廖世良蘇文航黃彬彬農浩韓欣然管凱華龍宣任

(1.廣西壯族自治區(qū)國有高峰林場賀州造林部，廣西 南寧 530000；2.廣西職業(yè)技術學院藝術設計學院，廣西 南寧 530000；3.欽州市檢驗檢測院食品檢驗室，廣西 欽州 535000；4.廣西科學院信息中心，廣西 南寧 530000)

廣西高峰森林公園生命河谷、星月湖、回車場水體等園區(qū)水系以打造“花鏡”景觀為亮點，在一定程度上得到了廣大游客的認可，但園區(qū)水體渾濁，水體呈黃褐色，攪動湖底時有冒泡并伴有腐臭味，大大降低了水岸花鏡觀賞檔次。本研究立地“星月湖”原為林場職工自營魚塘，四周原是速生桉示范基地，為保證速生桉能快速成長，常年施用桉樹肥來滿足桉樹生長所需養(yǎng)分。有研究表明，桉樹林區(qū)內水體的總氮TN、總磷TP、總鉀TK含量中各有約40%、70%、50%來自桉樹施肥[1]；此外還有研究表明，水產養(yǎng)殖對水造成的影響就是氮磷的影響[2]。經對“星月湖”水體水質檢測分析得出水中的總磷和氨氮的濃度分別為0.29mg·L-1和4.14mg·L-1,遠遠超過了國際上一般認為總磷濃度為0.02mg·L-1,總氮濃度為0.2mg·L-1是湖泊富營養(yǎng)化的發(fā)生濃度[3]。因水體富營養(yǎng)化造成該水體生態(tài)系統(tǒng)退化、生物多樣性喪失，近而導致水體透明度下降，水體呈黃褐色、腥臭等，嚴重影響了游客旅游觀光體驗。

近年來，利用水生植物打造生態(tài)型濱水園林景觀，在凈化富營養(yǎng)水體方面取得了良好效果，經分析確定星月湖水質情況后，在前人研究的基礎上結合園林景觀常用的水生植物，比較園區(qū)野生環(huán)境下常見水生植物，研究不同植物對高峰森林公園人工水體水質凈化的效果。旨在進一步拓寬水生植物在人工水景觀方面的應用，并為森林公園水生態(tài)環(huán)境的改善積累經驗。

1 試驗材料與方法

1.1 星月湖水質分析

林場職工曾在星月湖長年開展過水產養(yǎng)殖，該水體面積水體面積約0.553hm2，水深0.1～4m，周圍匯水面積約17.33hm2。周邊現(xiàn)已停止水產養(yǎng)殖及林木采伐、施肥等營林生產活動，全面進入生態(tài)恢復的過程。試驗前分別從高峰森林公園星月湖上游溪流(水樣1)，望月天階泉眼(水樣2)，星月湖中心(水樣3)3個地點取水，并參照《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002)；“地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值”進行水質對比分析測定抽取的水樣。水質測定項目10項，包括pH、懸浮物、溶解氧(DO)、化學需氧量(CODcr)、五日生化需氧量(BOD5)、總磷(TP)、氨氮、銅(Cu)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、硒(Se)、鎘(Cd)、貢(Hg),檢測結果見表1。

表1 星月湖水源及湖體水樣檢測結果

經分析表1可知，水樣3透明度較其它水樣低，經檢測其懸浮物也明顯高于其它水樣。

水樣1水質為Ⅲ類水質，影響其水質主要因素為為總磷和氨氮；水樣2水質為Ⅱ類水質，影響其水質主要因素為總磷；水樣3水質為未達到Ⅴ類水質要求，影響其水質主要因素為氨氮，總磷的指標也僅達到Ⅳ類水要求。結合星月湖周邊環(huán)境，因水樣1和水樣2為該湖體的主要水源，得出星月湖水體污染為內部污染為主，外部輸入污染物較少或沒有。

1.2 試驗材料

本試驗所用植物全取自于高峰森林公園，包含挺水植物燈芯草、風車草、紙莎草、花葉蘆竹；漂浮植物有穗狀狐尾藻、大薸、銅錢草；沉水植物有金魚藻、苦草、輪葉黑藻。為確保所有植物健康成活，試驗前先將其栽培于試驗水槽內10d，選出壯苗。水槽11個(45cm×35cm×16cm)；塑料泡沫板4個(45cm×35cm×1.5cm)；星月湖湖心污水；蒸餾水。

1.3 試驗設計

1.3.1 挺水植物

燈芯草、風車草、紙莎草、花葉蘆竹均剪掉莖根、莖干，使其莖部重新生根發(fā)芽，修剪后各100g(鮮重)；在泡沫板上按固定間距打孔，將修剪好的挺水植物各一組分別固定在孔上置于水槽內培養(yǎng)；水槽內用星月湖水進水20L并記錄初始水位，為確保測量數(shù)據(jù)準確和保證植物生長，需根據(jù)水位下降情況添加蒸餾水。

1.3.2 漂浮植物和沉水植物

穗狀狐尾藻、大薸、銅錢草、金魚藻、苦草、輪葉黑藻選擇健康茁壯的幼苗各100g(鮮重)，分別置于水槽內培養(yǎng)。其中，沉水植物用專用石粒固定幼苗確保其沉入水中；水槽內用星月湖水進水20L并記錄初始水位，為確保測量數(shù)據(jù)準確和保證植物生長，需根據(jù)水位下降情況添加蒸餾水。

1.3.3 對照組

水槽用星月湖水進水20L，通過添加蒸餾水補充蒸發(fā)損耗，保持水位在初始水位上。

1.4 試驗數(shù)據(jù)采集

1.4.1 水樣提取

本次試驗周期為2022年4月1日—6月10日，共70d，每10d取樣1次，每次取水均提前12h將蒸餾水緩慢注入，確保水位位于初始水位，每次取水時間為10:00左右，水樣檢測需當天取樣，當天檢測。

1.4.2 檢測內容

本次試驗主要對經過水生植物進化后污水中氨氮、總磷和懸浮物的含量進行檢測分析。

2 試驗數(shù)據(jù)分析

2.1 水生植物生物量與生長態(tài)勢比較

該試驗中所有植物移入試驗槽時形態(tài)大小相近，均為健康長勢良好的幼苗，凈化試驗實施后，發(fā)現(xiàn)第30天起沉水植物生長速度明顯比漂浮植物和挺水植物快。試驗結束時金魚草和輪葉黑藻增長率最高為231%和183%，穗狀狐尾藻增長率最低為37%；挺水植物增長率較為均勻為60%左右。試驗結束時穗狀狐尾藻、金魚草、輪葉黑藻均有少量衰敗死亡的植株或葉子，其余的未發(fā)現(xiàn)衰敗情況，見圖1。

圖1 水生植物鮮重變化

2.2 水生植物對懸浮物的凈化效果

懸浮物檢測用濾膜法檢測，見表2。

2.2.1 凈化結果

檢測結果顯示，對照組懸浮物會逐漸沉降，并于第30天穩(wěn)定在17mg·L-1左右 ；污水中的懸浮物經水生植物凈化后，由起始濃度的35mg·L-1下降到3～8mg·L-1，水體較對照組透明；其中穗狀狐尾藻、金魚草、苦草、輪葉黑藻效果最好；穗狀狐尾藻試驗組能明顯看到懸浮物呈絡合狀吸附于其根部周圍；大薸根部周邊肉眼可見明顯吸附有顆粒物，水體呈現(xiàn)上半部較下半部透明。

2.2.2 凈化速率

沉水植物由于其根、莖、葉表面均吸附有懸浮物，其凈化速率明顯高于挺水植物和漂浮水植物，前20d水沉水植物中的懸浮物含量急劇下降，于第30天后趨于穩(wěn)定，保持在3mg·L-1。

2.3 水生植物對氨氮的凈化效果

氨氮檢測用納氏試劑分光光度法進行檢測，見表3。

表2 水生植物凈化懸浮物檢測結果

表3 水生植物凈化氨氮檢測結果

2.3.1 凈化結果

檢測結果顯示，對照組氨氮的濃度于第10天后在3.53～3.67mg·L-1徘徊。污水中的氨氮經水生植物凈化后明顯，由起始濃度的4.14mg·L-1下降到1.32～2.23mg·L-1，其中金魚草、苦草、燈芯草、紙莎草凈化效果最好，達到了地表水Ⅳ類水質≤1.5mg·L-1的要求，其余除了花葉蘆竹外都達到了地表水Ⅴ類水質≤2mg·L-1的要求(GB 3838-2002)。

2.3.2 凈化速率

漂浮植物和沉水植物對氨氮的凈化速率明顯高于挺水植物，前30d水中的氨氮濃度急劇下降，于第40天后趨于穩(wěn)定；挺水植物由于生長較為緩慢，在試驗過程中氨氮總體呈緩慢持續(xù)下降，直到試驗結束時仍有望繼續(xù)降低。

2.3.3 氨氮增加的原因

試驗結束時金魚草、輪葉黑藻、穗狀狐尾藻氨氮濃度有所增加，原因在于，3種植物在第50天后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有衰敗的植株或枯葉。有試驗表明，植物生長的后期，其腐敗的殘體如不能及時清除出水體，會加劇水體富營養(yǎng)化[4]。

2.4 水生植物對總磷的凈化效果

總磷檢測用鉬銻抗比色法檢測,見表4。

表4 水生植物凈化總磷檢測結果

2.4.1 凈化結果

檢測結果顯示,對照組總磷的濃度隨時間推移，其濃度最終為0.16mg·L-1，主要原因在于水中微生物可以通過正常同化(將磷納入其分子組織)和過量積累將磷去除[5]；污水中的磷經水生植物凈化后，所有試驗組濃度均≤0.1mg·L-1，達到了地表水Ⅱ類水質要求(GB 3838-2002)，原因在于無機磷也是濕地植物必需的養(yǎng)分。污水中無機磷在植物吸收及同化作用下可變成植物的ATP、DNA、及RNA等有機成分[6]。

2.4.2 凈化速率

水生植物對總磷的凈化速率要明顯高于氨氮，于第30天后趨于穩(wěn)定，且不同植物凈化結果差異不大。

3 結論

從植物對富營養(yǎng)化物質的凈化作用上看，水生植物對水體中的氨氮、磷等富營養(yǎng)化物質具有一定的凈化效果，但凈化作用是有限的，最終會達到一個平衡值。按照《地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值》(GB 3838-2002)，對經過植物凈化后的水質對比評價分析，水生植物對總磷的凈化能力稍強于對氨氮的凈化能力，所有植物均能使總磷的濃度達到地表水Ⅱ類水質要求，而氨氮的濃度最低只能降到1.32mg·L-1，僅為地表水Ⅴ類水質要求；其中,金魚草、苦草、紙莎草、燈芯草去氨氮效果最好,穗狀狐尾藻、金魚草、苦草、輪葉黑藻吸附懸浮物能力最強。

由于本試驗處于室內環(huán)境下開展，環(huán)境相對較為穩(wěn)定。而自然條件下因天氣變化、光照條件、水生動物食取等原因，部分水生植物并不一定能正常生長。如輪葉黑藻在星月湖上游能良好生長，但在下游由于水深、光照或者食草魚類等原因，輪葉黑藻存活量非常有限。再如由于試驗時間的限制，挺水植物生長量較低，但長勢良好；而金魚草、輪葉黑藻等植物已有衰敗的植株；且各植物生長的旺盛期不同，其在不同時期凈化作用亦有所差異，如穗狀狐尾草是冬春季生活型植物[5]，在本試驗期間其生長緩慢；花葉蘆竹生長較為緩慢，但氨氮實驗數(shù)值持續(xù)下降，故各種植物對水體凈化的最終平衡點未仍需長期觀察確定。

綜上所述，不同水生植物在凈化污水中氨氮、總磷和吸附懸浮物方面具有良好的效果。利用水生植物進化水體不僅成本低，還可以豐富水岸景觀層次，增加物種多樣性，具有很高的生態(tài)價值，此外部分植物還可以用于作飼料、編制草席等具有附加經濟價值。但也應該注意到水生植物對水體的修復也具有一定的局限性，還需在以下幾方面深入研究：豐富植物種類，自然界野生植物種類繁多，更多凈化能力強的水生植物有待進一步發(fā)現(xiàn)并應用；科學搭配植物，造成水體污染的原因各有千秋，是氮、磷，又或是其它重金屬，不同植物對污染物的吸收凈化能力不同，如何進行搭配組合，確保存活仍需深入研究；避免二次污染，不同植物生長周期不同，需及時養(yǎng)護，避免枯死植株造成二次污染，何時收割仍需研究。總之，利用水生植物美化環(huán)境，凈化污水為修復高峰森林公園水生態(tài)系統(tǒng)提供了一個可行的解決方法，具有很好的應用前景。