浅谈水生植物在河流生态修复中的应用研究进展

　　摘要：水生植物净化水体的特点是以大型水生植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，从而净化污水。这种净化方式具有成本低、能耗小、治理效果较好，对环境扰动小，有利于资源化，有较好的经济效益和美化环境价值等优点。本文简要阐述了水生植物净化污水的研究及应用现状、净化机理和效果，展望了该技术的发展前景。
　　关键词:水生植物;污水;净化;研究与进展
　　在多种水体修复的方法中，水生植物对于水污染治理可以发挥多种作用并有其特定的优势：水生植物可吸收氮、磷等水体中的营养物质，富集重金属或吸收降解某些有机污染物；促进微生物的生长代谢，来使水中大部分可生物降解有机物降解；抑制低等藻类的生长，控制富营养化的表现形式等。基于以上概述，本文将讨论水生植物在河流生态修复方面的作用。
　　1.应用价值
　　水生植物广泛分布在江河湖泊等各种水体中，水生植物可通过光合作用将光能转化为有机能，并向周围环境释放氧气，发挥多种生态功能，如:短期储存N、P、K等水体中的营养物质，净化水中的污染物，抑制低等藻类的生长和促进水中其他水生生物的代谢。与藻类相比，水生植物的特点是更易于人工操纵，即可通过人工收获将其固定的氮、磷带出水体，这些特点是利用大型水生植物进行污水处理的理论基础[1]。
　　水生植物在水体中的生态功能使其在水污染防治中具有很大的应用价值。随者水污染的加剧，为了寻找高效低耗的水污染处理技术，20世纪70年代，水生植物开始受到人们的关注，许多这类物质的耐污及治理能力被研究发现，多种以大型水生治污为核心的污水处理和水体修复生态工程技术被开发.大量工程实践表明,这项技术具有低投资、低能耗、高效等优点，因此近年来已成为环境领域的研究热点之一[2]。
　　2.水生植物修复系统的方式及研究进展
　　根据所利用的植物生活型（lifeform）不同,水生植物污水处理系统有3种基本方式：漂浮植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统。（见表1）
　　表1各种处理系统比较

　　2.1挺水植物系统的应用研究
　　在挺水植物系统中，李科德等通过人工模拟芦苇床系统处理污水进行了研究。研究结果表明，芦苇根具有较高的氧化还原趋势，为好氧微生物的活动创造了有利条件；污水中的有机物是通过芦苇床内各种微生物的各种协同作用而去除；NH3-N主要通过硝化作用和反硝化作用的连续反应而去除；另一方面是受营养、温度、pH值等因素的影响；SS的去除主要是通过沉淀、过滤、吸附、固化等理化作用而实现。
　　曲向荣等通过廊道系统自净和渗滤实验进行了辽东葫芦苇湿地对陆源营养物质净化作用的初步研究[3]。结果表明，营养物质N、P和CODcr在廊道系统中的自净率为41.7%～64.7%。不同深度的土壤芦苇系统对陆源营养物质N、P和CODcr的净化率为60.0%～75.92%。N、P营养物质经湿地系统过滤后可满足海水水质Ⅱ类标准。通过收获地上部分生物量可使营养物质在陆地和湿地之间形成良性循环，不会造成污染物在湿地系统的过度积累。
　　温志良等研究了香蒲植物在污水治理中的应用[4]。香蒲植物可以有效地净化城市生活废水及工业废水中的磷、氮、CODcr、BOD5、总悬浮物等污染物质。陈新庚[5]等人用宽叶香蒲等7种高等水生植物处理酸性制浆废水的实验中得出的数据也证明了宽叶香蒲对废水中的悬浮物、总氮（TN）、总磷（TP）等污染物均有较理想的净化效果，其中对悬浮物的去除率达82.4%，在TN浓度为49.52mg/L的废水中9d后TN去除率为70.10%，而在TP浓度为21.28mg/L废水中9d后TP的去除率为73.55%，去除率随着时间的延长而增大。
　　陈兆平等研究了风车草的生长特性和对生活污水的净化效果[6]。风车草全年保持生长，即使在冬天仍然维持一定的生长速率。风车草在生活污水中培养10d后，污水中TN、TP、COD和BOD的去除率分别达到91%、92%、70%和73%，其中风车草对N、P的吸收量分别占净化量的55%和53%。种植风车草的潜流型人工湿地对TN、TP、COD和BOD的去除率分别达到64%、47%和74%，与不同植物的人工湿地相比，TN、TP、COD和BOD的去除率分别提高了28%、19%、14%和13%。
　　2.2沉水植物系统的应用研究
　　在沉水植物系统，乔建荣[7]等研究了常见的8种沉水植物对草海水体总磷的去除能力，试验用草海污水中总氮总磷的浓度比为TN：TP=7：1，可以认为总磷为草海水体的营养盐限制因子。可以看出实验结束时，水体总氮、总磷均有明显取出作用。在实验条件下（无外来营养盐输入），水体总磷浓度随时间变化呈负指数衰减。如表2
　　表2沉水植物对水体TN、TP的去处效果

　　宋福等利用狐尾藻、菹草、苦草、伊乐藻、金鱼藻、蓖齿眼子菜、轮藻等7种沉水植物对受污染的草海水体（含底泥）总氮去除速率进行了实验研究[8]。结果表明：每种沉水植物对水体总氮、总磷均有显著去除作用，在实验的27d内，对总磷总氮的去除率分别是80.31%，89.82%。重点对7种沉水植物引起水体总氮浓度下降与时间的关系作回归分析，所得结果是随着时间的延长，水体中总氮浓度呈负指数形式衰减。
　　2.3漂浮植物系统的应用研究
　　辛晓云[9]等对水生植物凤眼莲、草芦、香蒲、菹草、浮萍等对氧化池的NH3-N，COD和总磷及重金属的去除能力进行了测定，结果证明：草芦去除NH3-N最高达93.6%，凤眼莲去除COD最高达63.82%，菹草去除总磷高达96.0%，凤眼莲根富集能力很强，其中对Cu富集倍数为886，Cd富集倍数为175，Cr6+富集倍数为2046，其中浮萍对Pb吸附最强，吸附倍数为858。
　　凤眼莲的生长与水体中营养物的状况，特别是氮、磷、钾的含量密切相关[10]。浮萍在对氮污染水体的修复上显示了巨大潜力，在缺少氮的条件下紫浮萍几乎不生长，因此浮萍可以通过清除营养物来提高水质。
　　3.结语
　　与传统的微生物处理方式相比，水生植物对于河流生态修复的优势之处在于：低投资、低能耗、处理过程与自然生态有着更大的相融性等。缺点在于：处理时间长、占地面积大及气候影响严重。除单独使用外，这3种方式也经常被组合应用或与其他的处理工艺形成联合处理各类污水的处理。随着研究应用的深入，现在这些联合系统正在趋向于水生植物为结合点，把污水处理和其他功能统一起来，使其扬长避短。如四川的成都，为了处理受污染的河水在岸边建造的活水公园，其中的水生植物塘系统既营造了公园的主要景观，又可有效的进行污水处理；中国科学院水生植物所在传统生物塘基础上改进的综合生物塘系统。由此可见，因地制宜的综合利用，是以水生植物为主的污水处理方式发展的方向。
　　
　　参考文献：
　　[1]种云霄、胡洪营、钱易大型水生植物在水污染治理中的应用研究进展环境污染治理技术与设备2003年2月
　　[2]朱斌、陈飞星、陈增奇利用水生植物净化富营养化水体的研究进展上海环境科学2002年第21卷第9期
　　[3]曲向荣、贾宏宇、张海荣、李秀珍、李培军辽东湾芦苇湿地对陆源营养物质净化作用的初步研究应用生态学报2000
　　[4]温志良、温琰茂、吴小锋香蒲植物在污水治理中的应用环境与开发1999
　　[5]陈新庚环境科学研究与应用中国环境出版社1998
　　[6]靖元孝、陈兆平、杨丹菁风车草对生活污水的净化效果及其在人工湿地的应用应用与环境生物学报2002
　　[7]乔建荣、任久长、陈艳卿、宋福常见沉水植物对草海水体总磷去除速率的研究北京大学学报1996
　　[8]宋福、陈艳卿、乔建荣、任久长常见沉水植物对草海水体（含底泥）总氮去除速率的研究环境科学研究1997
　　[9]辛晓云、马秀东氧化塘水生植物净化污水的研究山西大学学报2003
　　[10]张广柱、刘均洪、刘婵婵利用水生大型植物改善水质研究进展天津化工2009年3月