隨著工業(yè)和社會(huì)的快速發(fā)展，污水的大量排放使我國(guó)許多湖泊水庫(kù)嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。在治理富營(yíng)養(yǎng)化水體的許多措施中，利用水生植物吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并通過(guò)收獲植物帶走營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是一種簡(jiǎn)單、高效、低成本的方法。
水生植物根系可以吸收水體中的N、P等物質(zhì)，貯存于植物細(xì)胞中，并通過(guò)木質(zhì)化作用，使其成為植物的組成部分。人工濕地是利用濕地中基質(zhì)、濕地植物和微生物之間的相互作用，通過(guò)一系列物理、化學(xué)以及生物途徑來(lái)凈化污水，是處理污水的一種重要方式。濕地植物是人工濕地處理的核心部分，研究發(fā)現(xiàn)，不同濕地植物對(duì)N、P的去除效果有很大差別，不同植物對(duì)各污染物凈化效率也不一樣。植物生長(zhǎng)具有一定的季節(jié)周期性，地上和地下部分相互促進(jìn)、相互制約，在不同時(shí)期具有不同的生長(zhǎng)重心，即植物的生長(zhǎng)側(cè)重點(diǎn)會(huì)隨著植物的生長(zhǎng)周期而發(fā)生改變。因此，要想對(duì)污染水體取得較好的凈化效果，需要進(jìn)一步對(duì)不同濕地植物的生長(zhǎng)特性及其對(duì)污染水體的影響進(jìn)行研究。
筆者通過(guò)室內(nèi)模擬試驗(yàn)，選取石菖蒲、水芹、香蒲3種典型的濕地植物為研究對(duì)象，在靜水條件下對(duì)NH4+-N、NO3--N、TN、TP等指標(biāo)的變化進(jìn)行分析，對(duì)3種植物的N、P吸收和水質(zhì)凈化能力進(jìn)行比較，以期找出對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體具有良好凈化效果的優(yōu)選濕地植物，為人工濕地污水處理系統(tǒng)的構(gòu)建和管理提供科學(xué)依據(jù)。
1、材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)所用的石菖蒲、水芹、香蒲3種水生植物采自徐州工程學(xué)院校園人工湖。根據(jù)不同水生植物特性，選取植株生長(zhǎng)較好的3種植物幼苗進(jìn)行培養(yǎng)。試驗(yàn)時(shí)選取根系發(fā)達(dá)、植株成熟、長(zhǎng)勢(shì)基本一致的植物放入圓臺(tái)形塑料水桶（桶口直徑52cm、桶底直徑46cm、桶高70cm），自來(lái)水中馴化一周。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)在寬敞通風(fēng)、自然光照充足的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。培養(yǎng)液主要用改良的Hoagland’s稀釋液，培養(yǎng)液配方見(jiàn)表1。
將培養(yǎng)液加入馴化一周的植物系統(tǒng)中。試驗(yàn)水樣體積均為20L，且桶底鋪設(shè)5cm厚的細(xì)沙。每種植物設(shè)置3組平行試驗(yàn)，另外設(shè)置不含水生植物，只含細(xì)沙的處理為對(duì)照組。試驗(yàn)期間通過(guò)加蒸餾水來(lái)補(bǔ)充采樣以及蒸發(fā)所消耗的水樣。試驗(yàn)周期為18d，每3d分別測(cè)定水中NH4+-N、NO3--N、TN、TP的濃度以及3種植株的株高和根長(zhǎng)。
1.3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目
試驗(yàn)水體的水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)參考國(guó)家環(huán)境保護(hù)局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版）進(jìn)行，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有NH4+-N、NO3--N、TN、TP等。NH4+-N監(jiān)測(cè)方法采用納氏試劑分光光度法；NO3--N監(jiān)測(cè)方法采用紫外分光光度法；TN監(jiān)測(cè)方法采用硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；TP監(jiān)測(cè)方法采用鉬酸銨分光光度法。
2、結(jié)果與分析
通過(guò)試驗(yàn)得到了3種濕地植物的生理指標(biāo)變化及其在污染水體中NH4+-N、NO3--N、TN、TP的濃度變化情況。
2.1 不同濕地植物在污染水體中的生長(zhǎng)情況
試驗(yàn)期間3種不同濕地植物均能正常生長(zhǎng)，每株植物均有新葉長(zhǎng)出，葉片變大，顏色鮮艷，植株普遍長(zhǎng)高，其中水芹已經(jīng)開(kāi)花。
2.1.1 不同濕地植物株高變化情況
不同濕地植物株高變化情況見(jiàn)圖1。
由圖1可知，3種植物的株高在污水中較試驗(yàn)前均有變化。總的來(lái)說(shuō)株高增長(zhǎng)率高低依次為石菖蒲（30.8%）>香蒲（22.8%）>水芹（18.79%）。3種植物均在10d左右增長(zhǎng)最快，在第12d后水芹和香蒲株高增長(zhǎng)率逐漸趨于平緩，但石菖蒲仍處于增長(zhǎng)階段。由于植物生理衰亡原因，水芹株高增長(zhǎng)率后期呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。同時(shí)由于在實(shí)驗(yàn)室中受光照等其他因素的影響，3種植物均呈現(xiàn)不同程度的徒長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)香蒲和石菖蒲的莖桿出現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)易折現(xiàn)象。石菖蒲在整個(gè)試驗(yàn)階段生長(zhǎng)正常，不斷有側(cè)芽發(fā)出，出葉快。
2.1.2 不同濕地植物根長(zhǎng)變化情況
不同濕地植物根長(zhǎng)變化情況見(jiàn)圖2。
由圖2可知，3種植物的根長(zhǎng)均有明顯變化，石菖蒲的根長(zhǎng)增長(zhǎng)率最大，為93.8%；其次為香蒲（65.0%）；根長(zhǎng)增長(zhǎng)率最小的是水芹（29.5%）。在試驗(yàn)前9d，3種植物根長(zhǎng)變化最大，9d后根長(zhǎng)增長(zhǎng)率趨于平緩，與植物株高的增長(zhǎng)趨勢(shì)基本一致。后期石菖蒲和香蒲仍有增長(zhǎng)趨勢(shì)。
2.2 不同濕地植物對(duì)污染水體的凈化效果
2.2.1 不同濕地植物對(duì)水體中NH4+-N的影響
不同濕地植物對(duì)水體中NH4+-N的影響見(jiàn)圖3。
由圖3可知，石菖蒲、香蒲、水芹對(duì)水中NH4+-N的最終去除效果基本一致，對(duì)照組對(duì)水體中NH4+-N的去除率也很高，NH4+-N去除率大小依次為石菖蒲（71.2%）＞水芹（66.4%）＞香蒲（63.8%）＞對(duì)照（51.6%）。這是因?yàn)樗w中的氨氮少部分通過(guò)植物吸收揮發(fā)作用而去除，大部分則是通過(guò)強(qiáng)硝化作用的連續(xù)反應(yīng)而去除。圖中可看出在前3d水體中NH4+-N下降不明顯，3～12dNH4+-N下降迅速，因?yàn)橹参锕夂献饔�，硝化�?xì)菌生長(zhǎng)迅速，硝化作用增強(qiáng)。
2.2.2 不同濕地植物對(duì)水體中NO3--N的影響
不同濕地植物對(duì)水體中NO3--N的影響見(jiàn)圖4。
由圖4可知，在試驗(yàn)前期NO3--N濃度下降緩慢，后期有逐漸下降的趨勢(shì)。這是由于前期硝化作用占主導(dǎo)地位，NO3--N被轉(zhuǎn)化成NO2--N，后期反硝化作用占主導(dǎo)地位，NO3--N或NO2--N被還原成N2逸出水體進(jìn)入大氣。圖中明顯看出3種植物中石菖蒲的去除效果明顯高于其他兩種植物，對(duì)照組對(duì)水中NO3--N去除率最低。NO3--N去除率依次為石菖蒲（81.6%）>水芹（71.9%）>香蒲（69.1%）>對(duì)照（41.6%）。
2.2.3 不同濕地植物對(duì)水體中TN去除的影響
不同濕地植物對(duì)水體中TN的影響見(jiàn)圖5。
由圖5可知，石菖蒲、水芹、香蒲3種植物和對(duì)照組對(duì)水體中TN的去除在前3d不明顯，在3～15d迅速下降，直至平緩。石菖蒲和水芹對(duì)水體中TN的去除效果基本一致，對(duì)照組對(duì)水體中TN的去除最差。TN去除率依次為石菖蒲（88%）>水芹（87%）>香蒲（81%）>對(duì)照（38.5%）。
2.2.4 不同濕地植物對(duì)水體中TP去除的影響
N和P都是生物的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但藻類(lèi)等水生生物對(duì)P更加敏感，當(dāng)水體中P質(zhì)量濃度在0.02mg/L以上時(shí)，對(duì)水體的富營(yíng)養(yǎng)化就起到了明顯促進(jìn)作用。因此控制水體中P的含量非常重要。不同濕地植物對(duì)水體中TP的影響見(jiàn)圖6。
由圖6可知，石菖蒲和香蒲處理水體中的TP濃度下降趨勢(shì)比較相近，石菖蒲和水芹的最終TP去除率相差不大。3種植物對(duì)水體中TP的去除效果均好過(guò)對(duì)照組。TP去除率依次為石菖蒲（73.1%）>水芹（70.8%）>香蒲（66.4%）>對(duì)照（32.6）。對(duì)照組3～12d下降得最快，與植物系統(tǒng)基本一致，但TP去除率不同，這說(shuō)明植物對(duì)水體中TP去除影響很大。
3、結(jié)語(yǔ)
隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，種植植物的水體濁度明顯下降，透明度逐漸增加，而未種植植物的對(duì)照組變化不明顯，可見(jiàn)水生植物對(duì)水體凈化起著重要作用。石菖蒲在整個(gè)試驗(yàn)階段株高和根長(zhǎng)增長(zhǎng)率最高，表明其適應(yīng)能力強(qiáng)，生長(zhǎng)較好；水芹在整個(gè)試驗(yàn)階段株高和根長(zhǎng)增長(zhǎng)率最低，且后期出現(xiàn)枯黃現(xiàn)象，表明水芹較其他兩種植物對(duì)此類(lèi)污染水體適用性較差些，而石菖蒲則更適應(yīng)此類(lèi)水體。3種植物對(duì)于NH4+-N的去除效果基本一致，在前期開(kāi)始迅速下降，在后期逐漸趨于平緩。石菖蒲對(duì)NH4+-N的去除率最高為71.2%；對(duì)于NO3--N的去除，石菖蒲的去除率明顯高于其他兩種植物，為81.6%；對(duì)于TN和TP的去除，3種植物與對(duì)照組相比都表現(xiàn)出良好的去除效果，其中石菖蒲和水芹的變化趨勢(shì)和去除效果基本一致。
通過(guò)對(duì)不同水生植物生長(zhǎng)情況和不同水生植物對(duì)水體中污染物去除效果的分析可知，試驗(yàn)水體中NH4+-N、NO3--N、TN、TP質(zhì)量濃度變化與植物生長(zhǎng)周期、生長(zhǎng)速度以及根系長(zhǎng)度有關(guān)。綜上，石菖蒲的生長(zhǎng)情況最好，對(duì)水體中N、P的去除效果最佳，可作為對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體凈化的優(yōu)選濕地植物。（來(lái)源：徐州工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院）
