生物修復(fù)技術(shù)在水體富營(yíng)養(yǎng)化中的應(yīng)用進(jìn)展

劉鑫+陳明明+張俊英

摘要：指出了水體富營(yíng)養(yǎng)化是一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)分析水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因，針對(duì)日益嚴(yán)峻的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，綜述了目前應(yīng)用較廣的生物修復(fù)技術(shù)。主要從微生物修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)以及植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的原理、應(yīng)用現(xiàn)狀以及優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行了論述，并提出了植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在今后水體修復(fù)方面具有良好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：水體富營(yíng)養(yǎng)化；微生物修復(fù)；植物修復(fù)；植物-微生物聯(lián)合修復(fù)

中圖分類號(hào)：X524

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2017）14-0130-05

1 水體富營(yíng)養(yǎng)化的概述

水體富營(yíng)養(yǎng)化是指氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物大量進(jìn)入湖泊、海灣等相對(duì)封閉、水流緩慢的水體，引起藻類和其他水生植物大量繁殖，水體溶解氧下降、水質(zhì)惡化，其它水生生物大量死亡的現(xiàn)象[1]。隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對(duì)氮肥、磷肥的不合理使用，未經(jīng)處理的家畜家禽糞便隨意堆放，生活中大量使用含磷洗滌劑，生活污水的任意排放，以及工業(yè)企業(yè)對(duì)未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)后的工業(yè)廢水的肆意排放等現(xiàn)象，使湖泊、河口、海灣等水環(huán)境中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不斷積累，給藻類以及其它水生生物的大量繁殖提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，引起浮游藻類等的惡性增殖，造成水體透明度下降，顏色加深、水體溶解氧量驟減，化學(xué)需氧量濃度增加，水質(zhì)惡化，使魚(yú)類及其它水生生物窒息死亡產(chǎn)生惡臭，水體生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，進(jìn)而導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。

目前判斷水體富營(yíng)養(yǎng)化一般采用的指標(biāo)是：水體中氮含量超過(guò)0.2～0.3 mg/L，磷含量大于0.01～0.02 mg/L， BOD>10mg/L，pH值為7～9的淡水中細(xì)菌總數(shù)超過(guò)104個(gè)/mL，表征藻類數(shù)量葉綠素a>0 μmg/L[2]。

國(guó)內(nèi)外治理富營(yíng)養(yǎng)化水體主要采用物理、化學(xué)、生物三種修復(fù)技術(shù)。其中生物修復(fù)技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外研究中得到了廣泛的關(guān)注。富營(yíng)養(yǎng)化水體的生物修復(fù)技術(shù)是一種利用特定的生物（微生物、植物或原生動(dòng)物）對(duì)水體中污染物及氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行有效吸收、轉(zhuǎn)化或降解的過(guò)程，從而使富營(yíng)養(yǎng)化水體得到凈化的生物措施[3]。

2 微生物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體修復(fù)效果

關(guān)于利用微生物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的研究已成為學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。微生物修復(fù)技術(shù)主要是利用微生物對(duì)水中污染物的生物代謝作用，使富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量降低，水質(zhì)得到改善的過(guò)程。當(dāng)排入水體的污染物含量超過(guò)水體所能承受的環(huán)境容量時(shí)，水體脫氮可通過(guò)微生物的氨化—硝化—反硝化作用把水體中NH3、銨態(tài)氮（NH+4-N）、硝態(tài)氮（NO-3-N）、亞硝態(tài)氮（NO-2-N）以N2的形式移出水體進(jìn)入大氣氮循環(huán)，從而降低水體中含氮營(yíng)養(yǎng)鹽的含量。同時(shí)，水體除磷可利用聚磷微生物的厭氧釋磷、好氧吸磷的特性來(lái)完成除磷；也可利用一些具有生物絮凝作用的微生物通過(guò)絮凝沉淀除磷。水體中氮、磷含量的降低，能有效的抑制藻類的大量繁殖。

近年來(lái)，關(guān)于利用微生物來(lái)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的相關(guān)研究十分活躍，得到了很多研究者的青睞。微生物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)能起到顯著的效果，主要依靠于興起的微生物固定化技術(shù)和微生物修復(fù)劑投加技術(shù)。

2.1 固定化微生物在富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)中的應(yīng)用

目前，單獨(dú)用于修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的固定化微生物主要有固定化光合細(xì)菌（Photosynthetic bacteria，簡(jiǎn)稱PSB）。有研究表明，光合細(xì)菌脫氮機(jī)理可概括為兩個(gè)方面：光合細(xì)菌可直接吸收水體中可以利用的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮，來(lái)合成自身生長(zhǎng)所需的蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，即通過(guò)自身吸收來(lái)達(dá)到脫氮的目的。光合細(xì)菌既屬于好氧反硝化菌又是異養(yǎng)硝化菌，且能把NH+4氧化成NO-2后直接進(jìn)行反硝化反應(yīng)，即通過(guò)硝化反硝化作用來(lái)達(dá)到脫氮的目的。曹攀等通過(guò)與傳統(tǒng)活性污泥脫氮除磷效果的對(duì)比試驗(yàn)，論證光合細(xì)菌的脫氮除磷機(jī)理。最后試驗(yàn)得出：光合細(xì)菌的脫氮機(jī)制是通過(guò)好氧直接吸收分解和厭氧反硝化作用達(dá)到脫氮效果[4]。

光合細(xì)菌的細(xì)胞中具有能進(jìn)行光合作用的載色體，亦能增強(qiáng)光合細(xì)菌的光合磷酸化過(guò)程，從而加快除磷進(jìn)程。研究表明，光合細(xì)菌對(duì)重度富營(yíng)養(yǎng)化水體處理10 d后，最優(yōu)實(shí)驗(yàn)組（pH為7.5，投加濃度為0.25 mL/L，其中每毫升菌液中含有3.4×109個(gè)光合細(xì)菌）對(duì)TN、TP的處理效率分別可以達(dá)到30%、45%以上，對(duì)透明度的提升效率達(dá)到了95%以上[5]。

雖然光合細(xì)菌對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽具有很好的處理效果，但是，游離的光合細(xì)菌也存在一些弊端，如：在流動(dòng)的水流中易被沖走，作用時(shí)間短從而不能穩(wěn)定有效的處理水體，在靜水里又容易被其他生物所食用；缺乏吸附和生長(zhǎng)繁殖的載體等[6]，這些因素都制約著游離態(tài)光合細(xì)菌的凈水效果，然而，微生物固定化技術(shù)的興起解決了這些問(wèn)題。

將培養(yǎng)好的光合細(xì)菌（OD600= 0.5）細(xì)胞懸浮液和海藻酸鈉（滅菌冷卻到45℃的體積分?jǐn)?shù)為4%）分別各50mL進(jìn)行混合，混合后立即倒入孔徑約1 mm的自制造粒器中，使形成的固定化顆粒滴入5%的CaCl2溶液中，再放置24h，最后濾出顆粒，用生理鹽水洗凈，從而實(shí)現(xiàn)光合細(xì)菌的固定化。利用海藻酸鈣固定化的光合細(xì)菌處理人工模擬的富營(yíng)養(yǎng)化水體，并以NH4NO3和NaH2PO4來(lái)提供氮源、磷源，對(duì)照組為利用游離光合細(xì)菌處理水體。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)19 d的處理，實(shí)驗(yàn)組對(duì)水體的處理效果明顯優(yōu)于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組對(duì)總氮、總磷的去除率能達(dá)到60%以上，同時(shí)對(duì)銨態(tài)氮、硝態(tài)氮及COD的去除率能達(dá)到80%左右[6]。另外，也有研究表明，固定化光合細(xì)菌對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化養(yǎng)殖水體也具有極佳的凈化效果，與游離態(tài)的光合細(xì)菌相比，具有較高的去除率（丁成，2008）[7]。吳珊等人還對(duì)游離態(tài)光合細(xì)菌的最佳固定化方法以及對(duì)銅綠微囊藻的抑制作用進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在最佳固定化（采用沸石、碳酸鈣和海藻酸鈉混合包埋光合細(xì)菌）條件下，固定化光合細(xì)菌對(duì)銅綠微囊藻抑制作用達(dá)到了80%以上，而等量的游離態(tài)光合細(xì)菌的抑制作用只有25%左右[8]。

從以上的研究成果可以看出，利用微生物固定化技術(shù)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)具有良好的發(fā)展前景，不論是對(duì)湖泊水質(zhì)的處理還是在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用，固定化微生物的應(yīng)用均體現(xiàn)出顯著的凈化水體的能力，同時(shí)在一定程度上也有效地抑制了藻類的大量增殖。

2.2 微生物修復(fù)劑投加技術(shù)在富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)的應(yīng)用

微生物修復(fù)劑投加技術(shù)是微生物修復(fù)領(lǐng)域一個(gè)新興的研究熱點(diǎn)。所謂微生物修復(fù)劑投加技術(shù)是指向富營(yíng)養(yǎng)化水體中投加有效微生物群EM，來(lái)促進(jìn)水體中有機(jī)物和氮、磷等污染物質(zhì)的降解，并且可以快速提高水體中微生物的濃度，利用微生物的代謝作用可在短期內(nèi)增大污染物降解速率，從而達(dá)到修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體水質(zhì)的目的[9]。有效微生物群EM是指從自然界中篩選出各種有益微生物，用特定的方法混合培養(yǎng)所形成的微生物復(fù)合體系，其微生物組合以光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、芽孢桿菌、放線菌、酵母菌和乳酸菌等為主[10]。

早在20世紀(jì)80年代，日本學(xué)者比嘉照夫就成功開(kāi)發(fā)出了EM（Effective Microorganisms，有效微生物群）技術(shù)，且在國(guó)內(nèi)外均得到了廣泛的研究和應(yīng)用。1992年美國(guó)一家公司成功分離和研制出名為Clear-Flo系列的微生物修復(fù)劑[11]，在美國(guó)某個(gè)溝渠使用了三個(gè)月左右，水體中的氨氮含量從0.02 mg/L降為了0 mg/L，其中對(duì)COD、BOD5的去除率均達(dá)到了70%以上。

我國(guó)也有相關(guān)研究表明，不論是在優(yōu)勢(shì)種群為藍(lán)藻門(mén)中的銅綠微囊藻的富營(yíng)養(yǎng)化水體中，還是優(yōu)勢(shì)種群為綠藻門(mén)中的蛋白核小球藻和四尾柵藻的富營(yíng)養(yǎng)化水體中投加微生物修復(fù)劑，水體中TN、TP的含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[9]。同時(shí)，在優(yōu)勢(shì)種群為銅綠微囊藻的富營(yíng)養(yǎng)化水體中投入有效微生物群EM期間，TN、TP的含量均呈明顯的下降趨勢(shì)，水體透明度也有明顯的提高。在停止投放菌劑1個(gè)月之后，TN、TP的含量達(dá)到最低點(diǎn)，均下降了60%左右。這一結(jié)果與呂愛(ài)芃的研究成果達(dá)成了一致[12]。

馬文林等利用微生物復(fù)合修復(fù)劑（由活性微生物菌體和具有調(diào)節(jié)水體環(huán)境、促進(jìn)藻類生長(zhǎng)功能的微量化學(xué)元素組成）對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化人工景觀湖的修復(fù)過(guò)程中，湖水中的chla、TP 含量都呈現(xiàn)穩(wěn)定的下降趨勢(shì)。在試驗(yàn)期末，水體中chla、TP含量均下降了65%以上，同時(shí)有效的抑制了水華的形成，結(jié)果表明微生物生態(tài)修復(fù)劑對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化人工景觀湖的修復(fù)具有顯著成效[13]。

綜上所述，微生物修復(fù)劑在降低富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及降解有機(jī)污染物方面均取得顯著的成效，具有很大的發(fā)展前景。以上的研究結(jié)果均體現(xiàn)出微生物對(duì)水體有良好的修復(fù)效果，但是利用微生物來(lái)修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體仍然需要對(duì)各種微生物發(fā)揮最佳降解效果所需環(huán)境因子深入研究、如何提升修復(fù)效率、解決需菌量大等問(wèn)題都是需要繼續(xù)研究的方向[14]。

3 水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體修復(fù)效果

植物修復(fù)技術(shù)是生物修復(fù)的一類。主要是利用水生植物，尤其是水生維管束植物和高等藻類，因?yàn)樵谄渥陨砩L(zhǎng)過(guò)程中可以吸收富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且通過(guò)定期收獲水生植物帶走營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)[15]。

根據(jù)水生植物的生活方式，水生維管束植物可分為挺水植物，漂浮植物，浮葉植物和沉水植物。①挺水植物：根莖生于底泥中，植物體上部挺出水面，具有修復(fù)能力的主要有蘆葦、香蒲等；②漂浮植物：植物體完全漂浮于水面，具有特化的適應(yīng)漂浮生活的組織結(jié)構(gòu)，常用于修復(fù)水體的主要有鳳眼蓮、浮萍、黃花水龍等；③浮葉植物：根莖生于底泥，葉漂浮于水面，常用于修復(fù)水體的主要有睡蓮、蔣菜；④沉水植物：植物體完全沉于水氣界面以下，根扎于底泥或漂浮于水中。常用于修復(fù)水體研究的主要有黑藻、金魚(yú)藻、狐尾藻、伊樂(lè)藻等[16]。

水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)機(jī)理可概括為5個(gè)方面：①攔截外源污染物；②植物吸收：水生植物能夠從水體中吸收生長(zhǎng)所需的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并貯存于植物細(xì)胞中，通過(guò)木質(zhì)化作用，轉(zhuǎn)化成為植物體的組成部分；③化感作用，即水生植物會(huì)向水體中釋放化感物質(zhì)以抑制浮游藻類的生長(zhǎng)；④水生植物的存在減小了水中的風(fēng)浪擾動(dòng)，有利于水體中懸浮物的沉積，還能有效地抑制底泥中污染物再釋放；⑤植物根系及底質(zhì)的吸附作用[17，18]。

筆者主要從目前研究應(yīng)用最多的漂浮植物系統(tǒng)、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)3大類生態(tài)系統(tǒng)來(lái)探討對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)。

3.1 挺水植物

不同種類挺水植物對(duì)氮和磷的去除能力存在顯著的差異。

在武漢地區(qū)利用黃菖蒲、石菖蒲、黑三棱和常綠水生鳶尾 4 種挺水植物對(duì)2種不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行水體凈化試驗(yàn)，研究結(jié)果表明這四種挺水植物對(duì)2種不同富營(yíng)養(yǎng)化程度水體的總氮的去除率均能達(dá)到40%以上，對(duì)TP的去除率均能達(dá)到50%以上。4種挺水植物對(duì)水體中TN、TP的去除率依次為黑三棱>黃菖蒲>常綠水生鳶尾>石菖蒲，可以看出黑三棱對(duì)水體有較好的凈化能力，而石菖蒲對(duì)水體的凈化能力相對(duì)較差?？傮w上來(lái)看這四種挺水植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中P的去除率均高于對(duì)N的去除率（戢小梅等，2015）[19]。

徐秀玲等通過(guò)對(duì)香蒲、鳶尾、菖蒲3種挺水植物在3種不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化水體的生長(zhǎng)狀況及其對(duì)氮磷的去除程度的研究，來(lái)判斷對(duì)水體的修復(fù)效果。研究表明，在低濃度下，各植物生長(zhǎng)狀況都較好，在高濃度下，香蒲和鳶尾的耐受能力明顯高于菖蒲。在中低濃度下，對(duì)水體TN的處理效果均是鳶尾>菖蒲>香蒲，并且去除率都達(dá)到了60%以上，在高濃度下，由于菖蒲生長(zhǎng)受限，3種挺水植物對(duì)水體TN的去除率為香蒲（74%）>鳶尾（69%）>菖蒲（54%）；對(duì)TP的處理效果，在中低濃度下各植物對(duì)TP的去除率依次為鳶尾>菖蒲>香蒲，高濃度下的去除率依次為鳶尾>香蒲>菖蒲，并且鳶尾的處理效果尤為明顯，均在70%及以上?？偟膩?lái)說(shuō)，鳶尾對(duì)不同程度富營(yíng)養(yǎng)化水體中TN、TP的去除效果都較為明顯，可以被廣泛應(yīng)用于富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)領(lǐng)域[20]。

3.2 漂浮植物

在漂浮植物處理水體富營(yíng)養(yǎng)化中，應(yīng)用最多的便是黃花水龍和鳳眼蓮。黃花水龍是太湖的土著植物，在處理太湖水的問(wèn)題中起了較大作用。王超等研究表明，夏季黃花水龍對(duì)水體中TN的去除率可達(dá)60%，對(duì)TP的去除率達(dá)25%，并且冬季也可存活，冬季對(duì)TN、TP的去除率均能達(dá)到20%以上 [21]。由此可見(jiàn)，黃花水龍是處理太湖富營(yíng)養(yǎng)化的一種非常理想的漂浮植物。

有研究表明，在氮磷濃度較高的情況下，鳳眼蓮對(duì)TN的去除率可達(dá)40%以上，對(duì)TP的去除率能達(dá)80%以上（張志勇等，2010）[22]。鳳眼蓮、水芙蓉和蓮花竹三種漂浮植物對(duì)水體的凈化效果，結(jié)果表明，30d后鳳眼蓮對(duì)TN、TP的去除率最高分別可達(dá)80%、90%左右，水芙蓉對(duì)TN、TP 的去除率均能達(dá)到75%以上，蓮花竹的處理效果相對(duì)較差。由此可見(jiàn)，鳳眼蓮是一種理想的水體修復(fù)植物，并且鳳眼蓮還可以作為觀賞植物，因此在處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中被廣泛應(yīng)用[23]。

3.3 沉水植物

由于沉水植物長(zhǎng)期沉沒(méi)于水下，受外界的干擾較小，因此也常用做水體富營(yíng)養(yǎng)化的修復(fù)植物。

研究表明，苦草、黑藻、金魚(yú)藻、伊樂(lè)藻組、狐尾藻、菹草六種沉水植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮磷具有凈化作用。金魚(yú)藻和伊樂(lè)藻對(duì)氮的去除率較高，均達(dá)到60%以上，苦草、黑藻、狐尾藻、菹草其次，對(duì)氮的去除率也均達(dá)到40%以上；對(duì)總磷的去除率，苦草和伊樂(lè)藻也明顯較高，達(dá)到45%以上，其余沉水植物在20%以下。總體來(lái)講，金魚(yú)藻和伊樂(lè)藻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的中氮、磷的去除較為明顯 [24]。

高鏡清等在春季利用金魚(yú)藻、伊樂(lè)藻、菹草，在夏季利用金魚(yú)藻，狐尾藻、苦草，分別研究了沉水植物對(duì)東湖富營(yíng)養(yǎng)化水體的處理程度。五種植物中，金魚(yú)藻的生長(zhǎng)狀況最好，春季的增長(zhǎng)率達(dá)125%以上，夏季達(dá)55%以上。而且金魚(yú)藻對(duì)TP的春夏兩季的去除率均達(dá)90%以上。由此看來(lái)金魚(yú)藻對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的營(yíng)養(yǎng)源的去除效果都較為理想，是一種較有前景的修復(fù)水體的沉水植物[25]。

水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體具有較好的凈化效果，修復(fù)水體的植物來(lái)源廣、易培養(yǎng)，修復(fù)期間具有較高的觀賞價(jià)值和構(gòu)景作用，后期收割后還能作為飼料等能有效的避免二次污染；植物修復(fù)所需成本低、能耗低，卻對(duì)水體具有高效的凈化效果，因此，被常用于富營(yíng)養(yǎng)化水體修復(fù)。但是植物修復(fù)仍存在一些弊端，如處理時(shí)間較長(zhǎng)、占地面積大及植物生長(zhǎng)受季節(jié)影響嚴(yán)重等[26]，都在一定程度上限制了植物修復(fù)的廣泛應(yīng)用。

4 植物—微生物聯(lián)合作用對(duì)富營(yíng)養(yǎng)水體修復(fù)效果

水生植物修復(fù)和微生物修復(fù)并不是孤立存在的，水體中各種生物間存在著相互依賴、相互制約的關(guān)系，任何生物種類的改變均會(huì)影響其他生物種群和數(shù)量的改變[27]。對(duì)于一些復(fù)合污染的水體，單一的修復(fù)技術(shù)就很難達(dá)到理想的凈化處理效果，此時(shí)如果將不同的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，形成聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)往往對(duì)水體就能達(dá)到顯著的凈化效果。

植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是利用水生植物和微生物的協(xié)同作用來(lái)完成對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)。該生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)利用太陽(yáng)能作為驅(qū)動(dòng)力，能耗小，費(fèi)用省，對(duì)環(huán)境的破壞小，對(duì)大面積的污染水體具有顯著的治理效果，同時(shí)還具備一定的觀賞價(jià)值。修復(fù)原理可簡(jiǎn)述為：在水生植物生長(zhǎng)時(shí)，根系為微生物提供多樣性的生境，且植物可輸送氧氣至根區(qū)，有利于微生物的好氧呼吸；同時(shí)，微生物的旺盛生長(zhǎng)，增強(qiáng)了對(duì)污染物的降解，使植物有更加優(yōu)越的生長(zhǎng)空間，從而促使微生物—植物體系對(duì)污染物的快速降解、轉(zhuǎn)化[14]。

植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)處理富營(yíng)養(yǎng)化水體效果最顯著主要有以下三種組合：植物—固定化氮循環(huán)菌（INCB）修復(fù)、植物—固定化光合微生物修復(fù)、植物浮床—微生物修復(fù)。

4.1 植物—固定化氮循環(huán)菌（INCB）修復(fù)

由于植物生長(zhǎng)季節(jié)的差異，常會(huì)慶等在夏季利用漂浮植物鳳眼蓮聯(lián)合固定化氮循環(huán)菌（INCB），在冬季利用典型沉水植物伊樂(lè)藻聯(lián)合固定化氮循環(huán)菌（INCB）進(jìn)行原位修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體。試驗(yàn)期間水體中TN、NO-2-N和NH+4-N均有不同程度的降。鳳眼蓮聯(lián)合修復(fù)期間水體中NO-2-N的去除率達(dá)到了90%以上，TN的去除率達(dá)到了70%以上；修復(fù)后水體指標(biāo)chla、CODMn、pH均達(dá)到了較低，水體透明度也有明顯的提高。伊樂(lè)藻聯(lián)合修復(fù)期間水體中NO-2-N的去除率達(dá)到了98%以上，NH+4-N的去除率達(dá)到了85%以上；chla等的含量也有一定的下降，水體透明度維持在夏季修復(fù)后水平。檢測(cè)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)期間水體及底泥中亞硝化菌，硝化菌，反硝化菌群數(shù)量均有大幅度的增長(zhǎng)，微生物菌群數(shù)的增加有助于水體的脫氮。利用這兩種植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行整年的修復(fù)得到了較好的凈水效果，后期沉水植物具有維持水質(zhì)的效果，同時(shí)對(duì)水體磷含量的提高具有一定的緩沖能力[28]。

4.2 植物—固定化光合微生物修復(fù)

相關(guān)研究者利用漂浮植物黃花水龍和沉水植物伊樂(lè)藻以及固定化光合細(xì)菌在浙江大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行了對(duì)重富營(yíng)養(yǎng)化水體的修復(fù)實(shí)驗(yàn)，利用NH4NO3和NaH2PO4來(lái)提供水體的氮源、磷源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在處理第19 d時(shí)黃花水龍—固定化光合細(xì)菌組合組呈現(xiàn)出最佳去除效果，TN和NH+4-N的去除率達(dá)到了98%以上，對(duì)TP的去除率也達(dá)到了90%以上。然而利用單獨(dú)光合菌修復(fù)水體的對(duì)照組，19 d后，水體中總氮、總磷、銨態(tài)氮的去除率幾乎在60%左右。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有植物存在的體系對(duì)水體的修復(fù)效果明顯高于單一的微生物修復(fù)[28]。

4.3 植物浮床—微生物修復(fù)

水體修復(fù)利用植物浮床的案例有很多，植物浮床技術(shù)是指人工將高等水生植物或經(jīng)改良的陸生植物種植到富營(yíng)養(yǎng)化水體的表面，利用植物根部的吸收、吸附作用以及物種之間的競(jìng)爭(zhēng)化感機(jī)制，消解富集于水體的氮、磷和其他有害物質(zhì)，以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[29]。

利用香菇草、睡蓮、西伯利亞鳶尾三種植物制成植物浮床，分別研究其對(duì)污染水體的凈化效果。35 d后，研究表明，存在植物浮床試驗(yàn)區(qū)的凈化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于只有浮床沒(méi)有植物的對(duì)照區(qū)。3種植物均長(zhǎng)勢(shì)良好，對(duì)總氮的去除率為香菇草（90.0%）>睡蓮（85.7%）>西伯利亞鳶尾（81.2%），對(duì)照組的去除率僅有54.9%；香菇草（68.6%）>西伯利亞鳶尾（62.8%）>睡蓮（57.0%），高于對(duì)照組的19.8%；并且對(duì)COD的去除率也在63%以上（趙豐等，2011）[30]。

利用植物浮床—微生物對(duì)唐山市南湖公園試驗(yàn)區(qū)污染水體的凈化效果優(yōu)于植物浮床單獨(dú)作用。在未投加微生物的植物浮床試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，水體中COD、總氮、銨態(tài)氮和總磷的去除率最高值只有33%左右，然而在植物浮床—微生物的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，鳳眼蓮—微生物聯(lián)合修復(fù)對(duì)水體中有機(jī)物的去除率達(dá)到了34%左右，對(duì)COD的去除率達(dá)到了63%左右，同時(shí)美人蕉、旱傘草、千屈菜、鳶尾的聯(lián)合修復(fù)對(duì)水體也表現(xiàn)出較好的凈化效果。秋末冬初溫度較低時(shí)，植物開(kāi)始死亡，可將植物收割，此時(shí)加入固定化氮循環(huán)細(xì)菌和水體中原有微生物進(jìn)行原位修復(fù)[31]。

從以上的研究成果可以看出，植物浮床對(duì)氮、磷都有較好去除效果，植物浮床—微生物聯(lián)合凈水效果又高于植物浮床單獨(dú)作用，因此，可將植物浮床—微生物廣泛應(yīng)用于水體治理中。

植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體具有較好的凈化效果，在一定程度上克服了單一修復(fù)技術(shù)的不足，但聯(lián)合修復(fù)技術(shù)仍存在一些弊端，如植物、微生物種類繁多，各種組合的修復(fù)機(jī)理存在差異，技術(shù)應(yīng)用難度大等，都在一定程度上限制了聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。總體上看，植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)將會(huì)成為水體修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

5 結(jié)論及展望

由于生物特性的限制，聯(lián)合修復(fù)的發(fā)展過(guò)程中仍有諸多難題亟待解決。今后可以著重加強(qiáng)以下幾方面研究。

（1）部分微生物具有良好的凈水效果，但是其具有致病性或在吸收轉(zhuǎn)化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)，此時(shí)就可以借助分子生物學(xué)技術(shù)手段和基因工程理論，重新組建微生物的遺傳性狀，篩選出具有降解多種污染物且凈水效率更高的優(yōu)良菌株及酶系[32]。

（2）植物生長(zhǎng)具有季節(jié)性，一些具有良好凈化效果的植物不能全年對(duì)水體進(jìn)行修復(fù)，此時(shí)可以深入的去研究各種植物組合的修復(fù)機(jī)理以及凈水效果，以便于更好的應(yīng)用于實(shí)踐之中。

（3）植物的生物量少，有時(shí)很難對(duì)大面積的富營(yíng)養(yǎng)化水體進(jìn)行修復(fù)，這時(shí)可選擇多種生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，爭(zhēng)取在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最佳的處理效果。

總而言之，生物修復(fù)技術(shù)在修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體領(lǐng)域具有較好的發(fā)展前景。

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