水生植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體應(yīng)用研究綜述

劉建英，周湘燦

（江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212400）

1 概述

1.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象

我國(guó)的淡水資源非常匱乏，以人均水資源來(lái)衡量，屬于全球最缺水的幾個(gè)國(guó)家之一[1]。在如此嚴(yán)峻的形勢(shì)下，水環(huán)境還受到了一系列的污染和破壞，面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。如工業(yè)廢水與生活污水的不斷排放，造成了水體的富營(yíng)養(yǎng)化[3-4]。

當(dāng)水體中總氮含量超過(guò)0.3mg/L，總磷含量超過(guò)0.02mg/L 時(shí)，即屬于富營(yíng)養(yǎng)化水體，并且有“水華”爆發(fā)的危險(xiǎn)[5-6]。據(jù)環(huán)保部對(duì)全國(guó)60 多個(gè)湖泊的調(diào)查結(jié)果顯示，超過(guò)60%的水體已經(jīng)達(dá)到中度營(yíng)養(yǎng)化水平；另外，對(duì)全國(guó)主要城市景觀水體水質(zhì)的調(diào)查研究顯示，超過(guò)90%的水體受到不同程度的污染，富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象嚴(yán)重[7]。水體的富營(yíng)養(yǎng)化在破壞生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，還會(huì)嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量和制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

綜上所述，可以清晰地看到水污染已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。因此，采用水生植物修復(fù)技術(shù)保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的研究十分必要，這對(duì)于解決如何協(xié)調(diào)好當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境效益、水資源利用與水環(huán)境保護(hù)關(guān)系大有裨益。

1.2 水生植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體

水生植物是生長(zhǎng)在濕地或者水中的植物[8]，其生活型包括沉水、浮水和挺水3 種類型[9]。

水生植物修復(fù)技術(shù)是通過(guò)吸收、富集營(yíng)養(yǎng)化水體中重金屬、有機(jī)污染物、營(yíng)養(yǎng)鹽等有害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的生態(tài)修復(fù)。運(yùn)用生態(tài)技術(shù)修復(fù)受污染水體是今后水體凈化的重點(diǎn)研究方向，而水生植物修復(fù)水體技術(shù)是水生態(tài)修復(fù)技術(shù)的核心內(nèi)容之一。該技術(shù)具有造價(jià)低、生態(tài)穩(wěn)定、便于推廣應(yīng)用、發(fā)展前景廣闊的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，水生植物形態(tài)優(yōu)美，能夠與水體以及其他園林景觀要素結(jié)合營(yíng)造園林意境[10]。

水生植物的生長(zhǎng)受到地理環(huán)境與氣候因素的影響，以江蘇南部區(qū)域?yàn)槔?，適生的挺水植物有黃菖蒲、香蒲、蘆葦、千屈菜、旱傘草、荷花等；浮水植物有睡蓮、芡實(shí)、萍逢草、莼菜、鳳眼蓮等；沉水植物有苦草、黑藻、輪葉黑藻、金魚藻、狐尾藻、菹草等。不同水生植物種類、不同水生植物種類組合等都將影響修復(fù)的效果。

2 水生植物修復(fù)機(jī)理

2.1 水生植物根區(qū)法修復(fù)原理

德國(guó)學(xué)者Kickuch 在1977 年首次提出根區(qū)法理論，以后的水生植物修復(fù)水體的機(jī)理都是以此為核心，并在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。水生植物利用根區(qū)生化效應(yīng)修復(fù)水體的原理包括2 個(gè)方面。一方面，它們從地上部分吸收氧氣并將其輸送到根部，由植物的根細(xì)胞擴(kuò)散到根部，在地下形成一個(gè)好氧的微環(huán)境。好氧微生物在好氧環(huán)境中繁殖，分解有機(jī)物。另一方面，在根較少的地方形成厭氧區(qū)和兼氧區(qū)，有利于硝化與反硝化wt作用，達(dá)到脫氮除磷的目的。

2.2 水生植物的吸收、吸附和過(guò)濾作用

水生植物需要吸收大量的N、P 等營(yíng)養(yǎng)元素以滿足其生長(zhǎng)，其發(fā)達(dá)的根系對(duì)水體中氮磷的富集與轉(zhuǎn)移具有良好的效果[11]。同時(shí)，水生植物通過(guò)植株對(duì)污染物質(zhì)的吸附和過(guò)濾作用實(shí)現(xiàn)水體的部分凈化作用。

2.3 水生植物對(duì)藻類的抑制作用

水體中浮游藻類的過(guò)度生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，而水生植物與浮游植物相比，在養(yǎng)分與光能的利用上具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在生長(zhǎng)過(guò)程中，水生植物的生命周期長(zhǎng)，植株體積大，吸收和貯存養(yǎng)分的能力強(qiáng)，能較強(qiáng)地抑制浮游藻類的生長(zhǎng)[12]，具有一定的克藻效應(yīng)[13]。

3 水生植物修復(fù)的具體應(yīng)用

3.1 污水凈化應(yīng)用

紐約州農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)院的Willian J.Jewell 認(rèn)為，以水生植物為基礎(chǔ)的生態(tài)處理系統(tǒng)的凈化效果與典型的生化處理系統(tǒng)相同[14]。

如Thaerlk[15]發(fā)現(xiàn)水生植物能夠較好富集受污染水體中的Zn、Mn。Sparling D W 等[16]指出，水生植物的金屬生物利用率受水或土壤pH 值、金屬濃度等影響。Zayed A[17]等通過(guò)研究得出結(jié)論，浮萍是廢水中Cd、Se和Cu 的良好累積物。Hansend 等[18]利用多種水生植物凈化石油煉制廢水，其中可去除89%的Se。Slavik D等[19]通過(guò)試驗(yàn)指出水生植物能除去地下水中的鈾。

我國(guó)對(duì)水生植物凈化污水的研究始于20 世紀(jì)70年代中期，其中以鳳眼蓮凈化塘為主的污水處理生態(tài)工程效果較好。如北京動(dòng)物園廢水通過(guò)水生植物系統(tǒng)凈化后，TN 和TP 分別減少58%和38%[20-22]。

3.2 濕地生態(tài)修復(fù)應(yīng)用

3.2.1 天然濕地生態(tài)修復(fù)應(yīng)用。天然濕地生態(tài)系統(tǒng)由江河、湖泊、濕地等內(nèi)陸特定自然水域組成。我國(guó)天然濕地的區(qū)域分布極不均勻，并且在城市與工業(yè)發(fā)展的大環(huán)境下受到的污染逐漸增多。研究表明，綜合運(yùn)用水生植物凈化技術(shù)的生態(tài)工程修復(fù)方法是很好的水體修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)在對(duì)江蘇太湖、安徽巢湖等淡水湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化控制和濕地生態(tài)修復(fù)中得到很好的應(yīng)用[23-25]，并證明水生植物可以較好地促進(jìn)天然濕地水體生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[26]。

3.2.2 人工濕地修復(fù)應(yīng)用。人工濕地修復(fù)技術(shù)以水生植物凈化技術(shù)為重要環(huán)節(jié)，對(duì)各種受污染水體設(shè)計(jì)合適的修復(fù)方案[27-28]。如吳振斌等對(duì)復(fù)合垂直流人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)果證明3 個(gè)有植物的系統(tǒng)對(duì)磷的去除率很高，分別達(dá)到了61%、65%和59%，而無(wú)植物系統(tǒng)的去除率僅為28%。該技術(shù)在運(yùn)用的過(guò)程中，可以綜合其他物理、化學(xué)、生物學(xué)凈化方法進(jìn)行，也可以綜合園林植物景觀工程進(jìn)行運(yùn)用。

3.3 生物浮床技術(shù)應(yīng)用

生物浮床技術(shù)是運(yùn)用無(wú)土栽培的原理，利用可漂浮材料為基質(zhì)在水面種植植物，以減少水體中的污染物質(zhì)的技術(shù)。如德國(guó)Hoeger 學(xué)者1979 年提出并成功建造人工浮島，隨后日本科學(xué)家廣泛認(rèn)同并將人工浮島用于治理湖泊[29]。Nathalie 等[30]用水培系統(tǒng)栽培毛曼陀羅用來(lái)凈化修復(fù)生活污水，取得了較好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前處于快速發(fā)展階段，生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，而對(duì)環(huán)境保護(hù)的投入有限，因此水生植物的凈化技術(shù)提供了一種很好的污染治理手段[31]。

水生植物修復(fù)水體技術(shù)應(yīng)注重從以下5 個(gè)方面進(jìn)行研究：①水生植物在不同程度受污染水體中的生長(zhǎng)特性；②水生植物的不同種類組合對(duì)受污染水體的作用；③水生植物的后續(xù)資源化利用；④水生植物融合生態(tài)與景觀效應(yīng)的應(yīng)用研究；⑤研究更多種類水生植物凈化水體的效果。雖然目前利用水生植物凈化富營(yíng)養(yǎng)化水體尚有許多不足之處，但隨著人們的深入研究，水生植物必將在水污染控制中發(fā)揮更重要的作用，從而更大程度地造福于人類[32]。