水生植物与微生物共同净化富营养化水体浅析

□文/郝梓添 邢春玉 胡馨月 牛思远

水体富营养化是当前国内外面临的主要水环境问题之一［1］。我国75%的河流、湖泊出现不同程度的富营养化，各类污染物未经处理便进入湖泊和河道，导致水体功能退化严重［2］，被污染的河道不仅会出现恶臭现象，同时会对周边生态环境造成影响［3］。

随着水生态修复技术的不断发展，对富营养化水体的修复已经有物理、化学、生态修复3 种技术类型［4］。相比物理和化学方法，生态修复法不易造成二次污染，且对有害物质去除效果明显，同时能改进水体自净能力［5］。水体中氮、磷元素的去除是治理富营养化水体的主要目标之一，水生植物能够有效吸收水体中氮磷元素。水体中的氨化、硝化、反硝化细菌等微生物在水体净化方面也发挥重要作用［6］。因此，本研究将水生植物与微生物联合，探讨其对富营养化水体的净化效果。

一、材料与方法

（一）试验材料

实验微生物为养殖废水中筛选出的具有脱氮除磷能力的微小杆菌属菌株A9（Exiguobacterium sp.）。水生植物黄菖蒲、大聚藻、苦草均购自水族市场。实验前将植株清洗干净，自来水中饥饿培养一周。

模拟富营养化废水：配制Hoagland 营养液，使TN浓度为30毫克/升，TP浓度为3毫克/升。

LB 培养基（克/升）：蛋白胨10.0 克，酵母提取物5.0 克，NaCl10.0 克，蒸馏水1 升，pH7.0，121℃灭菌20分钟后使用。

（二）试验设计

1.A9菌株固定化

将菌株接种于LB 培养基中培养至对数期（30℃，160转/分钟）。将菌液5000转/分钟下离心10分钟，弃上清，收集菌体，采用2%SA+4%PVA对菌株进行固定。

2.水生植物与微生物组合的建立

实验共设置3 组，空白组（CK）、黄菖蒲＋大聚藻＋苦草组（HDK）、黄菖蒲＋大聚藻＋苦草+Exiguobacterium sp.组（HDK+A9），在8 升的模拟废水中进行培养，植物栽种在定植板上，固定化微生物装入定植篮中放置于植物根系附近，空白组（CK）只放入定植板和定植篮，每组设3 个平行。每隔5 天监测水体中TN、TP、NH+4-N含量。

3.水质指标测定方法

TN 测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，TP 测定采用钼锑抗分光光度法，NH+4-N 采用纳氏试剂分光光度法［7］。

4.数据处理

水体中总氮、总磷去除率按照公式R=（S0-S）/S0进行计算。采用spss20 进行数据处理，应用sigmaplot12.5进行绘图。

二、结果与分析

（一）菌株固定化形态［1］

A9（Exiguobacterium sp.）菌株经2%SA+4%PVA 固定后形态如图2-1 所示。固定化微球呈乳白色，直径2～3 毫米，形状规则，弹性较好，具有一定的机械强度，200转/分钟测试24小时后破碎率仅为4%。

图2-1 Exiguobacterium sp.菌株固定化微球

（二）不同组合对水体的净化能力

1.不同组合水体中TN的变化

植物组及植物联合微生物组对TN 的去除效果见图2-2。与CK 组相比，HDK 组和HDK+A9 组中TN 含量明显下降，培养35 天后TN 去除率分别为54.68% 和73.08%，表现出明显的差异（P＜0.05）。［2］实验表明，植物联合微生物处理富营养化废水时，在一定浓度范围内，对高TN 浓度的水体去除效果较好［8］。处理期间，HDK 组对总氮的去除率随着时间的增加而增大。HDK+A9组由于有微生物的存在，净化能力明显增强。

图2-2 各处理组对水体TN的去除效果

2.不同组合水体中TP的变化

图2-3 显示HDK 组和HDK+A9 组对水体中TP 的去除效果，去除率分别为52.68%和59.50%，差异不显著（P＜0.05）。实验初期两组中总磷含量下降明显，随着培养时间延长，培养到20天时HDK+A9组TP含量下降趋势放缓，可能因为随着培养时间延长，Exiguobacterium sp.菌株活力降低，HDK+A9 组在除磷方面未表现出显著优势。［3］

图2-3 各处理组对TP的去除效果

3.不同组合水体中NH4+-N的变化

图2-4中，HDK组和HDK+A9组对NH+4-N表现出较理想的去除效果，去除率分别为63.55%和78.20%，两组间具有明显差异（P＜0.05）［4］。水中氮的去除途径为植物的同化吸收、根系吸附，微生物的硝化与反硝化作用。本研究中，氨氮的去除主要以植物吸收为主，固定化Exiguobacterium sp.菌株亦可以将氨氮转化为硝态氮，从而降低富营养化水体中氨氮的含量。

图2-4 各处理组对对-N的去除效果

三、结论

实验结果表明，HDK 组和HDK+A9组对模拟富营养废水中TN、TP、NH+4-N 均具有明显去除效果。水生植物可以吸收水体中氮、磷元素，通过富集作用使其浓度降低。研究选用的黄菖蒲、大聚藻和苦草均具有较好的吸收氮、磷的能力［9-10］。本实验采用挺水、漂浮、沉水植物进行组合，群落结构稳定，且具有一定观赏性，可以为生态浮床和人工湿地的建立提供技术支持和理论依据。有研究表明，将不同植物进行组合对富营养化水体的净化效果要明显好于单一植物［11］。

微生物修复法是利用微生物代谢降解有机物来达到处理污染水体的目的，本实验选取的微小杆菌属菌株具有一定脱氮除磷能力，菌体固定化后可以使用3～4个循环，提高了修复效率［12-13］。固定化微生物对温度的敏感性降低，其脱氮速率能在较宽的溶解氧范围内保持平稳［14］。因此，采用固定化微生物与水生植物结合净化富营养化水体在水生态修复领域越来越引起重视。