宋 濤，王玉杰，羅雪梅，涂衛(wèi)國

(1.西南科技大學環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010;2.四川省自然資源科學研究院，成都 610015)

引 言

水體富營養(yǎng)化已成為河流、湖泊和水庫等水體的嚴峻環(huán)境問題[1-2]，利用挺水植物修復是一種應用廣泛的水體富營養(yǎng)化治理方式。隨著挺水植物的生長，會不斷從水環(huán)境吸收N等營養(yǎng)元素，富集在植物體的根、莖、葉等器官中。并且挺水植物的莖和葉片一般挺出水面，因此也便于收割，以去除從水體轉移到植物莖、葉中的N、P等元素。挺水植物發(fā)達的根系也為微生物的附著提供了場所，從而有效降低水環(huán)境中的COD成分。此外，挺水植物還可以通過對營養(yǎng)元素的競爭作用，抑制藻類的繁殖[3]。這種方法不僅成本低廉，而且不易產(chǎn)生二次污染[4]。

目前，關于利用挺水植物修復富營養(yǎng)化水體的研究主要集中在養(yǎng)分吸收動力學特征[5]、資源化利用[6]和凈化效果[7]及性狀篩選[8]等方面。這其中，主要采用污染物的吸收情況、去除率來衡量其凈化效果。另外，挺水植物的株高、鮮重等生物量指標也是影響凈化效果的重要因素。旱傘草、黃菖蒲、再力花、美人蕉、鳶尾是西南地區(qū)常見的5種挺水植物，對于這5種植物單獨在凈化效果方面的研究已比較全面，但有關它們凈化效果的對比研究尚鮮見。鑒于此，本研究選取了西南地區(qū)常見的5種挺水植物作為試驗材料，通過室內模擬試驗，重點對比分析了它們對污水中C、N凈化效果的差異，同時分析了植株生長情況與凈化效果的關系，以期為植物修復在富營養(yǎng)化水體治理中的應用提供基礎數(shù)據(jù)。

1 試驗材料及條件

1.1 試驗材料

5種試驗植物材料黃菖蒲Irispseudacorus、再力花Thaliadealbata、旱傘草Cyperusinvolucratus、美人蕉Cannaindica、鳶尾Iristectorum等均取自四川省成都市，采回植物后用蒸餾水洗凈泥土，去除枯萎的葉片，蒸餾水培30 d后選取生長良好且大小基本一致的植株進行模擬試驗，在試驗開始前對植物進行統(tǒng)一的修剪。

1.2 試驗設計

試驗地點位于成都雙流，試驗時間為當?shù)叵募?7～8月)，實裝裝置采用自制的透明玻璃水箱(200 cm × 70 cm × 100 cm)，每個水箱放置同種植物材料36株，通過高密度聚苯乙烯浮島材料配合鵝卵石進行固定(圖1)，每個水箱設為1個試驗組，共設置5個試驗組和1個試驗對照組，5個試驗組分別采用黃菖蒲、再力花、旱傘草、美人蕉、鳶尾作為植物材料，對照組不種植任何植物。試驗設置在室外大棚內，大棚為鋼架結構，覆蓋透明薄膜，避免降雨對本試驗產(chǎn)生干擾。模擬污水采用試驗地附近的天然河水添加葡萄糖、磷酸二氫鉀、氯化銨等進行配制，具體濃度見表1，本實驗為靜態(tài)模擬試驗，試驗過程中水箱的進水口與出水口保持關閉狀態(tài)。試驗過程水箱中污水水位高度保持80 cm，通過添加蒸餾水來補充試驗過程中自然蒸發(fā)和植物蒸騰所消耗的水分。在試驗開始和結束時用卷尺測量記錄每株植物的根長、株高、分蘗數(shù)以及鮮重，植物干重通過烘干法進行測定。試驗結束時，植物生長情況如圖2所示。

表1 模擬污水水質指標初始濃度Tab.1 The initial concentration of the simulated water quality index

圖1 試驗裝置示意圖Fig.1 A diagram of experimental device

圖2 試驗結束時植物的生長情況Fig.2 Plant growth at the end of the experiment

1.3 測定方法和數(shù)據(jù)分析

本研究中污染物的去除率計算公式如下：

式中：η—去除率；Co—第1次采集的水樣中污染物的濃度；Cn—第n次采集的水樣中污染物的濃度。分別在試驗開始第0、2、4、6、8、11、13、18、22、32、38、45天采集水樣進行測定。

2 結果與分析

2.1 不同挺水植物對污染物的去除能力研究

2.1.1 不同挺水植物對模擬污水中CODCr的去除效果

各體系中植物材料對CODCr去除效果如圖3所示，其中圖3(A)為各組試驗中模擬污水的CODCr濃度變化趨勢，圖3(B)為各組中CODCr去除率變化趨勢。從圖中可以看出，試驗過程中試驗組和對照組水體中CODCr濃度變化趨勢基本一致，總體上呈現(xiàn)出先不斷降低，然后趨于穩(wěn)定的動態(tài)規(guī)律。

試驗開始前5天，各試驗組和對照組中CODCr的去除率均較低，在第5～11天，旱傘草、黃菖蒲、再力花、美人蕉、鳶尾在適應環(huán)境后對CODCr去除率快速上升，試驗進行到第11天，各試驗組中的CODCr的去除率均超過對照組，除鳶尾之外的其他4種植物對CODCr的去除率達到60%以上，體系中CODCr濃度下降到40mg/L以下，隨著時間的推進，旱傘草對CODCr的去除率穩(wěn)定在80%左右，黃菖蒲、再力花對CODCr的去除率達到70%以上，美人蕉在70%左右，鳶尾的去除效果相對較差，后期逐漸穩(wěn)定在50%以上。第38天，各試驗組的CODCr去除率達到56.76%～80.58%，對照組的去除率為48.57%。5種植物CODCr去除率由高到低依次為：旱傘草、黃菖蒲、再力花、美人蕉、鳶尾。

圖3 不同挺水植物對CODCr的去除效果Fig.3 The removal effect of different emergent plants on CODCr

圖4 不同挺水植物對的去除效果Fig.4 The removal effect of different emergent plants on

2.2 各體系中植物生長情況與污染物的去除效果之間的關系

為了研究植物生長情況與模擬水體中C、N去除率之間的關系，試驗過程中對5種植物材料的根長、株高、分蘗數(shù)、鮮重和干重等指標進行的測定。研究結果表明：5種植物中，黃菖蒲的根系最長，達到77 cm，其次為旱傘草，根長為66 cm，鳶尾的根長最短為25cm(見表2)，同時旱傘草的分蘗數(shù)最多，根系也最發(fā)達，從前面的研究結果中也可以看出旱傘草對水體中CODCr去除率最好，其他4種植物對CODCr去除率高低也與其根系發(fā)達程度和植物生長情況關系密切。這是由于試驗水體中碳源的降解主要依靠水體中和植物根系上的微生物，根系越發(fā)達，越能給微生物提供更多的附著場地，微生物的數(shù)量越多，因此對CODCr的去除效果越好。

表2 植株各部位生長情況Tab.2 The growth of each part of the plant

續(xù)表2

表3 植株各部位干重情況Tab.3 The dry weight of each part of the plant parts (g)

3 結 論

3.1 靜態(tài)模擬試驗結果表明，各試驗組CODCr濃度呈先下降后趨于穩(wěn)定的趨勢，CODCr去除率呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢。試驗組CODCr去除率為56.76%～ 80.58%，均高于對照組。CODCr去除率從高到低的順序：旱傘草>黃菖蒲>再力花>美人蕉>鳶尾。