沉水植物组合对受污染河水的净化与维护效果

　　摘 要：針对受污染河道水体水质净化和长效维护需求，开展黑藻+金鱼藻、穗状狐尾藻+伊乐藻、马来眼子菜+篦齿眼子菜、水盾草+苦草4种沉水植物组合方式的河道水体净化与维护效果研究，结果表明：马来眼子菜+篦齿眼子菜组合对受污染河道的修复效果最佳;对受污染河水的复氧及叶绿素a的削减，沉水植物均表现为促进作用;沉水植物组合的水体净化效果马来眼子菜+篦齿眼子菜组合>黑藻+金鱼藻组合>水盾草组合+苦草>穗状狐尾藻+伊乐藻组合，各植物组合差异不显著;沉水植物组合对受污染河水的净化效果主要受水体营养盐含量影响，不同沉水植物组合方式均有利于河道再生水水质的提升;经沉水植物处理后，COD、氨氮等主要指标可达地表水Ⅳ类水标准。

　　关键词：受污染河水;沉水植物组合;水质净化;

　　1 材料與方法

　　1.1 试验植物

　　试验植物的选择需要兼顾适应能力、净化效果以及经济效益等。试验选择生长良好，具有良好净化能力的沉水植物组合，包括穗状狐尾藻与伊乐藻组合(HY)、马来眼子菜与篦齿眼子菜组合(MB)、水盾草与苦草组合(SK)、黑藻与金鱼藻组合(HJ)。在试验开始前对沉水植物进行驯养，通过自来水驯养7d，确保沉水植物生理状态稳定。

　　1.2 试验用水

　　选择再生水补水河道小中河作为试验用水，将化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、叶绿素a、DO、水温等7个指标作为检测指标，探究不同沉水植物组合的水质维护效果。河水水质

　　1.3 试验方法

　　试验地点设置在通州小中河试验基地，试验水源直接抽取小中河原水。试验水槽上部架设不锈钢管，沉水植物种植在花盆内，花盆通过线绳固定在不锈钢管上并自然下垂，保持沉水植物悬浮在水中。每根钢管固定10盆植物，每盆种植2～3株植物，种植密度为30株/m2。装置尺寸为2.0m×1.0m×1.0m。根据小中河水流情况，水深设置为0.4、0.6、0.8m，根据不同的补水周期，停留时间设置为1、3、5d，研究不同水深及停留时间条件下河道水质情况，探究不同状态下的水质提升效果。

　　1.4 测定指标及检测方法

　　试验自2019年7月开始至9月结束，共设置4个组合，测定的指标包括总氮、氨氮、总磷、化学需氧量和溶解氧等，其中TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，NH3-N采用纳氏分光光度法测定，总磷采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，COD采用酸性高锰酸钾法测定。同时利用YSI多功能水质分析仪检测水体叶绿素a、水温、DO的变化。

　　对检测结果进行权值归一化计算，对影响水质净化效果的环境因子进行主成分分析，DO、叶绿素a及常规指标的变化曲线采用Origin2018绘制。

　　2 结果与讨论

　　2.1 不同处理单元溶解氧含量变化情况

　　水体中溶解氧含量与水质密切相关。试验过程中沉水植物组合溶解氧含量每7d进行一组检测，对检测指标进行两次平行测定，求均值并绘制溶解氧含量变化过程线，见图1。不同处理单元对水体溶解氧含量影响有明显差异，但溶解氧含量总体呈上升趋势。水体溶解氧含量高于此水温下的饱和溶解氧含量时，水体中沉水植物光合作用产生氧气，导致水体氧含量上升。其中复氧能力SK>HJ>MB>HY。沉水植物在生长过程中，通过光合作用将氧气从植物上部送至根茎，经释放和扩散，根系周围表现为好氧环境，使水中DO含量升高[9-10]。复氧能力的变化在一定程度上体现了植物的生长状况。试验后期水体中出现鱼苗，说明不同沉水植物组合对受污染河道的生态修复有一定促进作用。

　　2.2 不同处理单元叶绿素a含量变化情况

　　叶绿素a含量一定程度上可以反映水体初级生产力情况，是衡量水体富营养化程度的重要指标。试验过程中叶绿素a含量变化情况见图2。不同沉水植物组合方式限制了水体叶绿素a含量的提升。试验初期，随着水温的升高藻类生长速率加快，此时水体内藻类含量迅速增加，藻类密度达到峰值之后，受沉水植物的抑藻作用，叶绿素a含量显著下降。姜小玉等[11]研究发现，穗状狐尾藻、苦草、金鱼藻等水生植物均有抑藻效果。试验中不同沉水植物组合对受污染河水藻类的生长均产生抑制作用，其抑藻能力为HJ>HY>MB>SK。其原因可能是，金鱼藻与黑藻繁殖速度快，水面覆盖度高，对于光照以及水体中营养物质的吸收较藻类更具优势，从而抑制藻类生长;金鱼藻及穗状狐尾藻可以分泌化感物质，化感物质可以起到抑制受污染河水藻类生长的作用。金鱼藻借助假根与底泥相连接，通过根上部释放的化感物质加强对受污染河水藻类的调控，改善受污染河水水质。

　　2.3 不同处理单元温度变化情况

　　北方地区不同时段气温变化幅度较大，水温影响沉水植物的生理状态及其对污染物的净化效果，试验水温变化情况见图3。温度是影响沉水植物净化能力的重要环境因子，每种植物生长都有其最适宜温度，水温的变化直接影响不同组合方式的净化效果。文明等[12]研究发现，黑藻具有优异的耐高温性能，在42℃仍可正常发育。在同一温度下，不同沉水植物水质净化效果不同。过高的水温会对植物的生长代谢造成不可逆的损害，影响其竞争力[13]。试验初期，受水温影响，植物生长代谢迅速;试验末期，水温降低，但仍处于沉水植物生长的适宜温度。试验期间，水温整体处于沉水植物适宜的生长范围内，水温变化未对沉水植物的生长造成损害。

　　2.4 不同处理单元营养盐变化情况

　　(1)不同处理单元COD的变化。COD可以反映水体受污染情况，COD数值越大，说明水体受有机物污染越严重。沉水植物组合对于COD的净化效果见图4。由图4可以看出，受污染河水经沉水植物处理后，COD含量变化明显。总体来看，各组合方式对受污染河水中的COD净化均有一定效果。对试验所得的污染物去除率进行均值计算可得，MB去除率约为28.01%，HJ约为27.85%，SK约为26.36%，HY约为 25.17%，即对COD的净化效果MB>HJ>SK>HY。MB在5d的停留时间及0.4m水深下，COD去除率达到最大值31.14%。

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文章名称： 沉水植物组合对受污染河水的净化与维护效果

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