Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2018, 8(5), 436-446 Published Online October 2018 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/aep https://doi.org/10.12677/aep.2018.85054
文章引用: 苏丰, 李志安, 李应文, 李泳兴, 王发国, 庄萍. 几种水生植物及其组合对模拟污水的净化效果[J]. 环境保护前沿, 2018, 8(5): 436-446. DOI: 10.12677/aep.2018.85054
Purification Efficiency of Eutrophic Water by Several Aquatic Plants
Feng Su1,2, Zhian Li1, Yingwen Li1, Yongxing Li1, Faguo Wang1*, Ping Zhuang1* 1South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou Guangdong
2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing
Received: Oct. 6th, 2018; accepted: Oct. 24th, 2018; published: Oct. 31st, 2018
Abstract Eutrophication has been recognized as one of serious ecological problems in the world. Phytoremediation has gradually attracted the attention of the academic community with its low investment and environmentally friendly features. The tested aquatic plants in this experiment were Salvinia natans, Ipomoea aquatica, Heleocharisplantagineiformis, Hydrocotyle vulgaris and their combinations. The aim of this study was to study the effects of different aquatic plant combinations on concentrations of total phosphorus (TP), total nitrogen (TN), ammonia nitrogen in the polluted water. The results showed that the removal rates of four tested plants were higher
than those of the control group. The removal rates of TN and 4NH-N
+ by Ipomoea aquatica +
Heleocharisplantagineiformis were 30.3% and 80.9%, and the removal rate of TP (35.4%) by Salvinia natans + Heleocharisplantagineiformis + Hydrocotyle vulgaris was the highest. Combination of Salvinia natans + Heleocharisplantagineiformis + Hydrocotyle vulgaris was found as an optimal model for the removal of TN and TP by aquatic plants. Harvest treatment of aquatic plants was an alternative measure to improve growth and removal of pollutants.
Keywords Eutrophic Water, Aquatic Plant, Nitrogen, Phosphorus, Ammonia Nitrogen, Removal Rate
几种水生植物及其组合对模拟污水的净化效果 苏 丰1,2，李志安1，李应文1，李泳兴1，王发国1*，庄 萍1* 1中国科学院华南植物园，广东 广州
2中国科学院大学，北京
收稿日期：2018年10月6日；录用日期：2018年10月24日；发布日期：2018年10月31日 苏丰 等 DOI: 10.12677/aep.2018.85054 437 环境保护前沿
摘 要 通过温室静态模拟试验研究了槐叶萍、野荸荠、铜钱草、空心菜等水生植物及其组合对富营养化水体TN、TP等的能力。结果显示，4种水生植物及其组合对模拟污水TN、TP、氨氮的去除率高于对照组；空心菜 + 野荸荠组合TN去除率和氨氮率、槐叶萍 + 野荸荠 + 铜钱草组合TP去除率达到最高，分别为30.3%、
80.9%和35.4%，显著优于其他水生植物处理组。槐叶萍 + 野荸荠组合的吸收作用对污水TN的削减贡献率最高，为5.8%，槐叶萍 + 野荸荠 + 铜钱草组合对TP的削减贡献率达到最高，为33.67%。最终确定槐叶萍 + 野荸荠 + 铜钱草组合为高浓度富营养化水体TN、TP净化效果最优模式。另外，通过合理的收割措施既能转移去除污水中污染物，又有利于植物的恢复和再生，是一种可供选择的生态修复辅助措施。
关键词 富营养化水体，水生植物，氮，磷，氨氮，去除率
Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1. 引言 随着社会经济的快速发展和人类活动日益增加，尤其是工农业生产大规模地迅速发展，工业化带来了“城市化”现象，使得大量含有氮、磷营养物质的生活污水排入附近水体，导致了水体富营养化[1]。水体富营养化现象会导致水体及水生生物健康受损，水体生态系统退化，生物多样性下降以及正常的营养流动和结构奔溃，以及水华现象，最终导致水体正常的农业、工业、饮用等功能受到影响[2]。据统计，我国60%以上的湖泊处于富营养化状态，因此，如何有效控制并改善富营养化水体的水质已经成为当前城市或是农村水污染治理中最迫切的问题[3]。 富营养化水体的修复技术繁多，其主要目的就是利用各种方法去除水体中过量的磷元素与氮元素，其中植物修复净化污水被认为是近年来极受关注的有效治理措施之一[1]，它具有成本低、管理简单、可获经济收益、改善生态景观、不引起二次污染等优点[4] [5]。近年来，国内外的相关研究集中在利用水生植物对污水中氮和磷等营养物质的吸收富集作用[6]、对有机或无机污染物的去除作用[7]等。我国水生植物种类丰富，目前用于净化水质的水生植物达数十种之多，类型多样，很多植物种类在净化污水中已经取得了不错的效果[8] [9]。 已有的大量研究主要集中于单一水生植物对污水进行净化研究，但有研究表明，多种不同水生植物的合理配置产生的净化效果比单一植物净化率更为稳定[10]。Coleman等[11]发现宽叶香蒲、灯芯草和水葱3种植物组合种植比单种对生活污水的净化效果更好。另有研究证明：不同混合群落对富营养化水体中TN、TP去除率表现较强的效果[12]。然而，Fraser等[13]发现植物混合种植对去除水中氮、磷的效果与单一种植的效果并无显著差异。吴诗杰[14]等研究了几种植物对富营养化水体的净化效果，发现单种植物对TP去除率为87%~91%，而植物组合对TP去除率为63%~88%。由于不同水生植物具有不同的氮、磷吸收特性，以及水质条件的差别，对污水中污染物的去除效果各有差异，因此把不同水生植物进行生态配置能否有更强的净化效果，值得进一步研究。 苏丰 等 DOI: 10.12677/aep.2018.85054 438 环境保护前沿
Gubricht [15]指出，收割水生植物是一种从水体中去除营养物质的有效途径。王新刚等[16]报道：水生植物枯萎后如果不进行及时收割，植物体腐烂会使次年出水中磷的质量浓度增加0.10~0.15 mg/L，而在自然干枯后，水生植物氮磷干重含量较其未枯萎时氮磷干重含量低15%~25%。余红兵等[17]证明了合适的收割措施既能转移出水生植物中的污染物，又能利于植物的恢复和生长，提高底泥氮、磷的去除率。因此，利用水生植物吸收营养物质，并通过收获植物带走水中的营养物质是一种简单、高效、代价低的修复污染水体及防治二次污染的方法[18]。 考虑到不同水生植物或其组合对污水净化的稳定性，找到适合高浓度富营养化水体净化的最优水生植物组合模式具有重要的现实意义和工程价值。本研究选用槐叶萍、野荸荠、铜钱草、空心菜等４种水生植物，分别对单种植物和不同植物组合的富营养化水体的净化效果进行比较研究，以及评价适时收割管理的净化效果，旨在挖掘具有高效净化能力的水生植物或组合模式，为治理污水的植物选择提供理论参考。 2. 材料与方法
2.1. 植物材料和模拟污水 在前期预试验的11种水生植物中，根据其生长和适应情况，优选了如下4种水生植物，分别是槐叶萍(Salvinia natans)、空心菜(Ipomoea aquatica)、野荸荠(Heleocharisplantagineiformis)及铜钱草(Hydrocotyle vulgaris)。以上水生植物幼苗购回后在温室内置于尼龙网上进行预水培2周。实验前选择大小较一致的植
株进行培养。人工模拟污水是使用硝酸钾和磷酸二氢钾等试剂进行配制，并用NaOH溶液调节pH (见表1)。
2.2. 试验设计 试验时间为2017年6月~2017年10月，试验地点为华南植物园温室。试验设置的处理分别有：1. 槐叶萍；2. 铜钱草；3. 空心菜；4. 野荸荠；5. 槐叶萍 + 野荸荠；6. 铜钱草 + 野荸荠；7. 空心菜 + 野荸荠；8. 槐叶萍 + 野荸荠 + 铜钱草；9. 无植物的空白对照。实验采用50 × 50 × 40 cm的PVC培养箱。 试验前，除去植物根部的沉积物，检查叶片与根部有无损失，每种植物单独培养。使用自来水预培养10天。然后将其移到装有模拟污水的塑料培养箱(30 L水)中，每个植物处理设置三个重复，每个重复选取生长势基本一致的植株6~10株，挂牌标记。药剂使用纯净水溶解浓缩营养液。在温室中进行培养，培养室内温度较高，高于25℃，光源为自然光。 试验植物植株共采样4次，分别在水培前1天和水培后第11、36和46天采样。采样并称重后，用去离子水清洗3次，立即杀青并烘干后测量植物氮和磷含量。水样采集分别在水培后第1、6、11、16、36和46天进行。使用聚乙烯容器提取，采集后放入4℃冰箱中保存。试验过程中，所有植物处理组在试