隨著工業(yè)和社會(huì)的快速發(fā)展，污水的大量排放使我國許多湖泊水庫嚴(yán)重富營養(yǎng)化，生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。在治理富營養(yǎng)化水體的許多措施中，利用水生植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)，并通過收獲植物帶走營養(yǎng)物質(zhì)是一種簡單、高效、低成本的方法。
水生植物根系可以吸收水體中的N、P等物質(zhì)，貯存于植物細(xì)胞中，并通過木質(zhì)化作用，使其成為植物的組成部分。人工濕地是利用濕地中基質(zhì)、濕地植物和微生物之間的相互作用，通過一系列物理、化學(xué)以及生物途徑來凈化污水，是處理污水的一種重要方式。濕地植物是人工濕地處理的核心部分，研究發(fā)現(xiàn)，不同濕地植物對N、P的去除效果有很大差別，不同植物對各污染物凈化效率也不一樣。植物生長具有一定的季節(jié)周期性，地上和地下部分相互促進(jìn)、相互制約，在不同時(shí)期具有不同的生長重心，即植物的生長側(cè)重點(diǎn)會(huì)隨著植物的生長周期而發(fā)生改變。因此，要想對污染水體取得較好的凈化效果，需要進(jìn)一步對不同濕地植物的生長特性及其對污染水體的影響進(jìn)行研究。
筆者通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，選取石菖蒲、水芹、香蒲3種典型的濕地植物為研究對象，在靜水條件下對NH4+-N、NO3--N、TN、TP等指標(biāo)的變化進(jìn)行分析，對3種植物的N、P吸收和水質(zhì)凈化能力進(jìn)行比較，以期找出對富營養(yǎng)化水體具有良好凈化效果的優(yōu)選濕地植物，為人工濕地污水處理系統(tǒng)的構(gòu)建和管理提供科學(xué)依據(jù)。
1、材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)所用的石菖蒲、水芹、香蒲3種水生植物采自徐州工程學(xué)院校園人工湖。根據(jù)不同水生植物特性，選取植株生長較好的3種植物幼苗進(jìn)行培養(yǎng)。試驗(yàn)時(shí)選取根系發(fā)達(dá)、植株成熟、長勢基本一致的植物放入圓臺(tái)形塑料水桶（桶口直徑52cm、桶底直徑46cm、桶高70cm），自來水中馴化一周。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)在寬敞通風(fēng)、自然光照充足的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)。培養(yǎng)液主要用改良的Hoagland’s稀釋液，培養(yǎng)液配方見表1。
將培養(yǎng)液加入馴化一周的植物系統(tǒng)中。試驗(yàn)水樣體積均為20L，且桶底鋪設(shè)5cm厚的細(xì)沙。每種植物設(shè)置3組平行試驗(yàn)，另外設(shè)置不含水生植物，只含細(xì)沙的處理為對照組。試驗(yàn)期間通過加蒸餾水來補(bǔ)充采樣以及蒸發(fā)所消耗的水樣。試驗(yàn)周期為18d，每3d分別測定水中NH4+-N、NO3--N、TN、TP的濃度以及3種植株的株高和根長。
1.3 監(jiān)測項(xiàng)目
試驗(yàn)水體的水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測參考國家環(huán)境保護(hù)局《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）進(jìn)行，監(jiān)測項(xiàng)目主要有NH4+-N、NO3--N、TN、TP等。NH4+-N監(jiān)測方法采用納氏試劑分光光度法；NO3--N監(jiān)測方法采用紫外分光光度法；TN監(jiān)測方法采用硫酸鉀氧化-紫外分光光度法；TP監(jiān)測方法采用鉬酸銨分光光度法。
2、結(jié)果與分析
通過試驗(yàn)得到了3種濕地植物的生理指標(biāo)變化及其在污染水體中NH4+-N、NO3--N、TN、TP的濃度變化情況。
2.1 不同濕地植物在污染水體中的生長情況
試驗(yàn)期間3種不同濕地植物均能正常生長，每株植物均有新葉長出，葉片變大，顏色鮮艷，植株普遍長高，其中水芹已經(jīng)開花。
2.1.1 不同濕地植物株高變化情況
不同濕地植物株高變化情況見圖1。
由圖1可知，3種植物的株高在污水中較試驗(yàn)前均有變化。總的來說株高增長率高低依次為石菖蒲（30.8%）>香蒲（22.8%）>水芹（18.79%）。3種植物均在10d左右增長最快，在第12d后水芹和香蒲株高增長率逐漸趨于平緩，但石菖蒲仍處于增長階段。由于植物生理衰亡原因，水芹株高增長率后期呈現(xiàn)下降趨勢。同時(shí)由于在實(shí)驗(yàn)室中受光照等其他因素的影響，3種植物均呈現(xiàn)不同程度的徒長趨勢，同時(shí)香蒲和石菖蒲的莖桿出現(xiàn)細(xì)長易折現(xiàn)象。石菖蒲在整個(gè)試驗(yàn)階段生長正常，不斷有側(cè)芽發(fā)出，出葉快。
2.1.2 不同濕地植物根長變化情況
不同濕地植物根長變化情況見圖2。
由圖2可知，3種植物的根長均有明顯變化，石菖蒲的根長增長率最大，為93.8%；其次為香蒲（65.0%）；根長增長率最小的是水芹（29.5%）。在試驗(yàn)前9d，3種植物根長變化最大，9d后根長增長率趨于平緩，與植物株高的增長趨勢基本一致。后期石菖蒲和香蒲仍有增長趨勢。
2.2 不同濕地植物對污染水體的凈化效果
2.2.1 不同濕地植物對水體中NH4+-N的影響
不同濕地植物對水體中NH4+-N的影響見圖3。
由圖3可知，石菖蒲、香蒲、水芹對水中NH4+-N的最終去除效果基本一致，對照組對水體中NH4+-N的去除率也很高，NH4+-N去除率大小依次為石菖蒲（71.2%）＞水芹（66.4%）＞香蒲（63.8%）＞對照（51.6%）。這是因?yàn)樗w中的氨氮少部分通過植物吸收揮發(fā)作用而去除，大部分則是通過強(qiáng)硝化作用的連續(xù)反應(yīng)而去除。圖中可看出在前3d水體中NH4+-N下降不明顯，3～12dNH4+-N下降迅速，因?yàn)橹参锕夂献饔茫趸?xì)菌生長迅速，硝化作用增強(qiáng)。
2.2.2 不同濕地植物對水體中NO3--N的影響
不同濕地植物對水體中NO3--N的影響見圖4。
由圖4可知，在試驗(yàn)前期NO3--N濃度下降緩慢，后期有逐漸下降的趨勢。這是由于前期硝化作用占主導(dǎo)地位，NO3--N被轉(zhuǎn)化成NO2--N，后期反硝化作用占主導(dǎo)地位，NO3--N或NO2--N被還原成N2逸出水體進(jìn)入大氣。圖中明顯看出3種植物中石菖蒲的去除效果明顯高于其他兩種植物，對照組對水中NO3--N去除率最低。NO3--N去除率依次為石菖蒲（81.6%）>水芹（71.9%）>香蒲（69.1%）>對照（41.6%）。
2.2.3 不同濕地植物對水體中TN去除的影響
不同濕地植物對水體中TN的影響見圖5。
由圖5可知，石菖蒲、水芹、香蒲3種植物和對照組對水體中TN的去除在前3d不明顯，在3～15d迅速下降，直至平緩。石菖蒲和水芹對水體中TN的去除效果基本一致，對照組對水體中TN的去除最差。TN去除率依次為石菖蒲（88%）>水芹（87%）>香蒲（81%）>對照（38.5%）。
2.2.4 不同濕地植物對水體中TP去除的影響
N和P都是生物的重要營養(yǎng)物質(zhì)，但藻類等水生生物對P更加敏感，當(dāng)水體中P質(zhì)量濃度在0.02mg/L以上時(shí)，對水體的富營養(yǎng)化就起到了明顯促進(jìn)作用。因此控制水體中P的含量非常重要。不同濕地植物對水體中TP的影響見圖6。
由圖6可知，石菖蒲和香蒲處理水體中的TP濃度下降趨勢比較相近，石菖蒲和水芹的最終TP去除率相差不大。3種植物對水體中TP的去除效果均好過對照組。TP去除率依次為石菖蒲（73.1%）>水芹（70.8%）>香蒲（66.4%）>對照（32.6）。對照組3～12d下降得最快，與植物系統(tǒng)基本一致，但TP去除率不同，這說明植物對水體中TP去除影響很大。
3、結(jié)語
隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，種植植物的水體濁度明顯下降，透明度逐漸增加，而未種植植物的對照組變化不明顯，可見水生植物對水體凈化起著重要作用。石菖蒲在整個(gè)試驗(yàn)階段株高和根長增長率最高，表明其適應(yīng)能力強(qiáng)，生長較好；水芹在整個(gè)試驗(yàn)階段株高和根長增長率最低，且后期出現(xiàn)枯黃現(xiàn)象，表明水芹較其他兩種植物對此類污染水體適用性較差些，而石菖蒲則更適應(yīng)此類水體。3種植物對于NH4+-N的去除效果基本一致，在前期開始迅速下降，在后期逐漸趨于平緩。石菖蒲對NH4+-N的去除率最高為71.2%；對于NO3--N的去除，石菖蒲的去除率明顯高于其他兩種植物，為81.6%；對于TN和TP的去除，3種植物與對照組相比都表現(xiàn)出良好的去除效果，其中石菖蒲和水芹的變化趨勢和去除效果基本一致。
通過對不同水生植物生長情況和不同水生植物對水體中污染物去除效果的分析可知，試驗(yàn)水體中NH4+-N、NO3--N、TN、TP質(zhì)量濃度變化與植物生長周期、生長速度以及根系長度有關(guān)。綜上，石菖蒲的生長情況最好，對水體中N、P的去除效果最佳，可作為對富營養(yǎng)化水體凈化的優(yōu)選濕地植物。（來源：徐州工程學(xué)院環(huán)境工程學(xué)院，中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院）
