王艷英 王曉磊 王成 董建華 劉曉雙 郜愛玲

摘 要 選取觀賞性強、可用于水培的綠蘿、孔雀竹芋、紅掌、白掌、粉掌、春羽、袖珍椰子、竹柏、花葉萬年青、合果芋10種花卉為研究對象，在室內(nèi)靜水條件下對其凈化富營養(yǎng)化水質(zhì)能力及其生長適應(yīng)性進行篩選研究。結(jié)果表明：春羽、綠蘿、花葉萬年青、合果芋、白掌5種花卉對河道污水適應(yīng)性相對較強，凈增生物量大；從凈化水體效果來看，10種花卉對試驗水體COD的去除均表現(xiàn)出良好凈化效果，其中對試驗水體總氮（TN）去除能力比較強的花卉依次為白掌、綠蘿、合果芋和春羽，對水體氨氮（NH4+-N）凈化效果較好的花卉依次為綠蘿、白掌、春羽和合果芋，對水體總磷（TP）凈化效果最佳的花卉為綠蘿、春羽、白掌和合果芋。試驗結(jié)束后原水各項指標(biāo)由《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)提升達到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)或更高。綜合各類因素比較分析，白掌、綠蘿、合果芋和春羽4種花卉從其適應(yīng)性和凈化效果來看，可以作為優(yōu)選的用于凈化城市河道的水培景觀花卉。

關(guān)鍵詞 水培花卉；城市河道；水質(zhì)凈化；篩選研究

中圖分類號 X52 文獻標(biāo)識碼 A

Screening on Hydroponics Flowers Based on

Purifing Urban River

WANG Yanying1， WANG Xiaolei2， WANG Cheng3， DONG Jianhua4，

LIU Xiaoshuang5， GAO Ailing1 *

1 Wenzhou Vocational College of Science and Technology， Wenzhou， Zhejiang 325006， China

2 Dongying Municipal Bureau of City Administrstion， Dongying， Shandong 257091， China

3 Research Institute of Forestry， Chinese Academy of Forestry / Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation， State

Forestry Administration / Research Centre of Urban Forestry， State Forestry Administration， Beijing 100091， China

4 Research Institute of Forestry， Hangzhou Academy of Forestry， Hangzhou， Zhejiang 310016， China

5 Northwest Institute of Forest Inventory， SFA， Xi'an， Shanxi 710048， China

Abstract The adaptability and purification of eutrophic water quality of ten kinds of hydroponic flowers， including Epipremnum aureum， Calathea makoyana， Anthurium andraeanum Dakota， Spathiphyllum kochii， Anthurium andraeanum Pink， Philodenron selloum， Chamaedorea elegans， Podocarpus nagi， Dieffenbachia picta， Syngonium podophyllum were investigated in indoor hydrostatic condition. Results showed that： P. selloum， E. aureum， D. picta， S. podophyllum， S. kochii had strong adaptability to river sewage and the net increase of biomass was large；On the effect of purifying the water， the 10 kinds of plants showed good purification effect on the removal of COD. S. kochii， E. aureum， S. dophyllum， P. selloum had strong ability respectively to remove total nitrogen（TN）， and E. aureum， S. kochii， P. selloum， S. podophyllum had strong ability respectively to remove ammonia nitrogen（NH4+-N）； The plants with the best purifying effect of total phosphorus（TP）were E. aureum， P. selloum， S. kochii， S.podophyllum. All indices after the test could meet the standard of Ⅴ class or higher for Land Surface Water Quality Standard（GB 3838-2002）. Based on comprehensive comparative analysis of various factors， four plants S. kochii， E. aureum， S. podophyllum and P. selloum could be used as the preferred landscape plant hydroponics for the purification of the city river.

Key words Hydroponics Flowers；urban river； water purification； screening study

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.09.003

由于受城市生活污水和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水的影響，全球水環(huán)境受到了嚴(yán)重的污染，給城市景觀和人們健康造成了極大的威脅，特別是與人們生活環(huán)境息息相關(guān)的城市河道。水生植物不僅能提高水域景觀度，而且還能對水體產(chǎn)生有效的凈化作用[1-3]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用水生植物對湖泊生態(tài)治理的研究比較多[4-7]，對于水生植物的研究種類選擇也相對集中，主要集中在鳳眼蓮[8-12]、香蒲[13-14]、黃菖蒲[15-16]、美人蕉[15，17-19]等植物，植物選擇相對比較單調(diào)并且有些植物還會產(chǎn)生二次污染的危害。選擇水培花卉用于城市河道污水凈化的研究相對較少，雖然有些學(xué)者選用一些水培花卉作為凈化水質(zhì)的研究對象[3，20]，但僅限于凈化水質(zhì)效果的簡單比較，用于凈化城市河道污水的多種水培花卉的篩選研究還未見報道。因此篩選出合適的既能提高城市河道的景觀價值又能起到凈化污水效果的多年生可用于水培的植物成為河道治理、美化的焦點問題，同時也具有比較大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值。本研究選取適合水培、觀賞性強的10種植物為研究對象，在室內(nèi)靜水環(huán)境下通過植物的生長狀態(tài)、水質(zhì)的凈化效果進行比較分析，篩選出成活率高、凈化能力強的植物用于凈化水質(zhì)、美化河道，來擴大目前城市河道綠化的植物選擇的范圍，為后期水體生態(tài)工程的應(yīng)用提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗選擇溫州市觀賞性強、可用于水培的10種植物：綠蘿（Epipremnum aureum）、孔雀竹芋（Calathea makoyana）、紅掌（Anthurium andraeanum）、白掌（Spathiphyllum kochii）、粉掌（Anthurium andraeanum）、春羽（Philodenron selloum）、袖珍椰子（Chamaedorea elegans）、竹柏（Podocarpus nagi）、花葉萬年青（Dieffenbachia picta）、合果芋（Syngonium podophyllum）。所用植物均來自溫州市景山花卉市場，植株大小均勻。

1.2 方法

1.2.1 供試植物的處理 將從花卉市場買來的盆栽植株從盆中脫出，其根系用水沖洗干凈，并將腐爛根系修剪掉，然后把植株定植在玻璃溫室中的水箱內(nèi)。

1.2.2 水質(zhì)凈化試驗 本試驗所采用的水箱為50 cm（長）×37.5 cm（寬）×28 cm（高）的塑料箱，可容納25 L的水體，每個水箱中培養(yǎng)3株植物，水面采用厚度約4 cm的聚乙烯塑料板為固定植物載體，將剔除爛根后的植物用海綿裹住放入空盆，然后將裝有植物的花盆嵌入到聚乙烯塑料板上。整個實驗在玻璃溫室內(nèi)進行。每個處理3個重復(fù)，另外3個無植物放置空白對照，共計33個試驗水箱放置溫室大棚中，試驗用水取自溫州科技職業(yè)學(xué)院西側(cè)會昌河，河道水質(zhì)見表1，根據(jù)國家環(huán)保總局規(guī)定的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中對水質(zhì)的分類，該水樣屬于劣Ⅴ類水質(zhì)，富營養(yǎng)化程度較高。

試驗在2016年10月～12月進行，10月8號～10月28月份主要進行一個周期的水質(zhì)監(jiān)測，在水培試驗的第1、3、5、7、10、15、20天分別取水樣測定，每次取樣時間為上午10 ： 00～10 ： 30。通過測定不同處理時間后供試水樣中指標(biāo)的濃度變化來判斷水生植物對污水的凈化能力，以此來初步篩選對緩解水體富氧化程度的植物種類。試驗結(jié)束后，供試植物繼續(xù)在水中培養(yǎng)，對植物的生長狀況和耐寒性進行持續(xù)的觀察。

1.2.3 分析方法 整個試驗期間定期觀測選用植物的根系生長、株高、葉片萎蔫及生長狀況，每次取水樣200 mL進行水質(zhì)指標(biāo)的檢測，檢測的項目主要包括pH值、COD（化學(xué)需氧量）、TN（總氮）、TP（總磷）、NH4+-N（氨氮）。pH值測定采用玻璃電極法（GB/T 6920-1986），COD采用重鉻酸鹽法（GB/T 11914-1989），TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012），TP的測定是鉬酸銨分光光度計法（GB/T 11893-1989），NH4+-N的測定采用納氏試劑分光光度計法（HJ 535-2009），各指標(biāo)的檢測均采用國家環(huán)保總局規(guī)定的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）的相關(guān)項目方法進行測定[21]。

各指標(biāo)的去除率[22]：去除率=[（C0-Ct）/C0]×100%。式中：C0——試驗開始時水質(zhì)指標(biāo)濃度； Ct——t天后試驗結(jié)束時水質(zhì)指標(biāo)濃度。

植物生長狀況用生長率表示，其計算公式為：生長率=[（試驗后所測指標(biāo)值-試驗前所測指標(biāo)值）/試驗前所測指標(biāo)值]×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 水培觀賞植物的生長狀況

將試驗植物移入到水培環(huán)境中，經(jīng)過一段時間的觀察發(fā)現(xiàn)，除紅掌、粉掌、袖珍椰子3種植物生長狀態(tài)不佳，出現(xiàn)了萎蔫、黃葉現(xiàn)象，其中粉掌從第10天開始發(fā)現(xiàn)根有腐爛現(xiàn)象，綠蘿、春羽、花葉萬年青、合果芋、白掌、孔雀竹芋、竹柏7種植物生長情況良好，株高、葉片和植物鮮重都有所增加（表2），平均鮮重增長率大小順序分別為春羽>綠蘿>合果芋>花葉萬年青>白掌>竹柏>孔雀竹芋。春羽、綠蘿、合果芋、白掌的水生根出現(xiàn)較早，這4種植物生長旺盛，株高、葉數(shù)和鮮重都有明顯的增加。綠蘿生長在第3天有少許土生根腐爛、開始長出白色細長水生根，其葉片的生長率最高，達到83%，合果芋在第5天出現(xiàn)纖弱的白色水生根，白掌在試驗7 d后氣生根枝杈產(chǎn)生，春羽從第10天后開始長出白色水生根，但其新葉出現(xiàn)比較早，生長速度比較快，整個生長過程表現(xiàn)為葉片增大增多，根系發(fā)達。對于孔雀竹芋和竹柏2種植物就屬于根系變化不明顯，試驗期間雖然生長適應(yīng)性尚可，但生長速率比較緩慢，第20天時鮮重生長率才為11%和14%。試驗結(jié)束后，繼續(xù)觀察10種植物的生長走勢，發(fā)現(xiàn)紅掌、粉掌2種植物花苞萎蔫，葉片減少，根系出現(xiàn)腐爛，不久之后便會全部萎蔫，竹柏和袖珍椰子生長變化不大，無枯葉出現(xiàn)，但葉色變淺。春羽、綠蘿、合果芋和白掌繼續(xù)生長旺盛。

2.2 富營養(yǎng)化水體凈化效果分析

2.2.1 水培景觀植物對TN的凈化效果分析 在污水中，總氮包括無機態(tài)氮和有機態(tài)氮2種形式，在環(huán)境水質(zhì)分析中做為判斷水污染程度的重要指標(biāo)之一。本研究供試水樣TN的含量超過地表水體V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的3.08倍，不同水培植物對富營養(yǎng)化水質(zhì)TN的凈化效果見圖1，整體來看，隨著處理時間的延長，TN濃度呈現(xiàn)不同程度的降低趨勢，到水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測試驗結(jié)束（20 d后），各處理組水樣中TN濃度含量從小到大依次為白掌、綠蘿、合果芋、春羽、孔雀竹芋、花葉萬年青、竹柏、紅掌、袖珍椰子、空白對照、粉掌。試驗結(jié)束后白掌、綠蘿、合果芋和春羽對TN的去除率分別為80%、79%、74%和73%，粉掌的去除效果最差，并且從第10天開始粉掌試驗水箱的TN濃度有所上升，這可能與其根發(fā)生腐爛分解有很大的關(guān)系，部分腐爛根系產(chǎn)生的的氮營養(yǎng)鹽重新回到水體中，增大了水體的氮含量。其余幾種植物與空白對照相差不大。白掌、綠蘿、合果芋和春羽對TN去除率高的4種植物與其根系的生長狀態(tài)和增長的生物量有很大的關(guān)系，因為水體中氮的去除植物本身的吸收占很大一部分，生長旺盛的植株為了滿足自身需要就需從水體中吸收大量的氮，但以水生植物為主的污水處理系統(tǒng)中，微生物的降解也起著很重的作用[23]，自然狀態(tài)下水體TN濃度也會受到微生物的作用轉(zhuǎn)化為無機物，所以空白組的總氮濃度也會有所降低，有植物種植后，植物根系附近易形成好氧環(huán)境，去除率或多或少會有所提升，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）原水樣中的TN均為劣Ⅴ類，20 d后，白掌、綠蘿、合果芋和春羽4種植物處理過的水箱水質(zhì)TN指標(biāo)達到Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，接近于Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 水培景觀植物對NH4+-N的凈化效果分析

10種植物對水質(zhì)的NH4+-N都有凈化效果，整體情況為早期表現(xiàn)不明顯，第15天NH4+-N濃度急劇下降（圖2），20 d后對NH4+-N去除率依次為綠蘿（95.17%）>白掌（95.15%）>春羽（89.77）>合果芋（83.19%）>紅掌（75.57%）>花葉萬年青（72.93%）>袖珍椰子（70.34%）>竹柏（69.77%）>粉掌（68.28%）>孔雀竹芋（56.59%）>空白對照（31.42%），凈化能力最強的4種植物為綠蘿、白掌、春羽和合果芋。這4種植物發(fā)達的根系和快速增長的生物量有很大的關(guān)系，不僅能極大的促進植物對N的吸收，而且還能增加根系附近的微生物活動，通過硝化和反硝化的機理將氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，實現(xiàn)水生植物對NH4+-N的凈化功能。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）原水樣中的NH4+-N均為劣Ⅴ類，20 d后，春羽、綠蘿、白掌3種植物處理過的水箱水質(zhì)NH4+-N指標(biāo)達到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，合果芋植物處理過的水箱水質(zhì)NH4+-N指標(biāo)達到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 水培景觀植物對TP的凈化效果分析 試驗水體TP的變化表現(xiàn)為初期變化平穩(wěn)（圖3），第3天開始TP濃度變化幅度增加，其試驗20 d后的最終凈化率都高于空白對照，對TP的去除率依次為綠蘿（77.77%）>春羽（76.66%）>白掌（75.26%）>合果芋（64.04%）>粉掌（42.85%）>花葉萬年青（41.57%）>袖珍椰子（40.21%）>竹柏（39.32%）>孔雀竹芋（30%）>紅掌（25.84%）>空白對照（18.08%）其中綠蘿、春羽、白掌和合果芋4種植物的凈化效果最佳，凈化率都在60%以上。水體中的磷主要通過植物吸收、微生物同化和沉淀等方式降低，沒有任何植物放置的空白對照主要是通過沉淀作用來去磷，其凈化率也在18%左右。其余處理組則通過植物根系吸收和根系微生物的同化作用來降低水體磷濃度。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）原水樣中的TP指標(biāo)均為劣Ⅴ類，20 d后，春羽、綠蘿、白掌3種植物處理過的水箱水質(zhì)TP指標(biāo)達到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.4 水培景觀植物對COD的凈化效果分析

COD作為水中有機污染物的總量，是衡量水污染狀況的重要指標(biāo)，從試驗河道的監(jiān)測來看，水體樣本COD指標(biāo)為Ⅳ類，隨處理時間的變化，不同水生植物水體中的COD濃度變化趨勢基本一致，第20天都呈現(xiàn)不同程度的下降并均低于對照組（圖4），但試驗過程中每組水箱水質(zhì)COD含量有所波動，試驗結(jié)束后各試驗組對COD的去除率依次為白掌（68.96%）>綠蘿（61.53%）=合果芋（61.53%）>袖珍椰子（59.25%）>竹柏（58.62%）>孔雀竹芋（57.69%）>紅掌（52%）>粉掌（50%）>花葉萬年青（47.61%）>春羽（45.83%）>空白對照（0%）。有研究表明，植物對COD的去除主要是依靠附著在基質(zhì)和根系上的微生物的降解作用[19]，根系的發(fā)達程度直接影響植物對污水的凈化效果，白掌的根系長而密，為根區(qū)微生物的活動創(chuàng)造了條件，促進了有機物的分解，提高水體COD的去除率。按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）原水樣中的COD指標(biāo)處于Ⅲ類和Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)之間，20 d后，10種植物處理過的水箱水質(zhì)COD指標(biāo)均達到Ⅰ類或Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。

3 討論

本研究所選用的10種水培景觀植物對環(huán)境的適應(yīng)性差異很大，從成活率、生長狀況和凈增生物量以及試驗結(jié)束后繼續(xù)培養(yǎng)階段的變化來看，春羽、綠蘿、花葉萬年青、合果芋、白掌5種植物對河道污水適應(yīng)性強，在富營養(yǎng)化水體環(huán)境中成活率高、生長旺盛、水生根系出現(xiàn)早、凈增生物量大，這些特征都為水體中TN、TP、NH4+-N和COD的高效吸收去除提供了潛能，可作為水體景觀凈化首選植物。

通過對水體不同指標(biāo)的去除效果進行對比和分析，對試驗水體總氮（TN）去除能力比較強的植物為白掌、綠蘿、合果芋和春羽，其去除率分別為80%、79%、74%和73%，對氨氮（NH4+-N）凈化效果較好的植物為綠蘿、白掌、春羽和合果芋，去除率都在83%以上，對總磷（TP）凈化效果最佳的植物為綠蘿、春羽、白掌和合果芋這4種植物，去除率都在60%以上，10種植物對試驗水體COD的去除均表現(xiàn)出良好凈化效果，去除率為45.83%～68.96%，對不同水質(zhì)指標(biāo)去除率強的植物主要集中在綠蘿、白掌、春羽和合果芋4種植物。本研究所選用的植物，其凈化能力都呈現(xiàn)出試驗初期比較平穩(wěn)，試驗中后期隨著植物的生長和對水質(zhì)的適應(yīng)變化幅度增加直至趨于穩(wěn)定，這與陳友媛等[3]研究的3種水培觀賞植物模擬污水的試驗研究中試驗初期水質(zhì)指標(biāo)降低迅速，試驗后期降低很少趨于穩(wěn)定有所不同，主要原因在于試驗過程中植物初期的處理方式不同，陳友媛等[3]的研究從植物的適應(yīng)期后開始試驗，本研究從植物的適應(yīng)期開始試驗，但綠蘿和春羽對污水的高凈化去除能力結(jié)論是一致的。

通過高凈化能力水培植物的凈化，按照國家環(huán)?？偩忠?guī)定的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002），20 d后試驗水箱的TN指標(biāo)由劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)提升接近于Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，NH4+-N指標(biāo)達到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，TP指標(biāo)達到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，綜合各類因素比較分析，白掌、綠蘿、合果芋和春羽4種植物從其適應(yīng)性和凈化效果來看，可以作為優(yōu)選的用于凈化城市河道的水培景觀植物。雖然所篩選的水生植物對凈化水質(zhì)都起到一定的作用，有些植物凈化能力強，有些植物凈化能力稍弱，但本研究是在外界環(huán)境因素可控的條件下進行的短期靜態(tài)試驗，有研究表明，污水經(jīng)過生物調(diào)控之后要保持長期穩(wěn)定，總磷濃度應(yīng)小于0.1 mg/L[24]，所以實際的城市河道富營養(yǎng)化水質(zhì)的凈化，其植物的適應(yīng)性和運行效果還有待于進一步研究，真正的工程推廣應(yīng)用還需要中試試驗及示范工程的論證做深入評價。

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