抚顺社河湿地植物对富营养化水体的修复效果研究

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　　摘要：  以抚顺社河湿地4种常见水生植物为研究对象，利用小型模拟人工湿地系统，研究不同湿地植被对富营养化水体的修复能力，其结果表明：4种湿地植物都能较好的去除富营养化水体中的总磷含量，试验组的去除率都显著高于对照组（p<0.01），且随着时间的延长，去除率逐渐增大，最后趋于稳定。4种湿地植物对总氮含量的去除率依次为：芦苇（68%）>扁秆藨草（65%）>香蒲（62%）>针蔺（60%）>CK。对氨氮的去除率依次为：芦苇>扁秆藨草>香蒲>针蔺>CK，试验组均能较好的去除氨氮含量，其中芦苇的效果最佳。扁秆藨草对化学需氧量的去除率最高，为77.64%，其次为：芦苇>香蒲>针蔺>CK，扁秆藨草对化学需氧量的去除极显著优于对照组（p<0.01）。
　　关键词：  社河湿地;  富营养化;  湿生植物;  修复效果;  去除率
　　中图分类号：   S 718. 51 + 2. 3                  文献标识码：   A                  文章编号：1001 - 9499（2019）03 - 0059 - 04
　　 湿地是重要的自然资源，具有丰富的生物多样性[ 1 ]，不仅能够提供大量的淡水资源，还能够贮存水分、防治水土流失、净化空气、增加氧气含量[ 2 ]，是一种较为稳定的，在陆地和水域共同作用下而形成的生态系统，具有不可替代的作用。抚顺社河湿地是大伙房水库重要的水源地，担负着水量供给和水生态安全的重任，河流两侧为生态公益林和商品林。湿地生态系统分布在森林生态系统中，两者相互作用共同发展，森林生态系统为湿地生态系统的稳定持续发展提供基础，不仅增强生态系统的稳定性，也为社河的水生态安全提供保障。因此，研究湿地植物对富营养化水体的修复效果具有重要的生态意义。
　　1 材料与方法
　　1. 1 研究区概况
　　 研究区位于辽宁省抚顺县东部山区（124° 07'  52''～124°16'26''E，41°41'25''～41°47'52''N），总面积734.54 hm2，河道平均比降3.08‰，湿地率为54.96%。该地区属温带大陆性季风气候，年平均气温6.6 ℃，无霜期130～150天，年平均降水量826.8 mm，年平均蒸发量为1 100 mm。土壤类型可划分为暗棕壤、棕壤、草甸土、白浆土、沼泽土和水稻土等6个土类，以棕壤土为主。
　　1. 2 研究方法
　　 通过查阅相关文献和现场调查，最后选取芦苇、扁秆藨草、针蔺、香蒲作为研究对象，采用小型模拟人工湿地系统[ 3 ]，研究不同湿地植被对富营养化水体的修复能力。试验装置准备完毕后，将4种预处理后的植物分别植入试验装置中，一次性注入5 L预先配好的富营养化水体[ 4 ]（KNO3、NH4NO3、NaH2PO4和葡萄糖混合液），每个处理（轻度、中度、重度3个梯度及对照）3次重复，试验周期为42天，每隔7天取一次水样（200 mL），测定总磷、总氮、氨氮、化学需氧量的含量，计算去除率（ψ）。采用钼锑抗分光光度法测定总磷含量、过硫酸钾氧化-紫外分光光度法測定总氮含量、纳氏试剂光度法测定氨氮含量、重铬酸钾法测定化学需氧量[ 5 ]。
　　2 结果与分析
　　2. 1 不同浓度处理下总磷的净化效果
　　 由人工湿地系统对不同浓度富营养化水体中总磷的去除效果（图1）可以看出：随着时间的延长，4种湿地植物和对照组的总磷含量均减小，但不同处理浓度的减小程度不同。轻度浓度下，4种湿地植物去除富营养化水体中总磷含量的效果均优对照组，各个时间段对照组总磷含量依次为0.089 5 mg/L、0.075 4 mg/L、0.06 mg/L、0.05 mg/L、0.038 8 mg/L、0.037 8 mg/L，其中，芦苇的去除率最高，各个时间段总磷含量依次为0.081 2 mg/L、0.058 6 mg/L、0.048 5 mg/L、0.028 4 mg/L、0.010 8 mg/L、0.009 8 mg/L，当42天时接近稳定，去除率高达90.2%;其次是扁秆藨草，各个时间段总磷含量依次为0.083 5 mg/L、0.059 9 mg/L、0.050 4 mg/L、0.029 5 mg/L、0.017 6 mg/L、0.016 6 mg/L，去除率为83.4%;香蒲和针蔺总磷含量去除率为82.8%和81.5%，同样高于对照组（62.2%）。中度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组，芦苇、扁秆藨草、香蒲、针蔺总磷含量去除率依次为70%、68%、58%、54%，而对照组仅为28%，当试验时间为21天时，总磷含量趋于稳定，去除率达到最大值，去除效果达到最大。重度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组，芦苇、扁秆藨草、香蒲、针蔺总磷含量去除率依次为55%、50%、46.5%、39%，对照组仅为14.5%，当试验时间为14天时，总磷含量趋于稳定，去除率达到最大值，去除效果达到最大。
　　2. 2 不同浓度处理下总氮的净化效果
　　 由人工湿地系统对不同浓度富营养化水体中总氮的去除效果（图2）可知：4种湿地植物和对照组的总氮含量均随着时间的延长而减小。轻度浓度下，4种湿地植物去除轻度富营养化水体中总氮含量的效果均优于对照组，各个时间段对照组总氮含量依次为1.85 mg/L、1.78 mg/L、1.65 mg/L、1.5 mg/L、1.4 mg/L、1.3 mg/L，去除率为35%。4种湿地植物中，芦苇的去除率最高，各个时间段总氮含量依次为1.75 mg/L、1.1 mg/L、0.6 mg/L、0.4 mg/L、0.35 mg/L、0.32 mg/L。当42天时接近稳定，去除率高达84%;其次是扁秆藨草，各个时间段总氮含量依次为1.78 mg/L、1.3 mg/L、0.8 mg/L、0.6 mg/L、0.55 mg/L、0.54 mg/L，去除率为73%;香蒲和针蔺总氮含量去除率为72%和71%，同样高于对照组。芦苇对总氮的去除水平显著优于其它植物和对照组（p<0.05）。中度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组（22%），芦苇、扁秆藨草、香蒲、针蔺总氮含量去除率依次为68%、65%、62%、60%。重度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组（20%），芦苇、扁秆藨草、香蒲、针蔺总氮含量去除率依次为48.5%、42%、38.5%、37.5%。芦苇对重浓度总氮的去除明显高于针蔺、香蒲和空白对照组（p<0.01），与扁秆藨草无明显差异。 　　2. 3 不同浓度处理下氨氮的净化效果
　　 由人工湿地系统对不同浓度富营养化水体中氨氮的去除效果（图3）可知：4种湿地植物和对照组的氨氮含量随时间的增加而减小。轻度浓度下，4种湿地植物去除轻度富营养化水体中氨氮含量的效果均优于对照组，各时间段对照组氨氮含量依次为0.38 mg/L、0.36 mg/L、0.35 mg/L、0.34 mg/L、0.24 mg/L、0.23 mg/L，4种湿地植物中，芦苇的去除率最高，各个时间段氨氮含量依次为0.31 mg/L、0.23 mg/L、0.13 mg/L、0.05 mg/L、0.04 mg/L、0.04 mg/L，去除率高达90%;其次是扁秆藨草，各个时间段氨氮含量依次为0.32 mg/L、0.25 mg/L、0.15 mg/L、0.09 mg/L、0.08 mg/L、0.07 mg/L，去除率为82.5%;香蒲和针蔺氨氮含量去除率为80%和77.5%，同样高于对照组（42.5%）。中度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组（27.5%），芦苇、扁秆藨草、香蒲、针蔺氨氮含量去除率依次为63.5%、62.5%、75%、65%，香蒲的去除效果要由于其他3种湿地植物。重度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组（40%），芦苇、扁秆藨草、香蒲、针蔺氨氮含量去除率依次为60%、48.75%、52.5%、53.75%。芦苇对重度富营养水体中氨氮的去除率显著高于对照组。
　　2. 4 不同浓度处理化学需氧量的净化效果
　　 由人工湿地系统对不同浓度富营养化水体中化学需氧量的去除效果（图4）可知：4种湿地植物和对照组的化学需氧量含量随时间的增加而减小。轻度浓度下，4种湿地植物去除轻度富营养化水体中化学需氧量含量的效果均优于无植被的对照组，各个时间段對照组化学需氧量含量依次为23.3 mg/L、18.5 mg/L、16.3 mg/L、15.3 mg/L、15 mg/L，15 mg/L。4种湿地植物中，扁秆藨草去除率最高，各个时间段化学需氧量含量依次为17.6 mg/L、15.3 mg/L、11.5 mg/L、7.9 mg/L、7.1 mg/L、6.8 mg/L，去除率高达77.64%;其次是芦苇，各个时间段化学需氧量含量依次为17.6 mg/L、15.3 mg/L、11.5 mg/L、7.9 mg/L、7.1 mg/L、6.8 mg/L，去除率为71.31%;香蒲和针蔺化学需氧量含量去除率为64.56%和55.7%，同样高于对照组（26.71%）;差异显著性分析表明，轻度处理下扁秆藨草对化学需氧量的去除率显著高于对照组（p<0.05）。中度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组，去除率依次为扁秆藨草（71.53%）>芦苇（69.16%）>香蒲（61.89%）>针蔺（60.46%），扁秆藨草的净化能力显著高于对照组（p<0.01）。重度浓度下，4种湿地植物的去除率均优于对照组，去除率最高的是扁秆藨草，其数值为72.11%，其次是芦苇和香蒲，去除率最低的是针蔺，仅为60.58%。扁秆藨草对化学需氧量的去除极显著优于对照组（p<0.01）。
　　
　　3 结 论
　　3. 1 轻度浓度下，试验组对总磷的去除效果显著高于对照组（p<0.01）;扁秆藨草对总氮的去除效果显著高于其他3种湿地植物（p<0.05）;氨氮去除效果最好是芦苇，显著高于扁秆藨草、针蔺、香蒲（p<0.05）;扁秆藨草对化学需氧量的去除率高于其它3种植物，显著高于对照组（p<0.05）。
　　3. 2 中度浓度下，芦苇对总磷的去除效果最好，同时芦苇对总氮的去除效果也最好，显著高于对照组（p<0.05），但与其他3种植物的去除能力无显著差异（p>0.05）;香蒲对氨氮的去除效果最好，高于芦苇、针蔺和扁秆藨草，显著高于对照组（p<0.05）;扁秆藨草对化学需氧量的去除效果最佳。
　　3. 3 重度浓度下，芦苇对总氮的去除效果最好，显著高于对照组（p<0.05），但与其他3种植物的去除能力无显著差异（p>0.05）;芦苇对氨氮的去除效果最好，高于扁秆藨草、针蔺、香蒲，显著高于对照组（p<0.05）;扁秆藨草对化学需氧量的去除率最高，显著高于对照组（p<0.05）。
　　参考文献
　　[1] 郭福厚，   梁凤国.  辽宁省湿地资源保护的对策分析[J].  水土保持应用技术，  2006，  26（1）：  33 - 34.
　　[2] 唐秀芹，  江红.  赤峰水资源及湿地现状和对策研究[J].  环境与发展，  2012，  24（4）：  9 - 13.
　　[3] 霍张丽，  朱广龙，  张江汀，  等.  模拟人工湿地植物对富营养化水体的修复研究[J].  水土保持研究，  2014， 21（5）： 267 - 271.
　　[4] 常会庆，  王世华，  徐晓峰，  等.  两种水生植物对重富营养化水体修复效果研究[J].  水土保持研究， 2012， 19（5）： 262 - 265.
　　[5] 国家环境保护总局，  水和废水监测分析方法编委会.  水和废水监测分析方法（第四版）[M].  北京： 中国环境科学出版社， 2002.
　　（责任编辑：   李 丹）
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