鄧永強(qiáng) 鄭永紅 張治國(guó) 陳永春 胡友彪 張磊 陳芳玲 馬程楠

摘 要：針對(duì)河流湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化污染嚴(yán)重現(xiàn)狀，選取6種水生植物進(jìn)行水質(zhì)凈化試驗(yàn)，為富營(yíng)養(yǎng)化水體的生態(tài)修復(fù)治理提供參考。通過(guò)人工模擬受污染水體水質(zhì)，采用靜態(tài)水培的方法，對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)氮的測(cè)定研究六種水生植物及其組合對(duì)模擬污水中不同濃度氮的凈化效果，六種水生植物包括菖蒲（Acorus calamus）、美人蕉（Canna indica）、大薸（Pistia stratiotes）、鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）、金魚藻（Ceratophyllum demersum）、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）。單一水生植物試驗(yàn)中，菖蒲在高、中濃度氮水體中TN去除率和去除貢獻(xiàn)率均最大，去除率依次為99.80%、97.82%，去除貢獻(xiàn)率依次為82.34%、97.56%;美人蕉在低濃度氮水體中TN去除率和去除貢獻(xiàn)率均最大，依次為96.60%、95.23%。組合水生植物試驗(yàn)中，高濃度氮水體中金魚藻+菖蒲+大薸組合水生植物對(duì)水體中TN的去除率和去除貢獻(xiàn)率均最大，依次為97.20%、81.86%。中濃度氮水體中穗花狐尾藻+菖蒲+大薸水生植物組合水生植物對(duì)水體中TN去除率最大為99.19%，金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物對(duì)水體中TN去除貢獻(xiàn)率最大為97.75%。低濃度氮水體中穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮水生植物組合水生植物對(duì)水體中TN的去除率和去除貢獻(xiàn)率均最大，依次為98.67%、95.33%。凈化效果最好的植物類型為挺水植物，其次為浮水植物、沉水植物。選擇的6種水生植物對(duì)TN均有一定的去除效果，在治理含氮污水時(shí)可結(jié)合實(shí)際考慮采用，為利用水生植物凈化污染水體提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水生植物;水質(zhì)凈化;富營(yíng)養(yǎng)化水體;氮負(fù)荷;去除貢獻(xiàn)率

中圖分類號(hào)： X173文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-1098（2021）02-0036-09

收稿日期：2020-11-09

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51904014）;安徽省高校自然科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目（KJ2018A0072）;“土壤衛(wèi)士”創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目（2016ckjh071）

作者簡(jiǎn)介：鄧永強(qiáng)（1998-），男，安徽亳州人，在讀碩士，研究方向：礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)。

Study on the Purification Effect of Aquatic Plants on Sewage Loaded with Exogenous Nitrogen

DENG Yongqiang1，ZHENG Yonghong1，2，ZHANG Zhiguo1，CHEN Yongchun2HU Youbiao1，ZHANG Lei1，CHEN Fangling1，MA Chengnan1

（1.School of Earth and Environment， Anhui University of Science and Technology， HuainanAnhui 232001， China;2. Coal Mining National Engineering Technology Research Institute，Huainan Mining （Group） Co. Ltd.，Huainan Anhui 232001，China）

Abstract：Consideringthe serious eutrophication pollution of rivers and lakes， six species of aquatic plants， including Acorus calamus， Canna indica， Pistia stratiotes， Eichhornia crassipes， Ceratophyllum demersum， and Myriophyllum spicatum， were selected for water purification experiments to provide references for ecological restoration of eutrophic water. The purification effects of the six aquatic plants and their combinations on different concentrations of nitrogen in the artificially simulated sewage were studied with the static hydroponics method and the determination of eutrophication index nitrogen.. In the experiments of a certain aquatic plant ， the total nitrogen removal rate and the removal contribution rate of Acorus calamus were found the largest in the water with high nitrogen concentration and the water with the medium. The corresponding maximum removal rate was 99.80% and 97.82% and the maximum removal contribution rate 82.34% and 97.56% separately in the two kinds of water. Canna had the maximum removal rate （96.60%） and contribution rate （95.23%） of total nitrogen in the water with low concentration of nitrogen. In the experiment of combined aquatic plants， the combined aquatic plants of Ceratophyllum， Acorus calamus and Pistia stratiotes in the water with high concentration of nitrogen had the maximum removal rate （97.20%） and contribution rate （81.86%）. In the water with moderate nitrogen concentration， the combination of Myriophyllum spicatum， Acorus calamus and Pistia stratiotes aquatic plants had the maximum removal rate （99.19%）， and the combined aquatic plants of Ceratophyllum demersum， Acorus calamus and Eichhornia crassipes had the maximum contribution rate（97.75%）. The combination of Myriophyllum spicatum， Canna and Eichhornia crassipes in low-concentration nitrogen water had the maximum removal rate （98.67%） and contribution rate （95.33%）. The plants with the best purification effect were emergent plants， followed by floating plants and submerged plants. The 6 selected aquatic plants had a certain removal effect on total nitrogen， and they could be used to treat nitrogen-containing sewage in the practice， which provided a certain theoretical basis for purifying polluted water bodies with the aquatic plants.

Key words：aquatic plants;water purification; eutrophic water; nitrogen load; remove contribution rate

隨著中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程和城市化進(jìn)程的不斷加快推進(jìn)，工業(yè)污水與生活污水的排放量不斷上升，國(guó)內(nèi)湖泊等水體的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重[1]。富營(yíng)養(yǎng)化水體中含有大量的氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)誘發(fā)藻類過(guò)度繁殖，降低水體的透明度及溶解氧含量，破壞水生植物及動(dòng)物的生存環(huán)境，降低水體生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性和穩(wěn)定性，進(jìn)而威脅人體健康，造成經(jīng)濟(jì)損失[2-3]。針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體污染物的治理方法有物理法、化學(xué)法、生物法三大類，其中物理、化學(xué)措施修復(fù)水體不僅投入成本大、能源消耗高、嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)，并且容易出現(xiàn)水體二次污染以及對(duì)于地下水構(gòu)成污染[4-5]。相較而言，水生植物修復(fù)法具有效果好、成本低、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有生態(tài)環(huán)保的特性[6-8]。實(shí)踐證明，水生植物對(duì)水體中氮磷的富集與轉(zhuǎn)移具有顯著的效果，并且可以抑制水體中藻類的生長(zhǎng)繁殖，多種水生植物的合理搭配能產(chǎn)生比單一植物更好的凈化效果[9-10]。因此，加強(qiáng)水生植物及其組合的篩選和組合進(jìn)行研究，對(duì)充分發(fā)揮水生植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體中的凈化作用具有重要的作用[11]。文獻(xiàn)[12]通過(guò)小型浮床水質(zhì)凈化試驗(yàn)， 研究了接種內(nèi)生細(xì)菌后的美人蕉對(duì)水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除效果; 文獻(xiàn)[13]探究了氮負(fù)荷對(duì)沉水植物苦草和穗花狐尾藻生長(zhǎng)的影響;文獻(xiàn)[14]研究顯示，菖蒲、艾蒿等根系發(fā)達(dá)的水生植物對(duì)氮磷的去除效果更好;文獻(xiàn)[15]以大薸、鳳眼蓮和再力花為材料，對(duì)其進(jìn)行不同的分布組合，研究顯示植物組合及分布對(duì)氮磷去除效果起著重要的作用;文獻(xiàn)[16]以研究了不同種植密度和曝氣條件下，金魚藻對(duì)靜水濕地水體凈化作用和微生物群落變化的影響。因此，本文選取沉水植物、挺水植物和浮水植物各兩種，作為研究對(duì)象。分別為菖蒲、美人蕉、大薸、鳳眼蓮、金魚藻、穗花狐尾藻。構(gòu)建單種植物單元和組合植物單元。分析其對(duì)水體中TN的去除效果，以期為水生植物在處理富營(yíng)養(yǎng)化水體的科學(xué)合理應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物與模擬污水

供試水生植物包括菖蒲、美人蕉、大薸、鳳眼蓮、金魚藻和穗花狐尾藻，試驗(yàn)進(jìn)行前用蒸餾水對(duì)植物進(jìn)行清洗，沉水植物需對(duì)整體進(jìn)行清洗，挺水植物和浮水植物需對(duì)根部進(jìn)行清洗，清洗過(guò)程中要避免對(duì)植物造成損傷，清洗后在自然光照無(wú)雨條件下預(yù)培養(yǎng)一周。模擬污水使用硝酸鉀和氯化銨進(jìn)行配制。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)容器選擇材質(zhì)為PVC的水桶，水桶高為30cm，直徑為34cm，共45個(gè)。試驗(yàn)設(shè)置水樣體積為15L，原水來(lái)源于蒸餾水?；舅|(zhì)指標(biāo)的質(zhì)量濃度為TN高濃度15mg/L、TN中濃度5mg/L、TN低濃度1.5mg/L。

試驗(yàn)于2019年6月1日開始至2019年7月10日在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。植物共設(shè)15組處理，其中空白對(duì)照組1組，單一水生植物試驗(yàn)組6組，組合水生植物試驗(yàn)組8組，每組處理在3個(gè)濃度梯度的污水中重復(fù)一次，所有處理均在水桶中進(jìn)行，水桶體積約為20L，注入15L試驗(yàn)水體并做好水位標(biāo)記，每天用蒸餾水補(bǔ)充消耗水分，取樣時(shí)間為當(dāng)天上午9：00～10：00，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間40d。

1.3 分析測(cè)定內(nèi)容與方法

本次試驗(yàn)主要針對(duì)水質(zhì)TN進(jìn)行測(cè)定，采用的方法為堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法[17]。

R=S0-SS0×100%

式中：R為TN去除率;S0為TN初始濃度;S為TN終期濃度。

r=Re-RckRe×100%

式中：r為植物去除TN貢獻(xiàn)率;Re為試驗(yàn)組的去除率;Rck為對(duì)照組的去除率。

測(cè)定數(shù)據(jù)均用Origin 2019、Excel進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植物生長(zhǎng)情況

在本試驗(yàn)條件下，金魚藻和穗花狐尾藻在全過(guò)程試驗(yàn)期間長(zhǎng)勢(shì)良好，無(wú)明顯衰敗跡象，菖蒲、美人蕉、大薸、鳳眼蓮在初期生長(zhǎng)旺盛，30d后出現(xiàn)衰敗跡象。

2.2 水生植物及不同組合對(duì)水體pH值的影響

試驗(yàn)?zāi)M污水初始pH為中性或弱酸性，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)水體pH呈弱堿性。試驗(yàn)初期，所有處理水體pH均呈上升趨勢(shì)。高濃度含氮污水中，單一植物試驗(yàn)組菖蒲pH上升幅度最大，在0～30d水體pH從6.6上升至7.4，上升幅度為0.8;組合植物試驗(yàn)組金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮pH上升幅度最大，在0～40d水體pH從6.7上升至7.5，上升幅度為0.8。其他試驗(yàn)處理組水體pH變化幅度較小。中濃度含氮污水中，單一植物試驗(yàn)組金魚藻pH上升幅度最大，在0～40d水體pH從7.1上升至8.0，上升幅度為0.9;組合植物試驗(yàn)組金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮pH上升幅度最大，在0～40d水體pH從6.7上升至7.4，上升幅度為0.7。其他試驗(yàn)處理組水體pH變化幅度較小。低濃度含氮污水中，單一植物試驗(yàn)組金魚藻pH上升幅度最大，在0～40d水體pH從7.2上升至8.4，上升幅度為1.2;組合植物試驗(yàn)組金魚藻+菖蒲+大薸pH上升幅度最大，在0～20d水體pH從6.6上升至7.3，上升幅度為0.7。其他試驗(yàn)處理組水體pH變化幅度較小。

2.3 水生植物及不同組合對(duì)水體DO的影響

試驗(yàn)中，部分空白對(duì)照組水體溶氧（dissolvedoxygen，DO）較水生植物處理組高，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)過(guò)程中，桶體表面基本被水生植物全部覆蓋，對(duì)水體自身復(fù)氧功能造成影響，導(dǎo)致水體DO偏低。試驗(yàn)初期，由于水生植物生長(zhǎng)迅速，水體DO基本呈上升趨勢(shì)，試驗(yàn)后期，試驗(yàn)組植物生長(zhǎng)緩慢，部分試驗(yàn)組水生植物出現(xiàn)衰敗跡象，導(dǎo)致水體DO上升緩慢，甚至有所降低。

2.4 單一水生植物對(duì)水體TN去除效果研究

1）單一水生植物對(duì)水體TN的去除率 6種單一水生植物在為期40d的試驗(yàn)過(guò)程中，其污水中TN質(zhì)量濃度都低于無(wú)水生植物的空白對(duì)照組，表示試驗(yàn)選擇的6種單一水生植物對(duì)TN都起到了良好的去除作用。

在高濃度TN水體中，試驗(yàn)第40d時(shí)，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率均達(dá)到了最高值，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組所在的污水中TN濃度降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為17.63 %，金魚藻、 菖蒲和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組與其差異具有顯著意義（P<0.05）。6種單一水生植物中菖蒲的TN去除率最高，為99.80%，其去除率上升速度最快。大薸的TN去除率最低，為36.03%。

在中濃度TN水體中，試驗(yàn)第40d時(shí)，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率均達(dá)到了最高值，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組所在的污水中TN濃度降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為2.39 %，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組與其差異均具有顯著意義（P<0.05）。6種單一水生植物中菖蒲的TN去除率最高，為97.82%，其去除率上升速度最快。鳳眼蓮的TN去除率最低，為42.38%。

在低濃度TN水體中，試驗(yàn)第40d時(shí)，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率均達(dá)到了最高值，金魚藻、穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組所在的污水中TN濃度降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為4.61 %，穗花狐尾藻、美人蕉、菖蒲、大薸和鳳眼蓮單一植物試驗(yàn)組與其差異具有顯著意義（P<0.05），金魚藻與其差異具有極顯著意義（P<0.01）。6種單一水生植物中美人蕉的TN去除率最高，為96.60%，其去除率上升速度在10～40d較快。鳳眼蓮的TN去除率最低，為26.58%。

2） 單一水生植物對(duì)水體TN的去除貢獻(xiàn)率

植物的去除貢獻(xiàn)率是指植物通過(guò)吸收作用去除的氮、磷含量占水中污染物去除總量的比例，受植物種類和水體污染程度影響。6種單一水生植物在高、中、低三種濃度污水中對(duì)TN均能起到良好的去除效果。在高濃度污水中單一植物對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)率為51.07%～82.34%，菖蒲最大，大薸最小;在中濃度污水中單一植物對(duì)TN的去除率為94.36%～97.56%，菖蒲最大，鳳眼蓮最小;在低濃度污水中單一植物對(duì)TN的去除率為82.68%～95.23%，美人蕉最大，鳳眼蓮最小。金魚藻、穗花狐尾藻、菖蒲、大薸和鳳眼蓮的去除貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為中濃度>低濃度>高濃度，美人蕉的去除貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為低濃度>中濃度>高濃度，說(shuō)明單一植物金魚藻、穗花狐尾藻、菖蒲、大薸和鳳眼蓮，較于處理低濃度和高濃度污水，更適合處理中濃度污水，美人蕉較于處理中濃度和高濃度污水，更適合處理低濃度污水。

2.5 組合水生植物對(duì)水體TN去除效果研究

1）組合水生植物對(duì)水體TN的去除率。

在高濃度TN污水中，試驗(yàn)第40d時(shí)，8種組合水生植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率均達(dá)到了最高值，其所在的污水中TN濃度均降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為17.63 %，B1：金魚藻+美人蕉+大薸、B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮、B3：金魚藻+菖蒲+大薸、B4：金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮、B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸、B7：穗花狐尾藻+菖蒲+大薸和B8：穗花狐尾藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有顯著意義（P<0.05），B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有極顯著意義（P<0.01）。8種組合水生植物試驗(yàn)組中B3：金魚藻+菖蒲+大薸的TN去除率最高，為97.20%，其去除率上升速度最快。B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組的TN去除率最低，為50.46%。

在中濃度TN污水中，試驗(yàn)第30d時(shí)，B4： 金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率達(dá)到了最高值，其所在的污水中TN濃度降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為1.99 %，B4：金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有極顯著意義（P<0.01）。試驗(yàn)第40d時(shí)，B1：金魚藻+美人蕉+大薸、B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮、B3：金魚藻+菖蒲+大薸、B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸、B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮、B7：穗花狐尾藻+菖蒲+大薸和B8：穗花狐尾藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率均達(dá)到了最高值，其所在的污水中TN濃度均降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為2.39 %，B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸、B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮和B8：穗花狐尾藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有顯著意義（P<0.05），B1：金魚藻+美人蕉+大薸、B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮、B3：金魚藻+菖蒲+大薸和B7：穗花狐尾藻+菖蒲+大薸組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有極顯著意義（P<0.01）。8種組合水生植物試驗(yàn)組中B7：穗花狐尾藻+菖蒲+大薸的TN去除率最高，為99.19%，其去除率上升速度在10～20d最快。B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組的TN去除率最低，為42.19%。

在低濃度TN污水中，試驗(yàn)第30d時(shí)，B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸組合水生植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率達(dá)到了最高值，其所在的污水中TN濃度降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為4.61 %，B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸組合水生植物試驗(yàn)組與其差異不具有顯著意義。試驗(yàn)第40d時(shí)，B1：金魚藻+美人蕉+大薸、B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮、B3：金魚藻+菖蒲+大薸、B4：金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮、B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮、B7：穗花狐尾藻+菖蒲+大薸和B8：穗花狐尾藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除率均達(dá)到了最高值，其所在的污水中TN濃度均降至最低;此時(shí)空白對(duì)照組的TN去除率為4.61 %，B1：金魚藻+美人蕉+大薸、B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮、B4：金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮、B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮和B8：穗花狐尾藻+菖蒲+鳳眼蓮組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有顯著意義（P<0.05），B3：金魚藻+菖蒲+大薸組合水生植物試驗(yàn)組與其差異具有極顯著意義（P<0.01）。8種組合水生植物試驗(yàn)組中B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮的TN去除率最高，為98.67%，其去除率上升速度最快。B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸組合水生植物試驗(yàn)組的TN去除率最低，為33.99%。

2）組合水生植物對(duì)水體TN的去除貢獻(xiàn)率。

植物的去除貢獻(xiàn)率是指植物通過(guò)吸收作用去除的氮、磷含量占水中污染物去除總量的比例，受植物種類和水體污染程度影響。8種組合水生植物在高濃度污水中對(duì)TN均能起到良好的去除效果。在高濃度污水中對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)率為65.07%～81.86%，B3：金魚藻+菖蒲+大薸組合最大，B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮組合最小;在中濃度污水中對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)率為94.33%～97.75%，B4：金魚藻+菖蒲+鳳眼蓮組合最大，B2：金魚藻+美人蕉+鳳眼蓮組合最小;在低濃度污水中對(duì)TN的去除貢獻(xiàn)率為86.45%～95.33%，B6：穗花狐尾藻+美人蕉+鳳眼蓮組合最大，B5：穗花狐尾藻+美人蕉+大薸組合最小。8種組合水生植物的去除貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為中濃度>低濃度>高濃度，說(shuō)明水生植物組合在污水的凈化處理中，對(duì)中濃度污水具有更好的處理效果。

3 討論

6種水生植物及其組合對(duì)污水中TN的去除效果明顯，氮的去除途徑包括氮的揮發(fā)作用、反硝化作用、植物吸收和短程厭氧氨氧化，其中硝化-反硝化是氮去除的主要去除機(jī)制[18-19]。水生植物需要吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽以滿足自身生長(zhǎng)需要，通過(guò)對(duì)水生植物的收割處理，即可達(dá)到去除水體中營(yíng)養(yǎng)鹽，凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體的目的[20]。此外水生植物根系具有較大的比表面積，可以附著大量微生物，為微生物代謝提供適宜的環(huán)境，從而提升微生物活性與多樣性，通過(guò)微生物的新陳代謝作用可以有效的去除水體中的氮磷、有機(jī)物[21-22]。本研究中植物處理組通過(guò)微生物的硝化-反硝化作用以及植物的吸收作用，對(duì)TN的去除達(dá)到了良好的效果。菖蒲和美人蕉根系發(fā)達(dá)，大量微生物附著在其根系表面，有利于硝化菌和反硝化菌的生長(zhǎng)，使水體中的氮素較快的轉(zhuǎn)化為可供植物吸收利用的氮，最后通過(guò)植物吸附沉降和吸收作用降低水體中TN的濃度[23]。

6種水生植物對(duì)含氮水體的去除效果表明，不同種類水生植物對(duì)含氮污水中TN的凈化效果差異較大，水生植物的選擇直接影響對(duì)TN的去除效果[24-25]。本試驗(yàn)中，菖蒲和美人蕉單一植物試驗(yàn)組對(duì)TN的去除效果較好，二者均為多年生挺水植物。因此在水生植物的選擇上，應(yīng)以大型多年生挺水植物為主，這類植物根系發(fā)達(dá)且常年具有活性，不需要每年栽種，地上部分可連年生長(zhǎng)，通過(guò)收割處理可達(dá)到去除TN的目的[26-27]。水生植物的篩選應(yīng)遵循本土植物優(yōu)先、多年生、抗逆性強(qiáng)、植物根系發(fā)達(dá)、生物量大、去污能力強(qiáng)等基本原則[28]。

研究表明，水生植物及其組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的水質(zhì)具有一定的凈化效果，六種水生植物及其組合對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)都具有良好的適應(yīng)性，且對(duì)水體中的TN的去除具有一定優(yōu)勢(shì)。較單一水生植物而言，組合水生植物對(duì)水中的TN去除效果更為明顯。這與文獻(xiàn)[29]的研究結(jié)果相同，主要由于組合水生植物之間存在一定的生態(tài)位互補(bǔ)，比單一水生植物具有更合理的物種多樣性，更容易保持生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，組合水生植物根際微生物種類繁多、對(duì)污染物的利用層次更為充分，可以保持較為穩(wěn)定的凈化效果，并且其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，可以減少病蟲害的發(fā)生。

通過(guò)6種水生植物及其組合的高、中、低三種濃度的含氮污水的去除貢獻(xiàn)率比較分析得出6種水生植物及其組合均對(duì)中、低濃度含氮污水的去除貢獻(xiàn)率較高濃度含氮污水高。這與文獻(xiàn)[30]的研究結(jié)果相近，在處理低負(fù)荷氮的凈化系統(tǒng)中，水生植物的吸收起主要作用。本試驗(yàn)顯示，在高濃度含氮污水中，單一水生植物試驗(yàn)組的去除貢獻(xiàn)率為51.07%～82.34%，組合水生植物試驗(yàn)組的去除貢獻(xiàn)率為65.07%～81.86%;在中濃度含氮污水中，單一水生植物試驗(yàn)組的去除貢獻(xiàn)率為94.36%～97.56%，組合水生植物試驗(yàn)組的去除貢獻(xiàn)率為94.33%～97.75%;在低濃度含氮污水中，單一水生植物試驗(yàn)組的去除貢獻(xiàn)率為82.68%～95.23%，組合水生植物試驗(yàn)組的去除貢獻(xiàn)率為86.45%～95.33%。

通過(guò)空白對(duì)照組在高、中、低三種濃度梯度含氮水體中對(duì)TN的去除率曲線可以看出，在高濃度含氮污水中，空白對(duì)照組去除率較高，且去除率曲線波動(dòng)較大;在中低濃度含氮污水中，空白對(duì)照組去除率較低，且去除率曲線較平緩。這說(shuō)明水體中含氮濃度的大小對(duì)水體自凈效果具有一定的影響。這與文獻(xiàn)[31]的研究結(jié)果相近，隨著污染物濃度的減小，NH3-N降解系數(shù)和NO-3-N降解系數(shù)逐漸減小，相應(yīng)氮素的降解減慢，且過(guò)程中NO-3-N降解系數(shù)明顯小于NH3-N降解系數(shù)，說(shuō)明水體的硝化作用增強(qiáng)，反硝化作用受到抑制，從而對(duì)TN的去除效果造成影響。

我國(guó)利用水生植物凈化污水的形式多樣，包括生態(tài)浮床技術(shù)、人工濕地技術(shù)、凈化塘和根際過(guò)濾技術(shù)等，這些技術(shù)均有實(shí)際應(yīng)用案例，具有不同的處理效果。但水生植物在水體修復(fù)的應(yīng)用過(guò)程中側(cè)重凈化效果，大多選擇生物量增長(zhǎng)量較快的植物，在實(shí)際應(yīng)用中需注意水生植物的生長(zhǎng)狀況，在處理周期結(jié)束后需對(duì)植物進(jìn)行及時(shí)的收割，防止TN濃度回升，造成二次污染。短期內(nèi)具有明顯的凈化效果，但無(wú)法滿足長(zhǎng)期的凈化需求。在利用水生植物凈化污水的應(yīng)用中，還需要不斷的篩選凈化效果穩(wěn)定，適應(yīng)能力強(qiáng)的植物，針對(duì)不同污染程度的污水，對(duì)水生植物進(jìn)行科學(xué)合理的搭配組合，以期達(dá)到穩(wěn)定、顯著的凈化效果。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)高、中、低濃度氮的設(shè)置參考城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放和湖泊富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)中TN濃度，可為處理城市生活污水和富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)問(wèn)題中水生植物的選擇提供一定的理論依據(jù)。

（1）從單一水生植物對(duì)TN去除效果可以看出，6種單一水生植物對(duì)高濃度含氮污水的TN去除效果為菖蒲>鳳眼蓮>美人蕉>金魚藻>穗花狐尾藻>大薸;對(duì)中濃度含氮污水的TN去除效果為菖蒲>金魚藻>大薸>穗花狐尾藻>美人蕉>鳳眼蓮;對(duì)低濃度含氮污水的TN去除效果為美人蕉>金魚藻>菖蒲>穗花狐尾藻>大薸>鳳眼蓮。菖蒲在高濃度和中濃度含氮污水中表現(xiàn)出的除氮能力均最強(qiáng)，說(shuō)明其適合處理高、中濃度含氮污水，美人蕉對(duì)低濃度污水的凈化效果最好，適合處理低濃度含氮污水。

（2）從組合水生植物對(duì)TN去除效果可以看出，8種組合水生植物對(duì)高濃度含氮污水的TN去除效果為B3>B7>B4>B8>B5>B1>B2>B6;對(duì)中濃度含氮污水的TN去除效果為B7>B8>B4>B3>B6>B5>B1>B2;對(duì)低濃度含氮污水的TN去除效果為B6>B7>B8>B4>B3>B1>B2>B5。B3組合在處理高濃度含氮污水時(shí)的凈化效果最優(yōu)，B7組合在處理中濃度含氮污水時(shí)的凈化效果最優(yōu)，B6組合在處理低濃度含氮污水時(shí)的凈化效果最優(yōu)，B7組合在處理高、低兩種濃度含氮污水時(shí)的凈化效果良好，具有較好的應(yīng)用潛力。

（3）從6種水生植物及其組合TN去除率趨勢(shì)的比較可以看出，在高濃度含氮污水中，菖蒲和B3組合去除TN速率較快;在中濃度含氮污水中，菖蒲和B7組合去除TN速率最較快;在低濃度污水中，美人蕉去除TN速率較快，組合水生植物去除速率差異不明顯。在高中濃度含氮污水中，組合水生植物的除氮效果優(yōu)于單一水生植物，但在低濃度污水中，二者處理效果無(wú)顯著差異。

（4）通過(guò)6種水生植物及其組合的高、中、低三種濃度的含氮污水的去除貢獻(xiàn)率比較分析得出6種水生植物及其組合均對(duì)中、低濃度含氮污水的去除貢獻(xiàn)率較高。說(shuō)明水生植物對(duì)中、低濃度含氮污水TN的吸收作用較明顯，適合處理低負(fù)荷氮的污水。

（5）通過(guò)對(duì)比挺水植物、浮水植物和沉水植物三種植物類型的凈化效果可知，挺水植物對(duì)含氮污水的凈化效果最優(yōu)，其次為浮水植物，沉水植物較差，在實(shí)際應(yīng)用中，水生植物組合可以考慮設(shè)置更大比例的挺水植物，以提升水體凈化效果。

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（責(zé)任編輯：李 麗）