城市水體凈化中水生植物的選擇及應用研究
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摘要：為充分發揮水生植物改善水質和營造生態景觀的雙重作用，通過對人工湖泊和相對靜止水體水質進行分析研究后，選擇11種水生植物在滄州市南湖公園、千童公園、荷花池公園、新華公園設立試驗基地，采取自然式栽植及生態浮島等多種方法，通過觀測水生植物對水體pH值、化學需氧量、氨氮、總磷等指標的影響變化，分析水生植物凈化水質的作用，篩選出耐污性強、凈化水質效果好、適宜滄州市區生存環境的9種水生植物品種，以及2種對水體的綜合凈化率和穩定性較高水生植物組合配置方式，為利用水生植物對污染水體進行凈化修復作出了有益探索。
關鍵詞：水生植物;水質凈化;合理配置;景觀效果
目前，我國城市水體的環境容量和生態承載力因人口劇增而不堪重負，生態系統遭到破壞，公園、居住區等的水體都遭到不同程度的污染。據統計，我國90%以上公園的水體化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、總氮（TN）、總磷（TP）和非離子氨等指標大多超過國家地面水環境質量四類標準。在城市涉水景觀工程建設過程中，改善水質和營造相應的生態景觀是兩個基本的功能取向。水生植物在構成美麗多彩的自然景觀的同時，還在保持水體系統生態平衡、凈化水質方面起著獨特的作用，其重要性也日益為人們所重視。
通過結合園林造景應用，以蘆葦、千屈菜、水生美人蕉等11種水生植物為試驗材料，在相對靜止水體研究水生植物對水質凈化作用，從而篩選出具有水體凈化功能，凈化率更高更穩定，并能展現良好景觀效果的水生植物品種，旨在為城市水體凈化中水生植物的選擇及應用提供參考依據。
1材料與方法
1.1試驗地概況
滄州市位于河北省東南部的渤海灣畔，地跨北緯37°29’～38°57’，東經115°42’～117°50’。暖溫帶大陸季風氣候，四季分明，溫度適中，光照充足，雨熱同季，降水集中，災害性天氣常有發生。年平均氣溫12.0～12.6℃，最冷月份（1月）平均氣溫-4.1～5.0°C，極端最低氣溫-24.8°C，最熱月份（7月）平均氣溫26.5～26.9°C，極端最高氣溫達43°C。年平均降水量510～610mm，分配極不均勻，多集中在夏季，占年降水量的68%～75%。滄州市地表水整體水質較為惡劣，整體河道水質基本為劣V類，部分河道呈現黑臭水體，主要污染物指標為COD、NHa-N、TP，主要污染源為生活污水、初期雨水、垃圾、畜禽廢水以及部分工業廢水。景觀水體主要為公園內的人工湖泊以及排干渠，較其他河道水質略好，普遍為V類。但由于相對封閉，富營養化現象較為嚴重，并有生活污水排入。
1.2試驗材料
根據來源廣、易繁殖、病蟲害少和美觀等原則，確定了千屈菜、水生美人蕉、水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草、蘆葦、香蒲、睡蓮11種供試水生植物。蘆葦采于野外，千屈菜、水生美人蕉、水生鳶尾等試驗品種均于2017年3月從山東青州引進。
1.3試驗方法
以滄州市南湖公園、千童公園、新華公園、荷花池公園的4處景觀水體作為試驗水域，采用單種栽植、組合栽植、生態浮島3種方式開展試驗。試驗過程中，根據水生植物配置情況設置分別在規定的水域進行9組處理（表1）。每隔20天對試驗水體的水質進行檢測，就水中的PH值、COD、氨氮、總磷的數值進行測定，并測量水生植物的生長量，觀測其生長狀況。
2結果與分析
2.1水生植物對水質凈化效果分析
2.1.1植物株高、根系長度與數量比較。從植物株高變化來看，增長量以水蔥、蘆葦、旱傘草、香蒲、水生美人蕉最大，水蔥為11.33倍，蘆葦為10倍，旱傘草為10倍，香蒲為9.67倍，水生美人蕉為6.67倍。
從根系長度來看，根系較長的植物包括水生美人蕉、旱傘草、再力花、梭魚草、蘆葦、睡蓮，這6種水生植物的根系長度都在35cm以上;根系較短的包括千屈菜、水生鳶尾、荷花、水蔥、香蒲，這5種植物的根系長度基本都在30cm以下。
植物根系數量與長度是植物適應能力強弱最直接的形態學表現。從根系數量來看，根系較多的包括荷花、再力花、梭魚草、香蒲、水生美人蕉、蘆葦、旱傘草，這7種植物的根系數量都在28條以上;根系較少的包括水蔥、千屈菜、水生鳶尾，都不超過20根。
由表2可以看出，挺水植物的根系相比較為發達，且生長良好，說明挺水植物均能適應試驗中的污水環境，并且有較好的凈化效果。
2.1.2耐性表現比較。脯氨酸和丙二醇含量能在一定程度上反映植物耐污染能力的強弱。從水生植物耐性生理特性來看（表3），11種水生植物種植在生活污水中生長210d后，水生植物在污水中的脯氨酸、丙二醇含量與清水中的含量相比，并不是都呈一致的上升趨勢，而是有些升高，有些降低。結合這11種植物對污水的凈化能力和植物在等濃度污水條件下的生長情況表現考慮，植物生長衰敗，污水中脯氨酸、丙二醇含量降低，說明這類植物耐污染適應性能力弱，不適宜在污染重的水中生長;植物生長良好，污水中脯氨酸、丙二醇含量升高，說明這類植物具有一定耐污染適應性能力，在高污染的水環境中，能通過調節自身脯氨酸、丙二醇含量適應逆境;植物生長良好，但污水中脯氨酸、丙二醇含量降低，說明該類植物耐污染適應性能力強，適宜在污染較重，營養物質含量多的水環境中生長。
從脯氨酸含量來看，水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草在污水條件下與清水相比，脯氨酸含量是呈一致的上升趨勢，說明這6種植物在污水環境下產生適應性抗逆反應，通過調節自身脯氨酸含量以適應污水環境。
從丙二醇含量來看，水生鳶尾、旱傘草、荷花、再力花、水蔥、梭魚草、睡蓮在污水條件下與清水相比，丙二醇含量呈上升趨勢，說明這7種植物在污水環境下產生了適應性抗逆反應。但是，梭魚草和再力花初期生長勢較弱，可能是在高濃度污水里初期生長表現出不適應性，后期逐漸轉好。水生鳶尾的生長勢也稍次于水生美人蕉等。 從清水對照與污水處理之間的變化規律來看：千屈菜、蘆葦、睡蓮、香蒲、水生美人蕉這5種水生植物對污水表現出一定的凈化能力，在栽培中植物也沒有出現生長不適性，甚至長勢更好，指標含量下降可能是由于這3種植物與在清水中生長相比，更適應污水這種養分含量相對充足的生長環境，清水環境反而成為一種相對的逆境，因而清水下的脯氨酸含量反而較高。
因此，結合水生植物生長狀況和植物體內脯氨酸、丙二醇含量的變化情況，可以判斷梭魚草、再力花耐污染適應性能力弱;荷花、水生鳶尾耐污染能力中等;千屈菜、蘆葦、旱傘草、水蔥、香蒲、水生美人蕉、睡蓮耐污能力強。
2.1.3凈化水質效果。水生植物對污水中的化學需氧量、氨氮、總磷有明顯的去除效果，去除率均顯著高于無植物空白對照處，顯示出了水生植物顯著的凈化效果。按不同水生植物配置系統對污染物的去除率排序為：T2（千屈菜+水生鳶尾+水生美人蕉+旱傘草）>T1（水生美人蕉+旱傘草+再力花+水蔥+梭魚草）>T3（荷花）>T4（蘆葦）>Tg（千屈菜）>T8（睡蓮）>T5（香蒲+蘆葦）=T7（梭魚草）>T6（香蒲）>空白對照。特別是對COD和氨氮的去除率較高，顯示出了水生植物對COD和氨氮的凈化優勢。而且，試驗表明，不同配置的水生植物組合對水體的凈化作用總體效果更優于單種植物。這可能是由于不同水生植物不同時期的生長速率及代謝功能不同，導致其對營養物質的吸收特性不同，而這種吸收差異性可以形成優勢互補，并利用根際周圍微生物組成人工復合系統的群體效應，保持對營養元素及有機物有較好的凈化效果，充分發揮它們的生態功能。
2.2影響水生植物治污、凈化能力的主要因素
2.2.1溫度。污水溫度會直接影響到水生植物的治污能力。不同溫度條件下，水生植物對營養鹽的吸收能力也不同。在夏、秋季節，許多喜溫水生植物處于生長旺期，因而表現出較高的凈化效率。然而到了深秋和冬季，許多喜溫水生植物已處于衰老和死亡階段，自然會失去其凈化效能。需要特別注意的是，在氣溫較低的冬季，部分水生植物會枯死，植物殘體會對水體形成二次污染。水生植物之所以可以有效去除水體中的氨氮，溫度適宜是一個重要原因。研究證明，氮去除的最適宜溫度為20～25°C，當溫度低于15%或高于30%時，去除效果均不理想。
2.2.2水深。水生植物對生存環境的水深存在一定的敏感性，不適合的水位會對水生植物形成制約，甚至會導致水生植物的死亡。一般情況下，對于挺水植物應把握2個準則，即“栽種后的平均水深不能淹沒植株的第一分枝或心葉”和“一片新葉或一個新梢的出水時間不能超過4天”;浮水植物的根部生于底泥中，其種植深度一般可達數米;漂浮植物根系不固定在泥土里隨水面漂流，因而可不考慮種植深度的問題。實踐證明，如果采用栽植挺水植物來進行污水治理應用，污水深度為0.3～0.6m最適合。
2.2.3水污染程度。水生植物在不同污染程度的水體中治污能力各有區別，例如在重度富營養化污水中，選擇蒸騰強度高的水生植物凈化效果比較好。水生植物品類對不同水體污染程度的治污能力各異。有研究試驗證明，燈芯草、萱草、菖蒲等對污水環境的營養化程度不是很敏感，重度和輕度營養化污水環境凈化能力區別不大。而蘆葦在輕度富營養水中凈化能力較強。
2.3水生植物的管理
對水生植物的管理，要按照其生態學要求和生長習性，精心管理。水生植物的生長對溫度有一定的適應范圍，如蘆葦在溫度低于8℃時，生命活動明顯降低;在夏季高溫時，要及時將快要衰退腐爛的水生植物收割、清理出水體;在11月份要及時將已經干枯的蘆葦、香蒲等水生植物收割、清理出水體。水生植物冬季死亡后，由于溫度比較低，腐爛分解速度比較緩慢，并不會立即產生水質污染。到了翌年晚春季節，隨著水溫的上升，植物殘體的腐爛速度加快，迅速釋放出大量的有機物和營養鹽，水體顏色加深，有時還伴隨藻類大量生長，嚴重時下層水缺氧，引起魚蝦死亡。因此，必須重視對水生植物整個生長周期內的采收管理，定期對水面漂浮的腐葉枯枝及垃圾雜物進行清除，防止水生植物死亡后營養物質重新回到水體，減少自然凋落量，減輕因凋落物腐爛分解對水體造成的二次污染。
3結論
在水體生態景觀的營造過程中，水生植物不僅可以滿足凈化水體的要求，同時還能營造優美的園林景觀，并與水體周圍環境有機融合，形成和諧統一的整體景觀。試驗結果表明，在水體凈化中，不同種類的水生植物具有其獨特的優勢，對不同污染性質的水體具有不同程度的凈化作用。并且，多種水生植物的組合有利于植物間的優勢互補，對水體的凈化作用總體效果更優于單種水生植物，而且凈化效果更加穩定。因此，在利用水生植物對水體進行凈化時，要在試驗的基礎上，根據污染物的化學和物理性質采取針對性的水生植物種植，以確保植物對水體的凈化效果最大化。
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