全 文 ：http://www.cibj.com/
应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol 2013，19 ( 1 ) : 179-183
2013-02-25 DOI: 10.3724/SP.J.1145.2013.00179
人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水处理方
法 [1-2]. 人工湿地具有处理效果好、投资少、维护方便，在处理
污水的同时创造生态景观等优点，从而在生活污水、矿区重
金属污水、工业废水、农业污水等各种类型的污水处理中得
到广泛的应用[3-7].
近年随着工业的发展，一些处理不当或者未经处理的工
业废水以及部分化肥、农药的残留物经过雨水冲刷、地下渗
透等原因对水体造成污染，有的还包括汞、镉、铬、铅、砷、
锌、铜等重金属污染物. 植物是人工湿地的主要组成部分，
梭鱼草和芦苇人工湿地对重金属和营养的
去除率比较*
韦菊阳1, 2 陈章和2**
（1华南师范大学化学与环境学院 广州 510631）
（2华南师范大学生命科学学院 广州 510631）
摘 要 为探讨梭鱼草（Pontederia cordata L.）作为人工湿地植物的应用潜力，通过在室外用瓷盆（上直径80 cm，底
直径50 cm，高45 cm）构建单种潜流湿地，比较了梭鱼草与常用的人工湿地植物芦苇（Phrag mite s aust ral i s Tr in .
ex S t eud .）在人工湿地中对营养物质和重金属Cd2+和Pb2+的去除率. 结果显示，梭鱼草对总氮（TN）和生化需氧量
（BOD5）的去除率显著高于芦苇（P<0.05）. 两种植物湿地对Cd
2+和Pb2+的去除率无显著差异. 两种植物体内Cd2+和
Pb2+的含量均是根>茎>叶，根部为主要的富集器官. 污水停留2 d和停留7 d，两种湿地对营养物质的去除率差别不大，
而对重金属的去除率，停留7 d显著高于停留2 d，表明人工湿地对重金属的去除比对营养的去除要慢一些. 研究表明，
梭鱼草是一种具有良好景观效果和较高去污率的湿地植物，在人工湿地中具有较好的应用潜力. 图3 参23
关键词 梭鱼草；芦苇；营养物质；重金属；去效率；人工湿地；污水处理
CLC X173 : X703
Removal of Heavy Metal Elements and Nutrients by Pontederia cordata and
Phragmites australis Constructed Wetlands*
WEI Juyang1, 2 & CHEN Zhanghe2**
(1South China Normal University, School of Chemistry and Environment, Guangzhou 510631, China)
(2South China Normal University, College of Life Sciences, Guangzhou 510631, China)
Abstract For studying the potential applications of Pontederia cordata L. as a constructed wetland plant, the removal effects
of P. cordata and Phragmites australis Trin. ex Steud. on nutrients and heavy metal elements in the wetlands were compared.
Mono-cultivated small-scale wetlands were constructed using pots (80 cm-50 cm-45 cm, the upper diameter - bottom diameter
- high). The results showed that the removal rates for TN and BOD5 by P. cordata was significantly higher than those by
P. australis (P < 0.05). But there was no significant difference between them for the removal of Cd2 + and Pb2+. Content
distribution of Cd2+ and Pb2+ in both plants was as follows: root > stem > leaf. For both the wetlands, there was little difference
in nutrient removal between hydraulic retention time (HRT) of 2 d and 7 d, but heavy metal removal rate at HRT of 7 d was
significantly higher than that at HRT of 2 d , indicating that the removal of heavy metals was slower than that of nutrients in the
constructed wetlands. These results suggest that P. cordata has a good application potential in constructed wetlands because of
its good visual effects and high removal rates for wastewater pollutants. Fig 3, Ref 23
Keywords Pontederia cordata; Phragmites australis; nutrient; heavy metal; removal rate; constructed wetlands; wastewater
treatment
CLC X173 : X703
收稿日期 Received: 2011-12-22 接受日期 Accepted: 2012-03-19
*国家自然 科学基 金项目（30 47034 6）和广东省自然 科学基 金项
目（06025056）资助 Supported by the National Natural Science
Foundat ion of China (No. 30470346) and the Natural Science
Foundation of Guangdong, China (No. 06025056)
**通讯作者 Corresponding author (E-mail: chenzhh@scnu.edu.cn)
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梭鱼草和芦苇人工湿地对重金属和营养的去除率比较 1期
对重金属具有富集能力，茎、叶等部分的重金属随植物的收
割最终从湿地中去除 [8]. 运用人工湿地处理这类废水，不仅
对污水中的营养物质有良好的去除率，同时能去除废水中的
重金属离子.
梭鱼草（Pontederia cordata L.）别名北美梭鱼草，久雨
花科（Pontederiaceae）梭鱼草属（Pontederia）植物，在美洲
热带和温带均有分布，我国华中等地有引种栽培. 采用分株
法和种子繁殖. 花序顶生，穗状，蓝紫色，植株高大挺拔，叶
色翠绿，是水景绿化的上等花卉. 目前，国内外对于梭鱼草的
研究主要是在造景技术方面 [9-10]，而在人工湿地污水处理的
研究和应用很少 [11-13]. 据我们初步观察，梭鱼草在人工湿地
中生长良好，有可能作为污水处理人工湿地植物. 我们以最
常用的人工湿地植物芦苇（Phragmites australis）作为参照，
在小型的潜流人工湿地中，研究梭鱼草和芦苇对污水中总氮
（TN）、总磷（TP）、生化需氧量（BOD5）、可溶性磷（SP）、
氨氮（NH4-N）、硝氮（NO3-N）和Cd
2+、Pb2+的去除率，以期为
评价梭鱼草在人工湿地的应用潜力提供参考.
1 材料与方法
采用10个瓷缸（上直径80 cm ，底直径50 cm ，高45 cm）
构建小型的潜流人工湿地 . 每一小湿地垂直埋入直径4 cm
的塑料管2根，2根塑料管的一端露在基质表面，另一端分别
埋至深度15 cm和基质底部，用于污染物去除率测定时取中
部和底部的水样. 用直径为2 cm左右的砾石填满湿地. 种植
芦苇和梭鱼草，每一湿地种植一株，各5个重复. 用于本文测
定的是生长第3年的湿地，测定时梭鱼草和芦苇湿地的植物
平均生物量分别为1 152 g和841 g. 向污水中投加Cd(NO3)2和
Pb(NO3)2，使Pb
2+和Cd2+在污水中的浓度为2.1 mg L-1和0.6 mg
L-1. 用塑料桶向湿地定量浇灌含Pb2+和Cd2+的污水，污水停
留7 d. 污水来源于华南师范大学学生宿舍楼所排放的生活
污水. 在浇灌后分别在d 2、d 7取水样，参照国家环保局《水
和废 水监 测分析方法》[24]，检测Pb2+、Cd2+和TN、TP、SP、
NH4-N、NO3-N、BOD5的含量.
浇灌d 7，将微型湿地中植物收割. 在实验室内先用自来
水冲洗采集回来的植物，去除表面污物，再用去离子水冲洗.
将其晾干后，称其根、茎、叶的鲜重，再把样品放人烘箱中，
在105 ℃下杀青30 min，在70 ℃下烘干8 h至恒质量，用电子天
平称样品的质量，得到植物根、茎、叶的干质量. 再将其碾碎
装入乙烯袋中备用.
准 确 称 量 芦 苇、梭 鱼草 地 上与 地下 部 分 样 品 粉 末 各
0.200 0 g，将称量好的样品先在低温电炉上碳化约l0-30 min，
再将瓷坩埚转入马弗炉中在500 ℃下灰化5 h. 灰化后的样品
粉末中加入1:1的硝酸溶液10 mL，进行样品的稀释、提取，然
后转入100 mL容量瓶内，并用去离子水定容至刻度. 全过程
用同一空白样作为对照. 采用冷原子吸收测定样品中的Pb2+
和Cd2+浓度.
使用Microsoft Excel 2003和SPSS18软件进行数据统计分
析，利用单因素方差分析进行差异显著性分析.
2 结果与分析
2.1 湿地对营养物质的去除
图1为梭 鱼草和芦 苇 湿 地 对营养 物质的去除 情况 . 停
留时间2 d和7 d，芦苇湿地 对 TN的去除率分别为80.6%和
85.4%，梭鱼草湿地分别为85.0%和91.7%，两种湿地不同停留
时间之间的去除率均无显著差异. 梭鱼草湿地在停留2 d和7
d对TN的去除率均略高于芦苇，但无显著差异.
两种湿地对NH4-N的去除率变化趋势相同. 停留时间2 d
和7 d，芦苇湿地的去除率分别为87.0%和93.2%，梭鱼草湿地
为86.0%和86.2%，芦苇湿地的去除率略大于梭鱼草湿地的去
除率，但两者无显著差异. 两种植物湿地在停留2 d的去除率
与停留7 d的去除率无显著差异.
停留时间为2 d和7 d时，芦苇湿地对NO3-N的去除率分
别为95.8%和93.2%，梭鱼草湿地为93.2%和78.8%. 在停留时
间2 d，两种湿地无著差异. 停留时间7 d，芦苇湿地的去除明
显高于梭鱼草湿地（P<0.05）. 芦苇湿地在停留2 d和7 d的去
除率无显著差异，而梭鱼草湿地在停留2 d对NO3-N去除率则
显著高于停留7 d的去除率（P<0.05）.
两种植物对TP的去除率较为明显. 停留2 d和7 d，芦苇
湿地的去除率分别为77.9%和86.9%，梭鱼草湿地为88.6%和
91.4%. 不同湿地的去除率无显著差异.
停留2 d和7 d，芦苇湿地对SP的去除率分别为61.8%和
64.4%，梭鱼草湿地为58.2%和65.7%. 芦苇湿地的去除率略高
于梭鱼草湿地，但在相同的停留时间不同植物湿地的去除率
无显著差异，同一植物湿地在不同停留时间的去除率也无显
著差异.
两种湿地对BOD5的去除率都较低. 停留2 d和7 d，芦苇
湿地的去除率分别为31.1%和46.0%，梭鱼草湿地为53.46%
和65.7%. 停留7 d时梭鱼草湿地去除率明显大于芦苇湿地
（P<0.05），停留2 d时，两种湿地无显著差异. 梭鱼草湿地在
停留7 d的去除率明显大于停留2 d的去除率（P<0.05），芦苇
湿地在不同停留时间的去除率无显著差异.
2.2 湿地对重金属的去除
2.2.1 重金属的去除 图2为梭鱼草和芦苇湿地对重金属的
去除情况. 梭鱼草和芦苇湿地停留7 d对水中Cd2+的去除率高
于停留2 d对Cd2+的去除率. 其中停留2 d时，芦苇湿地对水中
Cd2+的去除率为58.6%，梭鱼草湿地为52.6%. 停留7 d，芦苇
湿地对水中Cd2+的去除率为86.4%，梭鱼草湿地为86.0%. 相
同停留时间，芦苇湿地对水中Cd2+的去除率略大于梭鱼草湿
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1期 韦菊阳等
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地，但无显著差异. 两种植物湿地停留7 d对Cd2+的去除率均
显著高于停留2 d的去除率（P<0.05）.
芦苇和梭鱼草湿地 对水中Pb2 +的去除率 较高. 两种植
物湿地停留7 d对Pb2+的去除率均显著高于停留2 d的去除率
（P<0.05）. 在停留2 d和7 d时，芦苇湿地对Pb2+的去除率分别
为69.6%和90.2%，梭鱼草湿地为64.0%和89.7%. 相同停留时
间，芦苇湿地和梭鱼草湿地对水中Pb2+的去除率无显著差异.
2.2.2 植物体内的重金属含量 图3为梭鱼草和芦苇中重金
属的含量 情况 . 芦苇各器官Cd2 +的含量（mg g-1）分别为根
0.034、茎0.018、叶0.015. 梭鱼草各器官中Cd2+的含量分别为
根0.029、茎0.002、叶0.009. 两种植物不同器官Cd2+的含量大
小为根>茎>叶. 两种植物相同器官中Cd2+的含量无显著差异.
芦苇各器官中Pb2 +的含量（mg g-1）分别为根0.027、茎
0.021、叶0.015. 梭鱼草各器官Pb2+的含量分别为根0.027、茎
0.017、叶0.015. 两种植物中Pb2+的含量大小为根>茎>叶. 芦苇
茎Pb2+的含量明显大于梭鱼草茎Pb2+的含量（P<0.05）. 两种
植物叶和根中Pb2+的含量无显著差异.
3 讨 论
植物是人工湿地的重要组成部分，可以净化污水，为根
区输送氧气 [15]，一些植物还具有景观价值 [9-10]. 要使人工湿地
有较强的污水处理能力和较高的景观价值，选择适当的人工
湿地植物是必要的.
陈永华等以包括梭鱼草在内的17种湿地植物为材料，
图1 梭鱼草和芦苇湿地不同停留时间对营养物质的去除率
Fig. 1 The removal rates of nutrients by P. cordata and P. australis monoculture wetlands at 2-d and 7-d retentions
182
应用与环境生物学报 Chin J Appl Environ Biol http://www.cibj.com/
梭鱼草和芦苇人工湿地对重金属和营养的去除率比较 1期
对根系数量、长度、生长量等评价指标进行聚类分析，结果
表明梭鱼草的净化潜力较好 [17]. 其他的研究也显示梭鱼草对
氮、磷有较强的吸收富集能力[13]. 本实验结果显示，梭鱼草
和芦苇对TN、TP、NH4-N、NO3-N的去除率都较好，去除率达
到77.9%-95.8%. 两种植物对SP、BOD5的去除率一般，去除率
可以达到50%左右. 但是，梭鱼草对TN和BOD5的去除率显著
高于芦苇. 目前，湿地植物筛选标准主要是适应性强、生物
量大、耐污能力强、根系发达、具有抗逆性 [16-17]. 梭鱼草生长
较芦苇快（特别是种植后的1-2年）. 因此，梭鱼草应用于污水
处理人工湿地具有较好的潜力.
人工湿地去除污水重金属的主要机理为基质吸附和植
物吸收，重金属主要库存于基质和植物中，植物通过吸收、
转化和累积作用，可以在一定程度上去除水体中的重金属，
从而改善水质 [18-19]. 植物对有毒有害物质的吸收以被动吸收
为主，增加植物和废水的接触时间，可增强植物对其的去除
率 [20]. 实验结果表明，两植物人工湿地对Pb2+和Cd2+具有较好
的去除率，且停留时间较长，Pb2+和Cd2+的去除率较高. 两种
植物对Cd2+、Pb2+的累积量均为根>茎>叶，这说明Cd2+和Pb2+
在两种植物各部位的转移能力较弱，主要富集在两种植物的
根部. 这可能是植物对重金属污染的一种适应，把水体中有
害的重金属阻滞在根部. 两植物湿地的基质都是砾石，所以
基质对重金属的吸收量相近. 对Pb2+和Cd2+ 的去除的差异在
两植物湿地中植物的吸收和植物的泵氧作用，增加了污水中
重金属的氧化和沉降 [21]. 本实验结果中两植物湿地对Cd2+和
Pb2+去除率无显著差异，且两植物各器官Cd2+的含量无显著
差异，叶和根Pb2+的含量无显著差异，仅芦苇茎Pb2+的含量
明显大于梭鱼草茎Pb2+的含量（P<0.05）. 因此梭鱼草与芦苇
对Cd2+的吸收和泵氧作用无显著差异，对Pb2+的吸收和泵氧
作用相近. 因而，通过以芦苇为参照，结果显示梭鱼草可运用
于修复含Cd2+和Pb2+的超标但又非高超标水体.
污水在湿地内部的停留时间长短将直接影响其净化率.
胡勇有等研究显示，当停留时间从8 h延长到24 h时，植物对
TN的去除率都有不同程度的提高[22]. 但也有研究显示，延长
停留时间净化率并没有显著差异 [23]. 本研究比较了停留时间2
d和7 d的净化率. 结果表明，随停留时间的增加，两植物湿地
对BOD5、TN、TP、SP的去除率通常无显著差异，停留时间为
2 d时，两植物湿地对Cd2+和Pb2+的去除率达到了50%以上. 当
停留时间为7 d时，对Pb2+和Cd2+的去除率高于2 d停留时间的
去除率，去除率都达到了80%以上. 可见，人工湿地对重金属
的去除比对营养的去除要慢些. 因此，要去除污水中的重金
属，停留时间要适当长些，在实际应用中可以根据去除不同
的污染物合理设置水力停留时间.
图2 两种植物湿地不同停留时间对Cd2+和Pb2+的去除率
Fig. 2 The removal rates of Cd2+ and Pb2+ by P. cordata and P. australis monoculture wetlands at 2-d and 7-d retentions
图3 两种植物各器官中Cd2+和Pb2+的含量
Fig. 3 Accumulation of Cd2+ and Pb2+ in different organs of P. cordata and P. australis
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1期 韦菊阳等
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