不同水生植物對(duì)深圳甘坑水污染水質(zhì)凈化效果的研究*

唐海樺 黃慶松 游 敏

（深圳市龍崗區(qū)布吉高級(jí)中學(xué) 廣東深圳 518112）

河流污染一直是深圳市的環(huán)境治理難題。近年來(lái)，深圳市大力推進(jìn)水環(huán)境綜合治理工作，總體水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)逐步改善態(tài)勢(shì)，但深圳市劣Ⅴ類河流仍占一半以上，尤其是五大重點(diǎn)河流——茅洲河、深圳河、觀瀾河、龍崗河、坪山河的污染問(wèn)題仍未得到根本性解決［1］。常見(jiàn)的污染問(wèn)題是水體的富營(yíng)養(yǎng)化及工業(yè)的重金屬污染，目前常見(jiàn)的治理方法包括工程措施和化學(xué)措施，但是這些措施經(jīng)濟(jì)投入大，治理效果也不是非常理想和穩(wěn)定。越來(lái)越多的人提出生物治理法，即利用植物本身對(duì)水質(zhì)的凈化能力以達(dá)到治污的方法。這種植物修復(fù)技術(shù)作為一種新型富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)技術(shù)，具有可操作性強(qiáng)、運(yùn)行成本低、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)小、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)，但不同的植物對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化效果及凈化機(jī)理不同，不同植物對(duì)不同富營(yíng)養(yǎng)化水體的影響也不盡相同。當(dāng)前迫切需要經(jīng)濟(jì)高效的水體凈化技術(shù)，因此，篩選出凈化效果較好的植物，闡明其對(duì)不同富營(yíng)養(yǎng)化水體的影響及凈化機(jī)理，對(duì)今后富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化修復(fù)有著至關(guān)重要的作用［2-3］。

香蒲（Typha orientalisPresl.）是多年生水生、濕生的挺水植物，菱（Trapa bispinosaRoxb.）是一年生浮水水生植物，金魚藻（Ceratophyllum demersumL.）是多年生草本的沉水性水生植物，這3 種植物對(duì)水質(zhì)均有凈化效果，分別作為挺水、浮水和沉水植物的代表，混種時(shí)可在水體中形成垂直群落結(jié)構(gòu)，能有效利用水體空間，可用于研究深圳甘坑水污染水質(zhì)的凈化效果。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料 選取香蒲、菱和金魚藻3 種植物若干，龍崗區(qū)甘坑小鎮(zhèn)的甘坑水作為水源。

1.2 實(shí)驗(yàn)分組 設(shè)置空白對(duì)照組（不種植任何植物）、種植香蒲組、種植菱組、種植金魚藻組、種植香蒲+菱組、種植香蒲+金魚藻組、種植菱+金魚藻組、種植香蒲+菱+金魚藻組，每組各取生長(zhǎng)狀況一致、大小重量相同的5～10 根幼苗，每組設(shè)置2次重復(fù)，共設(shè)置16 組。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法 用流水將植物洗凈，用吸水紙吸干水分，稱重后均勻搭配；取大小相同的無(wú)色透明桶，隨機(jī)分組，按組別分別將植株置于桶中，再向桶中加入污染水，每組的液面高度相同。晚上補(bǔ)光，連續(xù)培養(yǎng)30 d。每周同一時(shí)間收集培養(yǎng)植物的水2 次，檢測(cè)前用靜置過(guò)夜的自來(lái)水補(bǔ)充至標(biāo)記液面，再分別采用W-Ⅱ型便攜水產(chǎn)水質(zhì)分析儀檢測(cè)水質(zhì)情況，選取其中氨氮-N、亞硝酸鹽、磷酸鹽和銅、鉻離子5 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)分析［4-7］。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 所有檢測(cè)2 次重復(fù)計(jì)算平均值，使用Excel 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 凈化水體總效果分析 香蒲、菱和金魚藻3種植物在水樣中生長(zhǎng)狀況良好，培養(yǎng)30 d，動(dòng)態(tài)取樣4 次，每次取樣檢測(cè)2 次，以水體中氨氮-N、亞硝酸鹽、磷酸鹽和銅、鉻離子的含量變化為主要指標(biāo)分析植物的水質(zhì)凈化能力，結(jié)果顯示3 種植物對(duì)水中各項(xiàng)污染物均有明顯的去除效果，不同水生植物對(duì)污染物的去除效果有所差別。

2.2 凈化氨氮-N 效果分析 經(jīng)3 種水生植物的單獨(dú)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，1 個(gè)月內(nèi)，香蒲、菱和金魚藻均能使甘坑水水體中氨氮-N 的含量呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)（圖1），氨氮-N 含量由15.25 mg／L 的初始濃度分別降低至5.25 mg／L、3.35 mg／L、3.95 mg／L。其中菱的凈化效果更為突出，去除率達(dá)78.0%（表1）。同時(shí)增設(shè)的混合培養(yǎng)組香蒲+菱、香蒲+金魚藻、菱+金魚藻、香蒲+菱+金魚藻，結(jié)果顯示，混合組對(duì)水體中氨氮-N 的含量也有明顯地降低效果，其凈化效果與單獨(dú)培養(yǎng)組相差不大（圖2）。

圖1 不同水生植物單獨(dú)培養(yǎng)組水樣中氨氮-N 含量變化

表1 深圳甘坑水水體中氨氮-N 去除率（單位：%）

圖2 不同水生植物混合培養(yǎng)組水樣中氨氮-N 含量變化

2.3 凈化亞硝酸鹽效果分析 經(jīng)3 種水生植物的培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，1 個(gè)月內(nèi)，香蒲、菱和金魚藻均能使甘坑水水體中亞硝酸鹽的含量呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)（圖3），亞硝酸鹽含量由0.245 mg／L 的初始濃度分別降低至0.045 mg／L、0.005 mg／L、0.025 mg／L。其中菱的凈化效果更為突出，去除率達(dá)98.0%（表2）。同時(shí)增設(shè)的混合培養(yǎng)組香蒲+菱、香蒲+金魚藻、菱+金魚藻、香蒲+菱+金魚藻，結(jié)果顯示，混合組對(duì)水體中亞硝酸鹽的含量也有明顯地降低效果，較香蒲和金魚藻的單獨(dú)培養(yǎng)組更明顯，但幾種組合培養(yǎng)之間基本一致（圖4）。

圖3 不同水生植物單獨(dú)培養(yǎng)組水樣中亞硝酸鹽含量變化

圖4 不同水生植物混合培養(yǎng)組水樣中亞硝酸鹽含量變化

表2 深圳甘坑水水體中亞硝酸鹽去除率（單位：%）

2.4 凈化磷酸鹽效果分析 經(jīng)3 種水生植物的單獨(dú)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，1 個(gè)月內(nèi)，香蒲、菱和金魚藻均能使甘坑水水體中磷酸鹽的含量呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)（圖5），磷酸鹽含量由3.325 mg／L 的初始濃度分別降低至0.953 mg／L、0.905 mg／L、0.813 mg／L。其中金魚藻的凈化效果稍顯突出，去除率達(dá)75.5%（表3）。同時(shí)增設(shè)的混合培養(yǎng)組香蒲+菱、香蒲+金魚藻、菱+金魚藻、香蒲+菱+金魚藻，結(jié)果顯示，混合組對(duì)水體中磷酸鹽的含量也有明顯的降低效果，較單獨(dú)培養(yǎng)組更明顯，菱+金魚藻混合組的去除率較香蒲+菱+金魚藻混合組更高（圖6）。

圖5 不同水生植物單獨(dú)培養(yǎng)組水樣中磷酸鹽含量變化

表3 深圳甘坑水水體中磷酸鹽去除率（單位：%）

圖6 不同水生植物單獨(dú)培養(yǎng)組水樣中磷酸鹽含量變化

2.5 凈化銅離子效果分析 經(jīng)3 種水生植物的單獨(dú)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，1 個(gè)月內(nèi)，香蒲、菱和金魚藻均能使甘坑水水體中銅離子的含量呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)（圖7），銅離子含量從0.16 mg／L 的初始濃度分別降低至0.035 mg／L、0.09 mg／L、0.025 mg／L。其中香蒲和金魚藻的凈化效果較為突出，去除率分別達(dá)78.1%和84.4%（表4）。同時(shí)增設(shè)的混合培養(yǎng)組香蒲+菱、香蒲+金魚藻、菱+金魚藻、香蒲+菱+金魚藻，結(jié)果顯示，混合組對(duì)水體中銅離子的含量也有明顯降低效果，較單獨(dú)培養(yǎng)組的效果更明顯（圖8）。

圖7 不同水生植物單獨(dú)培養(yǎng)組水樣中銅離子變化

表4 深圳甘坑水水體中銅去除率（單位：%）

圖8 不同水生植物混合培養(yǎng)組水樣中銅離子變化

2.6 凈化鉻離子效果分析 經(jīng)3 種水生植物的單獨(dú)培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，1 個(gè)月內(nèi)，香蒲、菱和金魚藻均能使甘坑水水體中鉻離子的含量呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)（圖9），鉻離子含量從0.34 mg／L 的初始濃度分別降低至0.285 mg／L、0.215 mg／L、0.2 mg／L。其中金魚藻的凈化效果較為突出，去除率達(dá)41.2%（表5）。同時(shí)增設(shè)的混合培養(yǎng)組香蒲+菱、香蒲+金魚藻、菱+金魚藻、香蒲+菱+金魚藻，結(jié)果顯示，混合組對(duì)水體中鉻離子的含量也有明顯降低效果，除香蒲+金魚藻混合組之外，均較單獨(dú)培養(yǎng)組更明顯。短期內(nèi)，菱+金魚藻混合組凈化鉻離子的效果最好（圖10）。

圖9 不同水生植物單獨(dú)培養(yǎng)組水樣中鉻離子含量變化

表5 深圳甘坑水水體中鉻離子去除率（單位：%）

圖10 不同水生植物混合培養(yǎng)組水樣中鉻離子含量變化

3 結(jié)論

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所選的3 種水生植物均能有效降低水體中氨氮-N、亞硝酸鹽、磷酸鹽和銅、鉻離子等污染物的含量。單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)，菱主要用于去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的氨氮-N、亞硝酸鹽、磷酸鹽等主要污染物，對(duì)氨氮-N 和亞硝酸鹽的凈化效果尤為突出；金魚藻主要用于去除污染水質(zhì)中的銅、鉻等重金屬離子；三者對(duì)磷酸鹽的去除效果相近?；旌吓囵B(yǎng)組的效果總體高于單獨(dú)培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)組，但混合種植組之間凈化效果相差不大。總體上，3 種植物（香蒲+菱+金魚藻）混合培養(yǎng)時(shí)的凈水效果最佳。這樣由多物種形成的垂直結(jié)構(gòu)，可充分利用水體空間，為城市創(chuàng)建凈化水源的立體修復(fù)體系提供參考。