戴肖云 鐘睿 張曉燕 張建勛 欒蘭

摘要：本文以江蘇省蘇州市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道作為研究對(duì)象，基于蘇州地區(qū)的氣候條件和該河道水體污染的現(xiàn)狀，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)、篩選優(yōu)勢(shì)植物及氮磷去除效果較好的修復(fù)技術(shù)，并且對(duì)篩選出的優(yōu)勢(shì)植物進(jìn)行春秋兩季的氮磷去除效果比較。結(jié)果表明：浮水植物（圓幣草和聚草）更適宜于本地區(qū)的氣候和水文地質(zhì)特征，適于生態(tài)修復(fù)選用。此外，無(wú)論春季還是秋季，浮水植物（圓幣草和聚草）均優(yōu)于挺水植物（黃花鳶尾、花葉蘆竹、蘆葦、水培冬青、千屈菜）的脫氮除磷效果；聚草和圓幣草在春季脫氮除磷效果明顯優(yōu)于秋季；凈化浮島（圓幣草、聚草）、人工濕地（蘆葦、黃花鳶尾、千屈菜）和浮島式濕地（花葉蘆竹和水培冬青）三種修復(fù)技術(shù)中，凈化浮島技術(shù)的脫氮除磷效果相對(duì)較好?；谝陨辖Y(jié)論，建議在河道駁岸采用間歇方式布置凈化浮島，植物主要以圓幣草和聚草為主，同時(shí)可輔以其他水生植物來(lái)強(qiáng)化凈化效果和景觀效應(yīng)，如：黃花鳶尾、蘆葦、千屈菜等。

關(guān)鍵詞：水生植物；氮磷；凈化浮島；浮島濕地；人工濕地

中圖分類號(hào)：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）05-0110-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.066

Abstract： This study selected a township in Suzhou City， Jiangsu Province as the research object. Based on the understanding of the climatic conditions in Suzhou area and the current state of the water pollution in the river，Through laboratory simulation experiments， dominant plants and restoration technologies with better removal of nitrogen and phosphorus were screened， and the removal effects of nitrogen and phosphorus in different spring and autumn seasons for the dominant plants were compared.Research indicates： Floating plants （Yuan currency grass and poly grass） was more suitable for the Suzhou regions climate and hydrogeological characteristics， and which was suitable for the selection ofecological restoration project. Compared withemergent plants（yellow iris， themosaicof Arundo donaxreed， hydroponicholly and Lythrumvegetables），in springorfall， the floating plants（Yuan currencygrass and polygrass） had a better removal rate. The removal rate of poly grass androundcoingrass in spring were higher than infall. The result about the removal rate of nitrogen and phosphorus of purification floating island（Yuan currencygrasspolygrass）， artificialwetlands （reed， yellow iris， Lythrum salicaria）and floating islandwetlands（mosaicof Arundo donaxandhydroponicholly） indicated that the removal efficiencyof purification thefloating islandwasbest，respectively.Based on the above research findings， it is suggested that the floating islands should be arranged in an intermittent manner on the river bank revetment. The plants mainly consist of Cochinchinensis and agro-grass， and can be supplemented with other aquatic plants to enhance the purification effect and landscape effect， such as： yellow flower iris， Reeds， Lythrum， etc.

Key words：Aquatic plants；Nitrogen and phosphorus；Clean floating island；Floating Island Wetland；Artificial wetland

水體富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)江河、湖泊、水庫(kù)等地表水體的重要水環(huán)境問(wèn)題之一，而水體中過(guò)高的氮、磷濃度是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。關(guān)于氮、磷引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化的生態(tài)修復(fù)研究有很多，主要有植物凈化技術(shù)、人工濕地技術(shù)、凈化浮島技術(shù)等。韓照祥[1]種植美人蕉輔以空心菜、旱傘草在太湖典型富營(yíng)養(yǎng)化水域進(jìn)行試驗(yàn)，研究表明，通過(guò)收割植物去除的氮、磷總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其基礎(chǔ)總量，磷的最高去除量高出近40倍，水質(zhì)均由原來(lái)的劣V類上升到Ⅱ類，透明度從原來(lái)的45cm增加到180cm以上。魯敏等[2]對(duì)武漢地區(qū)7種常見(jiàn)濕地植物（香蒲、美人蕉、燈芯草、蘆葦、菖蒲、茭白和黃花鴦尾）對(duì)生活污水的處理效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，停留時(shí)間為1d時(shí)，各種植物的人工濕地對(duì)CDDcr、TN、TP和濁度有明顯的去除。李希等[3]利用浮島無(wú)土栽培的方法，把人工水桶作為模擬場(chǎng)所，通過(guò)在桶內(nèi)加入的生活污水，向桶內(nèi)移植混合水生植物，研究植物對(duì)水體中TN、TP、COD等的吸收和吸附作用，結(jié)果表明混合型植物人工浮島對(duì)TN、TP、COD等污染物的去除效果比單一植物要好，COD的去除率也達(dá)到80%，對(duì)處理生活污水具有廣闊的應(yīng)用前景。

但生態(tài)修復(fù)法的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，比如不同植物對(duì)污染物的吸收和水體凈化效果差異較大，而且對(duì)于同一種植物來(lái)說(shuō)，在不同的地區(qū)去除效果也明顯不同，因此要根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)氣候等特征選取植物。本研究選取江蘇省蘇州市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道作為研究對(duì)象，基于蘇州地區(qū)的氣候條件和該河道水體污染現(xiàn)狀的充分認(rèn)識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，篩選優(yōu)勢(shì)植物及氮磷去除效果較好的修復(fù)技術(shù)，并且對(duì)篩選出的優(yōu)勢(shì)植物進(jìn)行春秋兩季不同季節(jié)的氮磷去除效果比較，以期為生修復(fù)工程的選擇提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 水生植物的選擇

根據(jù)植物生長(zhǎng)能力、對(duì)氮、磷的吸附能力、耐污性，并查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，選取人工濕地（蘆葦、黃花鳶尾、千屈菜）、浮島式濕地（花葉蘆竹、水培冬青），凈化浮島（圓幣草、聚草），共計(jì)7種修復(fù)植物，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)。水生植物的選擇主要遵循以下幾個(gè)原則[4]：

（1）適應(yīng)性原則，所選擇的水生植物對(duì)蘇州地區(qū)的氣候條件，水文地質(zhì)特征具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。（2）較強(qiáng)凈化能力原則，優(yōu)先考慮對(duì)氮磷污染物去除效果較好吸附能力的。（3）耐污能力、抗蟲(chóng)能力強(qiáng)。（4）可操作性原則，所選物種繁殖能力強(qiáng)，栽培容易，管理收獲方便，具有美化景觀的功能。

1.2 修復(fù)實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)前對(duì)該河道水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如下（表1）：

實(shí)驗(yàn)共分為三組，包括植物篩選、評(píng)價(jià)降解效果；凈化浮島、浮島濕地、人工濕地凈化效果評(píng)價(jià)；不同季節(jié)去除量的比較。以篩選出不僅能適應(yīng)蘇州地區(qū)氣候及水文地質(zhì)條件，而且對(duì)氮磷污染物去除效果較好的水生植物，為生態(tài)修復(fù)工程提供實(shí)驗(yàn)參考。具體方法如下：

1.2.1 植物篩選、降解效果評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)從該河道中取回水生植物和水樣，在高為29cm，底徑為23cm，頂面直徑為30.5cm的紅色半透明水桶放入同樣體積的水樣，并將取回的水生植物移入桶中，并用打有孔洞的白色塑料泡沫板固定。實(shí)驗(yàn)設(shè)在帶有塑料棚頂?shù)拇笈锵?，相?dāng)于露天條件下的光照和溫度，但不會(huì)被雨淋。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30d，前兩天為適應(yīng)期，第3d（零點(diǎn)）、第5d（初期）、第15d（中期）、第30（后期）d采集水體。

1.2.2 凈化浮島、浮島濕地、人工濕地技術(shù)凈化效果評(píng)價(jià)

從該河道取水樣及三種修復(fù)技術(shù)的代表性植物：人工濕地（蘆葦、黃花鳶尾、千屈菜）、浮島式濕地（花葉蘆竹和水培冬青）、凈化浮島（圓幣草、聚草）。分別置于長(zhǎng)100cm，寬70cm，高80cm的水箱內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，用打有孔洞的白色塑料泡沫板固定。自然光照溫度下模擬靜態(tài)實(shí)驗(yàn)（避免雨水）。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行30d，前十天每隔3d采樣，以后每隔5d采集水體樣品。

根據(jù)“不同植物的篩選，凈化浮島、浮島濕地、人工濕地技術(shù)凈化效果比較的”的結(jié)果，選取優(yōu)勢(shì)植物，比較其春季生長(zhǎng)旺盛期和秋季穩(wěn)定期對(duì)氮磷的去除效果。具體步驟同1.2.1。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及分析方法

監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要包括：總磷、總氮、氨氮、COD、SS。其測(cè)定方法如下：

總磷的測(cè)定：取一定量的水樣，采用過(guò)硫酸鉀消解，對(duì)消解好的樣品采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定總磷。（GB 11893-89）。

總氮的測(cè)定：采用過(guò)硫酸鉀消解，用紫外分光光度法進(jìn)行測(cè)定總氮（HJ670-2012）

氨氮的測(cè)定：采用鈉氏比色法（HJ535-2009）

COD的測(cè)定：采用重鉻酸鉀法測(cè)定（GB/T 11914-89）

SS的測(cè)定：采用濾膜法測(cè)定（GB/T11903-1989）

經(jīng)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)前水體中總磷為0.54mg/L，總氮為3.72mg/L，氨氮為0.937mg/L，COD為106mg/L，SS為44mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 植物篩選，降解效果評(píng)價(jià)

2.2.1 植物的生長(zhǎng)狀況

試驗(yàn)初期（前3d），千屈菜表現(xiàn)出葉片失水萎蔫，最后莖葉開(kāi)始腐爛，出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。故在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中將千屈菜淘汰。水培冬青和花葉蘆竹長(zhǎng)勢(shì)不好，出現(xiàn)葉片發(fā)黃，葉片凋落現(xiàn)象。其余植物在試驗(yàn)期間一直生長(zhǎng)旺盛，每株植物都有新葉發(fā)出，植物根系生長(zhǎng)良好，尤其以圓幣草和聚草最為突出，蘆葦由于植株較高，發(fā)生倒伏。植物的生長(zhǎng)狀況間接反應(yīng)了植物的耐污能力及適應(yīng)氣候的能力。

2.2.2 植物對(duì)各污染物的去除效果

從圖1中可以看出，各種水生植物對(duì)污染物的去除均有明顯的效果，去除率分別為：總氮25.5%～37.9%，總磷36.8%～80.1%，COD47.2%～81.1%，氨氮5.4%～85.9%，SS22.7%～77.3%。其中水培冬青去除效果相對(duì)較差，去除率分別為：總氮25.5%、總磷26.8%、COD47.2%、氨氮5.4%、SS22.7%。圓幣草和聚草對(duì)污染物的去除效果比較好，去除率分別為：總氮37.9%和34.1%，總磷80.1%和73.5%，COD81.1%和74.8%，氨氮80.6%和85.9%，SS59.1%和77.3%。是因?yàn)閳A幣草和聚草是浮水植物，浮水植物通過(guò)根部吸收底質(zhì)中的氮磷，具有比挺水植物更強(qiáng)的富集氮磷的能力；且其有著巨大的生物量，與環(huán)境進(jìn)行著大量的物質(zhì)和能量的交換，形成了十分龐大的環(huán)境容量和強(qiáng)有力的自凈能力。而挺水植物（黃花鳶尾、蘆葦、花葉蘆竹）去除效果不如圓幣草和聚草，是因?yàn)橥λ参锉仨氃跐竦?、淺灘，湖岸等處生長(zhǎng)，即合適深度的繁衍場(chǎng)所，具有很大的局限性。從對(duì)單種污染物的去除來(lái)看，水生植物對(duì)總氮的去除效果要比對(duì)其他污染物的去除效果差，去除率均在40.0%以下。

2.2.3 凈化浮島、浮島濕地、人工濕地修復(fù)技術(shù)凈化效果評(píng)價(jià)

從圖2可以看出，3種修復(fù)技術(shù)對(duì)5種污染污染物均有明顯的去除效果，其平均去除率分別為：總氮75.0%，總磷71.1%，氨氮82.0%，COD61.4%，SS 71.2%；凈化浮島的去除效果相對(duì)較好，去除率分別為：總氮87.6%，總磷71.3%，氨氮87.6%，COD 97.5%，SS 81.8%。從對(duì)單種污染物質(zhì)的去除來(lái)看，浮島式濕地對(duì)COD的去除率最差，僅為1.9%，可能是由于水培冬青和花葉蘆竹水體的環(huán)境適應(yīng)力較差，最終導(dǎo)致長(zhǎng)勢(shì)不好，出現(xiàn)葉片發(fā)黃，葉片凋落現(xiàn)象，葉片掉入到水體中，腐爛，增加了COD的含量。

2.2.4 不同季節(jié)去除量的比較

從表2、表3中的數(shù)據(jù)可以看出，相較于秋季，春季聚草和圓幣草的去除效果好于秋季（除聚草對(duì)SS及圓幣草對(duì)COD的去除率外），春季聚草和圓幣草對(duì)總磷去除率比秋季分別高出3.2%和5.0%、總氮10.5%和1.3%，氨氮10.5%和15.6%。由于秋季植物生長(zhǎng)力較差，有的植物會(huì)逐漸枯萎死亡，植物的殘?bào)w在水中會(huì)逐漸腐爛，釋放出大量的有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽，有時(shí)還伴隨大量藻類生長(zhǎng)，造成水體的二次污染。而春季，植物的生長(zhǎng)狀況和代謝活動(dòng)旺盛，具有較強(qiáng)的吸附水體中污染物的能力；且春季微生物具有較強(qiáng)的活性、生長(zhǎng)繁殖能力，以及植物根區(qū)微生物的群落、種類和數(shù)量在春季也顯著增加，因此，春節(jié)去除效果要好于秋季。

從表2、3中還可以看出，圓幣草和聚草無(wú)論在春季還是秋季對(duì)各污染物的去除效果均非常接近。

3 結(jié)論

通過(guò)植物的篩選、凈化效果評(píng)價(jià)，凈化浮島、浮島濕地、人工濕地技術(shù)凈化評(píng)價(jià)，不同季節(jié)的去除效果比較，得出以下結(jié)論：

圓幣草和聚草相較于黃花鳶尾、蘆葦、花葉蘆竹和水培冬青這四種植物來(lái)說(shuō)，更適應(yīng)研究區(qū)的氣候條件，水文地質(zhì)狀況，生長(zhǎng)旺盛；同時(shí)對(duì)污染的去除效果也比其他水生植物要好。去除率分別為：總氮37.9%和34.1%，總磷80.1%和73.5%，COD81.1%和74.8%，氨氮80.6%和85.9%，SS59.1%和77.3%。 凈化浮島技術(shù)相較于浮島濕地、人工濕地技術(shù)來(lái)說(shuō)，對(duì)氮磷去除效果較好。去除率分別為：總氮87.6%，總磷71.3%，氨氮87.6%，COD 97.5%，SS 81.8%。

修復(fù)植物在春季對(duì)氮磷去除效果好于秋季。春季聚草和圓幣草對(duì)總磷去除率比秋季分別高出3.2%和5.0%，總氮10.5%和1.3%，氨氮10.5%和15.6%。

基于以上的研究結(jié)論，建議在河道駁岸采用間歇方式布置凈化浮島，植物主要以圓幣草和聚草為主，同時(shí)可輔以其他水生植物來(lái)強(qiáng)化凈化效果和景觀效應(yīng)，如：黃花鳶尾、蘆葦、千屈菜等。

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收稿日期：2018-04-25

作者簡(jiǎn)介：戴肖云（1986-），男，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)與管理。