王 祥，闞 會(huì)，張雙雙，楊 敏，劉凱麗，錢麗萍

(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，安徽黃山 245041)

?

人工濕地水質(zhì)及植物重金屬含量研究
——以黃山屯溪濕地公園為例

王 祥，闞 會(huì)，張雙雙，楊 敏，劉凱麗，錢麗萍*

(黃山學(xué)院生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，安徽黃山 245041)

摘要[目的]研究黃山屯溪濕地公園水質(zhì)及植物體內(nèi)重金屬含量，為提高人工濕地水質(zhì)凈化效果及植物合理布局與規(guī)劃提供參考。[方法]設(shè)6個(gè)采樣點(diǎn)，于2014年9～12月和2015年6月測定黃山屯溪濕地公園水體中總氮(TN)、總磷(TP)、硝酸鹽氮-N)、氨氮-N)含量，2014年10、11月及2015年6月測定濕地部分植物體內(nèi)Cu、Cd、Zn、Pb含量，研究水質(zhì)及植物重金屬含量的特征，并分析植物對重金屬的吸附能力。[結(jié)果]TP含量(0.080～0.221 mg/L)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量(GB 3838—2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)及以上，-N含量(0.095～1.009 mg/L)也達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類水質(zhì)要求，TN含量(1.002～2.758 mg/L)偏高，屬于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅳ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。濕地中不同種類植物體內(nèi)Cu、Cd、Zn、Pb含量差異較大，Cu與Zn的含量最高可達(dá)24.3、157.8 mg/kg；Cd與Pb的含量最高可達(dá)到29.3、83.8 mg/kg。[結(jié)論]黃山屯溪濕地公園水質(zhì)良好，就同種植物體內(nèi)的重金屬含量而言，其根、莖、葉中重金屬含量不同，以根中含量最高。

關(guān)鍵詞人工濕地；濕地植物；重金屬；污水處理

人工濕地是20世紀(jì)70年代歐美發(fā)展起來的一項(xiàng)污水生物處理技術(shù)，具有效率高、投資低、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低、維持費(fèi)低等優(yōu)點(diǎn)[1]，在污水收集率低、大型污水廠建設(shè)滯后的發(fā)展中國家得到了廣泛應(yīng)用[2]。人工濕地是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，主要由基質(zhì)(多為碎石)系統(tǒng)和水生植物系統(tǒng)組成，是一種獨(dú)特的基質(zhì)-植物-微生物生態(tài)系統(tǒng)。植物、基質(zhì)、微生物與自然生態(tài)系統(tǒng)通過物理、化學(xué)及生化反應(yīng)三重協(xié)同作用處理污水，從而達(dá)到污水凈化的目的[3]。近年來，人工濕地已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種污水處理中，如生活污水[4]、工業(yè)廢水[5]、暴雨徑流[6-7]、農(nóng)業(yè)面源廢水等[8]，在污染控制方面發(fā)揮了獨(dú)特的作用。我國于20世紀(jì)80年代開始運(yùn)用人工濕地處理污水。近幾年，利用人工濕地處理河湖面源污水的研究與應(yīng)用逐漸興起[9-10]。筆者以黃山屯溪濕地公園為例，對人工濕地處理后的水體達(dá)標(biāo)情況及植物體內(nèi)不同重金屬含量進(jìn)行了研究，評(píng)價(jià)了人工濕地的水體水質(zhì)，分析了人工濕地不同植物對重金屬的富集效果，旨在為提高人工濕地的水質(zhì)處理效果提供參考。

1材料與方法

1.1采樣區(qū)概況黃山屯溪濕地公園位于黃山市中心城區(qū)新安江南岸江南新城區(qū)、黃山觀光索橋附近，處于蓄洪區(qū)。公園充分利用樹林、灘涂和公園近水區(qū)域建設(shè)環(huán)道和駁岸，并在沿江部分設(shè)釣魚臺(tái)、休息亭、木橋等，小溪和水邊種植有蓮藕、蘆葦、荷花、水蔥等水生植物，水中有金魚藻、狐尾藻等藻類。

圖1　人工濕地采樣點(diǎn)布設(shè)Fig.1　The layout of constructed wetland sampling site

1.2采樣點(diǎn)布設(shè)及采集在人工濕地中布設(shè)了6個(gè)點(diǎn)位(圖1)，從2014年9～12月、2015年6月測定水樣中的氮、磷等污染指標(biāo)。采用定位儀(GPS)定位并記錄其準(zhǔn)確位置，使每次取樣都在同一位置，采樣時(shí)取瞬時(shí)水樣，用聚乙烯瓶直接采集表層水。用樣品容器直接采樣時(shí)，用水樣沖洗3次后再行采樣，當(dāng)水面有浮油時(shí)，采樣的容器不進(jìn)行沖洗。采樣時(shí)注意除去水面的雜物、垃圾等漂浮物，采樣時(shí)不攪動(dòng)水底的沉積物，保證采樣按時(shí)、準(zhǔn)確、安全。將采集水樣置于500 mL 聚乙烯瓶中，立即加入 H2SO4，保持水樣的 pH 為1 ～2，密封后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室立即置于低于 4 ℃冰箱中保存。

2結(jié)果與分析

圖2　6個(gè)采樣點(diǎn)各污染指標(biāo)含量變化情況Fig.2　The change of pollution indicator content in 6 sampling sites

圖3　2014年10月人工濕地水生植物對重金屬的吸收Fig.3　The adsorption of aquatic plants to heavy metal in constructed wetland in Oct.2014

圖4　2014年11月人工濕地水生植物對重金屬的吸收Fig.4　The adsorption of aquatic plants to heavy metal in constructed wetland in Nov.2014

用途[11]。

2.2濕地部分主要植物體內(nèi)重金屬含量從圖3～5可見，不同植物體內(nèi)重金屬含量不同，總體而言，各植物體內(nèi)Cu含量較低，Cd次之，Pb、Zn的含量較高。另外，同種植物中，根中重金屬含量高于葉，葉中重金屬含量高于莖。

圖5　2015年5月人工濕地水生植物對重金屬的吸收Fig.5　The adsorption of aquatic plants to heavy metal in constructed wetland in Jun.2015

3結(jié)論與討論

(1)該研究結(jié)果表明，黃山屯溪濕地公園豐水期的水質(zhì)明顯優(yōu)于枯水期水質(zhì)，達(dá)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 19818—2002)中一級(jí)A類標(biāo)準(zhǔn)，處理效果較為理想。

(2)濕地植物在人工濕地污水處理工程中扮演著重要角色，是人工濕地系統(tǒng)的重要組成部分，直接或間接地影響人工濕地系統(tǒng)對污水的凈化效果。從該研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，同種植物根中重金屬含量大于子葉，葉中重金屬含量大于莖，不同植物對不同重金屬的吸收能力不同。

(3)利用人工濕地去污凈水雖然已得到廣泛運(yùn)用，取得了良好效果，但多數(shù)都采用單一植物品種，植物群落結(jié)構(gòu)簡單、種間搭配不科學(xué)及冬季觀賞綠量不足等問題，嚴(yán)重影響了人工濕地的凈化能力。因此，人工濕地植物配置時(shí)應(yīng)選擇對N、P吸收能力強(qiáng)，具抗逆性，對金屬元素富集能力強(qiáng)，適應(yīng)能力強(qiáng)的植物，從根本上達(dá)到去污效果[12]，同時(shí)也能得到良好的濕地景觀效果[13]。

參考文獻(xiàn)

[1] 白曉慧，王寶貞，余敏，等.人工濕地污水處理技術(shù)及其發(fā)展應(yīng)用[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32(6)：88-92.

[2] PATRICK D.Implementation of constructed wetlands in developing countries [J].Wat Sci Tech，1997，35(5)：27-34.

[3] HAMMER D A.Constructed wetlands for wastewater treatment [M].Michigan：Lewis Publishers Inc，1989：5-20.

[4] 龔琴紅，田光明，吳堅(jiān)陽，等.垂直流濕地處理低濃度生活污水的水力負(fù)荷[J].中國環(huán)境科學(xué)， 2004，24(3)：275-279.

[5] VRHOVSEK K D.Constructed wetland for industrial wasted water treatment [J].Wat Res，1996，30：2287-2292.

[6] GREEN M B，MARTIN J R.Constructed reed beds clean up storm over flows on small was tewater treatment works[J].Wat Environ Res，1996，68：1054-1060.

[7] SCHOLES L，SHUTESR B E，REVITT D M，et al.The treatment of metals in urban runoff by constructed wetlands [J].The science of the total environment，1998，214：211-219.

[8] BRASKERUD B C.Factors affecting nitrogen retention in small constructed wetlands treating agricultural non-point source pollution[J].Ecological engineering，2002，18：351-370.

[9] 趙聯(lián)芳，朱偉，趙建，等.人工濕地處理低碳氮比污染河水時(shí)的脫氮機(jī)理[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26(11)：1821-1827.

[10] 周海蘭.人工濕地在重金屬廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32(9)：89-91.

[11] 中國環(huán)境保護(hù)總局.城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)：GB19818—2002[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[12] 孫黎，余李新，王思麒，等.濕地植物對去除重金屬污染的研究[J].北方園藝，2009(12)：125-129.

[13] 王正超，文劍平，劉彩霞.水生觀賞植物在濕地建設(shè)中的應(yīng)用[J].濕地科學(xué)與管理，2006(6)：40-42.

基金項(xiàng)目國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201310375005)。

作者簡介王祥(1993- )，男，安徽安慶人，本科生，專業(yè)：環(huán)境科學(xué)。*通訊作者，教授，博士，從事環(huán)境監(jiān)測及水環(huán)境保護(hù)研究。

收稿日期2016-03-30

中圖分類號(hào)S 181

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)15-157-03

Study on Water Quality of Constructed Wetland and Heavy Metal Content in Plants—A Case Study of Tunxi Wetland Park in Huangshan City

WANG Xiang, KAN Hui, ZHANG Shuang-shuang, QIAN Li-ping*et al

(School of Life and Environmental Sciences, Huangshan University, Huangshan, Anhui 245041)

Abstract[Objective] The aim was to study water quality of Tunxi wetland park in Huangshan City, to provide reference for improving water quality purification effect of constructed wetland and rational layout of plants. [Method] Setting 6 sampling sites, content of TN, TP, -N and -N in water in Tunxi wetland park was determined during Sep.-Dec. 2014 and Jun. 2015, Cu, Cd, Zn, Pb content in plants were determined in Oct., Nov., 2014 and Jun. 2015. The water quality of constructed wetland and features of heavy metal content in plants were studied, the adsorption capacity of plants to heavy metals were analyzed. [Result] Total phosphorus (0.080-0.221 mg/L) reached the surface water environmental quality (GB 3838—2002) standards for grade III and above, ammonia nitrogen content (0.095 to 1.009 mg/L) reached the surface water environmental quality standard for class III water quality requirements, high content of total nitrogen (1.002 to 2.758 mg/L) belongs to surface water environment quality standard IV water quality standard. The differences of Cu, Cd, Zn, Pb content in various kinds of plants were significant, the content of Cu and Zn could reach up to 24.3, 157.8 mg/kg, Cd and Pb content could reach up to 29.3, 83.8 mg/kg. [Conclusion] The water quality of Tunxi wetland parkin Huangshan City is good. The heavy metal content in root, stem and leaf in the same plant is different, the highest content is in the root.

Key wordsConstructed wetland; Wetland plants; Heavy metal; Sewage treatment