基于生態(tài)下的水生植物水質(zhì)凈化功能探討

摘要：水是生命之源，人類社會的快速發(fā)展引發(fā)了一系列生態(tài)失衡問題，尤其是水資源污染問題使人類生存與發(fā)展面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。在污水治理過程中，由于波及面積大、污染因素復(fù)雜、治理需求不一，導(dǎo)致人為治理方式難以達到預(yù)期效果。為此，基于生態(tài)模式下的水生植物利用，逐步被賦予了特殊的使命，本文通過對北方常見水生植物的介紹，了解并闡述與水質(zhì)凈化機理，并總結(jié)出相應(yīng)的生態(tài)應(yīng)用建議，為污水治理的生態(tài)發(fā)展提供支撐。

關(guān)鍵詞：水生植物;污水治理;凈化機理;生態(tài)應(yīng)用

中圖分類號：S682.32

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215047

收稿日期：2019-12-18

作者簡介：金秋（1980-），男，大專，園林工程師。研究方向：園林綠化景觀設(shè)計施工。

引言

伴隨社會的持續(xù)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日益受到關(guān)注，尤其是近年來的藍藻污染、工業(yè)廢水排放、水質(zhì)富營養(yǎng)化等問題，給人類正常生活及生產(chǎn)帶來了嚴重干擾，并逐步衍生出一系列社會問題。為適應(yīng)現(xiàn)代水污染治理的需求，水生植物在污水治理層面的價值得到了深入的挖掘，以期利用自然生態(tài)循環(huán)機理，使污水治理回歸到生態(tài)環(huán)節(jié)，在提升治理效率的同時節(jié)約人工成本。因此，生態(tài)視野下水生植物在污水凈化中的應(yīng)用受到了廣泛研究與應(yīng)用。

1 北方常見的水生植物

1.1 水生植物概述

水生植物（Hydrophyte）屬于生態(tài)學(xué)名詞，在1988年出版的《EPA濕地鑒別和描述手冊》中，水生植物被定義為生長在以水為主的或者由于水分充足而周期性缺氧的基質(zhì)上的大型植物，其范圍覆蓋水生植物及濕地植物。水生植物廣泛分布于我國各水域之中，并扮演著至關(guān)重要的生態(tài)凈化角色，為生態(tài)環(huán)境的平衡提供著基礎(chǔ)保障。

1.2 水生植物的分類

根據(jù)水生植物的形態(tài)、習(xí)性及生理變化等特點，可以對水生植物進行適當?shù)膭澐?，以實現(xiàn)對水生植物更系統(tǒng)化的認知，其主要類型如下。

1.2.1 挺水植物

挺水植物是水生植物中的重要組成，其主要的特點是根系生長于水中泥土之下，而葉片及葉柄長出水面。一般而言，挺水植物都擁有較為發(fā)達的根系，采取莖與葉呼吸的方式進行養(yǎng)分轉(zhuǎn)化;花色艷麗且體型較大，具備了一定的觀賞性，在園林景觀塑造中具有極高的應(yīng)用價值。北方地區(qū)常見的挺水植物包括慈菇（Sagittaria trifolia）、荷花（Nelumbo nucifera）、蘆葦（Phragmites communis）。

1.2.2 浮葉植物

一般是指根系生長于底泥之中，但由于莖部偏軟而無法矗立，葉片或者花瓣處于半挺或漂浮于水面。其生長過程一般為先在水下生長，當葉片長出水面后浮于水面，一般具備發(fā)達的氣孔，且葉片有較強的呼吸能力，以保障植物獲取充足的營養(yǎng)。如芡實（Euryale ferox）、睡蓮（Nymphaea albalinna）、荇菜（Nymphoides peltatum）等。

1.2.3 漂浮植物

主要是指根部不接觸泥土且漂浮生長于水面的植物種類。由于漂浮植物根系無法固定，會隨水流、風(fēng)向等產(chǎn)生位移，在實踐應(yīng)用中應(yīng)慎重選擇。如茶菱（Trapella sinensis Oliv）、鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）等。

1.2.4 沉水植物

指生長于水下的植物類型，有少量沉水植物能夠在花期時伸出水面，這類植物主要以觀葉為主。如狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、黑藻（Hydrilla verticillata）和金魚藻（Ceratophyllum demersum）等。

2 水生植物水質(zhì)凈化的機理

2.1 植物根系的吸收

植物根系是植物生長的根本依賴，也是獲取營養(yǎng)物質(zhì)的重要渠道。相對于部分植物的水質(zhì)凈化而言，水生植物可以利用根系的吸收功能，將水中的部分污染物作為營養(yǎng)來吸收利用，以大幅降低水中的污染物含量。利用根系吸收的途徑主要分為2種，通過質(zhì)體流途徑，使污染物在植物蒸騰拉力的作用下，使其與水分同時到達植被根部;在溶解擴散作用下，使污染物直接到達植物根部，以達到對水中污染物吸收、轉(zhuǎn)化的目的。

2.2 植物富集作用

根據(jù)水生植物的生長特性及水污染治理特點，其存在著顯著的差異性。大部分水生植物的水污染凈化功能中，都具有一定的富集作用，即將污染物中所含的重金屬離子等有機物，利用根系吸收進入植物根莖，并將這些重金屬離子富集于體內(nèi)，以達到一定的水質(zhì)凈化效果。并且，部分水生植物根、莖、葉等部位，會對不同的污染物產(chǎn)生不同功能，如蘆葦、香蒲等根部TN含量顯著大于莖葉部，而根部的TP含量則小于莖葉部。與此同時，水中的重金屬離子在水生植物內(nèi)經(jīng)歷復(fù)雜的轉(zhuǎn)變后，會與植物內(nèi)生成的植物螯合肽（PC）發(fā)生螯合反應(yīng)，從而為植物的后續(xù)生長提供保障。

2.3 微生物作用

微生物是世界上數(shù)量最為龐大的生物群落，大量存在于水生植物中，尤其是水生植物的根系部分能為微生物提供充足的養(yǎng)分，以促進其大量的生長并作用于植物內(nèi)部，從而實現(xiàn)2種生物形態(tài)之間的生長平衡。借助植物中強大的微生物降解、代謝系統(tǒng)，可以將水中的有機污染物進行轉(zhuǎn)化，如鳳眼蓮根系微生物具有降酚作用，并能夠提高鳳眼蓮降酚效率和多酚氧化酶活性，以促進水體中的氮循環(huán)過程，有效促進水體中的氨氮平衡，以達到水質(zhì)改良及凈化的效果。

2.4 對藻類的抑制作用

藻類是自然水域中廣泛存在的植物，與大部分水生植物一樣，其生長營養(yǎng)的獲取主要來源于水體，雖然水中的藻類同樣具有一定的凈化功能，但是一旦水中的藻類達到爆發(fā)的臨界點，將產(chǎn)生相反的效果并打破水質(zhì)平衡，造成更為嚴重的污染，因此水生植物對于藻類的抑制作用尤為重要。相較于藻類而言，水生植物在水質(zhì)凈化中具備一定的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)更高效率的污染物轉(zhuǎn)化，與藻類形成競爭關(guān)系，特別是對水中氮、磷等元素的吸收更為明顯，也在一定程度上限制了藻類營養(yǎng)的獲取，在保證水生植物有序生長的同時，抑制藻類的過度爆發(fā)，以達到更為顯著的水質(zhì)凈化效果。

3 北方常見水生植物水質(zhì)凈化效果實驗分析

3.1 實驗水體

考驗北方水質(zhì)污染的特點及趨勢，主要以生活污水及自然水體污染標本為主，并根據(jù)污染水體中的污染物濃度進行標定，實際初始深度值如表1所示。

3.2 實驗植物

基于生態(tài)下的水生植物污染治理，需要將水質(zhì)凈化與植物景觀實現(xiàn)融合，從而擴大水生植物的應(yīng)用范圍，使其成為現(xiàn)代水污染治理中的重要支撐。因此在實踐中主要選擇適宜北方生長的水生植物作為對象，包括慈菇、香蒲、蘆葦、茶菱、鳳眼蓮等，具體的植物基本特征如表2所示。

3.3 實驗結(jié)果評價

通過對北方常見水生植物水質(zhì)凈化實驗分析，參與測試的慈菇、香蒲、蘆葦、茶菱、鳳眼蓮等5種水生植物，對污染水質(zhì)中的有機污染物具有顯著的凈化功能，通過對TN、TP、NH3-N、COD等含量分析可知，由于受不同水生植物所呈現(xiàn)的凈化機理影響，經(jīng)一段時間的凈化后，所提供的污染水質(zhì)中污染物含量低于空白對照污染水質(zhì)，也同時表明水生植物具備顯著清污能力，幾種水生植物水質(zhì)凈化均值如表3所示。

綜上所述，在水體凈化中不同種類的水生植物具有其獨特的優(yōu)勢，對不同污染性質(zhì)的水體具有不同程度的凈化作用。多種水生植物的組合有利于植物間的優(yōu)勢互補，對水體的凈化作用總體效果更優(yōu)于單種水生植物，而且凈化效果更加穩(wěn)定。因此，在利用水生植物對水體進行凈化時，要在試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)污染物的化學(xué)和物理性質(zhì)采取針對性的水生植物種植，以確保植物對水體的凈化效果最大化。

參考文獻

[1] 郭巖巖，王蘭明，牛新勝，李良濤.9種生態(tài)浮島植物對鄉(xiāng)村河道污水的凈化效果[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（11）：66-70.

[2] 王永志.淺談生態(tài)修復(fù)中水生植物的應(yīng)用[J].農(nóng)村科技，2018（11）：56-58.

[3] 黃生利.試論水生態(tài)修復(fù)技術(shù)在河道治理中的相關(guān)運用[J].居舍，2018（32）：35.

[4] 陳照方，陳凱，楊司嘉.水生植物對淡水生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)效果[J].分子植物育種，2019，17（13）：4501-4506.

（責(zé)任編輯 周康）