香根草高密度种植对巴希尔达尔市市政污水修复效率的优化研究

《Scientific Reports》：Evaluating the efficiency of vetiver grass (Vetiveria zizanoides) for municipal wastewater treatment in Bahir Dar City, Ethiopia

本研究针对埃塞俄比亚巴希尔达尔市市政污水未经处理直接排放导致水体富营养化的问题，通过设置不同种植密度（20、40、60株/m2）的香根草（Vetiveria zizanioides）湿地系统，开展为期9周的污染物去除效能评估。结果表明，高密度种植（60株/m2）对BOD5、COD、TN和TP的去除率分别达89.7%、80.6%、60.5%和40.8%，显著优于低密度组，为资源受限地区提供了低成本、可持续的污水生态处理方案。

　　

随着城市化进程加速，埃塞俄比亚巴希尔达尔市的市政污水排放量持续增长，未经处理的废水直接排入天然水体，导致塔纳湖（Lake Tana）等重要水域面临严重的富营养化威胁。传统污水处理技术如活性污泥法虽能有效去除污染物，但其高昂的建设和运营成本难以在资源受限地区推广。因此，开发低能耗、易维护的生态修复技术成为当务之急。

本研究聚焦香根草（Vetiveria zizanioides）的植物修复潜力，通过模拟人工湿地系统，探究不同种植密度（20、40、60株/m²）对市政污水中关键污染物——生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）的去除效率。试验在150升高密度聚乙烯容器中进行，每周监测污染物浓度变化，持续9周，并结合统计学分析评估密度效应对修复效果的影响。

主要技术方法

研究采用实地采集的巴希尔达尔市市政污水，通过标准方法（APHA）测定BOD₅、COD、TN和TP的初始浓度。香根草由阿姆哈拉农业研究所提供，预培养后移植至模拟湿地容器。通过对比对照组（无植物）与不同密度实验组的污染物去除率，使用单因素方差分析（ANOVA）验证密度效应的显著性。

污染物去除效能与密度关联

结果表明，所有种植密度均能提升污染物去除率，且效率随密度增加而升高。高密度组（60株/m²）表现最优，BOD₅和COD去除率分别达89.7%和80.6%，TN和TP去除率为60.5%和40.8%。统计分析显示，植物密度对TN（p=0.027）和TP（p=0.0017）去除有显著影响，而对COD（p=0.857）和BOD₅（p=0.665）无显著差异，说明有机污染物去除主要依赖沉积和微生物降解，而营养盐去除更依赖植物-微生物协同作用。

修复机制解析

香根草的深层根系通过物理过滤（Phyto-filtration）截留悬浮颗粒，其根际微生物群落（如硝化细菌Nitrosomonas和反硝化细菌Pseudomonas）促进氮的转化（硝化-反硝化），磷则通过植物吸收和基质吸附被去除。对照组虽能部分去除有机物，但营养盐去除率极低（TP仅9.5%），印证了植物在营养循环中的核心作用。

与同类植物对比

相较于芦苇（Phragmites australis）和香蒲（Typha latifolia）等湿地植物，香根草在有机负荷去除方面更具优势，但对磷的去除效率较低（40.8% vs. 86.5%）。研究表明，多物种组合可能通过互补根系结构提升营养盐去除效能。

结论与展望

香根草高密度种植系统为巴希尔达尔市提供了一种低成本、可持续的污水处理替代方案。未来研究需关注重金属和病原体去除、季节性效能波动以及长期运行中的基质饱和问题，以推动该技术在资源受限城市的规模化应用。