水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用及其影響因素綜述

易旺　宋建軍　鄧潔　鄧輝妮　姚國(guó)鵬

摘 要 分析了水體富營(yíng)養(yǎng)化形成的主要原因，重點(diǎn)介紹了水體富營(yíng)養(yǎng)化的防治方法和措施，并且結(jié)合技術(shù)原理及工程經(jīng)驗(yàn)，從穩(wěn)定性、生態(tài)安全性、技術(shù)差異性方面總結(jié)了生物修復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn)。水生植物的凈化效果受多種因素制約，包括水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的差異以及水生植物群落配置方式的差異等，最后給今后水生植物修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展指明了方向。

關(guān)鍵詞 水體富營(yíng)養(yǎng)化治理;氮;磷;水生植物群落配置

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.32.087

水體富營(yíng)養(yǎng)化是當(dāng)前我國(guó)水體污染的主要問(wèn)題之一。由于生物所需的氮、磷等無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排入到那些相對(duì)封閉并且流速較慢的水域中，引起某些藻類及其他浮游生物迅速繁殖，在短時(shí)間內(nèi)就會(huì)導(dǎo)致水體渾濁、水體溶氧量下降，這不僅會(huì)造成水質(zhì)的進(jìn)一步惡化，嚴(yán)重的甚至發(fā)生水華現(xiàn)象，使得整個(gè)水域生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重污染。目前，水體富營(yíng)養(yǎng)化已經(jīng)成為一個(gè)日趨嚴(yán)重的全球性環(huán)境問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)生態(tài)學(xué)家和環(huán)境學(xué)家長(zhǎng)期對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化治理方法的不斷探索，目前水體富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)從技術(shù)原理上可以分為物理、化學(xué)、生物三大類。

選用化學(xué)、物理措施修復(fù)水污染不僅投入大、能源消耗高、嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)，并且容易出現(xiàn)水體二次污染以及對(duì)于地下水構(gòu)成污染。相較而言，水生植物修復(fù)法具有效果好、成本低、操作簡(jiǎn)單、易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有生態(tài)環(huán)保的特性，因此水生植物修復(fù)研究越來(lái)越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。為了更有效地指導(dǎo)實(shí)際水體修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用及其影響因素展開(kāi)論述。

1 水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用

1.1 水生植物對(duì)氮、磷的吸收富集作用

國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，水生植物對(duì)水體中氮磷的去除效果明顯。通過(guò)水生植物的光合作用，水生植物釋放氧氣增加水中溶解氧含量，從而達(dá)到減少或消除水污染、改善水質(zhì)的目的。褚夢(mèng)真等[1]利用水芹菜（Oenanthe javanica）、千屈（Lythrum salicaria）和金魚藻（Ceratophyllum demersum）為材料，采用水培法模擬富營(yíng)養(yǎng)化水體，研究水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體中氮和磷的去除效果。研究表明，水芹菜、千屈菜和金魚藻對(duì)總氮（TN）的去除率分別是59.5%、33.3%和11.1%，對(duì)亞硝態(tài)氮（NO2--N）和硝態(tài)氮（NO3--N）的去除率分別是53.7%、59.8%、9.8%和35.7%、53.7%、52.8%，對(duì)氨氮（NH4+-N）的去除率依次36.1%、47.2%和13.9%。水芹菜、千屈菜和金魚藻對(duì)實(shí)驗(yàn)水體中對(duì)總磷（TP）的去除率依次為46.3%、14.4%和77.4%，對(duì)P的富集率分別為0.5%、0.4%和0.3%，對(duì)N的富集率分別為1.87%、1.37%和0.73%?？梢?jiàn)，水生植物可通過(guò)吸收水中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，來(lái)減少水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而凈化水體富營(yíng)養(yǎng)污染、提高水質(zhì)。

1.2 化感作用

化感作用是一種植物通過(guò)向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)而對(duì)另一種植物（包括微生物）產(chǎn)生有害或有益影響的作用。同時(shí)作為一種爭(zhēng)奪日光、養(yǎng)分和生存空間的有效途徑，水生植物將化感物質(zhì)釋放到水中以抑制浮游植物的生長(zhǎng)[2]。Li等[3]人從蘆葦中分離并鑒定出抗藻化感物質(zhì)——2-甲基乙酰乙酸乙酯（EMA），發(fā)現(xiàn)其分離得到的化感物質(zhì)對(duì)蛋白核小球藻和銅綠微囊藻的生長(zhǎng)有較強(qiáng)的抑制作用。張庭廷等[4]對(duì)黑藻、金魚藻、水花生、茭白、空心菜進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，這5種水生植物均有不同程度的克藻效果，其中金魚藻與黑藻對(duì)蛋白核小球藻、斜生柵藻具有明顯的抑制作用。

1.3 其他作用

1）水生植物可以為微生物提供棲息地和附著基質(zhì)，為各種不同微生物的吸附和代謝提供了適宜的生存環(huán)境，從而提高水生植物富營(yíng)養(yǎng)化凈化效率。研究表明，植物的根系分泌物還可以促進(jìn)某些嗜磷、氮細(xì)菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)氮、磷的釋放和轉(zhuǎn)化，并間接提高轉(zhuǎn)化率[5]。2）水生植物可以提供微生物降解水中污染物所需的氧氣。研究表明，水生植物體內(nèi)的氧氣傳遞速率遠(yuǎn)大于空氣向液體表面的擴(kuò)散速率。植物供氧對(duì)人工濕地中污染物的好氧降解的補(bǔ)充作用遠(yuǎn)大于空氣中的氧氣擴(kuò)散量[6]。3）水生植物可以促進(jìn)水中懸浮物、污染物質(zhì)的沉降，同時(shí)可以降低沉積物再懸浮的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到提高水體透明度的目的[7]。

2 影響水體修復(fù)效果的因素

2.1 水生植物群落配置及種類的差異

不同植物對(duì)養(yǎng)分的需求不同，對(duì)污水富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)的凈化效果也不同;不同的根系發(fā)育程度不同，向水體輸送氧氣的能力也不同;產(chǎn)生的化感物質(zhì)種類和含量不同，對(duì)不同藻類的抑制效果也不同。因此，在水生植物對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化凈化時(shí)，要根據(jù)具體情況合理選擇水生植物，并進(jìn)行多種植物群落組合搭配，同時(shí)考慮植物功能的季節(jié)性差異，以保證水生植物修復(fù)作用能夠周年循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污水凈化效果最大化。

2.2 水體富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量

不同富營(yíng)養(yǎng)化水體的植物修復(fù)能力不同。在一定濃度范圍內(nèi)，水生植物的凈化率隨水體中氮、磷等物質(zhì)含量的增加而增加[8]。Wen L等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，水中磷的去除率取決于植物的生長(zhǎng)速度和植物組織中磷的濃度，植物體內(nèi)磷濃度越高，植物對(duì)水中磷的去除能力越強(qiáng)。

2.3 其他因素

除上述因素外，水體的透明度、溫度和光照也會(huì)影響水生植物對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化作用。光照強(qiáng)度影響著水生植物的光合作用，光照強(qiáng)度不夠時(shí)水生植物生長(zhǎng)受到抑制，導(dǎo)致凈化效率也受到影響。同時(shí)，水生植物在溫度相對(duì)較高條件下生長(zhǎng)旺盛，對(duì)水污染也有較高的凈化率。植物對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收往往是植物和根系微生物共同作用的結(jié)果，微生物在氮的硝化和有機(jī)物的降解中起著重要的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

采用水生植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體，具備周期能耗低、治理效果好、后期維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低、節(jié)省能源、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，但水生植物防治技術(shù)具有局限性：1）不同水生植物對(duì)于不同污染因子的生存閾值問(wèn)題;2）不同生態(tài)環(huán)境下水生植物的生理生態(tài)研究問(wèn)題;3）不同水質(zhì)條件下的水生植物的最佳種類選擇及最優(yōu)群落配置的研究問(wèn)題。此外，為優(yōu)化水生植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體防治中的實(shí)際應(yīng)用效果，提出以下研究建議：1）發(fā)現(xiàn)更高效的脫氮除磷的水生植物種類，以針對(duì)不同程度污染的水質(zhì)，達(dá)到凈化效果最大化;2）需要進(jìn)一步優(yōu)化耐受污染因子的不同水生植物的生存閾值;3）在環(huán)境季節(jié)變化下研究各季節(jié)植物群落的最優(yōu)化配置;4）結(jié)合生物微生物制劑，根據(jù)系統(tǒng)要求人工添加生物菌劑，增加微生物豐度，強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)菌群，提高脫氮除磷效果。

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（責(zé)任編輯：劉昀）