此沉積在底泥中的磷也可向水體再次釋放，成為內源污染。

2.4水生植物腐解底泥營養(yǎng)物質的變化

有研究表明（厲恩華等，2006；Hu et al.，2010；Pettit et al.，2012），底泥對上覆水體有很強的吸附及截留作用，氮、磷、有機物被釋放到水體后，會在沉積物和上覆水體之間發(fā)生明顯的轉移現象。檢測初始和試驗結束時各試驗桶底泥中N、P、C的含量結果如表2所示。

試驗結束時，各試驗桶底泥中的TN均有減少的趨勢，而空白試驗桶水體TN由初始值的2 mg·L-1升高至結束時的19.3 mg·L-1，主要來自于底泥中氮的釋放，是導致底泥氮減少的部分原因；另一方面可能由于在微生物的反硝化作用下，氮以氣體形式移出系統，導致各桶底泥中氮的減少。試驗結束時，試驗組各桶底泥TP含量均比初始時有顯著增加，說明水體中的磷有部分從水體中轉移至底泥中，并且試驗后期在好氧條件下，進一步促進了磷向底泥的沉降，因而試驗結束時底泥中的總磷含量有顯著增長。各桶底泥中有機質，均有小幅減少的趨勢，加入植物的試驗桶底泥有機質的減少主要由于底泥中C的釋放，并有部分被微生物作為能源利用。

3　結論

（1）水生植物腐解中營養(yǎng)鹽的釋放過程較復雜，不同生活型植物腐解速度不同，浮葉植物和沉水植物最易腐解，挺水植物腐解過程漫長，從腐解的徹底程度看沉水植物腐解最徹底，且生物量越大釋放的營養(yǎng)物質越多。

（2）水生植物腐解過程中，pH呈先降低后升高的趨勢，同生活型植物之間pH值具有很強的相關性（r＞0.826，P＜0.05），底泥不影響pH的變化趨勢。DO變化趨勢因生活型不同存在明顯差異，植物內部結構組織成分的不同是造成溶解氧變化差異的主要原因。

（3）植物腐解過程中氮和碳的變化因生活型的不同存在著差異。浮葉植物和沉水植物釋放有機物時間較短暫，而挺水植物釋放的有機物較多；氮和碳的變化有一定相關性，底泥不影響水中氮的變化趨勢，但對氮的濃度高低有影響。

（4）浮葉植物組和挺水植物組磷的釋放速率要高于沉水植物，水體中磷濃度的高低與底泥添加與否、植物生物量有關，磷在水體和底泥存在明顯吸附沉淀和遷移現象，因此沉積在底泥中的磷可向水體釋放，成為內源污染。

在植物腐解過程中，大量營養(yǎng)物質被釋放到水體中，浮葉植物和沉水植物在一年內基本可腐解完畢，對水體的影響具有明顯的階段性，而挺水植物在周年內難以分解徹底，大量殘體不僅造成水體污染，同時會加高底泥的厚度。因此，在濕地管理過程中，適當收割水生植物，及時清理濕地底泥，對人工濕地的健康運行具有重要意義。

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Effects of Aquatic Plant Decomposition on Water Quality in Constructed Wetland

ZHOU Linfei，ZHAO Yanwen，LU Xiaofeng
College of Water Conservancy，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110866，China

Abstract：The continued effects of aquatic plant decomposition on water quality of the created wetland at ShiFo Temple were evaluated using an indoor simulation，in which the influence of vegetation types，biomass，and sediment on nutrient releasing process were examined during the decomposition process of Floating-leave （Salvinia natans and Trapa japonica），Emerged （Typha angustifolia and Nelumbo nucifera） and Submerged （Myriophyllum spicatum and Ceratophyllum demersum） plants.Compared with Floating-leave and Submerged plants，Emerged plants were undergoing the slowest decomposition； while，the most thoroughly decomposed plants were the Submerged group.In addition，the amount of nutrients that were released corresponds to the weight of biomass，the more is larger.In the measures of pH and DO values，a strong correlation was revealed between the type of the plant and pH （r ＞ 0.826，P ＜ 0.05），and DO was varied significantly among the three plant groups.The organics releasing process of Emerged plant shows longer than the Floating-leave and Submerged groups，which two correlations were found between nitrogen and carbon，and nitrogen and sediment.In the measure of phosphorus releasing rates，Floating-leave and Emergent plants were higher than the Submerged group.Besides，we also found the concentration of water phosphorus corresponded to the level of sediment and plant biomass，and the precipitation and adsorption migration of phosphorus appeared in both water and sediment.

Key words：constructed wetland； different life forms； aquatic plant； decomposition； water quality

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.04.016

中圖分類號：X171

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）04-0664-07

基金項目：國家自然科學青年科學基金項目（31200392）；遼寧省水利科技指導性計劃項目（2016137-12）

作者簡介：周林飛（1971年生）女，副教授，博士，主要從事水環(huán)境與水生態(tài)研究。Email:zlf924@163.com

*通信作者：趙言穩(wěn)（1988年生）女，碩士研究生，研究方向水環(huán)境與水生態(tài)。Email:julanven@163.com

收稿日期：2015-12-06