廖世良蘇文航黃彬彬農(nóng)浩韓欣然管凱華龍宣任

(1.廣西壯族自治區(qū)國(guó)有高峰林場(chǎng)賀州造林部，廣西 南寧 530000；2.廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣西 南寧 530000；3.欽州市檢驗(yàn)檢測(cè)院食品檢驗(yàn)室，廣西 欽州 535000；4.廣西科學(xué)院信息中心，廣西 南寧 530000)

廣西高峰森林公園生命河谷、星月湖、回車(chē)場(chǎng)水體等園區(qū)水系以打造“花鏡”景觀為亮點(diǎn)，在一定程度上得到了廣大游客的認(rèn)可，但園區(qū)水體渾濁，水體呈黃褐色，攪動(dòng)湖底時(shí)有冒泡并伴有腐臭味，大大降低了水岸花鏡觀賞檔次。本研究立地“星月湖”原為林場(chǎng)職工自營(yíng)魚(yú)塘，四周原是速生桉示范基地，為保證速生桉能快速成長(zhǎng)，常年施用桉樹(shù)肥來(lái)滿足桉樹(shù)生長(zhǎng)所需養(yǎng)分。有研究表明，桉樹(shù)林區(qū)內(nèi)水體的總氮TN、總磷TP、總鉀TK含量中各有約40%、70%、50%來(lái)自桉樹(shù)施肥[1]；此外還有研究表明，水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水造成的影響就是氮磷的影響[2]。經(jīng)對(duì)“星月湖”水體水質(zhì)檢測(cè)分析得出水中的總磷和氨氮的濃度分別為0.29mg·L-1和4.14mg·L-1,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)際上一般認(rèn)為總磷濃度為0.02mg·L-1,總氮濃度為0.2mg·L-1是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生濃度[3]。因水體富營(yíng)養(yǎng)化造成該水體生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性喪失，近而導(dǎo)致水體透明度下降，水體呈黃褐色、腥臭等，嚴(yán)重影響了游客旅游觀光體驗(yàn)。

近年來(lái)，利用水生植物打造生態(tài)型濱水園林景觀，在凈化富營(yíng)養(yǎng)水體方面取得了良好效果，經(jīng)分析確定星月湖水質(zhì)情況后，在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合園林景觀常用的水生植物，比較園區(qū)野生環(huán)境下常見(jiàn)水生植物，研究不同植物對(duì)高峰森林公園人工水體水質(zhì)凈化的效果。旨在進(jìn)一步拓寬水生植物在人工水景觀方面的應(yīng)用，并為森林公園水生態(tài)環(huán)境的改善積累經(jīng)驗(yàn)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 星月湖水質(zhì)分析

林場(chǎng)職工曾在星月湖長(zhǎng)年開(kāi)展過(guò)水產(chǎn)養(yǎng)殖，該水體面積水體面積約0.553hm2，水深0.1～4m，周?chē)鷧R水面積約17.33hm2。周邊現(xiàn)已停止水產(chǎn)養(yǎng)殖及林木采伐、施肥等營(yíng)林生產(chǎn)活動(dòng)，全面進(jìn)入生態(tài)恢復(fù)的過(guò)程。試驗(yàn)前分別從高峰森林公園星月湖上游溪流(水樣1)，望月天階泉眼(水樣2)，星月湖中心(水樣3)3個(gè)地點(diǎn)取水，并參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)；“地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值”進(jìn)行水質(zhì)對(duì)比分析測(cè)定抽取的水樣。水質(zhì)測(cè)定項(xiàng)目10項(xiàng)，包括pH、懸浮物、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(CODcr)、五日生化需氧量(BOD5)、總磷(TP)、氨氮、銅(Cu)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、硒(Se)、鎘(Cd)、貢(Hg),檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 星月湖水源及湖體水樣檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)分析表1可知，水樣3透明度較其它水樣低，經(jīng)檢測(cè)其懸浮物也明顯高于其它水樣。

水樣1水質(zhì)為Ⅲ類(lèi)水質(zhì)，影響其水質(zhì)主要因素為為總磷和氨氮；水樣2水質(zhì)為Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，影響其水質(zhì)主要因素為總磷；水樣3水質(zhì)為未達(dá)到Ⅴ類(lèi)水質(zhì)要求，影響其水質(zhì)主要因素為氨氮，總磷的指標(biāo)也僅達(dá)到Ⅳ類(lèi)水要求。結(jié)合星月湖周邊環(huán)境，因水樣1和水樣2為該湖體的主要水源，得出星月湖水體污染為內(nèi)部污染為主，外部輸入污染物較少或沒(méi)有。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用植物全取自于高峰森林公園，包含挺水植物燈芯草、風(fēng)車(chē)草、紙莎草、花葉蘆竹；漂浮植物有穗狀狐尾藻、大薸、銅錢(qián)草；沉水植物有金魚(yú)藻、苦草、輪葉黑藻。為確保所有植物健康成活，試驗(yàn)前先將其栽培于試驗(yàn)水槽內(nèi)10d，選出壯苗。水槽11個(gè)(45cm×35cm×16cm)；塑料泡沫板4個(gè)(45cm×35cm×1.5cm)；星月湖湖心污水；蒸餾水。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 挺水植物

燈芯草、風(fēng)車(chē)草、紙莎草、花葉蘆竹均剪掉莖根、莖干，使其莖部重新生根發(fā)芽，修剪后各100g(鮮重)；在泡沫板上按固定間距打孔，將修剪好的挺水植物各一組分別固定在孔上置于水槽內(nèi)培養(yǎng)；水槽內(nèi)用星月湖水進(jìn)水20L并記錄初始水位，為確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和保證植物生長(zhǎng)，需根據(jù)水位下降情況添加蒸餾水。

1.3.2 漂浮植物和沉水植物

穗狀狐尾藻、大薸、銅錢(qián)草、金魚(yú)藻、苦草、輪葉黑藻選擇健康茁壯的幼苗各100g(鮮重)，分別置于水槽內(nèi)培養(yǎng)。其中，沉水植物用專(zhuān)用石粒固定幼苗確保其沉入水中；水槽內(nèi)用星月湖水進(jìn)水20L并記錄初始水位，為確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和保證植物生長(zhǎng)，需根據(jù)水位下降情況添加蒸餾水。

1.3.3 對(duì)照組

水槽用星月湖水進(jìn)水20L，通過(guò)添加蒸餾水補(bǔ)充蒸發(fā)損耗，保持水位在初始水位上。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

1.4.1 水樣提取

本次試驗(yàn)周期為2022年4月1日—6月10日，共70d，每10d取樣1次，每次取水均提前12h將蒸餾水緩慢注入，確保水位位于初始水位，每次取水時(shí)間為10:00左右，水樣檢測(cè)需當(dāng)天取樣，當(dāng)天檢測(cè)。

1.4.2 檢測(cè)內(nèi)容

本次試驗(yàn)主要對(duì)經(jīng)過(guò)水生植物進(jìn)化后污水中氨氮、總磷和懸浮物的含量進(jìn)行檢測(cè)分析。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 水生植物生物量與生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)比較

該試驗(yàn)中所有植物移入試驗(yàn)槽時(shí)形態(tài)大小相近，均為健康長(zhǎng)勢(shì)良好的幼苗，凈化試驗(yàn)實(shí)施后，發(fā)現(xiàn)第30天起沉水植物生長(zhǎng)速度明顯比漂浮植物和挺水植物快。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)金魚(yú)草和輪葉黑藻增長(zhǎng)率最高為231%和183%，穗狀狐尾藻增長(zhǎng)率最低為37%；挺水植物增長(zhǎng)率較為均勻?yàn)?0%左右。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)穗狀狐尾藻、金魚(yú)草、輪葉黑藻均有少量衰敗死亡的植株或葉子，其余的未發(fā)現(xiàn)衰敗情況，見(jiàn)圖1。

圖1 水生植物鮮重變化

2.2 水生植物對(duì)懸浮物的凈化效果

懸浮物檢測(cè)用濾膜法檢測(cè)，見(jiàn)表2。

2.2.1 凈化結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)照組懸浮物會(huì)逐漸沉降，并于第30天穩(wěn)定在17mg·L-1左右 ；污水中的懸浮物經(jīng)水生植物凈化后，由起始濃度的35mg·L-1下降到3～8mg·L-1，水體較對(duì)照組透明；其中穗狀狐尾藻、金魚(yú)草、苦草、輪葉黑藻效果最好；穗狀狐尾藻試驗(yàn)組能明顯看到懸浮物呈絡(luò)合狀吸附于其根部周?chē)?；大薸根部周邊肉眼可見(jiàn)明顯吸附有顆粒物，水體呈現(xiàn)上半部較下半部透明。

2.2.2 凈化速率

沉水植物由于其根、莖、葉表面均吸附有懸浮物，其凈化速率明顯高于挺水植物和漂浮水植物，前20d水沉水植物中的懸浮物含量急劇下降，于第30天后趨于穩(wěn)定，保持在3mg·L-1。

2.3 水生植物對(duì)氨氮的凈化效果

氨氮檢測(cè)用納氏試劑分光光度法進(jìn)行檢測(cè)，見(jiàn)表3。

表2 水生植物凈化懸浮物檢測(cè)結(jié)果

表3 水生植物凈化氨氮檢測(cè)結(jié)果

2.3.1 凈化結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)照組氨氮的濃度于第10天后在3.53～3.67mg·L-1徘徊。污水中的氨氮經(jīng)水生植物凈化后明顯，由起始濃度的4.14mg·L-1下降到1.32～2.23mg·L-1，其中金魚(yú)草、苦草、燈芯草、紙莎草凈化效果最好，達(dá)到了地表水Ⅳ類(lèi)水質(zhì)≤1.5mg·L-1的要求，其余除了花葉蘆竹外都達(dá)到了地表水Ⅴ類(lèi)水質(zhì)≤2mg·L-1的要求(GB 3838-2002)。

2.3.2 凈化速率

漂浮植物和沉水植物對(duì)氨氮的凈化速率明顯高于挺水植物，前30d水中的氨氮濃度急劇下降，于第40天后趨于穩(wěn)定；挺水植物由于生長(zhǎng)較為緩慢，在試驗(yàn)過(guò)程中氨氮總體呈緩慢持續(xù)下降，直到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)仍有望繼續(xù)降低。

2.3.3 氨氮增加的原因

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)金魚(yú)草、輪葉黑藻、穗狀狐尾藻氨氮濃度有所增加，原因在于，3種植物在第50天后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有衰敗的植株或枯葉。有試驗(yàn)表明，植物生長(zhǎng)的后期，其腐敗的殘?bào)w如不能及時(shí)清除出水體，會(huì)加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化[4]。

2.4 水生植物對(duì)總磷的凈化效果

總磷檢測(cè)用鉬銻抗比色法檢測(cè),見(jiàn)表4。

表4 水生植物凈化總磷檢測(cè)結(jié)果

2.4.1 凈化結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果顯示,對(duì)照組總磷的濃度隨時(shí)間推移，其濃度最終為0.16mg·L-1，主要原因在于水中微生物可以通過(guò)正常同化(將磷納入其分子組織)和過(guò)量積累將磷去除[5]；污水中的磷經(jīng)水生植物凈化后，所有試驗(yàn)組濃度均≤0.1mg·L-1，達(dá)到了地表水Ⅱ類(lèi)水質(zhì)要求(GB 3838-2002)，原因在于無(wú)機(jī)磷也是濕地植物必需的養(yǎng)分。污水中無(wú)機(jī)磷在植物吸收及同化作用下可變成植物的ATP、DNA、及RNA等有機(jī)成分[6]。

2.4.2 凈化速率

水生植物對(duì)總磷的凈化速率要明顯高于氨氮，于第30天后趨于穩(wěn)定，且不同植物凈化結(jié)果差異不大。

3 結(jié)論

從植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)的凈化作用上看，水生植物對(duì)水體中的氨氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)具有一定的凈化效果，但凈化作用是有限的，最終會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡值。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值》(GB 3838-2002)，對(duì)經(jīng)過(guò)植物凈化后的水質(zhì)對(duì)比評(píng)價(jià)分析，水生植物對(duì)總磷的凈化能力稍強(qiáng)于對(duì)氨氮的凈化能力，所有植物均能使總磷的濃度達(dá)到地表水Ⅱ類(lèi)水質(zhì)要求，而氨氮的濃度最低只能降到1.32mg·L-1，僅為地表水Ⅴ類(lèi)水質(zhì)要求；其中,金魚(yú)草、苦草、紙莎草、燈芯草去氨氮效果最好,穗狀狐尾藻、金魚(yú)草、苦草、輪葉黑藻吸附懸浮物能力最強(qiáng)。

由于本試驗(yàn)處于室內(nèi)環(huán)境下開(kāi)展，環(huán)境相對(duì)較為穩(wěn)定。而自然條件下因天氣變化、光照條件、水生動(dòng)物食取等原因，部分水生植物并不一定能正常生長(zhǎng)。如輪葉黑藻在星月湖上游能良好生長(zhǎng)，但在下游由于水深、光照或者食草魚(yú)類(lèi)等原因，輪葉黑藻存活量非常有限。再如由于試驗(yàn)時(shí)間的限制，挺水植物生長(zhǎng)量較低，但長(zhǎng)勢(shì)良好；而金魚(yú)草、輪葉黑藻等植物已有衰敗的植株；且各植物生長(zhǎng)的旺盛期不同，其在不同時(shí)期凈化作用亦有所差異，如穗狀狐尾草是冬春季生活型植物[5]，在本試驗(yàn)期間其生長(zhǎng)緩慢；花葉蘆竹生長(zhǎng)較為緩慢，但氨氮實(shí)驗(yàn)數(shù)值持續(xù)下降，故各種植物對(duì)水體凈化的最終平衡點(diǎn)未仍需長(zhǎng)期觀察確定。

綜上所述，不同水生植物在凈化污水中氨氮、總磷和吸附懸浮物方面具有良好的效果。利用水生植物進(jìn)化水體不僅成本低，還可以豐富水岸景觀層次，增加物種多樣性，具有很高的生態(tài)價(jià)值，此外部分植物還可以用于作飼料、編制草席等具有附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值。但也應(yīng)該注意到水生植物對(duì)水體的修復(fù)也具有一定的局限性，還需在以下幾方面深入研究：豐富植物種類(lèi)，自然界野生植物種類(lèi)繁多，更多凈化能力強(qiáng)的水生植物有待進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用；科學(xué)搭配植物，造成水體污染的原因各有千秋，是氮、磷，又或是其它重金屬，不同植物對(duì)污染物的吸收凈化能力不同，如何進(jìn)行搭配組合，確保存活仍需深入研究；避免二次污染，不同植物生長(zhǎng)周期不同，需及時(shí)養(yǎng)護(hù)，避免枯死植株造成二次污染，何時(shí)收割仍需研究?？傊盟参锩阑h(huán)境，凈化污水為修復(fù)高峰森林公園水生態(tài)系統(tǒng)提供了一個(gè)可行的解決方法，具有很好的應(yīng)用前景。