4种水生植物对水体的富营养化物质的吸收净化效果研究-硕士论文

西南大学 硕士学位论文 4种水生植物对水体的富营养化物质的吸收净化效果研究 姓名：左小凤 申请学位级别：硕士 专业：园林植物与观赏园艺 指导教师：王海洋 20100501 摘要 4 种水生植物对水体的富营养化物质的吸收 净化效果研究 园林植物与观赏园艺专业硕士研究生：左小凤 指导教师：王海洋教授 摘要 水体的富营养化是水污染的一个重要问题，有研究表明重庆地区一些水库、河流、池塘 及小区内一些湖泊景观都出现了不同程度情况的水体富营养化。本试验选择菖蒲、梭鱼草、 水葱和大聚藻4 种具有观赏价值的湿地植物为研究对象，通过不同N 、P 浓度条件下的水培植 物试验，分析其对富营养化水体中氮磷的去除效果，并研究了大聚藻在不同条件下对水体中 营养元素的吸收能力及其的生长情况。结论如下： ( 1 ) 菖蒲、梭鱼草和水葱对富营养化水体均有明显的净化作用。在不同N 、P 浓度的水 体中栽植这3 种植物后，各处理水体中N H 。+ 一N 浓度均有不同程度的下降，下降趋势基本相同， l O d 后，N H t + 一N 浓度为2 m g L 一组处理比浓度为4 m g L 和8 m g L 两个处理对水体中的N H t + - N 去 除率高，达到9 7 3 5 。3 种植物对水中N H a + 一N 去除率依次为：菖蒲 梭鱼草 水葱。不同浓 度下，各处理水体总T P 的浓度I 卜降情况与水体中N I I a + 一N 浓度下降情况相同，l O d 后，T P 浓度 为l m g L 一组处理比浓度为2 m g L 和4 m g L 对水体中T P 的去除率最高，达剑9 3 5 。3 种植 物对水体中T P 的去除率依次为：菖蒲 水葱 梭鱼草。 ( 2 ) 大聚藻在不同种植密度、水位、氮磷浓度等多因子组合试验结果表明，栽植密度选 6 丛箱时，N H 。+ 一N 初始浓度为2 m g L ，水位选取1 5 c m ( 本试验试验水箱) 时，大聚藻对水体 中N H 4 + N 去除效果最好，去除率相较其它因素组合试验为最高；而T P 的测定结果表明，当植 物栽植密度为6 丛箱，T P 初始浓度为2 m g L ，水位选取1 5 c m ( 本试验试验水箱) 时，大聚藻 对水体中T P 去除效果最好，去除率比其它因素组合试验都高。 ( 3 ) 大聚藻在氮初始浓度为4 m g L 、8 m g L 、1 6 m g L ，磷初始浓度为2 m g L 、4 m g L 、8 m g L 时，不同的条件下，对水体中N H 一+ 一N 和T P 的去除率分别为7 2 3 8 、4 5 7 5 、4 9 6 9 和7 6 、 5 1 2 5 、5 6 1 3 ，在水位条件为5c m 、l O c m 、2 0 c m 时对水体中N H t + 一N 和T P 的去除率分别为 6 6 1 6 、5 6 1 3 、5 0 2 5 和6 9 2 5 、5 9 7 5 、4 9 2 5 ，在种植密度分别为2 丛、4 丛、6 丛时 对水体中m + 一N 和T P 的去除率分别为3 0 2 5 、4 9 3 8 、7 4 8 8 和4 1 5 、5 2 1 5 、5 8 7 5 。 大聚藻对富营养化水体中营养元素的总体去除效果都是比较好的。 ( 4 ) 菖蒲和大聚藻在氮磷初始浓度不同的情况下生物量变化不大，但随着浓度的增加生 物量也越大。菖蒲在不同浓度条件下的生物量分别为9 9 7g p l a n t ( 干重) 、1 1 1 1g p l a n t 两南大学硕十学位论文 ( 干重) 和1 2 8 1g p l a n t ( 干重) 。大聚藻在不同条件下生物量变化范围在1 2 5 9 2 5 0 5 9 p l a n t ( 干重) 之间，其中在种植密度为2 丛箱时生物量最低，在初始浓度最高时生物量最大， 不同浓度条件下，植物的生物量随浓度的增加而逐渐增大；不同水位条件下，植物的生物随 着水位的升高生物量逐渐增加；不同栽植密度下，对植物生物量的影响不是特别大，其值都 在2g p l a n t ( 干重) 下。通过对莒蒲和大聚藻对水体中氮含量和磷含量的估算，得出大聚藻 对氮磷的积累能力要比菖蒲高。 ( 5 ) 不同种类的植物在试验过程中生长情况各不相同，其中以菖蒲和火聚藻的生长情况 最好，试验期间菖蒲没有出现死亡及叶子枯黄现象，大聚藻在试验初期生长缓慢，试验后期 生长良好，萌发侧芽多，且叶色鲜艳。水葱生长次之，梭鱼草生长较差。 H 关键词：水体富营养化湿地植物N 、P 去除 A b s t r a c t T h er e s e a r c ho ft h ep u r i f i c a t i o no ff o u rs p e c i e sa q u a t i c p l a n t s M a s t e ro fL a n d s c a p eP l a n ta n dO r n a m e n t a lH o r t i c u l t u r e ： Z u oX i a o f e n g S u p e r v i s o r ：P r o f W a n gH a i y a n g A b s t r a c t T h ew a v ee u t r o p h i c a t i o ni sa l li m p o r t a n tp r o b l e mo fw a t e rp o l l u t i o n T h e r eh a sb e e ns o m e r e s e a r c h e ss h o w i n gt h a tw a v ee u t r o p h i c a t i o nh a v i n ga p p e a r e d ，t os o m ee x t e n t ，i ns o m el a k e l a n d s c a p e ，r e s e r v o i r , r i v e r , p o n da n dh o u s i n ge s t a t ei ns o m ea r e a so fC h o n g q i n g T h et e s ti sb a s e do n s i m u l a t i n gam a n p o w e rb yt h ef a c t t h a t i n t e r i o rf o r m u l a t i n gn u t r i e n t s o l u t i o nw a t e rc u l t i v a t e s o r i g i n a l l yw e tl a n d ，t h ew a v ec o n t r o l l i n gg o i n gd o w nt h eA c o r u sc a l a m u sL ，P o n t e d e r i ac o r d a t a ， S c i r p u sv a l i d u sV a h la n dM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mi nd i f f e r e n tc o n d i t i o na n dS Oo nh a v i n gt h ew e tl a n d p l a n tv i e w i n ga n da d m i r i n gv a l u et oe u t r o p h i c a t i o ni sh i tb yt h ee f f e c tt h a tn i t r o g e np h o s p h o r u s c o n t e n t sd i s l o d g e ，a n di sb u r n i n gw e i g h ts t u d yC h o n g q i n gi n t r o d u c eaf i n ev a r i e t yp l a n tb i g g e t t o g e t h e ra l g a ed i f f e r e n tc o n d i t i o nl o w e rf a c et of a c ew a v em i d d l en u t r i t i o ne l e m e n ta b s o r b i n ga b i l i t y J iQ id i f f e r e n tc o n d i t i o nl o w e rg r o w t hc o n d i t i o n C o n c l u s i o na sf o l l o w s ： ( 1 ) A c o r u sc a l a m u sL ，P o n t e d e r i ac o r d a t aa n dS c i r p u sv a l i d u sV a h lh a v eo b v i o u sp u r i f y i n ge f f e c to n w a v ee u t r o p h i c a t i o n A f t e rp l a n t i n gt h et h r e ep l a n t sa b o v e ，t h eN H 4 一Ni nt h ew a t e rr e s p e c t i v e l y d e c r e a s ei nd i f f e r e n te x t e n d s A l lt h ee u t r o p h i c a t i o nw a v eh a sg o n ed o w nt oi t sv a r y i n gd e g r e e s e q u a l l y ，t h et r e n dh a n d l i n gN H 4 + Nt h i c k n e s sg o d o w nr e s p e c t i v e l yi sb a s i c a l l yi d e n t i c a l ，1 0dq u e e n s ， N t t 4 + 一Nt h i c k n e s si st h a t2m g Lg r o u po fNp r o c e s s i n gN H 4 一Ni nt w oh a n d l i n gt ot h ew a v et h a n t h i c k n e s si s4m e , a - a n d8m # L - t a k e o f fr a t eh i g h ，r e a c h9 7 3 5 3k i n d sp l a n ta r ei np r o p e ro r d e rt o w a t e rN I - h + - Nt a k e o f fr a t e ：A c o r u sc a l a m u sL P o n t e d e r i ac o r d a t a S c i r p u sv a l i d u sV a h l E v e r yh a n d l e s g e n e r a lT Po fw a v et h i c k n e s sg od o w nc o n d i t i o nu n d e rd i f f e r e n tt h i c k n e s s ，a st h ew a v ei s h i tb y N H 4 + Nt h i c k n e s sg od o w nc o n d i t i o n ，1 0dq u e e n s ，T Pt h i c k n e s sr e a c h e s9 3 5 f o r1m g Lg r o u po f t h eh e i g h th a n d l i n gt h et a k e o f fr a t eb e i n gh i tb yT Pt ot h ew a v et h a nt h i c k n e s si s2m g La n d4m e L T h e3k i n d sp l a n tt a k e o f fr a t et ow a v em i d d l eT Pi si np r o p e ro r d e r ：A c o r u sc a l a m u sL S c i r p u s v a l i d u sV 曲l - P o n t e d e r i ac o r d a t a ( 2 ) T h et e s tr e s u l to fd i f f e r e n tf a c t o r sc o m b i n a t i o n sa f f e c t e db yM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mb r a s i l i e n s e C a m b i n d i c a t e sp r o v e s ，i n i t i a lt h i c k n e s so fN H 4 + 一Ni s2m g Lw h e np l a n t i n gd e n s i t yc h o o s e s6p a t c ho f I I I 两南大学硕十学位论文 b o x ，N H 4 + Nt a k eo f fe f f e c ti sb e s ti nM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mt ot h ew a v e ，t a k eo f fr a t ei se a c ho t h e r m o r em a x i m a lt h a no t h e rf a c t o rc o m b i n a t i o ne x p e r i m e n tw h e nw a t e rl e v e lc h o o s e s 1 5c n l ( t e s ta w a t e rb o xo r i g i n a l l y ) ；T ot h eT Pt e s tr e s u l t ，t h i n kt h a tp l a n tp l a n t i n gd e n s i t yc h o o s e s6p a t c ho fb o x ， i n i t i a lt h i c k n e s so fT Pi s2m g L ，T I t a k eo f fe f f e c ti sb e s ti nM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mt ot h ew a v e ， t a k eo f fr a t ei sa l lh i g h e rt h a no t h e rf a c t o rc o m b i n a t i o ne x p e r i m e n tw h e nw a t e rl e v e lc h o o s e s1 5 伽 ( t e s taw a t e rb o xo r i g i n a l l y ) ( 3 ) U n d e rt h ec o n d i t i o no fw a v ee u t r o p h i c a t i o ni nd i f f e r e n tl e v e l s ，t h eM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mt a k e o f f r a t eb e i n gh i tb yN l - h + Na n dT Pt ot h ew a v ep a r t sf r o m7 6 ，5 1 2 5 ，5 6 1 3 f o r7 2 3 8 ，4 5 7 5 ， 4 9 6 9 ，t a k eo f fr a t eb e i n gh i tb yN H 4 + 一Na n d1 1 Pu n d e rw a t e rl e v e lt ot h ew a v ei nd i v e r s i t yp a r t s f r o m6 9 2 5 ，5 9 7 5 ，4 9 2 5 f o r6 6 1 6 ，5 6 1 3 ，5 0 2 5 ，T a k eo f fr a t eb e i n gh i tb yN H 4 一Na n d T Pu n d e rt h ec o n d i t i o nc u l t i v a t i n gd e n s i t yt ot h ew a v ei nd i v e r s i t yp a r t sf r o m4 1 5 ，5 2 1 5 ， 5 8 7 5 f o r3 0 2 5 ，4 9 3 8 ，7 4 8 8 T h a tt h ep o p u l a t i o nt h em i d d l en u t r i t i o no fM y r i o p h y l l u m a q u a t i c u mp a i ro fe u t r o p h i c a t i o nw a v ee l e m e n tg r e a t l yd i s l o d g e sr e s u l ta l li sc o m p a r a t i v e l yg o o d ( 4 ) A m o u n t sl i v i n gt h i n g sc h a n g ei sn o tb i g ，b u tl i v i n gt h i n g sa m o u n t sc a n te x c e e db i gw i t ht h e t h i c k n e s s i n c r e a s i n gb yu n d e rt h ec a l a m u sb e i n gi nw i t hM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mb e i n gu n l i k e c o n d i t i o n T h eA c o r u sc a l a m u sL 1 i v i n gt h i n g sa m o u n t su n d e rd i f f e r e n tt h i c k n e s sc o n d i t i o na r e9 9 7 g p l a n t ( d r yw e i g h t ) ，1 1 1 1g p l a n t ( d r yw e i g h t ) a n d1 2 8 1g p l a n tr e s p e c t i v e l y ( d r yw e i g h t ) M y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mb e i n gu n l i k el o w e rl i v i n gt h i n g so fc o n d i t i o na m o u n t se x c u r s i o n sb e t w e e n 1 2 5 9 2 5 0 5g p l a n t ( d r yw e i g h t ) ，l i v i n gt h i n g sa m o u n t sa r ea m o n gt h e mw h e nc u l t i v a t i n gd e n s i t y b e i n g2p a t c h o fb o x l o w e s t ，l i v i n gt h i n g sa m o u n t sa r em a x i m a ld u r i n gt h ep e r i o do fi n i t i a l t h i c k n e s si s m a x i m a l ，p l a n t Sl i v i n gt h i n g se x p e c t st h a tw i t ht h et h i c k n e s si n c r e a s i n gb yb u t e n h a n c e sg r a d u a l l yu n d e rd i f f e r e n tt h i c k n e s sc o n d i t i o n ，；U n d e rd i f f e r e n tw a t e rl e v e lc o n d i t i o n ， p l a n t Sl i v i n gt h i n g si n c r e a s e sb yg r a d u a l l yw i t ht h ew a t e rl e v e lp o w e r - u pl i v i n gt h i n g sa m o u n t s ；T h e e f f e c tt op l a n tl i v i n gt h i n g sa m o u n t si sn o te s p e c i a l l yb i g ，p l a n t ( d r yw e i g h t ) i s s u e sw h o s ev a l u e a l li n2u n d e rd i f f e r e n tp l a n t i n gd e n s i t y B yr e a c h i n gt h ea c c u m u l a t i o nM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mp a i ro f n i t r o g e n sp h o s p h o r u sg r e a t l yt ot h eA c o r u sc a l a m u sL w i t he s t i m a t i n gt h a tM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u m g r e a t l yb e i n gh i tb yn i t r o g e nc o n t e n t sa n dp h o s p h o r u sc o n t e n t st ot h ea b i l i t yi sh i g h e rt h a nc a l a m u s ( 5 ) T h eg r o wo fd i f f e r e n tp l a n t sv a r yi nd i f f e r e n te x p e r i m e n t a l ，d u r i n gw h i c ht h eb e s ti st h e A c o r u sc a l a m u sL a n dM y r i o p h y l l u ma q u a t i c u mb r a s i l i e n s eC a m b i n d i c a t e s T h ee x p e r i m e n t a lp e r i o d A c o r u sc a l a m u sL h a sn o tp r e s e n t e dt h ed e a t ha n dt h el e a fw i t h e r e da n dy e l l o wp h e n o m e n o n ，t h eb i g d o g S - m o u t hi ss l o w - g r o w i n gi nt h ee x p e r i m e n t a li n i t i a lp e r i o d ，t h ee x p e r i m e n tl a t e rp e r i o dg r o w s g o o d ，t h eg e r m i n a t i o nl a t e r a lb u da r em a n y , a n dt h ec o l o ro fl e a v e si sb r i g h t S h u iC o n gg r o w st h e n e x tb e s t ，a f t e rt h em u l l e tg r a s sa n dt h ew i c kg r a s se x p e r i m e n t ，p r e s e n t st h ed e a t hp h e n o m e n o n I V A b s t r a c t K e yw o r d s ：E u t r o p h i c a t i o n ，E m e r g e n tp l a n t s ，T h eN 、P r e m o v e l V 独创性声明 学位论文题目：垒盘盔生植堑盘盛篮鲍宣萱差丝堑厦的邀达堡焦熬墨珏 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人己经发表或出版过的研究成果，文中已加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：声，J 、) 孔 签字日期：驯口年占月_ 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：回不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：声小) 孔 导师签名： 蓼渤浑 ，、 签字日期：加c 口年6 月- 7 日 签字日期：f 1 ) 年伪月日 l 第1 章文献综述 第1 章文献综述 近年来，水体富营养化已成为人们越来越关注的话题。自2 0 世纪8 0 年代以来，我国由 于经济的急速发展和环境保护的相对滞后，许多湖泊、水库已进入富营养化，甚至达到了严 重富营养化状态，如滇池、太湖、东湖、西湖、南湖、玄武湖、莱州湾、渤海湾、黄浦江、 九龙江等。根据我国( 2 0 0 8 年中国环境状况公告指出，地表水污染仍然很严重，其中，长 江、黄河、松花江、珠江、海河、淮河和辽河七大水系总体水质与上年持平。2 0 0 条河流4 0 9 个断面里，一类至三类、四类至五类和劣五类水质的断面比例各为5 5 0 、2 4 2 和2 0 8 。 其中长江、珠江总体水质良好，松花江为轻度污染，淮河、黄河、辽河为中度污染，海河为 重度污染。在监测具营养状态的2 6 个湖泊以及水库里，其中4 6 2 呈富营养状态。水体污 染仍旧是我国一个比较突出的问题。此外，水体富营养化在其它国家的情况也很严重。2 0 0 0 年，美国对自己国家的河口富营养化做调查时发现：已有6 5 的水面达到了中营养和富营养化， 其中最为显著的地带是在墨西哥海湾到人西洋的中部地带。2 0 0 4 年，英国环境署对本国河流 状况做调查表明：5 3 河流的磷浓度已超过了0 1m g L ，2 9 河流的氮浓度已经超过了3 0 m g L 【2 l 。受污染的湖泊总氮和总磷含量都异常偏高，且水体透明度低伸1 。富营养化水体已经成为 国内外普遍存在的环境问题。 国内外已建立起许多成熟有效的污水处理方法：如活性污泥法处理工艺、好氧生物处理、 接触稳定法、氧化沟、生物膜法、生物接触氧化法、厌氧生物处理法、控制污染源、生态修 复等水体生物修复方法，包括物理化学等方法的处理方法H 圳。但由于这些方法存在基建、运 行费用昂贵，运行、维护技术难度大等缺点而不利丁中小城镇及村采用。生物措施在近几年 越来越受到人们的关注。生物修复指生物( 包括植物、动物、微生物) 对环境中的营养物质进 行吸收、降解，从而减少或最终消除水体污染的过程i 9 1 。人工湿地是目前应用较多较新的技术 之一。 1 1 人工湿地 人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的地面。人工湿地的定义有很 多，而国际上普遍接受的是由美国著名的湿地研究设计与管理专家H a m m e r 等人对人工湿地的 定义：一个为人类的利用和利益，通过模拟自然湿地，人为设计与建造的由饱和基质、挺水 与沉水植被、动物和水体组成的复合体1 1 引。即人工湿地是根据人们的需要设计和建造的湿地 生态系统，它是通过模拟天然湿地的结构和功能发展而来的。 1 1 1 人工湿地的组成、特点及分类 ( 1 ) 人工湿地的组成 人T 湿地系统是指在一定长宽比及底面坡度的洼地中，填充了一定的填料( 如土壤、碎 石、砾石、砂等) 形成填料床，在床表面种植具有成活率高、抗水性强、处理性能好的水生 植物( 如水葫芦、美人蕉、芦苇、席草、灯心草、香蒲、大米草等) 而构成的一个独特的动 植物生态系统u 卜1 2 1 。简而言之人工湿地就是由基质、微生物、植物及水体四部分组成的生态系 两南大学硕十学位论文 统。而人工湿地污水处理系统由预处理单元和人工湿地单元两部分组成。预处理的主要目的 是减少污水中的悬浮物，防止湿地填料堵塞，以确保人工湿地生态系统的稳定性，增加湿地 处理寿命和处理能力。其设施包括格栅、 沉砂池、沉淀池、稳定塘等。人工湿地系统的一般工艺流程如下n 引： 污水一格栅一沉砂池一沉淀池一稳定塘一人工湿地一出水 ( 2 ) 人工湿地的特点 人工湿地处理技术的提出和发展，为综合解决水污染问题提供了一种新的选择，它主要 表现在具有效果好、投资少、运行维护方便、氮磷去除率高等特点n 4 。1 8 1 。不仅如此，人工湿地 在有效的处理污水的同时，其栽种的大量水生植物还具有一定的观赏价值和经济价值。 ( 3 ) 人工湿地的分类 人工湿地的分类按照不同的划分标准有不同的划分方式，按照污水在湿地床中的水流方 式的不同，人工湿地分为表面流人工湿地S F W ( S u r f a c eF l o wW e t l a n d s ) 、潜流人工湿地 S S F W ( S u b s u r f a c eF l o wW e t l a n d s ) 、以及垂直流人工湿地V F W ( V e r t i c a lF l o wW e t l a n d s ) 三 种形式n 引；根据湿地中主要植物的形式可分为浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统 三种方式啪1 ( 具体分类及特点见表1 - 1 ) 。 表1 - 1 人工湿地的分类及其特点 T a b l e1 1T h eC 1 a s s i f i c a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i C So f t h eW e t l a n d 2 第1 章文献综述 量皇宝曼兰詈宝宝暑詈曼量詈量曼宝宝詈昌皇詈要是宝詈詈皇曼詈詈宝曼詈詈詈皇曼詈兰是宝詈曼詈皇= 曼是宝暑詈曼宝兰皇詈 沉水植物系统以沉水植物为主，该系统还处于试验阶段，主要用十初级处理与二级处理 后的精处理。 1 1 2 人工湿地处理污水研究进展 1 9 0 3 年英国约克郡E a r b y 建造世界上第一个人工湿地处理污水以来幢，人们对湿地的污 水净化机理展开了广泛的研究，逐渐从“黑箱理论”深入到了包括污染物去除机理、湿地结 构工艺等各方面的研究。 由于水体富营养化的加剧，使人们对人工湿地脱氮除磷的机理有了较多的研究。有研究 表明，在湿地使用的第一年，营养物质在植物根部的含量占到3 5 以上，并且通过收割植物地 上部分去除的氮营养元素，仅占去除总氮量的8 1 6 1 2 2 o 由于现代化工业废水的排除里面 含有大量的重金属，因此有运用人工湿地处理工业废水的研究。风眼莲在吸收镉、铬、铅、 汞、砷、硒、铜、镍等重金属后，体内产生具有重金属络合作用的金属硫肽幢引，从而使这些 重金属在植物体内富集而不产生毒害作用。M a y s 在实验中得出植物所吸收富集的重金属含量 只有湿地去除重金属含量的1 2 ，而植物的水面部分只去除进水重金属( F e ) 的0 0 7 乜引。 人工湿地污水处理工艺根据需求在不断的改进和进行系统优化。因人工湿地的类型不同，有 人比较研究了三种不同类型的人工湿地处理富营养化水体的结果表明，潜流人工湿地对高锰 酸盐指数和叶绿素a 的去除效果最好，垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好， 表面流人T 湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者幢5 1 。湿地工艺的参数问题也是影响其 处理污水效果的关键。对水力停留时间的研究具有重要意义，G e a r h e a r t 进行的一项表面流湿 地去除磷效果的研究，表明磷和水力停留时间为显著线性正相关关系瞪引。间歇运行的复合垂 直流人工湿地系统对氮有比较好的去除效果，而且水生植物的叶片中得l ( N 含量是最高的曙。 基质在人工湿地净化过程中起着很重要的作用，不同的基质对同种污染物质的处理能力是不 同的，并且某些基质的组合要优于单一基质的处理能力。石灰石、沸石石灰石、沸石3 种填 料对T N 、T P 的去除效果均好于其单独使用幢引。富营养水体中氮的去除的主要途径是微生物的 硝化反应与反硝化反应，氨化细菌去除有机氮憎引。 在人工湿地中，虽然基质的类型和微生物的多少都影响着其去污能力，然而植物的生理 代谢活动却直接关系到微生物对污染物的降解，并且植物根系的类型也会在一定程度上影响 微生物的数量，因此，人工湿地中的植物与微生物之间有着较为密切的联系，所以，湿地植 物在人工湿地中起着较为重要的作用。 1 2 湿地植物 植物是人工湿地的核心，具有较高的生态价值和美学价值，同时，通过植物不仅可以去 除污染物，还可以促进污水中营养物质的循环和再利用，还能绿化土地，改善区域气候，并 能促进生态环境的良性循环。 1 2 1 湿地植物的分类、特点及选择原则 湿地植物按生态类型可分为：湿生植物、挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物。 3 两南大学硕十学位论文 植物在污水处理方面有以下特点：( 1 ) 通过光合作用为净化作用提供能量来源；( 2 ) 具有 欣赏性和改善景观的生态环境：( 3 ) 可以通过收割回收资源；( 4 ) 能够作为介质所受污染程度 的指示物；( 5 ) 通过固定土壤中的水分和圈定污染区，防止污染源的进一步扩散；( 6 ) 植物庞 大的根系为细菌提供了多样化的生境，而且根区的细菌群落可降解多种污染物；( 7 ) 能输送氧 气至根区，有利于微生物的好氧呼吸m 1 。 由于人工湿地主要是用米处理污水的，植物在选择时应注意以下几个原则协卜驯：( 1 ) 净化 能力强的植物。主要从两方面考虑：一是植物的生物量大小；二是植物体对污染物的浓度高 低的耐受能力。( 2 ) 具有抗逆性的植物。即湿地植物要有抗冻、抗害、耐盐、耐污和抗病虫 害的能力。( 3 ) 根系发达的植物。污水中的C O D 、B o D s 、T P 、T N 的去除，主要是依靠附着在 水生植物根区表面及附近的微生物，因此根系比较发达的物种是选择考虑冈素之一。( 4 ) 优 先选用乡土植物。乡土植物对本地的环境已经很熟悉，成活率高，并且具有地方特色。( 5 ) 管理方便的植物。由于人工湿地处理污水管理简单，方便是很多人工湿地系统处理污水的主 要特点之一，冈此植物的管理方便与否是选择时应考虑的。( 6 ) 观赏价值高的植物。人工湿 地多是用于处理污水而建造，一般都建于城郊，面积大，因此选用一些具有观赏价值的植物 也是有必要的。( 7 ) 综合利用价值高的植物。有些污水并不含重金属及有毒物质，吸收这类 污水的植物可以作为肥料、饲料或者沼气的原料，因此，选择经济价值高的植物也是有必要 的。 1 2 2 植物在人工湿地中的作用 人 ：湿地植物对水体的净化作用主要体现在以下三个方面：( 1 ) 直接吸收利用富营养 水体中的营养物质、富集、吸附重金属和一些有毒有害物质，如香蒲每年每公顷可吸收污水 中的氮2 6 3 0k g 、磷4 0 3 k g 和钾4 5 7 0 k g 引；( 2 ) 增强和维持介质的水力传输。因为植物根系 对介质有一定的穿透作用，能在介质中形成很多微小的间隙或气室，增强了介质的疏松度，减 少了介质的封闭性，加强和维持了介质的水力传输。有研究表明，在2 - 5 年之内，较板结的 土壤，经过植物根系的穿透作用，其水力传输能力能够与碎石、砾石相当b 5 1 。( 3 ) 为根区好 氧微生物输送氧气，有研究结果表明，宽叶香蒲( T y p h al a t i f o Z i an 曲) 的根系释放出氧气的速 率为0 1 2 - 0 2 0m m o l ( g h ) m 1 ；另外，植物还能够维持人工湿地的运行环境，它的生长能 够调节湿地周闱的小气候，且美化生态环境，为爬行类动物和鸟类等动物提供栖息地，植物 收割后将其可资源化利用后还能产生一定的经济价值m 1 。 1 2 3 湿地植物处理富营养化水体的研究 近1 0 年来水生植物在净化水质方面的研究频率较高的，排名在前1 2 位的4 5 种植物( 包 括陆生植物) ，囊括了3 0 科、4 4 属，其中几乎涵盖了湿地植物的所有生态类型，并且几乎所 有的植物曾经都被作为人工湿地植物加以运用臼7 1 。人工湿地运用大部分草本植物( 尤其是挺水 植物) 来净化污水，如普遍采用的芦苇( P h r a g m i t e sa u s t r a l i s ) 、灯心草( J u n o u se f f u s e s ) 和 宽叶香蒲( T y p h al a a f o l i aL i n n ) 3 a - a g 。 4 第】章文献综述 曼! 皇詈曼曼曼曼曼曼鼍曼曼皇N iii ； i 曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 曼皇曼曼曼曼! 曼曼! ! 曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼! ! 曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼 1 9 7 2 年K i c k u t h 与S e i d e l 合作并提出了“根区理论州删，该理论的提出掀起了人工湿 地研究与应用的热潮，并且其中有很多学者开始了关于湿地植物的研究。对植物的研究主要 表现在：不同种类的植物对营养物质的吸收能力、植物在湿地中净化污水的机理、对有机物、 金属物质吸收和植物根系等方面。植物的吸附、吸收和富集作用与植株的根系发达程度和生 长状况有关。植物根系能从污水中吸收营养物质并加以利用，而且根系越发达，生物量越大 的植物对污水的处理效果也越好。氮磷是植物生长所需要的营养元素，而富营养化水体主要 是由于城镇和工业废水里面含有大量的氮磷等营养物质所致，因此，国内外大量的学者研究 了植物对营养物质中氮磷含量的吸收情况。笔者对国内外关于水生植物及部分植物组合对营 养盐的吸收情况的研究作了一些总结( 见表1 - 2 ) 。 表1 - 2 植物对营养盐的吸收情况 T a b l e1 2T h en u t r i e n t sw a sa b s o r p t i o nb yp l a n t s 5 两南人学硕十学何论文 宝曼曼曼皇詈宝曼詈皇曼宝詈曼詈宝詈詈詈宝兽詈竺宝曼曼宝是宝宝曼曼皇皇曼宝皇曼皇宝詈詈詈皇宝苎是曼皇皇曼皇 轮叶黑凛H y d r i l l av e r t i c i l l a t a ；对I 上除年丰f 对腺水岛达5 2 6 3 9 3 9 9 ，作川时间口俅 续约3 0 d 。 梅花藻B a t r a c h i u mt r i c h o p h y l l u m ，金鱼藻的去除效果最好，3 0 d 后实验水体T N 只有对照组的6 0 3 。达 苦草V a l l i s n e r i as p i r a l i s ， 到地表水I 类总氮的标准。对总磷去除率分别红8 0 和9 6 以上，达 金鱼藻 C e r a t o p h y l l u m d e m e r s u m ， 到地表水I I 类总磷的标准。对总磷的去除率，苦草和马来眼了菜最 马来眼子P o t a m o g e t o nm a l a i n u s ， 高( 均为9 1 。0 5 ) 、金鱼藻最低( 8 3 3 8 ) 1 5 4 1 0 菜 M y r i o p h y l l u ms p i c a t u m 穗状狐尾 藻 香蒲 蔗草 水芹 T y p h ao r i e n t a l i sP r e s l S c i r p u st r i p u e t e rL O e n a n t h e j a v a n i c a ( B l u m c ) D C 菹草P o t a m o g e t o nc r i s p u sL 镶嵌组合 植物群落 水稻 O r y z a s a t i v a 空心菜 I p o m o e aa q u a t i c a 鸭趾草 C o m m e l i n ac o m m u n i sL 知风草 E r a g r o s t i s f e r r u g m e a 喜章。莲子A P D l t 咖e r n a n t h e r 咖ap h 胁i l 扣o x e 砌r o i d L e s 磊模叶蓼H C a e 历r e e x r o g i c 口b b f 凰aW m a j h 阳l e n b 穹隆昔：草彳c D Mt a t a r i n 。D w i iS c h o t t 萱草 石茸蒲 菖蒲 A c o r u sc a l a m u sL 伊乐藻 金鱼藻 菹草 狐尾藻 苦草 菰 茸蒲 浮萍 槐叶萍 E t o d e aC a n a d e n s i s C e r a t o p h y l l u md e m e r s u m P o m m o g e w nc