爱尔斯微课堂|8种水生植物对高污染负荷水体除污能力的筛选

在水生态治理过程中人们经常利用水生植物净化水质，但植物的去污能力会因其种类不同而存在差异。有研究认为植物吸收氮仅占总氮量的20%-30%，植物吸收对总磷去除的贡献率一般在5%-20%。即便如此，还是有大量研究表明生态修复中植物的作用仍是不可替代的。因为植物根系可以为硝化反硝化提供好氧和厌氧的交替环境，根系结构不同，导致栽种植物后对系统中的氧气浓度、污染物氧化能力和pH均会有不同影响。一般情况下净化能力越强，其植物根系也越发达，因此在生态修复系统构建过程中，可优先选择根系发达且生长较快的水生植物。

影响污染物去除效果除植物种类还有污染物浓度，前人对于污染物浓度与去除效果间的关系做过许多相关研究，普遍认为污染物较低情况下，净化效果较好，污染物浓度较高情况下，其净化效果下降。因此，筛选抗高污染负荷的水生植物对处理高浓度污水的生态修复系统中植物品种选择有重要意义。

本文选取鸢尾、美人蕉、风车草、铜钱草、芦竹、再力花、泽泻、水葱8种水生植物进行高浓度污染水体净化能力筛选，定期监测水体中的总氮、总磷、COD去除情况以及水体环境中pH、溶解氧和氧化还原电位的变化，并对试验植物进行聚类分析，研究这8种水生植物在高污染负荷条件下的生长状况和除污表现，以期为高浓度污染水体（黑臭水体）修复提供更有针对性的科学依据。

1   在污染水体中的生长情况

试验期间风车草、芦竹每株植物均有新叶长出，颜色鲜艳，植株普遍长高；铜钱草、水葱、鸢尾可以缓慢生长，未出现死亡或萎蔫现象；美人蕉、再力花、泽泻生长受阻，部分叶片出现萎蔫现象。通过测定根系活力，发现风车草>芦竹>水葱>鸢尾>铜钱草>美人蕉>泽泻>再力花，其中，风车草在高浓度氮磷污水中根系活力显著高于其他植物，说明风车草耐污能力较强，在高负荷污染逆境中生存能力较强。由于植物生理衰亡原因，再力花、泽泻和美人蕉出现不同程度叶片萎蔫，且根系活力较低，说明再力花、泽泻和美人蕉不适用于处理高浓度污染水体。

8种水生植物根系活性

2  对水体环境因素的影响比较

由下面图表可以看出，因为植物种类不同，在高浓度污水中8种植物对水体中的pH、ORP、DO影响有较大差异（P<0.001）。就植物种类而言，铜钱草对水体中溶解氧水平的提高影响最大，说明铜钱草对恢复重污染水体中溶解氧含量有积极作用。杭州市南应家河工程采用植物修复生态水环境，使水体中溶解氧含量近乎于0提高到4mg/L，说明选择合适的水生植物对水体复氧有积极作用。该试验中8种植物的pH、ORP、DO呈现极显著差异，说明可以通过筛选不同水生植物改变系统微环境，也间接证明依据污染水体特点选择适宜水生植物的重要性。

8 种水生植物在水体中 ORP、pH、DO 的平均值

8种水生植物对水体ORP、pH、DO影响的差异性分析

3  对污染物的净化效果及相关分析

由下表可知，与不同种植物的对照相比，8种植物对高浓度污水中的COD、TN、TP都有一定程度的净化效果，其中COD去除率为63.69%-76.53%，TN去除率为46.57%-80.33%，TP去除率为0.22%-85.93%。其中水生植物对TP的去除效果差异较大。就植物种类而言，风车草在高浓度胁迫下对总氮、总磷的去除效果表现最佳。各植物对COD的去除效果均无明显差异（P>0.05）。该研究中，试验时间为7月，正值供试植物生长旺盛期，与未种植物系统相比，因水生植物存在，对COD、TN和TP的去除率分别可以提高34.89%-47.73%、14.75%-48.51%、0.1%-85.81%，表明植被在除污系统中对污染物去除起重要作用。试验期间美人蕉的除磷效果欠佳，平均去除率仅为0.22%。孙瑞莲等人研究发现当污水中COD高于160mg/L、TN高于30mg/L、TP高于4mg/L，宽叶香蒲、茭白、黄花鸢尾产生氧化胁迫作用。该试验中美人蕉可能因为在高浓度污水环境中产生氧化胁迫而导致对总磷吸收能力急剧下降。

8种水生植物重污染水体的净化效果

影响COD、TN和TP净化效果的因素很多，试验分析了pH、DO、T、ORP与水体净化效果的关系，该试验中DO与pH呈现极显著负相关，与ORP呈极显著正相关，且pH、DO、T、ORP与COD、TN和TP的去除表现出不同程度的相关性，说明不同植物因生长特点和代谢不同对水体环境影响不尽相同，其代谢活动中产生的氧气和代谢物质会直接影响微生物生长进而影响到污染物的降解效果。

净化效果与水体环境因素间的相关分析

4  对污染物去除能力聚类分析

通过对污染物去除和根系活力等因素的聚类分析发现，8种水生植物可以分为3个等级，第1级为风车草，说明风车草在高污染胁迫环境中除污能力和抗逆能力最强，可作为高污染水体修复治理的优选植物材料；第2级为水葱和芦竹，在同样条件下的除污能力和抗逆能力仅次于风车草，也可作为高污染水体修复治理的备选植物；第3级为美人蕉、鸢尾、铜钱草、再力花、泽泻，这几种水生植物在高浓度污染水体中生长和除污能力表现欠佳，有可能试验水体污染负荷较高（TN>40mg/L，TP≈6mg/L，COD>300mg/L），超过了它们的忍耐阈值，也说明它们不适用于处理此浓度范围的高污染水体，可以作为较低浓度污染或微废水体的修复治理材料。后期可以深入研究这几种水生植物对污染浓度的忍受阈值，为以后工程应用项目中植物材料筛选做更科学和针对性的指导。

8种植物聚类结果