何贝娜

(上海市园林工程有限公司，上海 200083)

在城市公园景观水体净化过程中，水生植物扮演着重要角色，除了起到观赏、加强水体的美感[1]作用外，还具有重要的生态功能。水生植物具有富集重金属[2]、产氧、氮循环、吸附沉积物、抑制浮游藻类繁殖、减轻水体富营养化、提高水体自净能力的功能，同时还能为水生动物、微生物提供栖息地和食物源，维持物种多样性[3]。以水生植物为核心的水体净化是当下景观水体净化效果较好的一种修复手段，国内外学者也开展了水生植物净化水质的研究[4-7]，而对于水体特征、气候条件要求不一的水生植物来说，对其净化效果的研究也要因地制宜。本研究考察了上海市奉贤区星火公园中水生植物配置对水质的影响，提出几点建议，以期为上海市公园内富营养化水体水生植物景观设计提供参考。

1 材料与方法

1.1 星火公园水文概况

星火公园新建于2018年初，总占地13 hm2，公园通过开挖、引入场地北端的中心河水体形成人工湖泊。项目内现有自然水域约16 600 m2，根据现行的GB 3838—2002《地表水环境质量标准》，现水域水质为IV～V类水，主要的污染源有农业污水排放、生活污水排放及雨水。星火公园内水体基本不流动，水体透明度差异较大。秋冬季荷花池内水体可见底，部分区域浮游藻类或浮萍覆盖水面，水体有富营养化迹象。

1.2 采样点分布及植物配置

采样点位于星火公园人工湖泊的5个分散位置，编号分为1号、2号、3号、4号、5号。5个试验点共有11种水生植物，包括睡莲(Nymphaeatetragona)、旱伞草(Cyperusalternifolius)、黄菖蒲(IrispseudacorusL.)、香蒲(TyphaorientalisPresl)、金鱼藻(CeratophyllumdemersumL.)、茭草(Zizanialatifolia)、萍蓬(Nupharpumilum)、千屈菜(Lythrumsalicaria)、芦苇(Phragmitescommunis)、荷花(Nelumbonucifera)、水生美人蕉(CannaindicaL.)。各点位水生植物的配置如下：1号点位配有睡莲、旱伞草、黄菖蒲、香蒲、金鱼藻和茭草；2号点位配有睡莲、旱伞草、黄菖蒲、金鱼藻、千屈菜、芦苇和荷花；3号点位配有黄菖蒲、金鱼藻、萍蓬、千屈菜、芦苇和荷花；4号点位配有黄菖蒲、香蒲、金鱼藻、萍蓬、芦苇和荷花；5号点位配有睡莲、旱伞草、香蒲、金鱼藻、萍蓬和荷花。在星火公园水生植物景观中大量运用了沉水植物和浮水植物，水域内点缀少量其他水生植物，主要以保持水质良好、水体透明为主。因此，在星火公园景观湖内种植了大量金鱼藻和荷花、睡莲等，并点缀其他水生植物，如芦苇、香蒲、黄菖蒲等。

在2018年1月25日(冬季)、2019年8月9日(夏季)和2019年10月10日(秋季)分别对5个试验点的水体进行采样分析。

1.3 方法

分析水体中的pH(GB/T 6920—1986《玻璃电极法》)、溶解氧(DO，HJ 506—2009《电化学探头法》)、高锰酸盐指数(CODMn，GB/T 11892—1989《滴定法》)、氨氮(NH3-N，HJ 535—2009《纳氏试剂分光光度法》)、总磷(TP，GB/T 11893—1989《钼酸铵分光光度法》)、总氮(TN，HJ 636—2012《碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》)、五日生化需氧量(BOD5，HJ 505—2009《稀释与接种法》)、化学需氧量(COD，HJ 828—2017《重铬酸盐法》)等8项主要水质指标。

2 结果与分析

2.1 水体DO的变化

水中溶解氧是评价水质的重要指标之一，它能反映生物生长状况和水体污染程度。图1显示了5个采样点DO浓度随季节的变化情况。

图1 不同点位DO浓度随季节的变化

由图1可知，相比水生植物生长旺盛的夏季，没有水生植物的冬季DO浓度较高，根据《地表水环境质量标准》，DO水质标准维持在Ⅱ类水平。夏季水生植物旺盛，植物周围的微生物数量增多，消耗了水中的DO，导致水质状况变差，而夏季高温导致水中DO浓度降低。夏季采样时间也会影响水中DO浓度。研究发现，在种植水生植物的水体中，因植物在夜间呼吸消耗O2，故DO浓度在每日的4：00达到最低值，而后光合作用下回升，16：00达最高值，然后降低，依此循环，1 d为1个周期[8]。1号采样点夏季的DO浓度最低，只达到Ⅴ类水标准；3号采样点此时的DO浓度相对较高，达到Ⅲ类水质标准，说明该点的水生植物配置对于DO浓度具有很好的提升效果。秋季(10月)大部分植物进入结实衰亡期，生物量减少，微生物量也减少，DO消耗少，温度降低，使水中DO升高。由图可知，1号、2号和5号采样点DO浓度在夏季相对较低，而这三处都配置了大量的浮叶植物睡莲，夏季浮叶植物生物量大[9]，消耗水中DO较多。

2.2 BOD5的变化

BOD5反映了植物生长过程中周围微生物分解水体有机物消耗DO的量。BOD5浓度越高，说明该水体有机物含量越高，微生物活性越强。图2显示了5个采样点BOD5浓度随季节的变化情况。

由图2可知，4号采样点夏季BOD5浓度略微低于冬季，其余采样点的BOD5都是夏季高于冬季，说明夏季水体有机物含量比冬季高，而4号采样点的水生植物配置可有效降低水体中有机物的含量。相较于其他采样点，4号采样点没有配置睡莲等浮叶植物，而浮叶植物生物量较大，生长较快，通过光合作用或自身腐烂向水体释放的有机物较多，导致水体中微生物活性增强，微生物耗氧增加。

2.3 COD和CODMn的变化

水生植物的根系利于COD的吸收和分解[10-11]，水生植物对水体悬浮物也有一定的吸附作用[12]。表1列出了5个采样点COD浓度和CODMn随季节而变化及所属水质的类别。

由表1可知，5个试验点的COD浓度基本上都是夏季高于冬季，到秋季又有所回落，即种植水生植物后，水中的COD升高，植物逐渐减少，COD浓度下降。1号采样点的COD浓度增幅最大，该点位配置了大量的睡莲，COD大幅升高可能是由于水生植物腐败分解后释放有机物造成[13]；4号采样点COD浓度有小幅下降，是因为该点位没有配置睡莲，睡莲会对中下层植物产生遮挡，影响水生植物的光合作用，进而导致叶绿素浓度降低，植物腐败致使COD浓度上升[14]。因此，应定期维护，防止植物腐烂造成水体COD浓度上升[15]。同样，CODMn变化趋势与COD的变化趋势保持一致，夏季有所提升，使水质状况变差，秋季回落。

表1 不同点位的COD浓度和CODMn随季节的变化

2.4 水体NH3-N、TN及TP的变化

水生植物生长过程中，为了维持自身的生长发育，需要吸收水中的氮、磷等营养物质，水生植物的根部是微生物降解污染物的主要场所[16]。在水生生态系统中，TN部分来源于水体中的有机物，还有一些来源于系统内部生长的大量微生物及其释放产物[17]。水体中NH3-N的去除大部分是通过微生物的硝化和反硝化作用完成的[18]。表2显示了5个采样点氨氮和总氮的浓度随季节的变化及所属水质类别。

表2 不同点位NH3-N和TN浓度随季节的变化

由表2可知，各季节NH3-N的浓度不高，约在Ⅰ～Ⅲ类，水质情况良好，从季节变化看，只有3号采样点NH3-N浓度减少，说明3号采样点的植物配置有利于NH3-N的去除。冬季5个采样点的TN浓度都比夏季要高，水质情况较差，属于劣V类水。这是由于冬季水生植物的生物量较小，在水体中的营养盐利用率较低[9]。夏季种植水生植物后，TN浓度有大幅下降。一是因为夏季植物生长，消耗大量的营养盐；二是因为植物的生长有利于根系微生物的活动，促进了水体微生物的硝化和反硝化作用[19]；三是因为夏季高温利于植物对N的吸收[20]。3号点位NH3-N降幅最大，说明3号采样点的植物配置有利于NH3-N的去除，对比3号和4号采样点，植物配置基本一致，区别是3号点采用挺水植物千屈菜，4号点采用挺水植物香蒲。有研究表明，千屈菜和菖蒲组合能提高NH3-N的净化效果[21]。

一般认为，TP的去除途径包括藻类细菌的合成代谢、化学沉淀、水生植物的吸收等[13]。研究发现，除了水中的物理作用、化学吸附和沉淀作用外，微生物同化作用对总磷的去除率高达50%～60%，而植物吸收仅为1%～3%[22-23]。虽然植物对于总磷去除的直接贡献很小，但植物表面附着很多微生物，间接促进了P的去除[24]。图3显示了5个采样点总磷浓度随季节的变化及所属水质类别。

图3 不同点位TP浓度随季节的变化

温度对植物吸收TP的影响不如TN明显，这是因为植物生长过程中对N的需求大于P[20]。由图3可知，夏季水体中的TP含量普遍低于冬季，秋季有回升现象，且水质状况都在Ⅱ～Ⅲ类。5个采样点中，3号取样点的TP下降最多，但1号采样点TP浓度有上升，说明1号采样点的水生植物配置不能吸收水体中TP；相反，2号和3号采样点的总磷去除相对较好。3号点位配置有挺水植物荷花，且生物量大；1号点位配置的主要是浮叶植物睡莲，2号点位同时配置了睡莲和荷花，浮叶植物和挺水植物对N和P均有较好的去除效果，均能直接从污水中吸收过剩营养物质，但挺水植物能在水面上下很大空间内立体发展，生物量比睡莲等浮叶植物更大，因而净化效果更好。将两种植物组合能提高净化效率。所以，2号点夏、秋季TP浓度相对较低；1号点夏季的TP浓度回升，是因为睡莲生长速度较快，没有及时清理脱落的茎叶，其分解对水质产生影响所致[25]。

3 小结

对星火公园不同季节的水质分析发现，公园夏季水体水质劣于冬季；同季节不同水生植物配置模式对景观水体净化能力也存在差异。试验中不同配置的水生植物主要对NH3-N、TN、TP的去除能力较有效，但对COD和BOD的浓度降低效果不佳。星火公园内植物配置品种较少，大多数为挺水植物，种植睡莲等浮叶植物对水体中下层的植物光合作用有阻碍，且其生物量大，会增加水体BOD5和COD的浓度，影响水质。金鱼藻等沉水植物的光合作用可增加水体DO，对水质有明显的改善。此外，千屈菜和黄菖蒲的组合有利于水中NH3-N的去除。浮叶植物和挺水植物组合可有效去除水体中N、P。不同生态型的水生植物生物量差异较大，植物生物量的大小决定了植物吸收去除污水中N、P等营养物质的多少。

根据以上结果分析，对星火公园水生植物配置提出以下三点建议：(1)随着时间的演变，主导群丛与伴生群丛可能会发生转变，因为睡莲、荷花等浮叶植物生长快，繁殖能力强，后期可能转变成主导群丛，除了减少其配置，也要加强管理，进行定期修剪、防治病虫害，防止水生植物过度生长、枯萎，从而影响水质；(2)增加金鱼藻、菹草、苦草等沉水植物的配置，改善水体的DO等指标；(3)在美观层面，应注意配置植物的花期、形态和色彩，形成错落有致、此起彼伏的立体景观。