倪潔麗　王微潔　謝國(guó)建　連翰偉　吳微燕　陳玲玲　沙昊雷

(1.樂(lè)清市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 浙江　溫州　325600； 2.杭州市蕭山區(qū)人民政府南陽(yáng)街道辦事處， 杭州　311227；3.浙江萬(wàn)里學(xué)院生物與環(huán)境學(xué)院， 浙江　寧波　315100)

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水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展

倪潔麗1王微潔1謝國(guó)建2連翰偉1吳微燕1陳玲玲1沙昊雷3*

(1.樂(lè)清市環(huán)境監(jiān)測(cè)站， 浙江溫州325600； 2.杭州市蕭山區(qū)人民政府南陽(yáng)街道辦事處， 杭州311227；3.浙江萬(wàn)里學(xué)院生物與環(huán)境學(xué)院， 浙江寧波315100)

摘要：本文探討了生態(tài)修復(fù)技術(shù)中的水生植物修復(fù)的概念、作用機(jī)理及影響因素，并綜述了水生植物對(duì)污染物的去除情況，以及國(guó)內(nèi)外水生態(tài)修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為水生植物的生態(tài)修復(fù)應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)修復(fù)；水生植物；挺水植物；沉水植物；浮水植物

隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，城市河道生態(tài)系統(tǒng)承受的壓力也越來(lái)越大，由于過(guò)去人們過(guò)于強(qiáng)調(diào)防澇、泄洪作用，而忽視了生態(tài)、景觀等其他功能，臟、亂、差等黑臭河道污染問(wèn)題日益突出[1-3]，不僅有礙于城市景觀、城市形象，更影響了沿河居民的生活環(huán)境。城市黑臭河道形成的主要原因是生活污水直接排入城市河流中，或是企業(yè)的工業(yè)廢水偷排、漏排，或是初期雨水夾帶污染物質(zhì)隨著地表徑流匯入雨水管網(wǎng)，排入水體。黑臭河道的綜合治理，對(duì)于維護(hù)城市生態(tài)平衡、優(yōu)化城市景觀、改善人居環(huán)境具有重要意義[4-5]。

目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的黑臭河道治理技術(shù)，主要有物理方法、化學(xué)方法、生物方法和生態(tài)修復(fù)方法等。但物理方法和化學(xué)方法在應(yīng)用上存在運(yùn)行費(fèi)用高、治標(biāo)不治本、易引發(fā)二次污染等問(wèn)題。近年來(lái)，城市河流生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為河流治理領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。有學(xué)者針對(duì)我國(guó)重點(diǎn)治理的湖泊，如滇池、太湖等進(jìn)行了深入研究，對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)的治理進(jìn)行了有益探索[6-9]，從河岸生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，重點(diǎn)研究了受損河岸的生態(tài)治理措施，并從植物移植栽培[10-13]、河岸邊坡[14-15]、生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)[16-19]等角度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，為水體生態(tài)修復(fù)做出理論探索。本文在查閱近年來(lái)國(guó)內(nèi)外河道生態(tài)治理的成功案例基礎(chǔ)上，主要對(duì)不同水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的影響因素進(jìn)行綜述和探討，以便為黑臭河道的綜合整治和科學(xué)管理提供一定的借鑒。

1　水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的作用及影響因素

1.1水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的作用

水生態(tài)修復(fù)是指在遵循自然規(guī)律的前提下，采取各種工程、生物和生態(tài)措施使水體恢復(fù)自我修復(fù)功能，強(qiáng)化水體的自凈能力，修復(fù)被破壞的水生態(tài)系統(tǒng)，使之既可最大限度為人類(lèi)所利用，又可使系統(tǒng)達(dá)到自維持狀態(tài)[20-21]。

水生植物是水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞方面起調(diào)控作用，在水生態(tài)修復(fù)中的作用方式主要包括物理過(guò)程、吸收作用、協(xié)同作用和化感作用。其在水生態(tài)修復(fù)過(guò)程中，主要是通過(guò)龐大的枝葉和根系形成天然的過(guò)濾網(wǎng)，對(duì)水體中的污染物質(zhì)進(jìn)行吸附、分解或轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)水中養(yǎng)分平衡；同時(shí)通過(guò)植物的光合作用，釋放氧氣，使水體中的溶解氧濃度上升，抑制有害菌的生長(zhǎng)，減輕或消除水體污染[22-23]。

按照水生植物的生長(zhǎng)特點(diǎn)，應(yīng)用在水生態(tài)修復(fù)中的水生植物主要分為挺水植物、浮水植物、沉水植物等三大類(lèi)。水生植物污水處理系統(tǒng)機(jī)理及應(yīng)用簡(jiǎn)介詳見(jiàn)表1[4,24-26]。

表1　水生植物污水處理系統(tǒng)機(jī)理及應(yīng)用簡(jiǎn)介

1.2水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的影響因素

光照是水生植物生長(zhǎng)的必要條件，對(duì)水生植物的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用。不同的光照條件對(duì)水生植物的株高、枝長(zhǎng)、葉面積也有不同的影響，隨著光照的減弱，植物的株高、枝長(zhǎng)的絕對(duì)增長(zhǎng)量與相對(duì)增長(zhǎng)量隨之增大，從而表明了弱光的狀態(tài)下容易產(chǎn)生徒長(zhǎng)現(xiàn)象。當(dāng)水底光強(qiáng)不足入射光強(qiáng)的1%時(shí)，沉水植物將無(wú)法存活，可見(jiàn)水體透明度也是植物生存的影響因素之一[5,27-28]。

水生植物所處的水生態(tài)環(huán)境中溫度變化緩慢，相對(duì)穩(wěn)定，但水體的溫度直接影響水生植物的季節(jié)生長(zhǎng)，決定植物的萌芽和休眠期。溫度也對(duì)植物的代謝活動(dòng)有一定的影響，溫度對(duì)不同植物的光合速率影響也有較大的差異[4,20]。

營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是影響植物生長(zhǎng)的因素之一，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的提高促進(jìn)了植物與藻類(lèi)之間的競(jìng)爭(zhēng)，與此同時(shí)，高濃度的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也會(huì)對(duì)植物本身產(chǎn)生脅迫，消除其營(yíng)養(yǎng)限制，從而限制了植物的生長(zhǎng)[19,29]。

pH值是對(duì)水質(zhì)變化、水處理效果、水中溶解物能否生成沉淀物、水生生物生長(zhǎng)繁殖以及農(nóng)作物生長(zhǎng)等產(chǎn)生影響的重要因素。當(dāng)pH值過(guò)小、或者過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用[5]。

2　水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

2.1挺水植物的應(yīng)用

挺水植物是指植物的根、根莖生長(zhǎng)在底泥之中，莖葉挺出水面，常分布于0～1.5米的淺水處，其中有的種類(lèi)生長(zhǎng)于潮濕的岸邊，挺水植物能吸收水體及底泥的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)自身的生長(zhǎng)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)的方式抑制水體中同樣需要氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的藻類(lèi)。常見(jiàn)挺水植物對(duì)污染物去除情況詳見(jiàn)表2[4-5,31]。

表2　常見(jiàn)挺水植物對(duì)污染物去除情況

孫瑞蓮等[32]研究了8種挺水植物對(duì)污染水體的凈化效果，水力停留時(shí)間為5 d時(shí)，菖蒲、水蔥、寬葉香蒲及黃花鳶尾去除COD的效果較好，去除率達(dá)到90%。水力停留時(shí)間為7 d時(shí)，氨氮和TN去除率均有較大幅度提高，其中寬葉香蒲、茭白和黃花鳶尾對(duì)氨氮和TN的去除性能最佳。劉建偉等[33]研究表明，美人蕉、黃菖蒲和水蔥對(duì)水體中COD的去除率分別為30.2%、31.7%和29.4%，對(duì)氨氮的去除率分別為82.1%、87.5%和60.2%，對(duì)TN的去除率分別為48.6%、70.1%和30.2%，對(duì)TP的去除率分別為72.4%、35.7%和32.5%。仇濤等[34]考察了水芹、魚(yú)腥草、香根草對(duì)微污染景觀水體凈化效果，TN、TP、COD的去除率范圍分別為52.4%～64.3%，46.8%～58.4%，69%～84%，經(jīng)7周凈化后可使Ⅳ類(lèi)水變?yōu)棰箢?lèi)水?？梢?jiàn)，挺水植物對(duì)污染水體的凈化效果明顯。

2.2浮水植物的應(yīng)用

浮水植物是指生長(zhǎng)于淺水中，葉浮于水面，根長(zhǎng)在水底的植物，浮水植物的根狀莖發(fā)達(dá)，花大，色艷，無(wú)明顯的地上莖或莖細(xì)弱不能直立，葉片漂浮于水面上，僅在葉外表面有氣孔，葉的蒸騰非常大，根一般缺乏氧氣，所以由于無(wú)氧呼吸可以產(chǎn)生醇類(lèi)物質(zhì)，此外，葉柄也能通過(guò)葉提供氧氣。浮水植物對(duì)水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有很強(qiáng)的吸附作用，能直接吸收水體中的有毒物質(zhì)和過(guò)剩營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且其繁殖能力強(qiáng)，可更好地凈化水體。常見(jiàn)浮水植物對(duì)污染物去除情況詳見(jiàn)表3[4-5,35-37]。

婁敏[38]、Malik[39]、Chen[40]、Wang[41]等發(fā)現(xiàn)漂浮植物對(duì)去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的TN、TP效果顯著，同時(shí)對(duì)增加水體中的DO有明顯效果。吳湘等[42]研究認(rèn)為水體中TN的去除率為黃花水龍(63%)>鳳眼蓮(57%)>水鱉(46%)>四角菱(42%)>空心蓮子草(34%)，TP的去除率為鳳眼蓮(52%)>黃花水龍(50%)>水鱉(45%)>四角菱(31%)>空心蓮子草(22%)，其中鳳眼蓮、黃花水龍水質(zhì)凈化效果最好。潘保原等[43]研究結(jié)果表明鳳眼蓮對(duì)水體中的氮、磷的去除率分別為50%～78.46%，68.16%～89.56%，水芙蓉對(duì)水體中的氮、磷的去除率分別為57.58%～76.87%，72.28%～76.47%，蓮花竹對(duì)水體中的氮、磷的去除率分別為0.6%～10.8%，2.48%～10.04%。汪懷建等[44]研究表明，對(duì)TN的去除率為槐葉萍(70%)>鳳眼蓮(67%)>浮水蓮(61%)，對(duì)TP的去除率為鳳眼蓮(56%)>水浮蓮(53%)>槐葉萍(49%)。

表3　常見(jiàn)浮水植物對(duì)污染物去除情況

2.3沉水植物的應(yīng)用

沉水植物是指整個(gè)植株沉入水中，根莖生于泥中，具有發(fā)達(dá)的通氣組織，有利于進(jìn)行氣體交換。葉多為狹長(zhǎng)或絲狀，能吸收水中部分養(yǎng)分，在水下弱光的條件下也能正常生長(zhǎng)發(fā)育。沉水植物整個(gè)植株都處于水中，根、莖、葉等都可以對(duì)水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行吸收，在營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)方面占據(jù)了極大的優(yōu)勢(shì)，沉水植物可通過(guò)光合作用向水體輸送氧氣，從而提高水體中溶解氧的量，促進(jìn)水體中的微生物分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但其對(duì)水質(zhì)有一定的要求，因?yàn)樗|(zhì)渾濁會(huì)影響植物的光合作用。常見(jiàn)沉水植物對(duì)污染物去除情況詳見(jiàn)表4[4-5,45]。

表4　常見(jiàn)沉水植物對(duì)污染物去除情況

3　結(jié)論

總體來(lái)說(shuō)，目前水生植物在水生態(tài)修復(fù)方面的應(yīng)用研究已較多，與其他的物理、化學(xué)方法相比，水生植物修復(fù)技術(shù)擁有成本低、不會(huì)造成二次污染、效果明顯等特點(diǎn)，但每種方法都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件，所以必須根據(jù)被修復(fù)水體環(huán)境現(xiàn)狀，采取多種方法相組合，在保證水體環(huán)境修復(fù)、較好經(jīng)濟(jì)效益和較高美化環(huán)境價(jià)值的前提下，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、生物多樣性的修復(fù)[4-5,19]。

目前，有關(guān)水生植物在水生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用研究，除了考察水生植物生態(tài)修復(fù)的效率及影響因素外，還應(yīng)注重水生植物的使用和管理水平，并考慮多物種的組合研究，充分發(fā)揮水生植物之間的協(xié)同性，以達(dá)到水生態(tài)修復(fù)的目的。而在水生植物資源利用化途徑研究方面，由于每種水生植物往往可代謝積累多種產(chǎn)物，具有多種資源利用價(jià)值，因此應(yīng)該注重代謝產(chǎn)物的綜合利用，從而提高其生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[20,25,45]。

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基金項(xiàng)目：寧波市科技富民惠民項(xiàng)目(2015C50002),寧波市自然科學(xué)基金(2015A610255),住建部科技項(xiàng)目(2015-K7-008)

收稿日期：2016-01-28；2016-04-12修回

作者簡(jiǎn)介：倪潔麗,女, 1982年生，碩士,工程師,研究方向：水環(huán)境污染防治。 通訊作者：沙昊雷, E-mail:hlsha@zwu.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào)：X52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The application progress of aquatic plants in water ecological restoration

Ni Jieli1, Wang Weijie1, Xie Guojian2, Lian Hanwei1, Wu Weiyan1, Chen Lingling1, Sha Haolei3

(1. Environmental Monitoring Station in Yueqing City, Wenzhou 325600, China; 2. Nanyang Street Agency of Xiaoshan District People’s Government in Hangzhou City, Hangzhou 311227, China;3.College of Biological & Environmental Sciences, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China;)

Abstract:in this article, we introduced the concept, mechanism and influencing factors of aquatic phytoremediation in ecological restoration, and reviewed the pollutant removal of aquatic plants and research process in the domestic and foreign, in order to provide a certain reference for the aquatic plant application in the water ecological remediation.

Keywords:ecological remediation; aquatic plants; emerged plants; submerged plants; floating plants