植物修復在水環(huán)境污染治理中的應(yīng)用

邢亞男，胡 斌

（山東格瑞德集團有限公司，山東 德州 253000）

植物修復技術(shù)是通過對植物固定以及揮發(fā)、降解等方式消除土壤中的污染物，同時，對水環(huán)境以及空氣也起到了凈化作用。另外，合理利用植物根系也可以降解很多有機污染物，從而凈化被污染的水環(huán)境。在科學技術(shù)不斷發(fā)展的今天，植物修復技術(shù)也得到了進一步完善和優(yōu)化，使其在水環(huán)境治理中的優(yōu)勢越來越顯著。從上個世紀90年代以來，植物修復技術(shù)已成為我國環(huán)境治理的關(guān)鍵技術(shù)，因此，其在水環(huán)境治理中發(fā)揮的積極作用不容忽視。

1 植物修復技術(shù)的相關(guān)概述

1.1 內(nèi)涵

植物修復技術(shù)在我國環(huán)境治理中的應(yīng)用十分廣泛，該技術(shù)主要是依靠植物特有的生理化過程完成修復，使其進入空氣、水體、土壤之中，消除其中的有毒物質(zhì)[1]。

廣義的植物修復技術(shù)是通過植物的固定以及有效利用，消除水體、土壤、空氣中的重金屬污染，從而達到凈化的作用，同時，還可以將自然環(huán)境中的一些放射性元素清理干凈。另外，充分利用植物的根系作用，也可以將很多有機污染物進行降解。因此，在生態(tài)工程中，植物修復技術(shù)是一種有效的治理手段。并且，通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，利用植物的呼吸作用、揮發(fā)作用、穩(wěn)定作用以及根系的降解作用，可以使環(huán)境污染得到有效治理。

而狹義的植物修復技術(shù)是指以植物超量積累某些化學元素、超耐受理論為基礎(chǔ)，通過應(yīng)用植物以及微生物體系，達到污染治理的目的。在水環(huán)境污染控制中，則是以水生植物對水體中某些有機或無機污染物的超量累積以及超耐受為基礎(chǔ)，并借助水生植物以及微生物的關(guān)系，實現(xiàn)對水環(huán)境污染的治理。

1.2 優(yōu)點

在大量的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，植物修復技術(shù)的挑戰(zhàn)性很強，其與物理修復技術(shù)以及化學修復技術(shù)相比，該技術(shù)具有很多優(yōu)點，如成本低廉，可節(jié)約治理費用等。由于植物修復技術(shù)主要是在污染現(xiàn)場進行，因此，也減少了設(shè)備的搬運環(huán)節(jié)，從而使整個過程更加簡單便捷，也減少了人與污染物的接觸。同時，該技術(shù)對環(huán)境影響不大，可有效避免二次污染，且污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)移率較低，所以，處理污染物效果顯著。而應(yīng)用植物修復技術(shù)，在有效提升水體自凈能力的同時，也產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益[2]。

1.3 類型

當前，科學技術(shù)迅猛發(fā)展，而植物修復技術(shù)作為一種新型的生物技術(shù)得到了更加廣泛的應(yīng)用。通常，植物修復技術(shù)主要包括植物的分解和吸收。由于植物是生態(tài)環(huán)境中不可缺少的要素，其結(jié)合自然生長環(huán)境變化，實現(xiàn)了對自身功能的調(diào)節(jié)和發(fā)展，在此過程中會形成獨特的功能，可提高對有害物質(zhì)的抵抗力，以及消除能力。在植物食物鏈原理的基礎(chǔ)上，將植物大量種植在被污染的水體中，其可以通過自身吸收以及降解功能，有效減少水體的污染程度；而植物揮發(fā)是在光合作用下，將不具備揮發(fā)性質(zhì)的污染物轉(zhuǎn)化與空氣結(jié)合的氣體。同時，在修復水體污染時，還可以制造出對水生植物生長有利的物質(zhì)成分。

1.4 發(fā)展

多年來，我國在水環(huán)境污染治理上，一直是在走“先污染后治理”的老路，這樣不僅不利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，其治理效果也不盡如人意。所以，根據(jù)多年的經(jīng)驗總結(jié)出，不能為了獲取眼前的經(jīng)濟效益，以破壞生態(tài)環(huán)境為代價，這不僅會消耗大量成本，還非常不利于生態(tài)平衡。因此，提高資源的利用率以及轉(zhuǎn)化率，是經(jīng)濟發(fā)展以及環(huán)境保護的重要組成部分。

此外，在能源消費以及資源總消費不變的前提下提高利用率以及轉(zhuǎn)化率，社會產(chǎn)品總利用率才會提高；反之，社會產(chǎn)品總量會不變，而利用率以及轉(zhuǎn)化率還會有所下降，且總能耗也將下降。因此，提高水環(huán)境污染的利用率和轉(zhuǎn)化率，對實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化有著重要作用。而植物修復技術(shù)可以實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，既是控制環(huán)境污染的有效途徑，也能促進經(jīng)濟發(fā)展。

2 植物的修復作用

2.1 植物的物理作用

在自然界中，水中的水生植物可以減少一定的風浪擾動，還可以降低水流速度以及水面風速，這對于去除水懸浮體的沉淀提供了很大幫助，同時也降低了這些固體重新懸浮的可能。植物還有一個主要作用就是具有很好的隔熱性能，如冬季人工濕地中的水生植物會大量死亡，之后這些植物會被雪覆蓋，這樣就形成了一個天然的隔熱層，這對人工濕地土壤的凍結(jié)起到了非常好的預防作用。

2.2 植物的吸收作用

植物可以將自身所吸收的污染物進行轉(zhuǎn)化，而經(jīng)過轉(zhuǎn)化之后，還可以利用揮發(fā)作用將這些物質(zhì)揮發(fā)到空氣中，從而實現(xiàn)水環(huán)境的凈化。而污染物在經(jīng)過這個過程之后，其毒性會變得非常小，有效降低了環(huán)境的污染程度。比如：Hg、As、Se這些物質(zhì)都可以借助甲基化的過程實現(xiàn)揮發(fā)，以此達到修復水環(huán)境的目的。另外，水生植物還可以利用污水中的營養(yǎng)物質(zhì)作為成長供給，如一些有根的植物是通過根部攝取營養(yǎng)，一些浸沒在水中的莖葉，也可以從水中攝取營養(yǎng)物質(zhì)。如水中的植物數(shù)量越高，其吸收的污染物也會更多，可使大量的污染物質(zhì)固定在生物體內(nèi)，在收割之后，營養(yǎng)物質(zhì)就會從系統(tǒng)中清理出來，也實現(xiàn)了廢水中有機氮的微生物分解和轉(zhuǎn)化，而無機氮也可以從廢水中轉(zhuǎn)化和分解出來。由于無機氮是植物生長不可缺少的物質(zhì)，當這些物質(zhì)被植物直接攝取，再將這些植物收割，就可以將其從廢水中清除[3]。

2.3 植物的富集作用

部分水生植物具有較高的耐污能力，可以富集水中的金屬離子以及有機物質(zhì)，比如：鳳眼蓮，這種植物中會包含很多多酚氧化酶，其具有良好的去除重金屬以及有酚有機物的功能。而部分水生植物還可以吸附和富集很多有毒、有害的物質(zhì)，比如：重金屬鉛、汞、銅等。由于這些植物的吸收積累能力都很強，可依照植物吸附強弱進行排序，其順序為：沉水植物、漂浮植物、挺水植物。而植物不同部位的濃縮作用也不同，還依照吸附強弱進行排序，其順序為：根、莖、葉，但不同的器官積累系數(shù)會隨著污水濃度上升而下降。

2.4 氧的傳輸作用

如果在缺氧的情況下，生物是無法進行正常有氧呼吸的，這樣一來，還原態(tài)的一些元素以及有機物濃度就會升高，就達到了有毒的標準。而河道水體中污染物所需要的氧，大部分都來自于大自然復氧以及植物的輸氧。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，水生植物輸氧速度率要比空氣向液面擴散速度大很多，因此，植物輸氧功能可有效降解水體中的污染物，在降解的過程中，所需要的補充能量則遠遠高于空氣擴散所獲得的氧量。而植物輸氧是植物通過光合作用產(chǎn)生氧氣，之后再將產(chǎn)生的氧氣通過氣道輸送到植物的根部，且在植物根部區(qū)域還原介質(zhì)中形成的氧化態(tài)微環(huán)境。

2.5 為微生物提供棲息地

微生物能有效凈化水體，而水體中富含很多微生物，且微生物的種類和數(shù)量也很多，所以其根系會形成一個完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在植物根系附近會形成缺氧、好氧以及厭氧等各種不同的環(huán)境，從而為不同微生物的吸附與代謝提供條件，這也為水體凈化提供了很好的支持。如大型挺水植物可以在水中吸附大量的藻類，因此，擴大了微生物的接觸表面積。大量研究表明，在有植物的水體系統(tǒng)中，細菌數(shù)量要比無植物系統(tǒng)的水體高，并且植物根部的分泌物還可以促進氮、磷的釋放、轉(zhuǎn)化、這樣就間接提高了水體的凈化率。

2.6 維持水體系統(tǒng)穩(wěn)定

植物還可以促進水體系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，但維持水體系統(tǒng)穩(wěn)定運行的第一條件是保持系統(tǒng)具有良好的水力傳輸能力，因此，水生植物在這方面的作用功不可沒。由于植物根和根系對介質(zhì)具有一定的穿透作用，所以，在介質(zhì)中就會形成很多細小的氣孔和縫隙，這樣就減小了介質(zhì)的封閉性，使介質(zhì)更加疏松，也可以加強介質(zhì)的水力傳輸。同時，植物的生長還能夠加快土壤的水力傳輸程度，并且在植物成熟時，其根系的水容量會更大。如果植物根部腐爛，其剩下的空隙以及通道也可以為水利傳輸提供支持。另外，水生植物還具有一定的美觀性以及觀賞性，且通過收割和回收這些水生植物[4]，既獲得了一定的經(jīng)濟效益，又達到了凈化水體的目的。

2.7 對藻類的生化他感作用

生化他感作用主要表現(xiàn)在水生植物個體大，吸收力強，儲存營養(yǎng)物質(zhì)以及光能能力強。一方面，水生植物會與藻類會形成一種競爭關(guān)系，進而達到抑制浮游藻類生長的作用。而另一方面，水生植物會向水中分泌化學物質(zhì)，比如：萜類化合物、類固醇等，這些化學物質(zhì)能有效抑制藻類的生長。尤其是水花生以及金魚藻、浮萍等都能夠在不同程度上減少水體的藻類細胞數(shù)量，并抑制超氧化物的歧化酶活性，這樣就可以有效達到抑制藻類生長的目的。

2.8 其他作用

植物修復技術(shù)還具有其他作用，如一些水生植物具有一些與水處理不直接相關(guān)的作用，比如：其可以為魚類、鳥類以及爬行動物提供食物。所以，在處理系統(tǒng)中可采用種植荷花、睡蓮等具有良好觀賞性的水生植物，這既可以凈化水體，又增強了水體的美觀性。

3 水環(huán)境修復中幾種常見的植物修復技術(shù)類型

在水環(huán)境修復中應(yīng)用植物修復技術(shù)，主要是借助物種之間的共生關(guān)系以及營養(yǎng)生態(tài)位、水體空間生態(tài)位等基本原則，從而可建立高效的人工生態(tài)系統(tǒng)，以此達到降解水體污染、改善系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)的目的。

3.1 挺水植物

挺水植物是一種比較常見的水體修復植物，該植物可以產(chǎn)生一定的阻力，還可以減少風浪的擾動，避免懸浮物質(zhì)出現(xiàn)沉降的情況?？茖W利用挺水植物，是通過其與共生生物群落的凈化作用凈化水質(zhì)。挺水植物具有龐大的根系，這些龐大的根系能夠從深層的泥土中吸收更多營養(yǎng)元素，這樣就可以降低泥中的營養(yǎng)元素，進而達到凈化水體的目的。且挺水植物具有良好的抗逆性，產(chǎn)量高、生長快，還具有一定的經(jīng)濟效益，目前，在水體凈污中已得到了比較廣泛的應(yīng)用。通過大量研究表明，在河道沿岸種植挺水植物，比如：蘆葦?shù)?，可以達到消減氨氮的良好效果，而氨氮通過蘆葦帶，其濃度會大大降低，但需要注意的是，在利用沿岸挺水植物凈化水體時，必須要注意水生植物的定期收割，并且要防止這些植物死亡后沉積在水底，以免造成二次污染。

3.2 沉水植物

沉水植物在生長過程中可以吸收水體中的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，并分泌出可以抑制浮游生物的物質(zhì)，不僅如此，沉水植物還可以減少波浪，減輕底泥懸浮以及懸浮物，這些作用都可以在一定程度上凈化水體，提高水體的通明度，從而使水體可以保持清水狀態(tài)。此外，沉水植物還是水域健康情況的重要指標，由于該植物對水質(zhì)具有極強的凈化作用，并且四季常綠，所以是目前凈化水體最為理想的一種植物。通過一系列的水質(zhì)凈化實驗表明，重建后的沉水植物能夠使水質(zhì)得到顯著改善，且水體透明度明顯提高，水色也降低，尤其在圍隔CODCr和BOD5方面，其效果顯著，因此，沉水植物可有效改善水質(zhì)，并促進生態(tài)系統(tǒng)的重建。

3.3 植物浮島

通常，在河流、湖泊中會有一些天然島嶼，而這些天然島嶼就是水生生物的棲息場所，并且在島嶼上還會形成植物-微生物-動物供受體這樣的生態(tài)體系，這對水體會起到了非常顯著的凈化作用。但隨著河湖的開發(fā)、渠化以及底泥疏浚，很多天然生態(tài)島都會消失，這樣一來，河流的自凈能力也會因此而下降，導致河流生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，而植物浮島建立之后，可以使一個水域的生態(tài)自凈能力有力提高。由于植物浮島結(jié)合了綠化技術(shù)與漂浮技術(shù)，且植物生長扶梯一般都是采用聚氨酯涂裝的發(fā)泡聚苯乙烯制成的，其具有質(zhì)量輕、材料耐用等優(yōu)勢，將其廣泛應(yīng)用，可以為很多鳥類提供居住場所，也可以為魚類、水生昆蟲等提供生息環(huán)境，動植物也會吸收更多的氮磷。一些專家曾經(jīng)做過相關(guān)實驗，在蓄水池中建立一批植物生態(tài)浮島，浮島上種植了蘆葦?shù)戎参?，植物根系就會附著微生物。同時，還可以在浮島設(shè)置魚類產(chǎn)卵用的產(chǎn)卵床，從而為一些魚類提供了棲息活動的場所，進而形成了穩(wěn)定的凈化系統(tǒng)。

3.4 植物浮床

植物浮床是一種模擬植物生存條件、環(huán)境制成的床體，一般是采用特殊材料制成，可以使植物獲得良好的生長環(huán)境，目前，對于植物浮床的研究越來越普遍，其中沉水植物、陸生植物浮床被研究得最多。

3.4.1 沉水植物浮床

沉水植物浮床技術(shù)對水體具有良好凈化作用，并且，對營養(yǎng)物質(zhì)含量高的水體的凈化作用更明顯。一般情況下，造成水體沉水植物小的直接原因是高濃度的氮磷，但由于水深以及水下光照強度等條件的限制，沉水植物的生存條件也會被限制。例如，當河道水體受到污染后，水體的透明度也會下降，而當水體的透明度下降后，沉水植物就得不到充足的光照，會逐漸枯萎死亡，因此，僅依靠自然光照是不行的，這是因為隨著水深的增加，沉水植物的生存環(huán)境就會越惡劣，所以，要結(jié)合河道水質(zhì)的實際情況，在不同河段進行光補償，使水下光照強度可以保持在植物所需要的光補償點上，只有通過這樣的方式，才能使沉水植物進行正常光合作用，從而加快植物的生長，最終達到凈化水質(zhì)的目的[5]。

3.4.2 陸生植物浮床

陸生植物浮床也是在水體凈化中比較常見的修復技術(shù)，其是利用生物調(diào)控法，在污染水域或者水面種植蔬菜、花卉、綠色植物等各種陸生植物，這種方法不僅可以強化水體，還可以達到一定的美化作用。陸生植物浮床是利用植物根系的吸收和吸附能力，富集氮磷等元素，并將其降解，最終消除水體中的有害、有毒物質(zhì)，最終達到凈化水質(zhì)、保護水域的目的。

這種種植方法與直接水面放養(yǎng)水葫蘆不同，但與陸域植物種植的方法相似，且陸生植物浮床開拓了水面經(jīng)濟作物種植的前景。目前，很多區(qū)域的污染水域已建設(shè)了人工模擬池、工廠氧化塘、魚塘等，并在這些水域上分別設(shè)置了15%、30%、45%三種不同的水上覆蓋率的陸生植物處理區(qū)和空白對照區(qū)。通過一段時間的實踐發(fā)現(xiàn)，在45%的處理區(qū)水體，各類水質(zhì)指標都達到了三類水質(zhì)標準，可見，這種植物修復技術(shù)的效果非常顯著，其不僅可以明顯去除水體中的氮、磷元素以及其他有害物質(zhì)，還為加速水質(zhì)凈化的進程奠定了良好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

近些年，我國水環(huán)境污染十分嚴重，因此，在經(jīng)濟與生態(tài)和諧發(fā)展的大前提下，應(yīng)用有效治理修復水環(huán)境的方法迫在眉睫。而植物修復技術(shù)在我國水環(huán)境污染治理以及水環(huán)境修復中擁有十分廣闊的前景，從實際治理的效果來看，植物修復技術(shù)獲得效益顯著，該技術(shù)不僅可以節(jié)約大量經(jīng)濟成本，還可以很好凈化水體，以及提高水體自身的凈化能力。本文對植物修復技術(shù)在水環(huán)境污染治理中的應(yīng)用進行了分析，旨在更好的助力于我國水環(huán)境的良好建設(shè)與長遠發(fā)展。