中生植物在富营养化水体中的抑藻能力研究

中生植物在富营养化水体中的抑藻能力研究

叶胜兰1,2,3,4,5,6，张露2,3,4,5

陕西地建-西安交大土地工程与人居环境技术创新中心，陕西 西安，71000；  陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710075；  陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075;  自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075; 陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075;

6. 自然资源部土地工程技术创新中心，陕西 西安 710075

摘要：采用室内水体污染模拟实验，研究了水生植物营造的植物微系统对富营养化水体抑藻能力的影响，结果表明：Y处理的实验组在实验结束时chl a的含量最低（6.6 mg/L），较初始降低了37.1%，较CK低了54.1%，且与其他各处理达到显著差异（P<0.05）。对照组测得叶绿素a浓度随着时间一直呈现缓慢上升。综合分析，不同挺水植物形成的微系统能有些改善水质条件，抑制水体中藻类的繁殖，其中以种植鸢尾的效果最佳。

关键词：挺水植物，抑藻能力，植物微系统，富营养化水体

前言

近年来，随着经济的增长，居民生活污水、工业废水、农业污水的排放量日益增加，城市公园景观水体的富营养化问题已成为国内外环境治理和研究的热点。当水体中总氮的含量大于 0.3 mg/L、总磷含量大于0.02 mg/L，水体就处于富营养化状态[1-2]。有研究表明，中国公园水体存在TN、NH4+-N、TP、COD不同程度的超标污染，这不仅导致经济损失，同时也破坏生态系统结构和功能，不利于生态文明建设，更不利于人体健康[3]。因此，在水体景观构建中，有效去除水体中的污染物质是国内外生态环境科学领域研究的迫切发展需求。相比于传统的物化修复技术，生态修复技术具有操作简单、成本低廉、生态友好和可持续性强等优点。水生植物是水生态修复的关键要素，水生植物城市水体景观的重要构成部分。同时，水生植物可通过直接吸附和吸收污染物、协同微生物分解污染物等途径从水体中去除污染物或降低其毒性[4-5]。鉴于此，本研究分别选取了6种常见的水生植物，通过在室内条件下模拟富营养化城市河道水体环境，来检测其抑藻能力。

1. 材料与方法

1.1 试验材料

根据对富平石川河生长的水生植物种类调研，并查阅相关文献资料，选取千屈菜（Lythrum salicaria L.）、香蒲（Typha orientalis Presl）、再力花（Thalia dealbata）、荷花（Nelumbo  SP.）、花叶芦竹（Arundo donax var. versiocolor Stokes）、鸢尾（Iris tectorum Maxim.）6种常见的挺水植物作为研究对象。

1.2 试验设计

每组选取一种挺水植物，分别设置3个平行试验组，并设置对照组（无植物种植），共计19个试验组。本实验水样采样频率为：每10天采集一次水样；共采集水样6次。并定期监测水体中去污耐污指标。

1.3 指标测定

叶绿素ａ存在于所有绿色植物中，它是植物进行光合作用的主要色素，因此可以将它作为藻类光合作用能力的一项指标。

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2. 结果与分析

2.1 不同挺水植物微系统中抑藻指标叶绿素a含量变化情况

叶绿素是植物及藻类光合作用的重要色素，其中又以叶绿素a（chl a）最为重要。水环境系统中浮游藻的叶绿素ａ存在浓度可以反映出浮游藻的数量，是水体污染评价和富营养化评价中具有重要评价指标。

由图1可知，对照组所测得叶绿素a浓度在试验结束时，相比初始浓度出现了增加，6组不同挺水植物微系统水体中，叶绿素ａ在实验初期的波动较大；在实验结束时与初始浓度相比有明显降低。而种植鸢尾的实验组则在试验初期急剧下降后出现了一定的回升，之后下降趋于平稳，且Y处理在实验结束时chl a的含量最低（6.6 mg/L），较初始降低了37.1%，较CK低了54.1%，且与其他各处理达到显著差异（P<0.05）。对照组测得叶绿素a浓度随着时间一直呈现缓慢上升，其可能原因是实验时间为夏季，光照强烈，温度较高，水体中氮磷含量丰富，满足了藻类快速繁殖的条件，因此CK处理的chl a浓度呈逐步上升趋势，导致最终试验结束时所测浓度显著高于起始浓度。

图1 不同挺水植物系统中叶绿素a浓度变化

2.2 富营养化水体中不同挺水植物耐污性能研究

由表1可看出，再力花、鸾尾和荷花在富营养化水体中，脯氨酸含量随着时间呈一致的上升趋势，且植物生长良好，千屈菜和香蒲体内的Pro含量呈现下降趋势，但植物生长状况良好。再力花、鸾尾和荷花在污水条件下，MDA含量随着时间呈一致的上升趋势，且植物生长良好，说明这3种植物在污水环境下产生适应性抗逆反应，通过调节自身脯氨酸含量以适应污水环境。千屈菜、香蒲和花叶芦竹体内的MDA含量呈现下降趋势，可能是这两种植物更适应污水这种养分含量相对充足的生长环境，植物生长状况良好，分蘖数较多，清水环境反而成为一种相对的逆境，因而脯氨酸含量出现下降。

表1 不同植物微系统中耐污性能分析

3. 结论

不同挺水植物微系统中叶绿素a含量均出现下降，鸢尾、再力花及荷产生了一定的耐污性能花，对逆境适应良好。其中以种植鸢尾的水质改善、抑藻能力及耐污性能最佳。

参考文献：

[1] 李祚泳,丁晶. 环境质量评价原理与方法[M]. 北京：化学工 业出版社, 2004.

[2] 刘录三,黄国鲜,王璠,等. 长江流域水生态环境安全主要问题、形势与对策[J]. 环境科学研究, 2020,33(5):1081- 1090.

[3] Ansai A, Naeem M, Gill S, et al. Phytoremediation of contaminated waters: an eco-friendly technology based on aquatic macrophytes application[J]. The Egyptian Journal of Aquatic Research, 2020,46(4):471-476.

[4] 洪瑜,王英,王芳,等. 不同水生植物组合对稻田退水的氮磷 净化效果[J]. 环境科学与技术, 2020,43(3):110-115.

[5] Wang C, Zheng S S, Wang P F, et al. Effects of vegetations on the removal of contaminants in aquatic environments：a review[J]. Journal of Hydrodynamics, Ser B, 2014, 26(4): 497-511.