陳海生

(浙江同濟科技職業(yè)學院,浙江 杭州 311231)

水庫消落帶是指因水庫調度等原因引起庫水位變動而在庫區(qū)周圍形成的一段特殊區(qū)域，是水位反復周期性變化的干濕交替區(qū)，是水陸之間的連接帶，是兩者間進行物質、能量、信息交換的生態(tài)過渡帶，其生態(tài)狀況的好壞將直接影響陸地與水庫生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)狀況[1]。

水庫富營養(yǎng)化指的是水體中N、P等營養(yǎng)鹽含量過多而引起的水質污染現象。隨著浙江省經濟和社會的高速發(fā)展，工業(yè)和生活污水等點源污染的不合理排放，以及大量的不合理施用的化肥、農藥所造成農業(yè)面源污染的隨機排放，導致了湖泊、河流和水庫的富營養(yǎng)化。浙江省的水庫大多是飲用水水庫。水庫的富營養(yǎng)化嚴重影響了人民生活水平的提高和經濟的可持續(xù)發(fā)展。水庫消落帶中自然分布著很多的挺水植物。在水庫富營養(yǎng)化治理的各種措施中，利用消落帶中的水生植物吸收水體中氨態(tài)氮和硝態(tài)氮等營養(yǎng)物質、降解水庫中污染物指標是一種高效低成本的治理措施。

浙江省長潭水庫位于浙江臺州黃巖區(qū)西23 km處，庫區(qū)面積441.3 km2，水面寬廣，東西寬1 200 m，南北長約4 200 m，四周高山海拔高度在350～780 m之間。1964年建成運行，設計庫容6.91億m3，目前主要以供水為主，兼顧防洪、灌溉。正常蓄水水位36 m，興利庫容4.57億m3。長潭水庫水位下降時會導致灘地大量出現，形成高程范圍達30 m的消落帶[1]。

目前，如何有效地利用水生植物降低水庫水體富營養(yǎng)化程度，抑制“藍藻”水華的爆發(fā)已成為生態(tài)環(huán)境領域研究的熱點。曾有許多研究表明濕地水生植物能有效降解水體中N、P等營養(yǎng)物質。如徐紅燈,等[2]認為溝渠中的水生植物茭白和菖蒲對氮、磷的截留和轉化有明顯的促進作用,楊帆,等[3]以10種阿什河流域常見植物作為研究對象，在室內靜水條件下對其氮磷富集和水質凈化的能力進行比較研究,認為水蔥、蘆葦、菰和千屈菜可作為阿什河流域生態(tài)修復的備選植物。水庫消落帶中自然分布著很多的水生植物。在水庫富營養(yǎng)化治理的各種措施中，利用消落帶中的水生植物吸收水體中氮磷等營養(yǎng)物質、降解水庫中污染物指標是一種高效低成本的治理措施。但不同植物對水體中氮磷等污染物指標的降解效率是不一樣的。本研究選擇長期自然生長在長潭水庫消落帶上的鄉(xiāng)土挺水植物菖蒲(AcoruscalamusL.)、水芹(Oenanthejavanica)、水蓼(PolygonumhydropiperL.)、莎草(CyperusrotundusL.)。研究其對總氮、總磷的同化吸收降解能力，從中篩選出對水庫水體水質凈化效果好的植物，為水庫消落帶植物群落的構建和濕地生態(tài)系統(tǒng)的恢復提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物

選取在浙江省黃巖長潭水庫消落帶上自然生長的、生長良好且生長一致的4種濕地挺水植物各100 g，分別是水芹(Oenanthejavanica)、菖蒲(AcoruscalamusL.)、水蓼(PolygonumhydropiperL.)、莎草(CyperusrotundusL.)。

1.2 實驗方法

實驗于2017年5月10至6月10日在浙江省長潭水庫管理局塑料大棚內進行。挺水植物種植在直徑40 cm、高45 cm的桶，容積都為56 L。桶的底部放置厚度為10 cm的礫石。實驗采用人工配置污水的方式，水體主要成分為(NH4)SO4、KNO3，和KH2PO4,其余營養(yǎng)成分根據Hoagland營養(yǎng)液進行配置，pH值控制在6.0～6.9。模擬污水中N、P元素初始濃度是根據對浙江省長潭水庫的實際測定值來確定的，水體中TN含量為4.33～4.41 mg/L,TP含量為0.48～0.53 mg/L。每桶種植一種植物，每處理設三個重復。實驗期間每天添加水庫里的水補充水面蒸發(fā)和植物蒸騰所損失的水分，以保持桶里的水位而不被降低。

1.3 測定指標

于5月25日和6月10日對每個桶內的水質進行一次取樣，測定其TN、TP值?？偟坎捎眠^硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測定；總磷含量采用鉬酸銨分光光度法測定[4]。

2 結果與分析

2.1 消落帶挺水植物對水體中TN的降解效應

水生植物在生長發(fā)育過程中，需要吸收消落帶濕地土壤中和水體中的無機氮等營養(yǎng)物質合成蛋白質等植物的構成物質。同時，植物根系周圍形成好氧和厭氧的微環(huán)境，根際微生物會產生硝化和反硝化作用，降低了水體中氮的濃度。表1和表2為4種挺水植物對TN都具有良好的降解效果，在實驗期間前15 d，各處理水體中TN濃度都顯著降低。由實驗開始時的4.33～4.41 mg/L降到2.31～2.74 mg/L，4種植物的降解率為37.11%～46.65%。

表1 消落帶不同挺水植物對水體中TN的降解效果 mg/L

但各植物對水體中TN的降解率相差較大。以水芹對水體中TN的降解率最大，水體中TN濃度由實驗開始時的4.33 mg/L降到15天后的2.31 mg/L，降解率為46.65%。其次是菖蒲，水體中TN濃度由實驗開始時的4.41 mg/L降到15 d后的2.63 mg/L，降解率為40.31%。以莎草處理水體TN降解率最低，由實驗開始時的4.35 mg/L降到15 d后的2.74 mg/L，降解率只有37.11%。

表2 消落帶不同水生植物對水體中TN的降解率 %

從表2還可看出，在實驗期間的后15 d，各處理水體中TN濃度與前15 d相比下降幅度明顯遲緩，4種植物的降解率為19.02%～21.61%。比前15天4種植物對TN降解率的37.11%～46.65%要明顯減少。但這期間各植物對水體中TN的降解率還是有區(qū)別的。同樣的以水芹對水體中TN的降解率最大，降解率為21.61%。其次是菖蒲，降解率為20.37%。以莎草處理的水體TN降解率最低，降解率只有19.02%。

2.2 消落帶挺水植物對水體中TP的降解效應

水生植物需要吸收土壤和水體中的磷合成核酸、磷脂和ATP等植物組成物質和能量物質。水生植物是通過根系直接吸附和吸收水體中的磷、以及通過根際微生物吸附和分解水體中的磷這些途經來降解水體中磷的濃度的。表3和表4是4種水生植物對TP都具有良好的降解效果，在實驗期間前15 d，各處理水體中TP濃度都顯著降低。由實驗開始時的0.48～0.53 mg/L降到0.31～0.33 mg/L，4種植物的降解率為35.19%～40.38%。

表3 消落帶不同挺水植物對水體中TP的降解效果 mg/L

但各植物對水體中TP的降解率相差較大。以菖蒲對水體中TP的降解率最大，水體中TP濃度由實驗開始時的0.52 mg/L降到15 d后的0.31 mg/L，降解率為40.38%。其次是水芹，水體中TP濃度由實驗開始時的0.53 mg/L降到15 d后的0.32 mg/L，降解率為38.81%。以莎草處理水體TP降解率最低，由實驗開始時的0.48 mg/L降到15 d后的0.31 mg/L，降解率只有35.19%。

表4 消落帶不同挺水植物對水體中TP的降解率 %

從表4還可看出，在實驗期間的后15 d，各處理水體中TP濃度與前15 d相比下降幅度明顯遲緩，4種植物的降解率為20.75%～24.63%。比前15 d4種植物對TP降解率的35.19%～40.38%要明顯減少。但這期間各植物對水體中TP的降解率還是有區(qū)別的。同樣的以菖蒲對水體中TP的降解率最大，降解率為24.63%。其次是水芹，降解率為22.89%。以莎草處理的水體TP降解率最低，降解率只有20.75%。

3 討 論

(1)分布在水庫消落帶濕地中的水生植物，在生長和繁殖過程中，需要吸收土壤和水體中的N、P作為自己的營養(yǎng)物質，生長越旺盛，吸收營養(yǎng)物質也就越多。植物可以直接吸收水體中的氨態(tài)氮和硝態(tài)氮，合成植物植株體內的蛋白質和有機氮。植物可以吸收水體中的無機磷并同化為植物體ATP、DNA、RNA等能量和遺傳物質。但不同植物吸收同化N、P的能力存在著差異，因此對水體中污染物N、P的降解能力也是不同的[5]。

(2)消落帶中水生植物具有明顯的降解水庫水體中N、P污染的作用。其主要原因是植物在生長發(fā)育過程中需要吸收水體和消落帶底泥中大量的N、P作為營養(yǎng)物質貯存于植物細胞中，并通過木質化作用，使其成為植物體的組成部分,以及用來維持細胞內的新陳代謝作用。另外水生植物在光合作用過程中所產生的氧氣可以提高水體中溶解氧含量。植物根際周圍會產生厭氧和好氧區(qū)域，有利于氨氮的硝化和硝態(tài)氮的反硝化，使水體中的氮得到轉化和降解[6,7]。

(3)曾有研究認為河道護坡植物的選擇應走本地化的道路，以地帶性植被、鄉(xiāng)土植物為基調[8]。這應該同樣適合于水庫消落帶濕地植物的選擇上。本文選擇的挺水植物是長期自然生長于浙江省山區(qū)水庫消落帶濕地中且在當地分布較廣的野生草本植物。這些植物在當地經歷了長期的進化過程，其遺傳、生理、形態(tài)特征已與當地的氣候條件和土壤條件相適應，具有較強的逆境適應能力。目前已有很多研究發(fā)現多種植物的合理搭配組合可以提高氮和磷的降解效率[9,10]。因此在水庫消落帶多種植物組合的群落構建中，一定要注意與鄉(xiāng)土植物的搭配。還要注意淺根與深根植物相結合、豆科植物與非豆科植物相結合，草本植物與喬灌木植物相結合，這樣就可以建立起一個具有生物多樣性和生物穩(wěn)定性的。具有強降污力和環(huán)境適應性的有著良性循環(huán)的山區(qū)水庫消落帶濕地生態(tài)系統(tǒng)。

4 結 論

(1)浙江省山區(qū)水庫消落帶濕地中常見的挺水植物水芹、菖蒲、水蓼、莎草對TN都具有良好的降解效果，在實驗期間前15 d，各處理水體中TN濃度都顯著降低。4種植物的降解率為37.11%～46.65%。但各植物對水體中TN的降解率相差較大。以水芹對水體中TN的降解率最大，降解率為46.65%。其次是菖蒲，降解率為40.31%。以莎草處理水體TN降解率最低，降解率只有37.11%。并且在實驗期間的后15 d，各處理水體中TN濃度與前15 d相比下降幅度明顯遲緩，4種植物的降解率為19.02%～21.61%。

(2)4種挺水植物對TP都具有良好的降解效果，在實驗期間前15 d，各處理水體中TP濃度都顯著降低。4種植物的降解率為35.19%～40.38%。但各植物對水體中TP的降解率相差較大。以菖蒲對水體中TP的降解率最大，降解率為40.38%。其次是水芹，降解率為38.81%。以莎草處理水體TP降解率最低，降解率只有35.19%。并且在實驗期間的后15 d，各處理水體中TP濃度與前15 d相比下降幅度明顯遲緩，4種植物的降解率為20.75%～24.63%。

(3)自然分布于浙江省水庫消落帶濕地中的挺水植物水芹、菖蒲能有效地降解水庫消落帶中的N、P污染，因此在浙江省山區(qū)水庫恢復和重建水芹、菖蒲等挺水植物作為消落帶的建群種，是治理水庫富營養(yǎng)化、防止藍藻暴發(fā)的有效措施，應加大對水庫特別是飲用水水庫消落帶水生植物群落的保護和恢復力度，實現消落帶水生植物的合理配置，充分發(fā)揮水庫消落帶在維持生物多樣性、凈化水質和改善庫區(qū)生態(tài)環(huán)境的作用和功能。