唐 偉，許 海，詹 旭，朱廣偉，王裕成，韓軼才，王子聰，朱夢圓

1. 江南大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122

2. 中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國家重點試驗室，江蘇 南京 210008

3. 杭州市生態(tài)環(huán)境局淳安分局，浙江 杭州 311700

4. 杭州市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，浙江 杭州 310005

湖泊是地表極其寶貴的淡水資源，由于城市化進程加速、人口膨脹、工業(yè)快速發(fā)展等因素，氮磷富集造成的湖泊富營養(yǎng)化問題成為全球淡水生態(tài)系統(tǒng)面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一. 湖泊富營養(yǎng)化誘發(fā)藍藻水華，產(chǎn)生藻毒素等有害物質(zhì)，對人體和動物產(chǎn)生毒害作用，降低人類生活質(zhì)量，阻礙經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展.因此，迫切需要對湖泊富營養(yǎng)化進行生態(tài)修復(fù)和有效控制.

生態(tài)浮床技術(shù)是一種常用的人工強化脫氮除磷工程技術(shù)，是控制水體富營養(yǎng)化的一種重要手段，其原理是將水生植物或部分陸生植物固定在浮床上，浮床植物不僅吸收水體中的營養(yǎng)鹽，植物根系還為反硝化等脫氮菌群提供天然繁殖場所，提高水體除氮能力，從而達到去除水體氮、磷等營養(yǎng)鹽的目標. 生態(tài)浮床技術(shù)能充分利用水面而無需占用土地，可應(yīng)用于各種水深條件的水體，且造價低廉，運行管理相對容易，兼具景觀效果和經(jīng)濟效益，因此被廣泛應(yīng)用.

20世紀70年代起，生態(tài)浮床在國外已有諸多研究，如Audet等報道了水生植物對湖泊沉積物微生物反硝化的促進作用；Sudiarto等以豬場廢水為研究對象，研究了浮葉植物大薸()對超高濃度富營養(yǎng)化水體總氮(TN)、總磷(TP)的去除效果，發(fā)現(xiàn)TN (151.67 mg/L)、TP (82.77 mg/L)的去除率分別為63.15%、36.15%. 生態(tài)浮床技術(shù)從20世紀80年代開始在我國應(yīng)用，已經(jīng)歷30多年的發(fā)展，主要應(yīng)用于城市河道和富營養(yǎng)化湖泊或水庫. 如Yang等以模擬天津市濕地水體為研究對象，對比了北方地區(qū)常見13種濕地植物在富營養(yǎng)化水體中的氮磷去除效果，發(fā)現(xiàn)黃菖蒲(L.)、風(fēng)車草(L.)、水蔥()對TN、TP的去除率分別能達到90%、70%，表現(xiàn)出較好的去除效果；Liu等以北京南郊受污染河道為研究對象，探究2種水生植物對TN (1.86 mg/L)、TP (0.63 mg/L)的水體凈化效果，結(jié)果表明，千屈菜()、黃花鳶尾 ()對COD、TN、TP的去除率分別達到75%、57%、71%和60%、49%、68%；叢海兵等以揚州市區(qū)富營養(yǎng)化河道楊莊河為研究對象，探究3種耐寒陸生植物對營養(yǎng)鹽的去除速率，發(fā)現(xiàn)黃菖蒲(L.)、西伯利亞鳶尾()和美人蕉()五個月內(nèi)對TN的平均去除速率分別為763.39、301.81和384.04 mg/(m·d)，對TP的平均去除速率分別為86.92、24.91和36.6 mg/(m·d).以上研究多為應(yīng)用生態(tài)浮床修復(fù)城市或鄉(xiāng)村河道水體，也有學(xué)者開展篩選生態(tài)浮床植物優(yōu)勢種在富營養(yǎng)化湖泊和水庫凈化效果中的研究. 如胡曉東等以江蘇省6大典型湖泊為研究對象，通過比較不同植物的氮、磷去除效果，篩選出蘆葦()、茭草()、穗狀狐尾藻()、輪葉黑藻()、野菱()、荇菜() 6種江蘇省典型湖泊水生植物優(yōu)勢種； 朱潔等在白洋淀開展了種植沉水植物狐尾藻()生態(tài)浮床對湖泊深水區(qū)氮磷營養(yǎng)鹽凈化效果研究，結(jié)果表明，水體TN、TP、NO-N(亞硝態(tài)氮)去除率分別為40.54%、53.45%、99%. 然而已有研究多集中于生態(tài)浮床凈化富營養(yǎng)化水體，缺乏對較清潔型水庫水體的脫氮除磷效率及其機制研究.

千島湖位于浙江省淳安縣和建德市境內(nèi)，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，是長三角地區(qū)最大的淡水人工湖和戰(zhàn)略水源地，千島湖的水質(zhì)安全保障事關(guān)重大. 作為一個面源污染負荷高的山區(qū)水庫，流域氣候和水文過程的年際波動對千島湖水質(zhì)影響較大. 近20年來，千島湖水體有富營養(yǎng)化的風(fēng)險，如2001-2019年TN濃度呈現(xiàn)升高趨勢，2017-2019年TP濃度一直未能穩(wěn)定達標并呈逐年增長趨勢，對千島湖水質(zhì)構(gòu)成威脅. 較高的營養(yǎng)鹽濃度導(dǎo)致了千島湖藻類異常生長，如2004年、2005年威坪灣出現(xiàn)了曲殼藻異常增殖，2007年坪山水域出現(xiàn)水華束絲藻異常增殖，2009年、2010年安陽水域出現(xiàn)曲殼藻、魚腥藻異常增殖等現(xiàn)象. 因此，控制千島湖水體氮磷濃度十分必要. 然而千島湖流域多為山地，土地資源緊張，缺乏足夠面積的凈化濕地. 在氮磷濃度相對高的支汊庫灣開發(fā)具有一定脫氮除磷能力的生態(tài)浮床技術(shù)，探究生態(tài)浮床技術(shù)在深水水庫脫氮除磷方面的可行性，能彌補山區(qū)流域濕地凈化空間不足的缺陷，減輕流域污染壓力.

試驗選取浮葉植物黃花水龍(Ohwi.)、沉水植物綠色狐尾藻()、挺水植物菖蒲() 3種長三角地區(qū)不同類型的典型水生植物為研究對象，通過春秋兩季靜態(tài)模擬試驗，探討了生態(tài)浮床對千島湖水體的氮磷凈化效果及其可能機制，篩選出適宜千島湖生態(tài)浮床應(yīng)用的水生植物，以期為后期生態(tài)浮床凈化較清潔型水庫水體提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

千島湖又名新安江水庫，屬于大型山谷型深水水庫，平均水深為31.13 m，最深處達到100 m，水體透明度、營養(yǎng)鹽濃度、溫躍層、水面開闊度不斷發(fā)生變化，形成了復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物環(huán)境梯度變化.千島湖流域包括新安江、武強溪、富春江等30多條入庫河流，采樣點位于街口鎮(zhèn)鳩坑鄉(xiāng)一庫尾灣，街口鎮(zhèn)位于千島湖西北上游區(qū)域，地處新安江水庫庫尾，是新安江水庫最大入湖口.

1.2 試驗材料

試驗選用20 cm×30 cm×4 cm的聚苯乙烯泡沫板作為生態(tài)浮床載體，并在每個泡沫板上設(shè)置12個直徑32 mm的定植孔，將植物固定器放置其中，植物覆蓋率約為50%；選取12個48.7 cm×34.3 cm×25.8 cm的聚乙烯塑料水箱(見圖1)作為浮床主體用于盛裝試驗用水.

通過查閱文獻，選取長江中下游生長的3種典型

水生植物(均購置于浙江省金華市金東區(qū)竹文園藝基地)作為試驗材料，其生物特性見表1.

圖 1 生態(tài)浮床模擬試驗裝置示意Fig.1 Schematic diagram of floating bed simulation experiment device

表 1 水生植物種類及生物特性Table 1 Species and biological characteristics of aquatic plants

1.3 試驗設(shè)置

試驗分別于2020年10月22日-11月26日(秋季)和2021年3月27日-5月2日(春季)在浙江省千島湖國家水質(zhì)監(jiān)測站進行. 試驗開始前，水生植物先預(yù)培養(yǎng)10 d，待植物長勢穩(wěn)定后選取長勢較好且質(zhì)量相近的植物各36株，用于生態(tài)浮床模擬試驗. 試驗用水采自千島湖上游街口水域，該水域在千島湖主庫區(qū)屬于營養(yǎng)鹽相對豐富的水域. 兩次試驗初始水樣的物理化學(xué)指標如表2所示.

表 2 兩次試驗初始水樣水質(zhì)指標Table 2 Initial water quality index of two experiments

每個水箱中分別裝20 L湖水，試驗共設(shè)置4個處理，其中一個處理為空白對照組(僅放置泡沫板).每種植物設(shè)置3個重復(fù)，每株植物通過植物固定器固定于浮板上，自然漂浮于水箱中，水位漫過植物根部，為保證靜態(tài)試驗更符合自然效果，試驗期間不更換試驗用水，通過水位下降高度，換算污染物的去除率.

試驗期間，每7 d采集表、中、底層混合水樣，采集時間均為10：00. 采集完立即用0.45 μm孔徑的玻璃纖維濾膜(Whatman GF/F)進行過濾，過濾后樣品采用TOC分析儀測定溶解性有機碳(DOC)濃度，未過濾樣品分取、冷凍，用于TN、TP濃度測定(硫酸鉀-紫外分光光度法). 使用蠕動泵將表層20 cm以下的水泵入到12 mL空瓶(Labco Exetainer)中，瓶子裝滿時繼續(xù)引流并緩慢抽出橡皮管，使液面形成凸狀，然后擰緊瓶蓋. 每個水箱取3個平行樣，采集完后立即用注射器打入50%質(zhì)量分數(shù)的ZnCl溶液終止其微生物反應(yīng)并密封保存.

采集完水樣先用馬克筆記錄水箱中的水位下降高度，再用便攜式水質(zhì)參數(shù)分析儀(Yellow Spring Instruments)測量所需物理指標：水溫(WT)、溶解氧(DO)濃度、pH. 兩季試驗在開始和結(jié)束時期分別收集植物，烘干稱重，過100 mm×25.4 mm篩網(wǎng)研磨后測量植物體內(nèi)氮磷含量(意大利元素分析儀，Eurovector EA3000). 每7 d用直尺測量植物株高、根長，用電子天平(常熟意歐電子天平，DT502)稱量植物干質(zhì)量（生物量）. 由于黃花水龍和綠色狐尾藻分別為浮葉和沉水植物，根系都較為柔軟纖細，因此在測量植物的生物量和植物體內(nèi)氮磷含量時不考慮地上、地下部分.

1.4 數(shù)據(jù)處理

污染物去除率()的計算公式見式(1)：

式中：為 污染物起始濃度，mg/L；為水樣起始體積，L；C為 第次取樣的污染物濃度，mg/L；V為第次取樣的水樣體積，L.

污染物去除效率()的計算公式見式(2)：

式中：為污染物去除效率，mg/(kg·d)；為單位面積生物量，kg；為時間，d.

′

植物吸收氮去除率()的計算公式見式(3)：

式中：為植物吸收氮量，g/kg；為氮去除總量，g/kg.

為了解試驗系統(tǒng)中3種水生植物的反硝化脫氮強度，使用Kana等提出的N:Ar方法計算. 因為Ar(氬氣)的化學(xué)性質(zhì)是穩(wěn)定的，而N(氮氣)易受到微生物的影響，因此使用N:Ar方法的計算精度遠高于單獨使用N，N、Ar的測定儀器為膜接口進樣質(zhì)譜儀（Bay instrument, USA），計算方法如式(4)所示：

式中：Δ[N]為N濃度相對于自然條件下的凈增量，μmol/L；[N]/[Ar]為經(jīng)質(zhì)譜儀矯正過的水樣中N與Ar濃度比值；[N]、[Ar]分別為特定溫度、鹽度條件下N、Ar理論平衡濃度，μmol/L，由標準水樣溫度和鹽度值代入Weiss方程計算得到.

試驗數(shù)據(jù)采用IBM SPSS 26.0軟件進行相關(guān)性和方差分析，使用單因素ANOVA檢驗法進行差異顯著性分析(＜0.05)，采用Origin 2018軟件作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 水生植物生長情況

分別將3種水生植物放入塑料水箱中進行靜態(tài)模擬試驗，培養(yǎng)35 d后計算水生植物株高、根長和生物量的變化情況，結(jié)果如圖2和表3所示. 春、秋季3種植物株高、根長和生物量均有增加，綠色狐尾藻和黃花水龍表現(xiàn)出較顯著的生長優(yōu)勢(＜0.05)，且3種植物長勢均為春季好于秋季.

圖 2 春秋兩季不同植物株高與根長凈增量的變化Fig.2 Net increment of plant height and root length of different plants in spring and autumn

表 3 春秋兩季不同植物生物量的變化Table 3 Changes in biomass of different plants in spring and autumn kg/m2

春季黃花水龍和綠色狐尾藻株高凈增量比菖蒲高20%，秋季綠色狐尾藻株高凈增量比黃花水龍高7 cm，是菖蒲株高凈增量的7.4倍. 根長凈增量差異更顯著(＜0.05)，兩季試驗綠色狐尾藻根長凈增量分別約為黃花水龍的2.2倍、菖蒲的3.2倍. 黃花水龍的單位面積生物量顯著優(yōu)于綠色狐尾藻、菖蒲(＜0.05)(見表3). 春季試驗黃花水龍、綠色狐尾藻、菖蒲單位面積生物量分別增加260%、100%、17%，秋季黃花水龍和綠色狐尾藻單位面積生物量均增加約45%，而菖蒲僅增加了約13%.

由此可見，春季黃花水龍和綠色狐尾藻表現(xiàn)出更頑強的生命力，更適應(yīng)千島湖水體生長，其中黃花水龍生物量增加最多，綠色狐尾藻根長增長最多.

2.2 三種水生植物對TN和TP凈化效果

為比較3種水生植物氮磷去除能力，參照式(1)計算出每個處理組TN和TP的去除率，結(jié)果如圖3所示. 春季黃花水龍和綠色狐尾藻對TN的去除率(簡稱“凈去除率”)相對于空白對照組提高了約50.0%，顯著高于菖蒲的TN去除率(36.8%)(＜0.05)；而秋季3種植物TN凈去除率為22.0%～30.0%，差異不顯著(＞0.05). 春秋兩季黃花水龍TP凈去除率均顯著高于其他2種水生植物(＜0.05)，其中春季黃花水龍TP凈去除率為46.0%，綠色狐尾藻為33.1%，菖蒲為17.1%.

圖 3 春秋兩季不同處理組TN與TP去除率的變化Fig.3 Changes of TN and TP removal rates in different treatment groups in spring and autumn

為更精確比較3種植物氮磷的去除能力，根據(jù)單位面積生物量和時間參照式(2)計算每種水生植物單位生物量單位時間的TN和TP去除效率，結(jié)果如表4所示. 由表4可見，綠色狐尾藻、黃花水龍春季對氮磷的去除能力顯著強于秋季(＜0.05)，去除效率約為秋季的2.0倍. 其中春季綠色狐尾藻的TN去除效率為2.89 mg/(kg·d)，比黃花水龍〔2.22 mg/(kg·d)〕高23.0%，約為菖蒲〔0.27 mg/(kg·d)〕的11.0倍.

表 4 春秋兩季不同水生植物TN、TP去除效率Table 4 TN and TP degradation rates of different aquatic plants in spring and autumn mg/(kg·d)

3種水生植物的TP去除效率和季節(jié)性差異均不顯著，春秋兩季TP的去除效率基本維持在0.01～0.08 mg/(kg·d)，以上結(jié)果說明綠色狐尾藻對較清潔型水體的適應(yīng)能力更強.

2.3 植物氮磷吸收情況

3種植物體內(nèi)氮磷的吸收情況如表5所示. 由表5可見，綠色狐尾藻體內(nèi)氮磷的吸收量顯著高于其他兩種水生植物(＜0.05). 在氮吸收方面，兩季綠色狐尾藻吸收量維持在12.44～15.57 g/kg，約為菖蒲(5.45～8.59 g/kg)、黃花水龍(5.27～8.30 g/kg)的2.0倍.在磷吸收方面，3種植物均表現(xiàn)為春季高于秋季. 綠色狐尾藻的氮吸收量(0.96～1.95 g/kg)最高，黃花水龍(0.51～0.67 g/kg)次之，菖蒲(0.24～0.68 g/kg)最低.

表 5 春秋兩季不同水生植物體內(nèi)氮磷吸收量Table 5 Nitrogen and phosphorus uptake by different aquatic plants in spring and autumn

為探究生態(tài)浮床植物氮去除的機制，根據(jù)式(3)計算出植物吸收、反硝化與其他作用對氮去除的貢獻率，結(jié)果如表6所示. 從表6可以看出，植物吸收去除氮的占比為20%～30%，不同水生植物對氮的去除主要依靠的是微生物反硝化與其他作用.

2.4 春秋兩季不同處理組溶解性N2增量變化情況

為更進一步探究3種水生植物反硝化作用的差異，參照式(4)計算了3種水生植物溶解性N增量(簡稱“Δ[N]”)的變化情況，以此來比較3種水生植物的反硝化作用，結(jié)果如圖4所示. 春秋兩季試驗中3種水生植物Δ[N]整體都高于空白對照組，且均呈先升后降的趨勢，春季試驗3種水生植物與空白對照組的Δ[N]差值均高于秋季. 3種水生植物中，綠色狐尾藻的Δ[N]相對于空白對照組增量最多，其中秋季11月12日Δ[N]比空白對照組高13.61 μmol/L，黃花水龍、菖蒲與空白對照組Δ[N]差值(簡稱“凈脫氮差”)分別為3.55和-0.26 μmol/L. 春季4月25日綠色狐尾藻的凈脫氮差值為24.63 μmol/L，黃花水龍和菖蒲分別為22.35和15.75 μmol/L. 春秋兩季3種水生植物的凈脫氮差范圍分別為-4.14～24.63 μmol/L(綠色狐尾藻)、0.16～22.35 μmol/L(黃花水龍)、-0.26～15.74 μmol/L(菖蒲). 以上結(jié)果說明綠色狐尾藻根系的微生物反硝化作用最強，黃花水龍次之，菖蒲表現(xiàn)最差.

表 6 不同途徑脫氮的貢獻率Table 6 Contribution rate of nitrogen removal by different ways

圖 4 春秋兩季不同處理組Δ[N2]的變化Fig.4 Changes of Δ[N2] in different treatment groups in spring and autumn

2.5 水生植物凈脫氮量與不同因素相關(guān)性分析

為進一步探討影響水生植物反硝化作用的主要因素，為后期示范工程篩選植物提供參考. 筆者對3種水生植物凈脫氮量與5種主要因素的相關(guān)性進行了分析(見表7). 結(jié)果發(fā)現(xiàn)3種水生植物的凈脫氮量與各因素之間的相關(guān)性存在顯著差異，其中黃花水龍和菖蒲凈脫氮量與生物量均呈顯著正相關(guān)(＜0.05)，綠色狐尾藻凈脫氮量與生物量呈極顯著正相關(guān)(＜0.01)；綠色狐尾藻脫氮量與根長、溫度也均呈顯著正相關(guān)(＜0.05)，而黃花水龍和菖蒲凈脫氮量與根長、溫度均無顯著相關(guān)性；黃花水龍、菖蒲凈脫氮量與DO濃度均呈顯著負相關(guān)(＜0.05)，而綠色狐尾藻凈脫氮量與DO濃度并無顯著相關(guān)性；3種植物凈脫氮量與DOC濃度均無顯著相關(guān)性. 結(jié)果表明，生物量對3種水生植物的反硝化作用影響最為顯著.

表 7 水生植物凈脫氮量與不同因素的相關(guān)分析Table 7 Correlation analysis between net nitrogen removal of aquatic plants and different factors

3 討論

3.1 水生植物凈水能力差異分析

在春秋兩季試驗中發(fā)現(xiàn)，春季植物生長情況和氮磷去除效果顯著優(yōu)于秋季，原因與溫度有關(guān)(秋季溫度為10.0～20.1 ℃，春季溫度為17.1～28.3 ℃)，溫度過高或過低都會影響植物生理特性，一定溫度范圍內(nèi)，根際微生物活性也會隨著溫度的升高變強. 試驗中，植物生物量的變化情況存在顯著性差異(見表3). 植物生物量的大小主要取決于植物自身器官細胞特性、可利用營養(yǎng)鹽物質(zhì)和對環(huán)境的適應(yīng)能力，黃花水龍在生長期間會長出許多向上生長的白色粗棒狀不定根，導(dǎo)致其生物量增加最多. 一般來說，植物在污染物中生物量增加表明其對氮磷營養(yǎng)鹽脅迫具有很強適應(yīng)性，這與該試驗生物量增加較多的綠色狐尾藻和黃花水龍較強的去氮除磷能力相吻合(見表4).

不同水生植物對水體氮磷去除效果有顯著性差異，這種種間差異主要與植物類型及其生理特性有關(guān).綠色狐尾藻屬于廣泛生長于熱帶亞熱帶地區(qū)的多年生沉水植物，其根莖發(fā)達密集，適宜在16～26 ℃溫度條件下生長，且根系不斷向水下蔓延，為微生物、細菌提供了良好的繁衍場所，植物根際借助適宜的溫度、氧氣逐漸形成硝化和反硝化微生物群落，因此綠色狐尾藻對氮磷有較強的凈化效果. 綠色狐尾藻ΔN最高(見圖4)，表明綠色狐尾藻具有相對較強的反硝化脫氮能力，張芳等研究也發(fā)現(xiàn)沉水植物溶解性N的釋放通量顯著高于其他類型水生植物. 黃花水龍對水體氮磷有較明顯的去除效果. 黃花水龍的快速繁殖需要從水體中吸收氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)合成組織細胞，但其根際微生物硝化反硝化作用弱于綠色狐尾藻. 黃花水龍屬于浮葉植物，根莖不會完全往水下延深，根際區(qū)附著的微藻、微生物等物質(zhì)數(shù)量和種類均少于綠色狐尾藻，微生物硝化反硝化作用較低.菖蒲屬于不耐寒的挺水植物，最適宜的生長溫度為20～25 ℃，因此對氮磷的去除效果低于其他兩種植物，且生物量變化不大. 邵凱迪等研究5種水生植物對模擬菜地徑流TN去除效果時發(fā)現(xiàn)，黃花水龍和綠色狐尾藻對氮的去除效果顯著高于其他3種植物，且二者都具有較大生物量.

值得注意的是，3種植物ΔN均呈現(xiàn)先升后降的趨勢(見圖4)，原因可能與水體中氮濃度的下降有關(guān).隨著微生物反硝化作用所需的底物硝態(tài)氮濃度降低，微生物反硝化作用也隨之減弱.

3.2 不同途徑脫氮的貢獻

生態(tài)浮床脫氮途徑主要包括植物吸收、氨氮揮發(fā)和根際微生物反硝化等作用. 氨氮揮發(fā)過程中，當水體pH＞8.0、氨和銨根離子比例為1:1時，氨氮揮發(fā)造成的氮損失才較為顯著. 該試驗中pH一直維持在6.8～7.5，因此氨氮揮發(fā)造成的氮損失可忽略不計.植物吸收對浮床系統(tǒng)去除水體氮素具有重要意義，植物吸收氮的能力與其根系發(fā)達程度、生物量高低及生長代謝能力有關(guān)，綠色狐尾藻茂密的根系和較高生物量使得植物體內(nèi)吸收的氮磷含量最多(見表5).劉少博等研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度NH-N條件下，綠色狐尾藻對氮的吸收最高(30.7～53.4 mg/g)，表現(xiàn)出超高的氮吸收能力. 試驗后期植物腐爛衰敗重新進入水體導(dǎo)致水體營養(yǎng)鹽濃度升高，后期示范工程應(yīng)用需要采用定期刈割植物的方式帶走水體中的氮. 除了植物吸收，微生物反硝化作用也是系統(tǒng)去除氮素的重要途徑. 植物根系分泌物能夠調(diào)節(jié)根際區(qū)微生物群落的多樣性，使得根際區(qū)聚集大量硝化反硝化細菌. 該研究中3種水生植物微生物反硝化與其他作用約占氮去除貢獻率的70%～80%(見表6)，與已有研究報道微生物反硝化作用對氮的去除貢獻率為60%～90%相一致. 孫鵬等研究3種植物對氮素富集能力時發(fā)現(xiàn)，美人蕉、石菖蒲和傘草氮素累積分別占系統(tǒng)去除率的37.4%、33.3%、27.5%，表明微生物反硝化作用對氮的去除占主導(dǎo)作用.

影響水生植物反硝化作用的主要因素有很多，筆者做了3種水生植物凈脫氮量與DOC濃度、DO濃度、溫度、根長、生物量5種主要影響因素的相關(guān)性分析(見表7). 結(jié)果表明，3種水生植物凈脫氮量與生物量呈顯著正相關(guān)，是影響水生植物反硝化作用的最關(guān)鍵因素. 生物量越大不僅能附著更多硝化反硝化細菌、微生物，而且粗壯的枝葉能增加植物覆蓋率，減少植物光合作用，間接為反硝化細菌提供更多厭氧區(qū)域. 除了生物量，DO濃度在微生物反硝化活動過程中起著重要作用，當氧氣大量存在時，電子受體所產(chǎn)生的能量會抑制微生物反硝化作用. 在該研究中黃花水龍和菖蒲凈脫氮量與DO濃度呈顯著負相關(guān)(＜0.05)，說明水生植物反硝化作用受DO濃度影響較大. Veraart等在研究水生植被對水體反硝化作用的影響時發(fā)現(xiàn)，在DO濃度較低的浮葉水生植物區(qū)域反硝化速率最高，因此過高的DO濃度會抑制水生植物反硝化作用.

綜上，后期示范工程篩選植物時應(yīng)致力于選取生物量大、耐高低溫、根系發(fā)達的水生植物.

4 結(jié)論

a) 黃花水龍、綠色狐尾藻、菖蒲3種水生植物均能在千島湖湖水中生長，春季植物生長情況顯著優(yōu)于秋季. 黃花水龍生物量增長最為顯著，其次是綠色狐尾藻，菖蒲最少.

b) 綠色狐尾藻的凈化水質(zhì)能力強于黃花水龍、菖蒲. 綠色狐尾藻的TN去除效率為2.89 mg/(kg·d)，比黃花水龍高23.0%，是菖蒲TN去除效率的11.0倍. 黃花水龍、綠色狐尾藻的TP去除效率維持在0.07～0.08 mg/(kg·d)，菖蒲的TP去除效率僅為0.02 mg/(kg·d).綠色狐尾藻體內(nèi)吸收的氮、磷含量最多，且反硝化脫氮能力最強.

c) 微生物反硝化作用是該試驗生態(tài)浮床脫氮的主要途徑，生物量是影響該試驗水生植物反硝化作用的最關(guān)鍵因素.

d) 通過3種水生植物脫氮除磷能力、反硝化作用、植物長勢等方面對比分析，綠色狐尾藻在該次試驗中氮磷凈化效果最好.