中国北部沿海高盐度地区人工湿地植物研究

　　　　　　　　　Dec　2006　　第9期(总99)　　　　　　　　　　JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETYNO.9(Ser.99)

2006年12月

文章编号:1006-2106(2006)09-0006-04

中国北部沿海高盐度地区人工湿地植物研究

郭焕晓

1ΞΞ

Ξ

　马牧源　孙红文

22

(1.铁道第三勘察设计院,　天津300251;　2.南开大学,　天津300071)

摘要:研究目的:解决我国北部沿海高盐度地区微咸水采用人工湿地污水处理系统时所需要植物类型和种类的问题。

研究方法:选定几种具有耐盐性的植物,采用在实验室内模拟人工基材无土栽培植物的方式进行试验筛选,在对试验数据进行分析的基础上选出所需要植物类型和种类。

研究结果:得出了可以用作中国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地污水处理系统的植物,选出了耐盐性和脱氮除磷效果均好的植物。

研究结论:(1)香蒲、睡莲、水葱、美人蕉、千屈菜和黄花鸢尾都可以用作中国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地污水处理系统的植物,其中以黄花鸢尾耐盐性最好。(2)香蒲、睡莲、水葱、美人蕉和黄花鸢尾都具有较高的脱氮除磷效果,其中以黄花鸢尾处理效果最好。(3)黄花鸢尾耐盐性和脱氮除磷效果好,并且具有很好的景观效益,可以在我国北方土壤盐碱化地区推广应用。关键词:耐盐性;人工湿地;植物中图分类号:X173　　文献标识码:A

ResearchonPlantsofConstructedWetlandinSaltySeashoreAreaatthe

NorthofChina

GUOHuan-xiao,MAMu-yuan,SUNHong-wen300071,China)

Abstract:Researchpurposes:ThepurposesaretofindsuitableplantsforconstructedwetlandinsaltyseashoreareaattheNorthofChina.

Researchmethods:Somefirstlychosenplantswithsalinitytolerancearemadetrialinlab.Andsuitableplantsarechosenbytheanalysisoftrialresults.

Researchresults:PlantsforconstructedwetlandinsaltyseashoreareaattheNorthofChinaandthepreferentialonewithhighsalinitytoleranceandgoodremovalefficiencyofnitrogenandphosphorarechosen.

Researchconclusions:(1)Typhaorientalis,Nymphaeatetragona,Lythrumsalicaria,Scirpustabernaemontani,CannageneralisandIrispseudoacorusarechosenassuitableplantsforconstructedwetlandinsaltyseashoreareaattheNorthofChina,andinwhichIrispseudoacorusiswithhighsalinitytolerance.(2)Asplantsforconstructedwetlandinsaltyseashorearea,Typhaorientalis,Nymphaeatetragona,Scirpustabernaemontani,CannageneralisandIrispseudoacorusareofhighremovalefficiencyofnitrogenandphosphorandIrispseudoacorusisthepreferentialone.(3)Irispseudoacorus,whichgenerallyhasalongflorescenceoffiveorsixmonthsandhasacharacteristicofcold-resistant,couldbethepreferentialplantforconstructedwetlandinsaltyseashoreareaattheNorthofChina,notonlywithhigh

　Ξ　收稿日期:2006-06-16

　ΞΞ作者简介:郭焕晓,1974年出生,女,工程师。

1

2

2

(1.TheThirdSurveyandDesignInstituteofChinaRailway,Tianjin300251,China;2.NankaiUniversity,Tianjin

第9期郭焕晓　马牧源　孙红文:中国北部沿海高盐度地区人工湿地植物研究

7

salinitytoleranceandremovalefficiencyofnitrogenandphosphorbutalsowithgoodlandscapingbenefits.(4)Typhaorientalis,Nymphaeatetragona,Scirpustabernaemontani,CannageneralisasplantsforconstructedwetlandinsaltyseashoreareaandIrispseudoacorusasthepreferentialoneforconstructedwetlandcouldbechosenfortheareaswithsaline-alkalisoilattheNorthofChina.

Keywords:salinitytolerance;constructedwetland;plants

　　我国水资源短缺现象非常严重,人均淡水占有量

不到世界平均值的1/4,居世界149个国家的第110位,被联合国列为13个贫水国之一;同时水污染也日益严重,目前,全国污水年排放量已达

8

(560～600)×10t,其中80%以上的污水未经处理就直接排入水域。水资源短缺和水污染严重已成为制约我国经济发展的重要因素。我国北部沿海高盐度地区位于渤海海岸附近,土壤属滨海海浸含盐土,地下水位高,矿化度大,含盐量高。这些地区不得不采用外调淡水来解决水资源问题,但随着上游地区经济发展,用水量增加,以及中国北方普遍性的缺水,外调水的供给能力呈下降趋势,造成了水源性缺水的局面。同时大量工业污水的排放,使水体受到不同程度污染,甚至严重污染。水资源短缺和污染严重,造成了城市生态基础设施的相对滞后,影响了城市的长远发展。因此,积极构建以植物修复为主体的再生水利用系统就尤为重要。我国北部沿海高盐度地区如果能将污水处理厂的二级出水经人工湿地深度处理后作为景观用水水源,就可以在一定程度上缓解我国北部沿海高盐度地区淡水资源日益紧张的问题,提高水资源综合利用率,满足城市对于娱乐性水环境的需求,减轻水体污染。

人工湿地污水处理技术是20世纪70年代末发展起来的一种污水处理新技术。人工湿地通过选择一定的水生植物,通过基质、水生植物和微生物之间的相互作用,过滤、吸附污水中的污染物从而达到净化污水的

[1]

目的。它具有处理效果好、氮磷去除能力强,运转维护管理方便,工程基建和运转费用低以及对负荷变化适应能力强等特点,适合于技术管理水平要求比较

[2]

低的污水处理。

水生植物是人工湿地污水处理系统的重要组分,植物选择的合适与否,直接决定着人工湿地污水处理性能的发挥,本文针对我国北部沿海高盐度地区微咸水,通过实验选出适合该地区生存的具有较高污物去除效果的人工湿地植物。

壤的理化性质也很重要。中国北部沿海高盐度地区地势低平,经常受到海水和海潮的浸渍,故土壤表层含盐量很高。经过雨水淋洗和微生物作用而发育成滨海海浸含盐土。经土壤化学成分调查可知,该区域内土壤属碱性,土壤含盐量较高,其浓度一般在25000～

-38000mg/kg之间,Cl含量在10000～13000mg/L之间,pH值8.5左右,属氯化钠性盐碱土壤。此外从土壤物理特性分析可知土壤粘性大,透气性不良,土壤次生盐渍化严重。这些条件对植物生长十分不利,导致其基本不能生长。因此,在这样高含盐量的土壤中一般的植物难以存活。为此,必须选择耐盐先锋植物。1.2　植物选择目前,全球发现的湿地高等植物多达6700余种,用于人工湿地处理系统且产生明显效果的仅仅几十种,选择合适的水生植物显得尤为重要。针对天津泰达土壤、地下水、污水含盐量本底值高的特点,从增加观赏性和强化净化双重目标出发拟选择耐盐碱、地上生物量大(易于收获处置)、耐污能力强、净化能力强、去污效果好、景观效果好、适合当地环境、根系发达、有一定的经济价值的凤眼莲、大漂、四叶萍、荇菜、黄花鸳尾、旱伞草、香蒲、睡莲、千屈菜、水葱等水生植物作为

[3-4]

试验植物。1.3　实验方法1.3.1　耐盐能力考察本实验在实验室内模拟人工基材无土栽培植物的方式进行,培养箱采用半透明塑料整理箱(65cm×45cm×50cm),人工基材采用厚度约2cm的泡沫板,并在板上均匀打孔,以满足固定植物的要求。为了保持培养箱内充足的光照,泡沫板覆盖面积仅为水面的50%,并保持整个板漂浮于水面上。

试验原水为天津泰达经济技术开发区污水处理厂经过连续微滤膜处理后的二级出水,试验原水中含氮总量(TN)12～20mg/L,含磷总量(TP)1.5～3.0mg/L,盐度为4‰～8‰。将采集清洗除土后的各种水生植物,分别放入从现场采集的水样中培养。现场水样受采集时间的影响,盐度在4‰～8‰之间变化。经过一段时间的驯养后,观察植物生长情况及测定其生长量的变化情况。

为进一步研究黄花鸢尾的耐盐性,采用人工配置

1　材料与方法

1.1　中国北部沿海高盐度地区土壤性质

植物是人工湿地污水处理系统不可缺少的部分。影响植物生长的因素除了气候、水分、养分等以外,土

8

　铁　道　工　程　学　报2006年12月

不同盐度的营养液,通过调节氯化钠的剂量调整营养

液的盐度,观察植物不同盐度下的生长情况及测定其生长量的变化情况。实验室温度控制在20～25℃,自然光条件下,并对每盆植物进行适时曝气,培养2周。1.3.2　去污能力考察试验用水为现场水样,分2次取得,香蒲、睡莲、千屈菜、水葱用水为总氮16.6mg/L,总磷2.52mg/L,盐度4‰;黄花鸢尾和美人蕉用水含总氮28.2mg/L,总磷2.51mg/L,盐度为6‰。

上述试验条件下进行4周试验,每周取样1次。试验期间,用蒸馏水补充蒸发水量,并设空白箱对照。测定水样中的总氮(TN)和总磷(TP),每个指标作2个重复。总氮的测定方法采用过硫酸钾氧化,紫外分光

[5]

光度法;总磷采用钼锑抗分光光度法。

图1　盐度4‰时植物的平均湿重增长量

2　结果与讨论

2.1　不同植物的耐盐能力

经过20天的培养,如表1、图1、图2所示,盐度为

4‰时,荇菜和旱伞草陆续烂根和枯萎,2周后全部死亡;香蒲、睡莲、千屈菜、水葱、黄花鸢尾和美人蕉,具有良好的适应性,可正常生长,株高,平均湿重都有所增加(图1),其中千屈菜生长缓慢并伴有个别植株死亡,黄花鸢尾和美人蕉有新芽萌出,生长良好。盐度为6‰时,香蒲、水葱、黄花鸢尾和美人蕉可以继续生长,平均湿重都有所增加(图2),但香蒲、水葱和美人蕉生长缓慢并伴有个别植株死亡,仅黄花鸢尾生长良好。盐度为8‰时,黄花鸢尾仍可以正常生长,湿重和株高都在增加,虽然长势略缓,新叶在试验期间没有萌发,但未有植株出现死亡;美人蕉出现植株死亡,枯叶等现象,湿重减轻。盐度为10‰时,黄花鸢尾湿重减少,株高降低,没有新叶萌发,并且出现叶片枯萎脱落的现象,但根部依旧发达,不会死亡。盐度达到12‰时,黄花鸢尾仅能存活4天,培养初期叶片变黄,老叶迅速枯萎,根部变黑,最终死亡。

表1　不同盐度对黄花鸢尾生长的影响盐度湿重增加量(g/株)株高增加量/cm新叶增加量/片

2‰6.82.13

4‰5.51.83

6‰3.10.62

8‰1.90.20

10‰-2.50

12‰--

图2　盐度6‰时植物的平均湿重增长量

地的植物。香蒲、睡莲、千屈菜、水葱、黄花鸢尾和美人

蕉耐盐性较好,适于作为我国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地的植物;其中黄花鸢尾的耐盐性比较突出,适于作为我国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地的优选植物。

2.2　耐盐先锋植物脱氮除磷效果

污水处理厂二级出水中含有一定量的氮、磷等营养物质,作为人工湖等景观用水时,由于水流缓慢,很容易造成水体的富营养化,引起藻类和其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,造成水质恶化,鱼类及其他生物大量死亡,为此采用人工湿地脱氮除磷以保

[5]

证湖中的水质。通过实验考察人工湿地中香蒲、睡莲、千屈菜、水葱、美人蕉和黄花鸢尾等水生植物的脱氮除磷效果(图3和图4)。

由图3、图4可以看出,香蒲、睡莲、千屈菜、水葱、黄花鸢尾和美人蕉总氮的净去除率分别为24.4%、31.6%、7.2%、15.5%、50.8%和21.4%;对总磷的净去除率分别为9.1%、13.1%、4.3%、15.5%、36.4%和18.5%。说明几种水生植物对水体中的氮磷都有一定的去除效果。千屈菜对总氮、总磷的去除率都较低,这主要是由于千屈菜耐盐性差,在试验用水中不能很好生存,植物生长量低,个别植株在实验期间陆续枯萎死亡,死亡的植株在水体中造成了二次污染。在试验第一周,香蒲、睡莲、千屈菜、水葱和美人蕉培养液中都出现了总氮、总磷略有升高的现象,可能是由于这几

-4.7死亡

　　因此,可以得出下列结论:

(1)盐度4‰和6‰时植株的耐盐性均表现出了一致性,即几种植物的耐盐型表现为:黄花鸢尾>美人蕉>香蒲(水葱)。

(2)荇菜和旱伞草耐盐性极差,不适于高盐度地区的微咸水体的生存环境,无法作为微咸废水人工湿

第9期郭焕晓　马牧源　孙红文:中国北部沿海高盐度地区人工湿地植物研究

9

3　结论

香蒲、睡莲、水葱、美人蕉、千屈菜和黄花鸢尾都可

以用作中国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地污水处理系统的植物,其中以黄花鸢尾耐盐性最好。香蒲、睡莲、水葱、美人蕉和黄花鸢尾作为微咸水人工湿地污水处理系统的植物,都具有较高的脱氮除磷效果,其中以黄花鸢尾处理效果最好。

黄花鸢尾耐盐性和脱氮除磷效果好,并且具有很好的景观效益,花期较长,一般为5～6个月,耐寒,可以用作中国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地污水处理系统的优选植物。

香蒲、睡莲、水葱和美人蕉作为中国北部沿海高盐度地区微咸水人工湿地污水处理系统的植物,黄花鸢尾作为人工湿地污水处理系统的优选植物,可以在我国北方土壤盐碱化地区推广应用。

图3　不同植物的TN去除效果

参考文献:

[1]　贺锋,等.复合构建湿地运行初期理化性质及氮的变化[J].长江流域资源与环境,2002,11(3):279-283.

图4　不同植物的TP去除效果[2]　张虎成,等.人工湿地生态系统污水净化研究进展[J].环

种植物自身组织脱落,体内氮磷进入水体中而造成的,

在后几周内,几种植物培养液中总氮、总磷都在稳步下降。而黄花鸢尾培养液中的总氮、总磷浓度在第一周就降低的十分明显,这可能是由于黄花鸢尾耐盐性好,在试验用水中能很好生存,不需要适应过程而形成的。几种水生植物对总氮去除能力为:黄花鸢尾>睡莲>香蒲>美人蕉>水葱>千屈菜;对总磷的去除能力为黄花鸢尾>美人蕉>水葱>睡莲>香蒲>千屈菜。由此可见黄花鸢尾对总氮、总磷的去除率都是最高的,说明黄花鸢尾有较强的脱氮除磷效果,尤其是对有一定盐度的富营养化水体,特别适于做为我国北部沿海地区人工湿地污水处理系统的优选植物。

境污染治理技术与设备,2004,5(2):11-14.

[3]　吴建强,等.人工湿地中水生植物的作用和选择[J].水资

源保护,2005,21(1):1-6.

[4]　王圣瑞,等.人工湿地植物的选择.湖泊科学[J].2004,16

(1):91-96.

[5]　黄亚,傅以钢,赵建夫,等.富营养化水体水生植物修复机

理的研究进展[J].农业环境科学学报,2005,24(增刊):

379-383.

[6]　国家环境保护总局.水和废水分析方法[M].4版.北京:

中国环境科学出版社,2002.

(编辑　慕成娟　张　滨)