安喜志，高宏錦，邢勝男

（中材地質(zhì)工程勘查研究院有限公司，北京 100102）

人工濕地凈化污染物的機(jī)理比較復(fù)雜，其中水生植被系統(tǒng)起著重要的作用，它能吸收同化污水中N、P等污染物[1]。挺水植物是構(gòu)建人工濕地植被系統(tǒng)的主要類(lèi)型植物，具有同化吸收污染物和攔截、過(guò)濾污染物的作用。不少學(xué)者認(rèn)為[2-5]，選擇鄉(xiāng)土優(yōu)勢(shì)挺水植物，突出生物多樣性特色，因地制宜地研究和發(fā)展人工濕地，是提高人工濕地凈化能力的關(guān)鍵措施，也是解決我國(guó)城鎮(zhèn)生活污水治理和農(nóng)村面源污染的主要途徑。本研究選取了7種在天然濕地中生長(zhǎng)良好且具有一定景觀效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的挺水植物，研究了它們對(duì)生活污水氮、磷降解特性及其氮、磷積累分布規(guī)律，為退化天然濕地植物的生態(tài)修復(fù)及人工濕地的構(gòu)建提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試濕地植物

本試驗(yàn)選擇的供試濕地植物有7種，為天然濕地生態(tài)系統(tǒng)中的常見(jiàn)植物，主要有水蔥（Scirpus validus）、香根草（Vetiveria zizanoides）、菖蒲（Acorus calamus）、美人蕉（Canna indi-ca）、茭白（Zizania latifolia）、蘆葦（Phragmites australis）、黃菖蒲（Iris pseudacorus）等。

1.2 試驗(yàn)方法

選取以上7種植物在天然表面流濕地中進(jìn)行水培試驗(yàn)，每種植物9株，截去它們長(zhǎng)出的新根和莖葉，稱(chēng)其鮮質(zhì)量，用泡沫板固定。試驗(yàn)分3次進(jìn)水，每次進(jìn)水50 L，時(shí)間間隔為10 d，每2 d取1次水樣，測(cè)定總氮（TN）、總磷（TP）含量。每天用蒸餾水補(bǔ)充因蒸發(fā)而減少的水分。每種植物設(shè)2個(gè)平行和一個(gè)空白對(duì)照，試驗(yàn)數(shù)據(jù)取其平均數(shù)。

1.3 植株氮、磷測(cè)定方法

供試植株在經(jīng)過(guò)對(duì)3次低濃度生活污水降解后，將每株樣品按地上部分和地下部分分開(kāi)稱(chēng)鮮質(zhì)量，然后在80℃條件下烘干至恒重后稱(chēng)干質(zhì)量。粉碎后，用H2SO4—H2O2消煮，全氮以奈氏試劑比色法，全磷以鉬銻抗比色法測(cè)定[4]。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

植物的氮磷積累量（PA）的計(jì)算公式為：

式中：PB——植物增加的生物量，PC——植物的氮磷含量。

氮磷總?cè)コ剩≧）的計(jì)算公式為：

式中:ICi和OCi——第i次進(jìn)水和出水的氮磷濃度；Qi——第i次進(jìn)水量。

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 水培期間不同濕地植物的生長(zhǎng)狀況

水培試驗(yàn)開(kāi)始后，對(duì)各濕地植物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行連續(xù)觀察，在第1次進(jìn)水后（0～10 d），各植物生長(zhǎng)較緩慢，尤其是茭白和蘆葦，其他植物均有少量根長(zhǎng)出。第2次進(jìn)水后（10～20 d），香根草和黃菖蒲表現(xiàn)出較強(qiáng)長(zhǎng)勢(shì)，水蔥和菖蒲長(zhǎng)勢(shì)一般，蘆葦生長(zhǎng)緩慢，而茭白已感染病蟲(chóng)害。第3次進(jìn)水后（20～30 d），香根草、黃菖蒲、美人蕉、水蔥迅速生長(zhǎng)，根、莖、葉生物量迅速增加，菖蒲和蘆葦?shù)纳锪孔兓^小，而茭白幾乎死亡。整個(gè)水培期間，各植物長(zhǎng)勢(shì)總體評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。

表1 各植物生長(zhǎng)情況評(píng)價(jià)Tab.1 The evaluation on growth of plants

2.2 濕地植物水培前后生物量的變化

水培試驗(yàn)前后各植物的生物量均有不同程度的增加（見(jiàn)表2），增加量在23.4～437.1 g（鮮質(zhì)量），其中美人蕉增加量最多為437.1 g，茭白最少為23.4 g，各種植物差異顯著（P＜0.05）。水培試驗(yàn)后各濕地植物平均每株的地上部分生物量和地下部分生物量分別在2.38～24.55 g和0.87～14.42 g。地上部分以香根草的生物量最大，黃菖蒲次之，地下部分以黃菖蒲最大，香根草次之。各植物地下部分生物量占總生物量比例，黃菖蒲最高為56.02%，蘆葦最低為19.47%，其他在30%～43%。

表2 水培前后植物生物量的變化情況Tab.2 The changes of plant biomass before and after hydroponics

2.3 濕地植物對(duì)生活污水總氮的降解特性

第1次進(jìn)水期間，各植物處理對(duì)總氮（TN）的去除效果均不是很好且不穩(wěn)定，除香根草外，其他與空白對(duì)照的差異均不顯著（P＞0.05）；第2次進(jìn)水期間，水蔥、香根草、美人蕉、黃菖蒲均表現(xiàn)出較穩(wěn)定的降解，與空白對(duì)照的差異顯著P＜0.05），它們的水培污水中TN濃度隨水力停留時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（r＞0.94）；第3次進(jìn)水期間，除茭白外，其他植物處理與空白對(duì)照的差異顯著（P＜0.05），且對(duì)TN的降解均表現(xiàn)出較強(qiáng)且較穩(wěn)定的降解，尤其是香根草和黃菖蒲，它們的降解率高達(dá)90.70%和72.39%，水培污水中TN濃度隨水力停留時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（r分別為0.971和0.997），除茭白、蘆葦外，其他植物處理的相關(guān)系數(shù)都在0.9以上。

2.4 濕地植物對(duì)生活污水總磷的降解特性

第1次進(jìn)水期間，各植物對(duì)總磷（TP）的降解表現(xiàn)出不穩(wěn)定性，除香根草和黃菖蒲與空白對(duì)照差異顯著外（P＜0.05），其他均不顯著；第2次進(jìn)水期間，各植物處理對(duì)污水中TP均表現(xiàn)出一定的降解，它們的水培污水中TN濃度隨水力停留時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)r＞0.9），降解率依次以香根草、美人蕉、黃菖蒲較為明顯，分別達(dá)到了86.49%、80.99%、79.98%；第3次進(jìn)水期間，各植物處理與空白對(duì)照差異均顯著（P＜0.05），它們對(duì)TP均有較穩(wěn)定的降解，水培污水中TN濃度隨水力停留時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（相關(guān)系數(shù)r＞0.9），但茭白、蘆葦、菖蒲的去除率較低，分別為29.70%、36.65%、44.00%，而香根草、美人蕉、黃菖蒲、水蔥仍保持較高的去除率，分別為86.39%、83.99%、79.59%、67.60%。

2.5 水培試驗(yàn)后各濕地植物氮、磷含量及分布

水培試驗(yàn)后，7種濕地植物地下部分全氮和全磷含量分別為95.05～2 636.57 mg和8.79～345.07 mg，地上部分分別在321.04～1 778.81 mg和33.18～225.31 mg（見(jiàn)表3），各種植物間差異顯著（P＜0.05）。地上部分和地下部分總含氮量和總含磷量以黃菖蒲最高，蘆葦和茭白最低，其他依次是香根草、水蔥、美人蕉、菖蒲。除黃菖蒲外，植株的氮、磷含量主要集中在地上部分，它們的地上部分含氮量占總含氮量的60%～85%，含磷量在60%～80%。

表3 植株總含磷量水培前后變化情況Tab.3 The changes in total phosphorus content of plants before and after hydroponics

2.6 各濕地植物氮、磷總?cè)コ逝c其水培試驗(yàn)中積累的氮、磷關(guān)系

水蔥、香根草、菖蒲、美人蕉、茭白、蘆葦、黃菖蒲等7種濕地植物在水培試驗(yàn)中，對(duì)生活污水中總氮的總?cè)コ史謩e為57.05%、73.87%、37.70%、43.66%、27.20%、24.38%、68.79%；對(duì)生活污水中總磷的總?cè)コ史謩e為57.93%、79.01%、45.37%、63.82%、36.12%、47.39%、75.20%；植株積累的氮分別為979.20 g、1149.92 g、365.38 g、1 344.14 g、51.82 g、208.55 g、1 006.66 g；積累的磷分別為135.91 g、112.92 g、49.28 g、137.07g、7.21 g、16.48 g、130.11 g。濕地植物對(duì)污水中總氮的去除率與其積累的氮量呈顯著線性相關(guān)（r=0.78，P＜0.05），對(duì)污水中磷的去除率與其積累的磷量也成顯著線性相關(guān)（r=0.82，P＜0.05）。

3 結(jié)語(yǔ)

濕地植物作為人工濕地的主體，是降解污水中氮、磷的主導(dǎo)力量，因此選擇出能高效且穩(wěn)定的吸收污水氮、磷的植物品種就顯得尤為重要。試驗(yàn)結(jié)果表明：香根草、黃菖蒲、水蔥、美人蕉都表現(xiàn)出較強(qiáng)的氮、磷降解能力，且它們經(jīng)過(guò)對(duì)生活污水的適應(yīng)后對(duì)氮、磷的降解與水力停留時(shí)間呈線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.9，說(shuō)明它們有著較為穩(wěn)定的氮、磷吸收能力，且具有較大的氮、磷吸收空間。此外，生活污水中總氮總磷的去除率與濕地植物氮、磷的積累量呈線性相關(guān)，說(shuō)明濕地植物在污水氮磷降解中發(fā)揮著重要作用。因此，在人工濕地運(yùn)行中濕地植物的管理就顯得尤為重要。水培后，各植物間以及其自身的地上部分與地下部分的生物量差異顯著，這是由于各種濕地植物都有其自身生長(zhǎng)特性。植株的氮、磷積累量主要集中在地上部分，因此在濕地植物生長(zhǎng)旺盛的季節(jié)里定期對(duì)其地上部分進(jìn)行收割，不但可以去除氮、磷，同時(shí)可以擴(kuò)展其氮、磷吸收空間。