全 文 ：中国环境科学 2008,28(5)：471~475 China Environmental Science

风车草和香蒲人工湿地对养殖水体磷的去除作用
杨长明*,顾国泉,邓欢欢,李建华 (同济大学长江水环境教育部重点实验室,上海 200092)

摘要：研究了风车草和香蒲水平潜流人工湿地对养殖水体中不同形态磷的去除效果差异,并对其机理进行了探讨.结果表明,以风车草湿地
为例, 对养殖水体中总磷(TP)、颗粒态磷(PP)、溶解态正磷酸盐(DIP)、溶解态有机磷(DOP)的平均去除率分别为 87%、95%、92%和 43%,
表明人工湿地对水体中不同形态磷的去除效果存在差异. 风车草湿地处理系统对 TP 和 DIP 的去除率显著(P<0.05)高于香蒲湿地.而对于
DOP 的去除效果,香蒲湿地处理系统要明显(P<0.05)优于风车草湿地系统.在运行 80d 后,风车草人工湿地出水 DOP 浓度要高于进水浓度,
表明该湿地系统出现 DOP 净释放现象.
关键词：潜流人工湿地;养殖水体;磷形态;去除效果;风车草;香蒲
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2008)05-0471-05

Comparison of phosphorous removal efficiency from aquaculture water between Cyperous alternifolius and Typha
angustifolia subsurface-flow constructed wetlands. YANG Chang-ming*, GU Guo-quan, DENG Huan-huan, LI
Jian-hua (Key Laboratory of Yangtze Water Environment of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 20092,
China). China Environmental Science, 2008, 28(5)：471~475
Abstract：The removal efficiency of different forms of phosphorus in a eutrophic fish pond from Chongming Island
was compared between the Cyperous alternifolius and Typha angustifolia subsurface-flow constructed wetlands
(SFCWs), and the mechanisms were discussed. The removal rates of total phosphorus (TP), particulate phosphorus
(PP), dissolved inorganic phosphorus (DIP), and dissolved organic phosphorus (DOP) by the Cyperous alternifolius
SFCW was 87%, 95%, 92% and 43%, respectively, which suggested that the purification efficiencies of different
forms of phosphorus in the SFCW were different. It was also observed that the removal efficiencies of both TP and
DIP in the Cyperous alternifolius SFCW were significantly higher than in the Typha angustifolia SFCW (P<0.05).
However, the Typha angustifolia SFCW showed a markedly greater DOP removal efficiency compared to Cyperous
alternifolius SFCW (P<0.05). After 80 days of the experiment, it was interesting to observe that the concentration of
DOP in the outlet was higher than in the inlet of the Cyperous alternifolius SFCW, indicating a net DOP release from
the treatment system.
Key words：subsurface-flow constructed wetlands(SFCWs)；aquaculture water；phosphorus forms；purification
performance；Cyperous alternifolius；Typha angustifolia

随着我国农村集约化鱼塘养殖规模的不断
增加,养殖水体污染问题日趋突出,严重影响当地
的渔业生产和环境的改善[1].加强对村镇水环境
治理已成为我国未来农村环境整治的一项重要
而又迫切的任务.人工湿地(CWs)作为一种新型
的富营养化水体生态修复技术,具有投资少、抗
冲击、景观生态相容性好等诸多优点,已得到广
泛应用[2-3].磷被视为水体富营养化形成的主要
限制性因素[4],近年来,关于人工湿地对水体中磷
的去除作用研究较多,包括不同基质对水体中磷
的吸附去除过程、影响因素及其作用机理方面
等 [5-6].而关于不同植物类型人工湿地对水体中
不同磷形态的去除差异方面的研究鲜见报道,一
些研究通过配水进行模拟实验,所获得数据可能
与实际情况有较大出入.作者通过构建水平潜流
人工湿地小试装置,系统研究风车草和香蒲人工
收稿日期：2007-09-12
基金项目：上海市科委重大科技专项(06dz12307);上海市科委研发
基地项目(06dz22109)
* 责任作者, 副教授, cmyang@mail.tongji.edu.cn
472 中 国 环 境 科 学 28 卷

湿地对富营养化养殖水体中不同形态磷的去除
效果,并探讨了可能的机理,为解析人工湿地除磷
机理以及养殖水体生态修复工程设计,提供理论
依据与技术支撑.
1 材料与方法
1.1 人工湿地处理系统构建
试验装置由 2 套水平潜流人工湿地系统组
成 , 由 PVC 塑料板焊接而成 . 湿地容积为
0.48m3(1.5m×0.4m×0.8m),两端各有一个长 15cm
的进水区和出水区.湿地床体下部铺设厚 10cm
的碎石(粒径 10~12mm),上部主填料为厚 50cm
的碎石(粒径 4~6mm),水在其中水平流动,常水位
55cm.分别种植香蒲(Typha angustifolia,20 株/m2)
与风车草(Cyperous alternifolius,15 株/m2),其中
香蒲根系发达、去除污染物能力强、景观效果好,
是比较常用的人工湿地植物[7];风车草具有较强
的耐污能力和较高的地上部分生物量,是具有开
发前景的人工湿地植物[8].这 2 种植物耐盐、抗倒
伏,比较适合在当地栽培.湿地系统于 2006 年 4
月上旬栽种植物,并进行养护,于 5 月中旬开始正
常运行.进水处理负荷为 0.08m/d,理论停留时间
为 69h.考虑到实验基地夏季雨量大、降雨频繁等
问题,建造了移动式简易遮雨棚,以避免降雨对湿
地运行的影响.
1.2 进水水质状况
供试的进水取自实验基地附近的养殖鱼塘,
面积约为 900m2,平均水深为 1.5m.试验期间,进
水污染物浓度分别为 CODCr 38.7~177.8mg/L;
TN 1.49~6.64mg/L; NH4+-N 0.12~0.81mg/L; TP
0.70~1.64mg/L; Chla 33.2~256.4mg/m3,水质总体
上处于富营养化状态,并在 2006 年和 2007 年夏
季均出现了蓝藻暴发现象.
1.3 取样与测定方法
在湿地运行过程中,每隔4d取水样1次.参照
文献[9],COD 采用重铬酸钾法测定,TN 采用碱性
过硫酸钾消解,紫外分光光度法测定;Chl a 采用
丙酮提取法测定;进、出水中的 TP 采用过碱性硫
酸钾消解－紫外分光光度法测定 ;将水样经
0.45µm 醋酸纤维滤膜过滤后,所得滤液采用紫外
分光光度法进行总溶解态磷(TDP)测定;可溶性
无机正磷酸盐(DIP)采用钼酸铵分光光度法测
定.TP 与 TDP 的差值即为颗粒态磷(PP); TDP 与
DIP 之差即为溶解态有机磷(DOP).
2 结果与讨论
2.1 进水中不同形态磷的含量及变化
在 140d 试验期间,进水中 TP 浓度范围为
0.70~1.64mg/L, 平均为 1.146mg/L.通过对不同
形态磷进行分级和计算显示(图 1):供试水体中
TP 主要以可溶性无机正磷酸盐(DIP)为主,平均
占到 62%,颗粒态磷(PP)约占 30%,而溶解性有机
磷(DOP)所占比例最少,仅为 8%左右.进水中 PP
在整个试验期内先升后降,至第 100d 出现峰值.
此时气温约 28℃,水华开始暴发,Chl a 浓度达
200mg/m3,因此 PP 浓度显著上升,平均浓度为
0.404mg/L,较试验开始阶段进水浓度增加了 1.5
倍,使得 TP 含量出现明显增加.进水中 DIP 和
DOP 与 PP 相似,总体也呈现先升后降的变化趋
势,但变化幅度明显小于 PP.

DIP DOP PP
12

图 1 人工湿地系统进水中不同形态磷分配
Fig.1 Distribution of P with different forms in the
TP in raw eutrophic aquaculture water
2.2 湿地系统对 TP 的去除作用
由图 2 可见,尽管进水 TP 浓度在存在一定
的变化,但 2 种湿地处理系统出水平均 TP 浓度
为 0.13mg/L,基本能够满足改善地表水体质量
的要求,平均去除率在 85%左右,总体除磷效果
良好.运行 80~100d 时,出水 TP 升高的原因可能
5 期 杨长明等：风车草和香蒲人工湿地对养殖水体磷的去除作用 473

是由于在此期间,鱼塘发生水华,Chl a 迅速升高,
大量藻类含有的有机磷进入湿地产生积累,并
随着藻类分解释放了相当的磷.在试验前段时
期 (0~80d),风车草湿地对 TP 的去除率明显
(P<0.05)高于香蒲人工湿地.试验运行 90d 后(10
月),香蒲湿地对 TP 去除效果要稍高于风车草.
这主要是由于风车草在试验前半段生长迅速,
生物量较大,而 10 月份基本停止生长;香蒲在秋
季生长仍然较为旺盛,对磷的吸收量也较大.但
总体来说,风车草湿地系统对 TP 的去除效果要
高于香蒲湿地处理系统.

0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108120
TP
浓
度
(m
g/
L)
0
20
40
60
80
100
去
除
率
(%
)出水
去除率
风车草
2 48 60 84 96 108 120
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108120
运行时间(d)
TP
浓
度
(m
g/
L)
0
20
40
60
80
100
去
除
率
(%
)出水
去除率
香蒲
12 0 24 36 48 60 72 84 96 108 120

图 2 风车草和香蒲人工湿地对水体中 TP 的去除率
Fig.2 TP removal efficiency by Cyperous alternifolius
and Typha angustifolia SFCW treatment systems
2.3 湿地系统对 PP 的去除效果
由于水华暴发,导致进水中 PP 的变化幅度
非常大,但2 种湿地处理系统出水 PP浓度较为稳
定,均维持在 0.024~0.046mg/L (图 3).整个运行阶
段,2 种类型湿地对进水中 PP 的去除率均在 90%
以上,平均为 95%.这说明,一方面通过基质吸附
和系统的过滤作用,可以有效去除水体中颗粒态
磷[10];另一方面,藻类残体态形式存在的 PP 在进
入湿地系统后,在微生物的作用下会发生降解作
用,将 PP 转化为 TDP.风车草湿地系统对 PP 的去
除效率略高于香蒲湿地系统,但在统计上两者并
无显著差异(P<0.05),说明人工湿地系统对 PP 的
去除过程较为简单,主要依靠湿地基质的吸附和
系统的过滤作用.

0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108120
PP
浓
度
(m
g/
L)
0
20
40
60
80
100
去
除
率
(%
)
出水
去除率
风车草
120 24 36 48 60 72 84 96 108 120

0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108120
运行时间(d)
PP
浓
度
(m
g/
L)
0
20
40
60
80
100
去
除
率
(%
)出水去除率
香蒲
2 48 60 96 108120

图 3 风车草和香蒲人工湿地对水体中 PP 的去除率
Fig.3 PP removal efficiency by Cyperous alternifolius
and Typha angustifolia SFCW treatment systems
2.4 湿地系统对 DIP 的去除
由图 4 可见,2 种处理系统出水 DIP 浓度先
逐渐上升,运行 108d 后,呈略微下降趋势,这验证
了 DIP 在湿地运行初期主要依靠基质吸附、沉
淀等去除过程[11].2 种湿地出水 DIP 浓度最高值
均出现在运行 100d左右,说明基质对DIP的吸附
能力下降,也可能是由于前期积累的藻类腐败分
解后释放出了 DIP[12],加上停留时间不足,导致湿
地处理系统出水 DIP 浓度升高.在整个运行期间,
风车草湿地出水 DIP 浓度均低于香蒲湿地系统,
这种差异在系统运行中、后期表现更为明显.
474 中 国 环 境 科 学 28 卷

0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108 120
运行时间(d)
D
IP
浓
度
(m
g/
L)
香蒲
风车草
2

图 4 风车草和香蒲湿地系统出水 DIP 浓度变化
Fig.4 Concentrations of DIP in the outlet flow of
Cyperous alternifolius and Typha angustifolia SFCW
在整个试验期间,风车草湿地处理系统 DIP
去除率为 87%~96%,平均 92.5%;香蒲湿地处理
系统DIP去除率为79%~88%,平均85.4%.这种差
异可能与 2 种湿地植物本身对磷的吸收能力不
同有关.植物收割分析后发现,风车草植物体生物
量和 TP 含量均明显高于香蒲(表 1).说明风车草
在对磷的去除贡献上明显优于香蒲.因此,选择合
适的植物,也可以明显提高湿地系统对磷的去除
效果[13].
表 1 两种湿地植物对磷吸收能力差异的比较
Table 1 Comparision of P uptake by two wetland plants
湿地植物 生物量
(g/m2 )
磷含量
(mg/g )
总磷量
(g/ m2 )
占总去除磷
比例 (%)
风车草
香 蒲
2082.5
1779.6
3.891
2.963
8.1
5.4
42.5%
30.8%

2.5 湿地系统对 DOP 的去除作用
2 种植物类型人工湿地出水中 DOP 的浓度
变化无明显规律性,整个运行期间,风车草湿地处
理系统出水 DOP 平均浓度明显(P<0.05)高于香
蒲湿地(图 5),平均去除率仅为42.6%,而香蒲湿地
DOP 平均去除率为 71.5%.风车草湿地处理系统
出水DOP浓度随运行时间波动较大,变化范围为
0.017~0.093mg/L,标准误差(SD)为 0.023,而香蒲
湿地变化幅度较小(SD 为 0.005).尤其是在运行
第 90~100d时,风车草湿地处理系统DOP出水浓
度甚至高于进水,说明该系统内存在DOP的净释
放.湿地系统中 DOP 除了一部分源于进水外,系
统本身的生物地球化学循环过程,如基质微生物
降解以及湿地植物根系分泌等都会向系统中以
有机酸的形式释放 DOP[14].本研究结果显示,在
进水相同的情况下,风车草湿地系统和香蒲湿地
系统出水 DOP 浓度和去除率出现的明显差异,
可能由于不同类型植物根际微环境,特别是微生
物群落特征以及代谢酶的活性均存在很大差异
所致[15],这必然会影响湿地系统中 P 的生物地球
化学循环和出水 DOP 的浓度.相关研究表明,风
车草湿地和香蒲湿地系统微生物群落代谢特征
存在明显差异[16].不同植物类型人工湿地系统 P
的生物地球化学循环过程及其对 P 去除作用机
理还有待于深入研究和探讨.

0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108 120
D
O
P浓
度
(m
g/
L)
-40
-20
0
20
40
60
80
100
去
除
率
(%
)
出水
去除率
风车草
2
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0 13 24 36 48 60 72 84 96 108120
运行时间(d)
D
O
P浓
度
(m
g/
L)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
去
除
率
(%
)
出水
去除率
香蒲
2

图 5 风车草和香蒲湿地系统出水 DOP 浓度变化
Fig.5 Concentrations of DOP in the outlet flow of
Cyperous alternifolius and Typha angustifolia SFCW
3 结论
3.1 2 种植物人工湿地系统对富营养化养殖水
体中不同形态磷的去除效果存在差异,其中对 PP
和 DIP 的去除率均>90%,而对 DOP 的去除率平
5 期 杨长明等：风车草和香蒲人工湿地对养殖水体磷的去除作用 475

均仅为 57%.
3.2 香蒲湿地系统对养殖水体中 TP 的平均去
除效果明显低于风车草湿地系统;2 种湿地系统
对进水中的 PP 去除率均>90%,且无显著差异.
3.3 风车草湿地处理系统出水DIP和DOP浓度
波动较大,且平均去除率明显低于香蒲湿地系统.
特别是在运行后期,风车草人工湿地出现DOP净
释放现象,表明不同植物湿地系统磷的生物地球
化学过程存在明显差异.
参考文献：
[1] 薛 飞,周维仁,徐小明.养殖水体富营养化的成因与危害 [J].
江苏农业科学, 2006(6):121-148.
[2] 聂志丹,年跃刚,金相灿,等.3 种类型人工湿地处理富营养化水
体中试比较研究 [J]. 环境科学, 2007,28(8):1675-1680.
[3] Braskerud B C, Tonderski, K S, Wedding, B, et al. Can constructed
wetlands reduce the diffuse phosphorus loads to eutrophic water
in cold temperate regions [J]. J. Environ. Qual., 2005,34(6):
2145-2155.
[4] Correll D L. The role of phosphorus in the eutrophication of
receiving waters: A review [J]. J Environ. Qual., 1998,27(2):
261-266.
[5] 袁东海,景丽洁,张孟群,等.几种人工湿地基质净化磷素的机理
[J]. 中国环境科学, 2004,24(5):614-617.
[6] Mortula M, Gibbons M. Phosphorus adsorption by naturally-
occurring materials and industrial by-products [J]. J. Environ. Eng.
Sci., 2007, 6 (2): 157-164.
[7] Maltais-Landry G, Chazarenc F, Comeau Y, et al. Effects of
artificial aeration, macrophyte species, and loading rate on
removal efficiency in constructed wetland mesocosms treating
fish farm wastewater [J]. J. Environ. Eng. Sci., 2007, 6(4):
409-414.
[8] 廖新俤,骆世明,吴银宝,等.风车草和香根草在人工湿地中迁移
养分能力的比较研究 [J]. 2005,16(1):156-160.
[9] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法 [M]. 4 版.北京:中
国环境科学出版社, 2002.
[10] Calder N, Anderson B C. Field investigation of advanced
filtration for phosphorus removal from constructed treatment
wetland effluents [J]. Environ. Technol., 2006, 27(10):1063-
1071.
[11] Pratt C, Shilton A, Richard G, et al. Phosphorus removal
mechanisms in active slag filters treating waste stabilization pond
effluent [J]. Environ. Sci. Technol., 2007,41(9):3296-3301.
[12] Ohte N,Dahlgren R A, Silva S R, et al. Sources and transport of
algae and nutrients in a Californian river in a semi-arid climate [J].
Freshwater Biology, 2007,52:2476-2493.
[13] Gottschall N, Boutin C, Crolla A, Kinsley C, Champagne P.The
role of plants in the removal of nutrients at a constructed wetland
treating agricultural (dairy) wastewater, Ontario, Canada [J].
Ecological Engineering, 2007,29:154-163.
[14] 卢少勇,张彭义,余 刚,等.茭草、芦苇与水葫芦的污染物释放规
律 [J]. 中国环境科学, 2005,25(5):554-557.
[15] Bodelier Paul L E, Frenzel P. Ecological aspects of microbes and
microbial communities inhabiting the rhizosphere of wetland
plants [J]. Ecol. Stu. An., 2006,190:205-238.
[16] 邓欢欢.农村富营养化天然水体的人工湿地净化机理研究 [D].
上海:同济大学环境科学与工程学院, 2007.
作者简介：杨长明(1973-),男,安徽巢湖人,副教授,博士,主要从
事土壤和湿地退化过程、机理和生态修复方面的研究.发表论文
20 余篇.


《中国环境科学》荣获第五届中国科协期刊优秀学术论文奖
《中国环境科学》2006 年第 5 期发表的孙丽等人的文章“沼泽湿地 N2O 通量特征及 N2O 与 CO2 排放间的关
系”荣获 2007 年中国科协颁发的“第五届中国科协期刊优秀学术论文奖”.

《中国环境科学》编辑部