水生植物对富营养化水体的修复及对底泥营养释放的影响

摘要

水污染已成为全球水资源短缺的一个重要因素。水体富营养化是水污染中的最为普遍的现象，也是国内外水环境污染治理难题。相应地，水体富营养化发生机理、及相关修复技术的应用与机理研究成为了国内外植物营养学、环境生态学研究的前沿和热点。植物修复是近年来发展起来的一种效果好、耗能低、成本低廉的治理富营养化水体的新技术，已经引起国内外学术界的高度重视。
　　 在富营养化水体中，一般来说，底泥与上覆水中氮磷营养盐浓度处于一个动态平衡状态。水生植物修复富营养化水体时，水体营养盐浓度降低，打破了上覆水与底泥的养分平衡。本试验采用人工模拟方法，研究比较不同水生植物(水葫芦、水浮莲与香蒲)对不同程度富营养化水体的净化效果，探讨净化过程中底泥间隙水营养盐浓度的变化，旨在为利用水生植物修复污染水体和有效消减富营养化湖泊内源污染负荷提供理论依据。
　　 取得的主要结果与结论如下：
　　 (1)在日均温5℃～15℃，TN浓度为3.0 mg/L～15 mg/L，TP浓度为0.3 mg/L～1.0mg/L的富营养化水体中水浮莲、水葫芦能够正常地生长。在在较低温度下，水浮莲适应更快，根系和生物量的增加也更快，而水葫芦适应期较长，生物量增加慢于水浮莲。
　　 (2)在本试验所涉及的3种富营养化水体中，水浮莲系统对上覆水总氮与总磷的去除率分别是63.1％～88.3％，93.3％～97.4％；水葫芦系统对其去除率分别是86.5％～65.9％，90.0％～95.0％。水浮莲系统对上覆水的总氮与总磷浓度去除率高于水葫芦系统，对上覆水总氮与总磷浓度的控制优于水葫芦系统。随着初始浓度的增加，水浮莲系统与水葫芦系统的对TN的去除率降低；对总磷的去除率增加。底泥间隙水向上覆水中释放氮磷营养盐。水浮莲与水葫芦的生长促进了底泥间隙水中氮磷营养盐向上覆水的释放。水浮莲的生长比水葫芦的生长更有利于底泥间隙水中氮磷营养盐的释放。
　　 (3)在日均温20℃-35℃，TN浓度为3.0mg/L～15 mg/L，TP浓度为0.3mg/L～1.0 mg/L的富营养化水体中，水葫芦跟香蒲均能很好的生长并有效地消减上覆水中总氮(TN)和总磷(TP)。水葫芦对环境适应明显优于香蒲，表现为迅速地生长，和生物量明显的增加。水葫芦净化系统对水体TN、TP的去除率分别为72.0％～94.0％、82.5％～98.1％；香蒲净化系统对TN、TP的去除率分别为66.0％～92.8％、77.0％～93.8％。两水生植物净化系统的出水水质均达到地表水质量Ⅲ类标准。
　　 (4)水葫芦、香蒲吸收作用对水体TN去除贡献率分别为110.0％-492.9％和53.2％～271.5％；对磷的去除贡献率分别为164.6％～717.4％和139.3％～573.7％，上覆水浓度越低，植物吸收作用对水体氮、磷去除贡献率越高。
　　 (5)水生植物(水葫芦与香蒲)的生长促进了底泥中N、P向上覆水体的释放；上覆水营养盐浓度越低，底泥营养盐释放速率越高。水葫芦在促进底泥中氮、磷营养向间隙水中释放的效果强于香蒲，同时能更有效消减或控制上覆水中TN、TP。在试验后期香蒲净化系统底泥间隙水中氨氮+硝氮的浓度下降明显，低于水葫芦系统与泥+水系统，这可能是因为香蒲根系十分发达，可直接从底泥中吸收养分，从而降低了底泥中间隙水中N向上覆水释放的速率，表现对底泥间隙水中的营养盐释放有抑制作用。