全 文 ：收稿日期!!#$!!$#
基金项目!国家 $%#攻关课题天津市滨海新区水环境质量改善技术与综合示范#$&&#’’%&!&#&%
作者简介!王卫红$!(%$&%’博士生’主要从事污染环境的生态修复研究(
农业环境科学学报 !%&!#’)(*++,-++(
)*+,-./ *0 12,*34-56,*-78-9 :;68-;8
川蔓藻!!#$%& ’&(%)%’*对滨海城市
再生水的净化作用
王卫红 !! 季 民 !! 薛玉伟 !! 张志杨 !! 唐运平
.!/天津大学环境科学与工程学院’天津 #&&&+) /天津市环境保护科学研究院’天津 #&&&+ 0
摘 要!采用实验室大型光照培养箱方法’研究了生长于滨海咸水湖泊中的沉水植物川蔓藻$+$$,- ’&(,),’.%对再生
水景观河道水质中营养盐$根据景观河道再生水盐度实际上下波动范围设 123为 ,/%+*$/!(*!&/%, 4+5-! #个盐度梯度’
在静水中经过川蔓藻净化 !& 6( %的去除效果( 结果表明’再生水中总磷和氨氮的去除率为 ()/)!78(,/#7和 (%/,78
((/$7’总氮和硝酸盐氮的去除率为 )#/)78),/+7和 ))/&$78)%/7)再生水中的溶解氧由 %/% 94+5-!提高到 !&/) 94+
5-!(盐度对川蔓藻吸收再生水中营养盐没有显著影响(经计算 ! :4鲜重的川蔓藻每天可去除 , 94总氮*$#/!% 94总
磷( 川蔓藻是控制含盐量较高的景观水体富营养化的一种优选沉水植物种(
关键词!川蔓藻) 再生水) 营养盐) 盐度
中图分类号!;+&#/! 文献标识码!1 文章编号!<=>!$!#?’!%@)-&++,-&,
!#$%$&’($)* +,,$-$.*-/ ), 011$’ 2’3$($2’ )* 4.-5’$2.6 7’8(.9’(.3
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<./9)3=8* VKQQ@P 9PV@W@9P[ V?RSP@9?6 LPYW?LPW?V[ CKWV@?CW YPSWY[ YPS@C@WO
!#年 !月王卫红等!川蔓藻!#$%& ’&(%)%’*#对滨海城市再生水的净化作用
富营养化是再生水作为娱乐性$观赏性人工水体
的最大障碍%控制再生水体中的氮和磷是防止景观水
体富营养化的关键&利用大型水生植物对再生水中氮
磷和难降解的有机污染物进行吸收$ 转化及降解%从
而使水体得到净化%具有处理效果好$工程造价相对
较低$不需耗能$运行成本低廉等优点&如何在景观水
体中建立完善的生态系统%选择适应于生长介质的水
生植物种类是关键&尤其沉水植物的构建可以有效增
加空间生态位%抑制生物性和非生物性悬浮物%改善
水下光照和溶氧条件% 通过与浮游藻类争夺营养$光
照而有效抑制浮游藻类的过量生长%从而提高水体的
透明度%提高水体的自净能力&
在天津经济技术开发区简称泰达#%不仅土壤$浅
层地下水的含盐量极高%而且用于景观环境用水的再
生水水源的含盐量也达到 $ %%%&’ %%% ()’*+,& 如何
针对泰达再生水河道的土壤$地下水$污水含盐量本
底值高的特点%构建较高盐度条件下景观河道中的沉
水植被系统%防止再生水河道水体富营养化- 筛选出
既耐盐又对氮磷吸收较好的沉水植物种是关键&国内
外有关防治淡水湖泊富营养化的沉水植物研究以及
工程实例有很多-但对筛选耐盐的沉水植物治理咸水
富营养化的研究未见相关报道&
经查阅文献和大量的野外调查发现% 川蔓藻
(+$$,- ’&(,),’&# 是天津滨海咸水湖泊发生自然恢
复的先锋植物& 它是底栖的水生维管束植物%世界广
布种% 也是一种广盐性的沉水植物% 在盐度为 %到
./的范围内都能存活(0123456- ,77,#8,9& 川蔓藻具有
很强的繁殖能力%不但能以种子进行有性繁殖%而且
还能以它们的分枝或地下茎进行营养繁殖&它靠地下
匍匐茎和叶吸收营养%根系不发达8,&:9%植物体的断片
可以附着长成新枝&川蔓藻不仅是河口生态系统中重
要的初级生产力%还是许多水禽$鱼类和水生无脊椎
动物的饵料8,9&许多研究表明%盐度和浊度是限制川蔓
藻生长和分布的主要非生物因子 (;<4=>A>2BC等-,77$@ DE=533<2等-,77F#8$9& 由于泰达再生水
的处理工艺使用了连续微滤膜(GHI#技术%使水体浊
度较低(%J$KLM&,J’KLM#%为人工河道中沉水植被系
统的构建提供了极好的光照条件%但较高的含盐量又
限制了一些沉水植物的生长& 因此%筛选和研究既耐
盐又对水体净化能力好的沉水植物%能为滨海湿地的
生态恢复工程提供理论依据和植物工程材料&
本文研究了沉水植物川蔓藻对天津泰达再生水
河道水质的净化作用%目的是为滨海咸水富营养化的
防治提供构建沉水植被的一种优选植物种%同时对我
国河口退化生态系统的恢复与重建具有一定的参考
价值&
N 材料与方法
,J, 试验材料与处理方法
川蔓藻(+$$,& ’&(,),’1#采自天津经济技术开
发区已废弃的晒盐池-于泰达人工河道再生水中预培
养 $ 6- 选取生长良好$ 长势一致的植株用作试验材
料&试验用水取自泰达新水源厂 GHI出水口(处理工
艺为 DAO $ GHI#& 再生水中营养盐的浓度为! LK为
:.JP’ ()’*+,%KQ$+K为 ,PJF. ()’*+,%KR$+K为 ’J%%$
()’*+,%LS 为 FJ$P: ()’*+,%SQF+S 为 FJ$$% ()’*+,%
LTD为 ’P.% ()’*+,%TQ为 PJP ()’*+,&
在实验室大型光照培养箱中% 取 ,’ )川蔓藻先
用蒸馏水清洗% 再用去离子水漂洗% 然后放在装有
$ %%% (*再生水的大烧杯中-根据泰达人工河道再生
水盐度实际上下波动范围设 $个盐度梯度 (LTD为
’JP.$ !J,7$ ,%JP’ )’*+,-盐度用 K1GU调配#%光照强度
为 ’ %%% NV- 光暗比为 ,:%,:)温度为 :’ &%每天测定
水中总磷和氨氮浓度-每隔 , 6测定水中总氮和硝酸
盐氮浓度& ,% 6之后取出称鲜重%,%’ &烘箱中烘至
恒重%称量其干重& 每一个盐度组设 ,个空白%$个对
照&用黑白瓶法测定川蔓藻的放氧速率%设 ,个空白%
$个对照&
为排除微生物对去除再生水中氮和磷的贡献%设
灭菌组和未灭菌组对照& 将 :’% (*再生水放入三角
烧瓶中%使用高压蒸汽灭菌锅灭菌 , =%取出放置到室
温%加入 , )川蔓藻使用 %J,/的 0H2QF浸泡%去离
子水反复漂洗W%瓶口覆盖一层抗菌膜%设 ,个空白%$
个对照& 每 : 6测定一次三角瓶中再生水的氮磷浓
度& 连续测定 ,% 6&
,J: 水质指标测定方法与数据处理
总氮$氨氮$硝酸盐氮$总磷在水体中的含量测定
使用国家环保局编制的 *水和废水监测分析方法+中
的标准方法% 即用碱性过硫酸钾氧化法测定水中总
氮%采用纳式试剂光度法测定水中 KR$+K- 采用紫外
分光光度法测定水中 KQ$
+
+K- 采用钼酸铵分光光度
法测定水中总磷% 碘量法测定再生水中的溶解氧含
量&使用软件 DSDD,,J’进行数据处理与相关性分析&
,J$ 总氮-总磷去除率.W的计算
按下式计算8F9!
.X/,+/:W’0Y1:+2,W’3
..P
第 !卷第 !期 农 业 环 境 科 学 学 报
式中!!为去除率单位生物量的植物在单位时间内吸
收水体中总氮或总磷量#$%#&%’(#)’($为实验用水
体积*$#(% #+分别为 $(% $+时刻的总氮% 总磷浓
度 $%#*’($ % 为生物量 &鲜重’&%( 使用软件
,-,,((./进行数据处理与相关性分析)
+ 结果与分析
+.( 川蔓藻对再生水中磷和氮的去除效果
磷既是植物营养三要素之一又是水体富营养化
的限制因素) 再生水中的总磷含量较高且几乎都以
磷酸盐的形式存在 而且 01为 2./3 通常在 01为
2.+时 41+-5!
’
6741-5!
+’
6 而 1+-5!
’
是最易被植物吸
收的4/6) 从图 (可以看出在最初 8 )川蔓藻表现出
*快速+吸收磷的特性水体中总磷浓度从 !.88 $%#*’(
左右到 9./ $%#*’(左右几乎呈直线下降此后速度
逐渐减慢) 空白中磷的下降在前 ! )较缓慢随着水
体中微生物的生长第 / )之后加快到第 : )时水体
中磷浓度为 +.2; $%#*’($而有川蔓藻生长的水体中磷
浓度则下降到 9.+8;<9.8(/ $%#*’( 达到了建设部规
定的再生水回用于景观水体中磷的排放标准 436 即!
9./ $%#*’()经相关分析8组盐度显著相关&!79.9(’)
经方差检验在 8个盐度梯度下川蔓藻对总磷的去除
率没有显著的差异&!79.9/’)
再生水中总氮的含量较高无机氮的浓度占总氮
的 2/=左右>58
’
’>的含量几乎是 >18’>的 8倍)从
试验结果图 +,图 8%图 !可以看到川蔓藻对氮的吸收
表现为优先吸收 >18’> ? 水体中 >18’>浓度在前 !
)为 /.998 $%#*’( 3 )后降到 9.(99<9.(3: $%#*’() 经
过川蔓藻 (9 ) 净化的再生水中 >58
’
’> 的浓度从
(3.!2 $%#*’(降到了 ;.;!<:.9+ $%#*’($ 再生水中 @>
的浓度从 +2.3/ $%#*’(降到了 (/.9/<(/.++ $%#*’()
计算可以得知经川蔓藻净化的再生水中无机氮的浓
度为 ;.:!9<:.(;: $%#*’(? 有机氮的浓度为 /.;3(<
3.+;9 $%#*’() 此浓度小于建设部规定的再生水回用
于景观水体中有机氮的排放标准436即有机氮!(9 $%#
*’() 经方差检验 在 8个盐度梯度下川蔓藻对 >18’
>@>>58
’
’>的去除率没有显著的差异&!79.9/’)
大量的研究表明沉水植物普遍具有过量吸收营
养的特性而且沉水植物对氨氮比硝酸盐具有吸收优
先性 426) @ABCDEF GH) 1GCIJH &(:;!’的试验表明川蔓藻
图 ( 不同盐度下川蔓藻对再生水体中总磷的去除效果
KJ%BCL ( MAGH%L NO @- JH CLPIGJ$L) QGDRLQGRLC EF CB00JG
$GCJRJG JH RACLL DGIJHJRJLD
图 + 不同盐度下川蔓藻对再生水中氨氮的去除效果
KJ%BCL + MAGH%LD NO >18’> PNHPLHRCGRJNH NO CLPIGJ$L)
QGDRLQGRLC QJRA SB00JG $GCJRJ$G JH RACLL DGIJHJRJLD
图 8 不同盐度下川蔓藻对再生水中硝酸盐氮的去除效果
KJ%BCL 8 MAGH%LD NO >58’> PNHPLHRCGRJNHD JH CLPIGJ$L)
QGDRLQGRLC QJRA SB00JG $GCJRJ$G JH RACLL DGIJHJRJLD
图 ! 不同盐度下川蔓藻对再生水中总氮的去除效果
KJ%BCL ! MAGH%LD NO @> PNHPLHRCGRJNHD JH CLPIGJ$L) QGDRLQGRLC
QJRA SB00JG $GCJRJ$L JH RACLL DGIJHJRJLD
222
!#年 !月王卫红等!川蔓藻!#$%& ’&(%)%’*#对滨海城市再生水的净化作用
通过叶和根吸收无机营养盐氨氮和磷$当水体中同时
供给硝酸盐氮和氨氮时$川蔓藻优先吸收氨氮!#%本试
验也表现出川蔓藻优先利用氨氮的特性% $%&’()*+,-
等 ./0!12报道在控制川蔓藻的生长中磷似乎比氮更
重要3#$从本试验中可以看到川蔓藻对再生水中磷的
去除率较氮高%许多研究大型浮游藻类去除氮的过程
和机理文献也表明4’(%5+’&$631789:;<(=,&’>?%5+’&
等>60@A84’)5(:+B+等>60!7&$ 浮游藻类也是优先利用
CDA
E
FC和其他还原态氮> 同时由于浮游藻类不产生
活性的硝酸还原酶> 它们对 CGHFC的吸收仅发生在
水中 CIA
E
FC浓度很低或耗尽时%由此可见$大型沉水
被子植物川蔓藻与浮游藻类存在营养盐上的竞争$能
够抑制浮游藻类的过量生长$防止水体富营养化%
盐度是咸水中多种无机盐浓度的一种量度$盐度
高低决定咸水渗透压的大小% 9%*+,- .63@32的试验证
明$川蔓藻的叶子是主要的营养库并且水体中的营养
盐通过叶被利用6J#%K)5*)< L8和 4+,-’)* M66’6N#的研究表
明$当盐度从 6O提高到 NO时$川蔓藻的叶的渗透势
变化不明显% 从本试验结果看$对于广盐性的沉水植
物川蔓藻来说$泰达再生水的盐度变化对川蔓藻叶的
渗透势影响不大$ 因此对吸收营养盐的影响不显著
!PJ8JQ&%
为了了解川蔓藻个体对去除再生水体中氮磷的
真正贡献$ 排除再生水体中微生物对氮磷的贡献$我
们设了灭菌组与未灭菌组的对照%因为试验用水取自
泰达新水源一厂的 R4S出口 膜孔径!J8N !T&$可
以认为再生水中微生物数量较少% 从图 Q可以看到>
灭菌的再生水中总氮也略微有些下降$可能是在取水
样时有空气中的微生物进入水体的结果或是川蔓藻
植株上残留有附生微生物% 相关性分析表明$未灭菌
组和灭菌组显著相关!PJ8J6&$经方差分析$未灭菌
组和灭菌组没有显著差异!PJ8JQ&(可以看出微生物
对去除总氮的贡献较小$约占总去除率的 6N87NO%因
此再生水体中总氮的去除主要是川蔓藻的吸收作用%
N8N 川蔓藻对水体总氮!总磷的去除率
从表 6来看$6 &U鲜重的川蔓藻每天可去除 NQN
TU总氮$@H867 TU总磷$ 在 6J V之内的去除效率分
别达 AQ8Q1O’3Q8HNO% 由此可见$川蔓藻对再生水体
中的氮和磷有较高的去除率%表 N反映了试验前后川
蔓藻的生物量变化$6J V之内川蔓藻的生物量增加
了 6A8QOWNJ8QO$随着盐度增加$川蔓藻的生物量增
加% 经方差分析$本文所设的 H组盐度对川蔓藻的生
物量有极显著影响)!PJ8J6&%X-%:5Y<63@A&曾经报道
只用天然或人工海水做液体介质培养川蔓藻$当盐度
为 6J U*KF6时$川蔓藻的生长量最大6H#%
N8H 川蔓藻对再生水体中溶解氧的改变
自然光照下$每 6 U川蔓藻在泰达再生水中每小
时可向水体中释放 N81@ TU氧% 从表 6可以看到泰达
再生水体中溶解氧的浓度在 787 TU*KF6左右$而生长
有川蔓藻的水体中的溶解氧提高到了 6J8A TU*KF6左
右% 经方差分析$空白再生水中溶解氧的浓度与生长
有川蔓藻的水体中的溶解氧浓度差异极显著 !P
J8J6&% 川蔓藻显著的提高了再生水体中溶解氧的水
平%
H 结论
6&在水体的富营养化中$氨氮所起的作用是主
要和决定性的6A#$磷被广泛地认为是藻类生长的主要
图 Q 灭菌与未灭菌水体中总氮的降解曲线比较
S+U%:) Q Z)U:’V’(+=B ,%:[) =\ XC ,=B,)B(:’(+=B5 +B 5():+*+;)V
’BV %B5():+*+;)V :),*’+T)V ]’5()]’(): ]+(- L%^^+’ T’:+(+T’
表 6 川蔓藻对再生水体中总氮!总磷的去除率
X’Y*) 6 X-) :)T=[’* :’()5 =\ L%^^+’ T’:+(+T’ (= XC ’BV X9 +B :),*’+T)V ]’5()]’(): Y=V<
L6> LN> LH U:=]+BU +B :),*’+T)V ]’5()]’(): ]+(- XZ_ =\ Q871 U*KF6#@863 U*KF6#6J87Q U*KF6$
注!L6> LN> LH指生长在 XZ_为 Q871’@863’6J87Q U*KF6水体中的川蔓藻% 下表同%
11@
第 !卷第 !期 农 业 环 境 科 学 学 报
图 川蔓藻对再生水中溶解氧的改变
#$%&’( )*+,%(- ./ 01 2.,2(,3’+3$.,- $, ’(24+$5(6 7+-3(7+3(’
7$3* 8&99$+ 5+’$3$5+
限制因子! 本试验结果表明川蔓藻对再生水体中氨
氮和磷具有较高的去除率分别达到 :;<=>?::<@>和
:!?:=
和磷的浓度都小于建设部规定的再生水回用于景观
水体中磷和氮的规定标准而且显著地提高了水体中
溶解氧水平! 川蔓藻具有明显改善水质的特性!
#C$在本文所设的 B个盐度梯度下川蔓藻对氮和
磷的去除率没有显著的差异#!DE
不大! 但盐度对川蔓藻的生物量影响显著&!DE
生水体中氮磷较高的去除率它是利用高盐度再生水
进行生态修复工程防治滨海景观水体富营养化的一
种优良先锋植物种%
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表 C 试验前后川蔓藻生物量的变化
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6&’$,% 3*( (e9(’$5(,3
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