随着工业和社会的快速发展，污水的大量排放使我国许多湖泊水库严重富营养化，生态环境破坏严重。在治理富营养化水体的许多措施中，利用水生植物吸收营养物质，并通过收获植物带走营养物质是一种简单、高效、低成本的方法。
水生植物根系可以吸收水体中的N、P等物质，贮存于植物细胞中，并通过木质化作用，使其成为植物的组成部分。人工湿地是利用湿地中基质、湿地植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理、化学以及生物途径来净化污水，是处理污水的一种重要方式。湿地植物是人工湿地处理的核心部分，研究发现，不同湿地植物对N、P的去除效果有很大差别，不同植物对各污染物净化效率也不一样。植物生长具有一定的季节周期性，地上和地下部分相互促进、相互制约，在不同时期具有不同的生长重心，即植物的生长侧重点会随着植物的生长周期而发生改变。因此，要想对污染水体取得较好的净化效果，需要进一步对不同湿地植物的生长特性及其对污染水体的影响进行研究。
笔者通过室内模拟试验，选取石菖蒲、水芹、香蒲3种典型的湿地植物为研究对象，在静水条件下对NH4+-N、NO3--N、TN、TP等指标的变化进行分析，对3种植物的N、P吸收和水质净化能力进行比较，以期找出对富营养化水体具有良好净化效果的优选湿地植物，为人工湿地污水处理系统的构建和管理提供科学依据。
1、材料与方法
1.1 试验材料
试验所用的石菖蒲、水芹、香蒲3种水生植物采自徐州工程学院校园人工湖。根据不同水生植物特性，选取植株生长较好的3种植物幼苗进行培养。试验时选取根系发达、植株成熟、长势基本一致的植物放入圆台形塑料水桶（桶口直径52cm、桶底直径46cm、桶高70cm），自来水中驯化一周。
1.2 试验设计
试验设在宽敞通风、自然光照充足的实验室内。培养液主要用改良的Hoagland’s稀释液，培养液配方见表1。
将培养液加入驯化一周的植物系统中。试验水样体积均为20L，且桶底铺设5cm厚的细沙。每种植物设置3组平行试验，另外设置不含水生植物，只含细沙的处理为对照组。试验期间通过加蒸馏水来补充采样以及蒸发所消耗的水样。试验周期为18d，每3d分别测定水中NH4+-N、NO3--N、TN、TP的浓度以及3种植株的株高和根长。
1.3 监测项目
试验水体的水质指标监测参考国家环境保护局《水和废水监测分析方法》（第四版）进行，监测项目主要有NH4+-N、NO3--N、TN、TP等。NH4+-N监测方法采用纳氏试剂分光光度法；NO3--N监测方法采用紫外分光光度法；TN监测方法采用硫酸钾氧化-紫外分光光度法；TP监测方法采用钼酸铵分光光度法。
2、结果与分析
通过试验得到了3种湿地植物的生理指标变化及其在污染水体中NH4+-N、NO3--N、TN、TP的浓度变化情况。
2.1 不同湿地植物在污染水体中的生长情况
试验期间3种不同湿地植物均能正常生长，每株植物均有新叶长出，叶片变大，颜色鲜艳，植株普遍长高，其中水芹已经开花。
2.1.1 不同湿地植物株高变化情况
不同湿地植物株高变化情况见图1。
由图1可知，3种植物的株高在污水中较试验前均有变化。总的来说株高增长率高低依次为石菖蒲（30.8%）>香蒲（22.8%）>水芹（18.79%）。3种植物均在10d左右增长最快，在第12d后水芹和香蒲株高增长率逐渐趋于平缓，但石菖蒲仍处于增长阶段。由于植物生理衰亡原因，水芹株高增长率后期呈现下降趋势。同时由于在实验室中受光照等其他因素的影响，3种植物均呈现不同程度的徒长趋势，同时香蒲和石菖蒲的茎杆出现细长易折现象。石菖蒲在整个试验阶段生长正常，不断有侧芽发出，出叶快。
2.1.2 不同湿地植物根长变化情况
不同湿地植物根长变化情况见图2。
由图2可知，3种植物的根长均有明显变化，石菖蒲的根长增长率最大，为93.8%；其次为香蒲（65.0%）；根长增长率最小的是水芹（29.5%）。在试验前9d，3种植物根长变化最大，9d后根长增长率趋于平缓，与植物株高的增长趋势基本一致。后期石菖蒲和香蒲仍有增长趋势。
2.2 不同湿地植物对污染水体的净化效果
2.2.1 不同湿地植物对水体中NH4+-N的影响
不同湿地植物对水体中NH4+-N的影响见图3。
由图3可知，石菖蒲、香蒲、水芹对水中NH4+-N的最终去除效果基本一致，对照组对水体中NH4+-N的去除率也很高，NH4+-N去除率大小依次为石菖蒲（71.2%）＞水芹（66.4%）＞香蒲（63.8%）＞对照（51.6%）。这是因为水体中的氨氮少部分通过植物吸收挥发作用而去除，大部分则是通过强硝化作用的连续反应而去除。图中可看出在前3d水体中NH4+-N下降不明显，3～12dNH4+-N下降迅速，因为植物光合作用，硝化细菌生长迅速，硝化作用增强。
2.2.2 不同湿地植物对水体中NO3--N的影响
不同湿地植物对水体中NO3--N的影响见图4。
由图4可知，在试验前期NO3--N浓度下降缓慢，后期有逐渐下降的趋势。这是由于前期硝化作用占主导地位，NO3--N被转化成NO2--N，后期反硝化作用占主导地位，NO3--N或NO2--N被还原成N2逸出水体进入大气。图中明显看出3种植物中石菖蒲的去除效果明显高于其他两种植物，对照组对水中NO3--N去除率最低。NO3--N去除率依次为石菖蒲（81.6%）>水芹（71.9%）>香蒲（69.1%）>对照（41.6%）。
2.2.3 不同湿地植物对水体中TN去除的影响
不同湿地植物对水体中TN的影响见图5。
由图5可知，石菖蒲、水芹、香蒲3种植物和对照组对水体中TN的去除在前3d不明显，在3～15d迅速下降，直至平缓。石菖蒲和水芹对水体中TN的去除效果基本一致，对照组对水体中TN的去除最差。TN去除率依次为石菖蒲（88%）>水芹（87%）>香蒲（81%）>对照（38.5%）。
2.2.4 不同湿地植物对水体中TP去除的影响
N和P都是生物的重要营养物质，但藻类等水生生物对P更加敏感，当水体中P质量浓度在0.02mg/L以上时，对水体的富营养化就起到了明显促进作用。因此控制水体中P的含量非常重要。不同湿地植物对水体中TP的影响见图6。
由图6可知，石菖蒲和香蒲处理水体中的TP浓度下降趋势比较相近，石菖蒲和水芹的最终TP去除率相差不大。3种植物对水体中TP的去除效果均好过对照组。TP去除率依次为石菖蒲（73.1%）>水芹（70.8%）>香蒲（66.4%）>对照（32.6）。对照组3～12d下降得最快，与植物系统基本一致，但TP去除率不同，这说明植物对水体中TP去除影响很大。
3、结语
随着试验的进行，种植植物的水体浊度明显下降，透明度逐渐增加，而未种植植物的对照组变化不明显，可见水生植物对水体净化起着重要作用。石菖蒲在整个试验阶段株高和根长增长率最高，表明其适应能力强，生长较好；水芹在整个试验阶段株高和根长增长率最低，且后期出现枯黄现象，表明水芹较其他两种植物对此类污染水体适用性较差些，而石菖蒲则更适应此类水体。3种植物对于NH4+-N的去除效果基本一致，在前期开始迅速下降，在后期逐渐趋于平缓。石菖蒲对NH4+-N的去除率最高为71.2%；对于NO3--N的去除，石菖蒲的去除率明显高于其他两种植物，为81.6%；对于TN和TP的去除，3种植物与对照组相比都表现出良好的去除效果，其中石菖蒲和水芹的变化趋势和去除效果基本一致。
通过对不同水生植物生长情况和不同水生植物对水体中污染物去除效果的分析可知，试验水体中NH4+-N、NO3--N、TN、TP质量浓度变化与植物生长周期、生长速度以及根系长度有关。综上，石菖蒲的生长情况最好，对水体中N、P的去除效果最佳，可作为对富营养化水体净化的优选湿地植物。（来源：徐州工程学院环境工程学院，中国矿业大学环境与测绘学院）
