摘要選取西南常見的挺水植物水蓑衣（Hygrophilasalicifolia）、梭魚草（Pontederiacordata）和鳶尾（Iristectorum），浮水植物睡蓮（Nymphaeatetragona）和水鱉（Hydrocharisdubia），及沉水植物金魚藻（Ceratophyllumdemersum）、狐尾藻（Myriophyllumverticillatum）和苦草（Vallisnerianatans）為對(duì)象，通過室內(nèi)模擬探討其去除水體富營(yíng)養(yǎng)化的效果。結(jié)果表明，經(jīng)過30d處理，8種植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體均有不同程度的凈化作用。其中，水蓑衣對(duì)總氮、總磷、化學(xué)需氧量、氨氮去除效果最好，去除率分別為49.80%、31.34%、41.05%和45.22%，苦草和狐尾藻次之，金魚藻和水鱉較差。因此，水蓑衣和苦草是去除城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化污染的潛在園林植物。

關(guān)鍵詞水生植物；富營(yíng)養(yǎng)化；水質(zhì)凈化；植物修復(fù)；碳中和

中圖分類號(hào)X52"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2025）02-0056-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.02.014

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

PurificationEffectsofAquaticPlantsinEutrophicWetlandsUndertheBackgroundofCarbonNeutrality

LIWei，ZHANGYi-fan，WANGJing

（SichuanArchitecturalDesignandResearchInstituteCo.，Ltd.，Chengdu，Sichuan610000）

AbstractThisstudyselectedcommonaquaticplantsintheSouthwestregion，namelyHygrophilasalicifolia，Pontederiacordata，Iristectorum，Nymphaeatetragona，Hydrocharisdubia，Ceratophyllumdemersum，MyriophyllumverticillatumandVallisnerianatans.Theseplantsweresubjectedtoindoorsimulationstoinvestigatetheireffectivenessinmitigatingeutrophicationinwaterbodies.Theresultsshowedthatafter30daysoftreatment，alleightplantspeciesexhibitedvaryingdegreesofpurificationeffectsoneutrophicwaterbodies.Amongthem，H.salicifoliashowedthebestremovalefficiencyforTN，TP，CODandNH4+-N，，withremovalratesof49.80%，31.34%，41.05%，and45.22%，respectively.V.natansandM.verticillatumfollowed，C.demersumandH.dubiaexhibitedrelativelylowerpurificationeffects.Therefore，H.salicifoliaandV.natanswereconsideredpotentiallandscapingplantsforremovingeutrophicationpollutioninurbanlandscapewaterbodies.

KeywordsAquaticplants;Eutrophication;Waterpurification;Phytoremediation;Carbonneutrality

由于人類頻繁活動(dòng)，大量氮（N）、磷（P）等營(yíng)養(yǎng)元素通過生活污水等形式進(jìn)入地表水體，導(dǎo)致藍(lán)藻等肆意生長(zhǎng)而降低水體透明度、溶解氧，霸占其他水生生物生存空間，引起水質(zhì)惡化、水生態(tài)系統(tǒng)失衡，從而影響人類生存發(fā)展^［1-3］。水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象已成為全球性環(huán)境問題之一，而如何有效降低或去除水體中N、P等過量營(yíng)養(yǎng)元素是目前亟需攻關(guān)的重大科學(xué)問題^［4-7］。碳中和是一種通過減少、補(bǔ)償或者抵消排放到大氣中的溫室氣體，尤其是二氧化碳（CO2），來達(dá)到凈零碳排放的目標(biāo)的過程。在富營(yíng)養(yǎng)化水體中，過量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氮、磷等導(dǎo)致藻類過度繁殖，形成藻華，影響水體的生態(tài)平衡，同時(shí)也會(huì)釋放溫室氣體^{［2，5，7-9］}。研究表明，截污和增強(qiáng)水體自我凈化能力是治理水體富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵舉措^［8-10］。近年來，植物修復(fù)技術(shù)備受關(guān)注，相對(duì)于化學(xué)和物理等方法，其更具有環(huán)保、成本低、有助于恢復(fù)水體自凈能力等優(yōu)勢(shì)^［11-13］。

近年來，隨著城市綠化迅速推進(jìn)，濕地水體不斷增加，但由于水源不足、高消耗量以及景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致對(duì)城市水生態(tài)和人居生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞^{［2，14-15］}。因此，迫切需要對(duì)城市中富營(yíng)養(yǎng)化的景觀水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)研究。水生植物在這一背景下發(fā)揮了關(guān)鍵作用。首先，水生植物通過吸收和利用水體中的過量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，特別是氮和磷，能夠有效阻止藻類的過度生長(zhǎng)，有助于防止藻華的形成，改善水體質(zhì)量^［14］。其次，水生植物通過光合作用吸收CO2參與碳循環(huán)過程，起到碳中和的作用^［12］。通過促進(jìn)水生植物的生長(zhǎng)，能夠增加植物對(duì)CO2的吸收，有助于減緩大氣中溫室氣體的累積。因此，碳中和與水生植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體凈化中形成了良好的互作機(jī)制，共同促進(jìn)了濕地水體的生態(tài)平衡和環(huán)境健康。

目前，關(guān)于植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體污染修復(fù)的研究較多^{［4，1 16］}，但缺乏結(jié)合西南地域氣候特征且按生活型的水生植物凈化研究?；诖耍撗芯客ㄟ^實(shí)驗(yàn)室人工模擬城市濕地富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體，以沉水植物狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）、金魚藻（Ceratophyllum demersum）和苦草（Vallisneria natans），挺水植物水蓑衣（Hygrophila salicifolia）、梭魚草（Pontederia cordata）和鳶尾（Iris tectorum），以及浮水植物睡蓮（Nymphaea tetragona）和水鱉（Hydrocharis dubia）8種觀賞類水生植物為對(duì)象，篩選出具備一定凈水能力且能夠有效改善水體景觀的水生園林植物，旨在為城市景觀污染水體修復(fù)工程中應(yīng)用觀賞水生植物提供參考，推動(dòng)公園城市建設(shè)中城市生態(tài)系統(tǒng)的碳中和。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

前期研究表明，狐尾藻（M.verticillatum）、金魚藻（C.demersum）對(duì)N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效率高可達(dá)到80%以上^{［7，10］}；睡蓮（N.tetragona）、苦草（V.natans）、水蓑衣（H.salicifolia）、梭魚草（P.cordata）、水鱉（H.dubia）、鳶尾（Iris tectorum）作為西南地區(qū)常見水生觀賞植物，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化具有不同程度的凈化作用^{［1 15］}。因此，將這些植物作為研究對(duì)象進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)是可行的。所使用的植物種子是從成都水生植物銷售商購(gòu)得，提前育苗30 d，開始試驗(yàn)時(shí)植株高度超過10 cm。試驗(yàn)用水取自成都市城區(qū)輕度富營(yíng)養(yǎng)化湖泊，試驗(yàn)溶液初始水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果為總氮10.20 mg/L、總磷9.54 mg/L、化學(xué)需氧量510.00 mg/L、氨氮5.86 mg/L、pH 8.90。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用人工模擬室內(nèi)靜態(tài)（不曝氣增氧）富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體。將植物置于去離子水培養(yǎng)7d，培養(yǎng)環(huán)境為室溫，控制光照（光照∶黑暗為1∶1）。選擇健康、長(zhǎng)勢(shì)良好、生物量一致的植株，清水洗凈根部后固定于試驗(yàn)裝置（長(zhǎng)×寬×高為40cm×30cm×10cm）。試驗(yàn)用水量10L，水深為18cm，每盆6株。試驗(yàn)設(shè)置9組，每組3個(gè)平行，第1組為對(duì)照組，試驗(yàn)共需27個(gè)塑料盆。試驗(yàn)從開始到結(jié)束共30d。分別在第15天和第30天取水樣（10：00取樣）測(cè)定。因水分蒸發(fā)、植物蒸騰或取樣會(huì)導(dǎo)致水量減少，因此每天通過補(bǔ)水保持水量不變。試驗(yàn)期間，室內(nèi)溫度（25.0±2.5）℃，水溫（23.0±1.8）℃。

1.3測(cè)定方法

1.3.1 水質(zhì)測(cè)定。水樣總氮（TN）和總磷（TP）等水質(zhì)指標(biāo)按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）》^［17］測(cè)定。具體而言，采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894—89）測(cè)定TN濃度；采用鉬銻抗分光光度法（DB 11893—89）測(cè)定TP濃度；采用納氏試劑比色法（HJ 535—2009）測(cè)定氨氮（NH4+-N）濃度；采用重鉻酸鹽法（GB 11914—1989）測(cè)定化學(xué)需氧量（COD）濃度；采用鉑鈷標(biāo)準(zhǔn)比色法測(cè)定色度；通過便攜式檢測(cè)儀測(cè)定pH。

1.3.2去除率計(jì)算。水樣中富營(yíng)養(yǎng)化污染去除率計(jì)算公式如下：

去除率=（C0-Ci）/C0×100%

式中：C0為初始濃度；Ci為取樣時(shí)濃度。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。所有數(shù)據(jù)的計(jì)算和圖表繪制均采用Excel2010軟件完成。

2結(jié)果與分析

2.1水生植物的生長(zhǎng)情況研究顯示，水蓑衣、苦草、狐尾藻和鳶尾均生長(zhǎng)良好且有新生根；其次為金魚藻、梭魚草和睡蓮均有黃葉甚至死亡，但部分植株有新芽（存活率69%～88%）。然而，水鱉生長(zhǎng)最差且在第20天時(shí)大部分死亡，這可能是由于大面積葉片浮于較高濃度的靜態(tài)富營(yíng)養(yǎng)化水面，其葉片被嚴(yán)重抑制而腐爛或死亡。就生物量（表1）而言，苦草和狐尾藻生長(zhǎng)30d后分別較試驗(yàn)前生物量增加了12.21%和9.00%，為增重較高的植物；水鱉生長(zhǎng)30d后生物量卻減少了9.92%。生物量?jī)粼隽宽樞驗(yàn)榭嗖輌t;狐尾藻gt;水蓑衣gt;鳶尾gt;睡蓮gt;梭魚草gt;金魚藻gt;水鱉。

2.2不同處理下pH變化

從表2可以看出，水生植物在不同時(shí)段對(duì)水體pH造成了不同程度的影響。整個(gè)試驗(yàn)過程中，除睡蓮在15d時(shí)的pH處，不同時(shí)段水生植物pH均低于對(duì)照，表明其對(duì)pH調(diào)節(jié)具有一定作用。其中，水蓑衣在處理15和30d時(shí)對(duì)降低水中pH效果較好；除睡蓮在15d時(shí)的pH外，各組植物在不同時(shí)段水體pH均與對(duì)照存在顯著差異（Plt;0.05）。在處理15和30d時(shí)，狐尾藻和睡蓮水體pH存在顯著差異（Plt;0.05），其他植物差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.3不同處理下色度變化從表3可以看出，除金魚藻在15和30d的色度高于對(duì)照外，其余植物均低于對(duì)照。對(duì)不同時(shí)間段而言，梭魚草和睡蓮在15d和30d間差異顯著（Plt;0.05），其中梭魚草在15d顯著低于30d，而睡蓮則相反；其余植物無(wú)顯著差異（Pgt;0.05）。

2.4不同處理下TN變化

從表4可以看出，所有植物在處理15d時(shí)對(duì)TN去除率均高于對(duì)照。水蓑衣在處理30d時(shí)TN去除率最高，水鱉去除率最低。處理30d時(shí)，TN去除率順序?yàn)樗蛞耮t;苦草gt;狐尾藻gt;鳶尾gt;睡蓮gt;金魚藻gt;梭魚草gt;水鱉。另外，除金魚藻、水蓑衣、睡蓮和水鱉在15d和30d間去除率差異顯著（Plt;0.05）外，其他植物在15d和30d間去除率差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.5不同處理下TP變化

從表5可以看出，處理15d時(shí)，除對(duì)照和水鱉對(duì)TP去除率為負(fù)外，其他植物去除率均為正，表明其對(duì)TP均有去除效果。處理30d時(shí)，除水鱉對(duì)TP去除率為負(fù)外，其他植物對(duì)TP去除率均為正值。處理15和30d時(shí)，水鱉處理中TP濃度高于初始值（9.54mg/L）且去除率為負(fù)，這可能是由于滲濾液殘?jiān)镔|(zhì)釋放導(dǎo)致。

2.6不同處理下COD變化

從表6可以看出，不同處理時(shí)段，8種植物對(duì)COD具有不同程度的去除能力。處理15d時(shí)，各處理組COD濃度均低于對(duì)照（475.87mg/L），其中水蓑衣最低（321.87mg/L），金魚藻最高（468.86mg/L）;處理30d時(shí)，各處理COD濃度均低于對(duì)照（459.52mg/L），其中水蓑衣最低（300.65mg/L），金魚藻最高（444.76mg/L）。此外，狐尾藻、苦草、水蓑衣、梭魚草和水鱉對(duì)COD去除率在15d和30d間差異顯著（Plt;0.05），其他植物差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.7不同處理下NH4+-N變化

從表7可以看出，在處理15和30d時(shí)，各處理水體中NH4+-N濃度均低于對(duì)照（除水鱉外），其中水蓑衣處理NH4+-N濃度最低。同時(shí)，水鱉在15和30d時(shí)NH4+-N濃度均高于對(duì)照，這可能是由于高濃度NH4+-N抑制生長(zhǎng)，水樣中由于NH4+-N濃度相對(duì)較高，導(dǎo)致其在試驗(yàn)初期逐漸死亡，因此水鱉組NH4+-N濃度高于其他組；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)NH4+-N濃度高于對(duì)照，表明水生植物死亡分解濃度升高。此外，金魚藻、苦草、水蓑衣、梭魚草對(duì)NH4+-N去除率在15d和30d間差異顯著（Plt;0.05），其他植物組差異不顯著（Pgt;0.05）。

3討論與結(jié)論

研究表明，水生植物在凈化濕地富營(yíng)養(yǎng)化水體中體現(xiàn)碳中和的方式包括：①吸收水中CO2。水生植物通過光合作用吸收水中的CO2，并將其轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，如碳水化合物。這個(gè)過程不僅有助于水生植物的生長(zhǎng)，也導(dǎo)致水中CO2的減少，從而實(shí)現(xiàn)碳中和效應(yīng)^{［ 4，8］}。②沉積有機(jī)物質(zhì)。水生植物通過生長(zhǎng)、死亡和腐爛等過程釋放有機(jī)物質(zhì)，這些有機(jī)物質(zhì)會(huì)在水體底部沉積^［12-15］。這種沉積過程有助于封存有機(jī)碳，防止其進(jìn)入大氣中，從而在水體中實(shí)現(xiàn)碳中和。③減緩溫室氣體釋放。富營(yíng)養(yǎng)化水體中，過量的有機(jī)物質(zhì)會(huì)在缺氧的條件下產(chǎn)生甲烷（CH4）、CO2等溫室氣體^［18］。水生植物的存在可以通過減少有機(jī)物的富集，降低底部缺氧的程度，從而減緩溫室氣體的釋放，實(shí)現(xiàn)更為健康的水體環(huán)境。因此，水生植物通過吸收CO2、沉積有機(jī)物質(zhì)和減緩溫室氣體釋放等機(jī)制，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，同時(shí)在碳中和的過程中發(fā)揮著重要的角色，這種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不僅有助于改善水體質(zhì)量，還有助于維護(hù)地球大氣中的碳平衡。

該研究中，8種水生觀賞植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化污染水體中的TN、TP等指標(biāo)展現(xiàn)出明顯的去除效果，表明利用植物修復(fù)污染景觀水體具備一定的可行性。應(yīng)用水生植物清除水體中的富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)，以及提高水體自我凈化能力具有重要意義^［6-8］。有研究表明，水生植物具有吸附水中各種懸浮物質(zhì)能力，有助于提高水體透明度，改善水體光照條件，并增加溶解氧（DO）濃度；同時(shí)，在植物刈割后，植物吸收的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽被轉(zhuǎn)移出水生系統(tǒng)，而使水體得到改善與凈化^{［4，18］}。利用水生觀賞植物吸附城市景觀水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，既可改善其生長(zhǎng)環(huán)境，又可凈化水體^{［5，15，19］}。

有研究顯示，藻類如狐尾藻（Myriophyllum verticillatum）和輪葉黑藻（Hydrilla verticillata）可有效去除富營(yíng)養(yǎng)化水體TN、TP和NH4+-N等^{［7，10，12］}，挺水植物如香蒲（Typha orientalis）、石菖蒲（Acorus tatarinowii）和美人蕉（Canna indica）等在重度富營(yíng)養(yǎng)化水體中凈化效果較好且均能正常生長(zhǎng)^{［8，15，19］}。有研究表明，水葫蘆（Eichhornia crassipes）、水浮蓮（Eichhornia crassipes）和香蒲（Typha orientalis）在富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體中，對(duì)TN、TP 的去除率分別為 86.9%～82.4%和 94.6%～92.5%^［2，13］。也有研究表明，在城市河段應(yīng)用蘆葦凈化水質(zhì)時(shí)，在水力停留時(shí)間為7 d、淹沒水位為0.4 m的條件下，TN、TP、NH4+-N和COD去除率分別為54.5%、67.3%、59.6%和10.5%^［8］。而當(dāng)植物死亡時(shí)可能會(huì)分解出N、P等物質(zhì)，因而可能對(duì)水體造成污染^［6］。同時(shí)，當(dāng)水生植物出現(xiàn)死亡或過度生長(zhǎng)的情況時(shí)，及時(shí)進(jìn)行打撈或收割可將其吸收的氮、磷等物質(zhì)轉(zhuǎn)移出水生生態(tài)系統(tǒng)^［9］，這樣既有助于水體的凈化，又可以獲取生物資源^［18］。

總體而言，經(jīng)過30d處理，8種水生園林植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化景觀水體都具有一定凈化作用。與對(duì)照組相比，水蓑衣在TN、TP、COD和NH4+-N去除效果最為顯著，去除率分別為49.80%、31.34%、41.05%和45.22%；苦草和狐尾藻對(duì)TN、TP、COD、NH4+-N去除效果次之，金魚藻和水鱉較差。綜合而言，水蓑衣和苦草是去除城市景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化污染的潛在園林植物。

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