水生植物对微污染水体生态修复的研究综述_秦腾.pdf

第 卷第 期 年 月应 用 化 工 收稿日期：修改稿日期：基金项目：国家自然科学基金（）；江苏省重点研发计划（社会发展）面上项目（）；连云港市社会发展项目（）；新疆生物固废资源化工程技术研究中心开放课题（）；江苏省研究生实践创新计划（）作者简介：秦腾（），男，山东菏泽人，在读硕士研究生，师从杜良讲师。电话：，：通信作者：骆辉（），男，江苏连云港人，讲师，博士。电话：，：水生植物对微污染水体生态修复的研究综述秦腾，骆辉，陈厉旻，刘猛，谢士猛，杨明宇，蔡吉祥，何宝杰（江苏海洋大学 土木与港海工程学院，江苏 连云港；南京林业大学 土木工程学院，江苏 南京；重庆大学 建筑城规学院，重庆）摘 要：系统总结不同水生植物对河流等微污染水体生态修复效率，阐述水生植物修复水体的净化机制并分析水生植物在净化过程中的影响因素（温度、透明度、污染物浓度）及其互相作用机制，结果显示挺水植物对、等污染物的去除率分别为 ，沉水植物对、的去除率分别为 ，。可为生态修复工程中水生植物的优选工作提供理论基础。关键词：水生植物；植物修复；净化机理；微污染水体中图分类号：；文献标识码：文章编号：（），（，；，；，）：，（，），.，：；随着社会经济的迅速发展，我国湖泊的水环境问题日益严重。传统的水污染处理方法不仅成本高、操作管理复杂，而且容易造成二次污染。基于水生植物同化吸收、根系微生物降解和土壤净化三重功能的人工湿地、人工浮床、稳定池等技术得到了很大发展，广泛应用于生活污水、工业污水和微污染源水等各种水净化和恢复过程中。而水生植物的良好生长有助于增强水生态系统的稳定性，达到保护动植物的目的，改善区域微环境，创造良好的景观效果。近年来国内外学者就植物修复技术在污水处理方面的机制和应用进行了大量研究，易睿等研究发现水生植物马来眼子菜和苦草随着时间的推移对、的去除效果明显提高，去除率高达.；刘雯等研究发现水生植物茭白的根系分泌物对 的去除效果以及对污水的净化效果都要好于美人蕉，其，的去除率分别为.，。因此，选择抗高污染负荷的水生植物，对于高浓度污水处理生态修复系统中植物品种的选择具有重要意义。本文系统总结不同水生植物对河流等微污染水体生态修复效率，并分析水生植物修复水体的净化机理（吸收、克藻）以及重金属（、）的去除等相关研究成果，具体阐述水生植物在净化过程中的影响因素（温度、透明度、污染物浓度），最后分析其水生植物对不同污染物去除率的净化技术进行了总结和展望。第 期秦腾等：水生植物对微污染水体生态修复的研究综述 不同类别水生植物的净化效果对比 挺水植物类挺水植物植株较高大，根、根茎一般生长在水体的底泥下，茎、叶挺出水面。常见的挺水植物有芦苇、菖蒲、蒲苇、羽毛草、香蒲、鸢尾、香菇草等。研究发现，挺水植物对、的去除率分别为 ，。羽毛草、鸢尾地上部分 富集量分别为 ，株，地下部分 富集量分别为 ，株，对 的平均去除率分别为 ，两种植物对 的去除效果顺序：鸢尾 羽毛草。菖蒲、石菖蒲对、去除率分 别 ，.。同一时间内菖蒲、石菖蒲对水体 的去除率为（），（），随时间的增加菖蒲、石菖蒲对水体 的去除率为（），（）。由此可见，石菖蒲有极显著的净化效果。漂浮植物漂浮植物生长在浅水中，通气功能强，繁殖快。常见的漂浮植物有睡莲、凤眼莲、大薸、浮萍、水浮莲、细绿萍等。其中凤眼莲对水体氮的效率最好，水浮莲对水体磷的净化最快，睡莲对水体氮的效率仅次于凤眼莲。凤眼莲生长的三个阶段对水体 的去除率分别为（），（.），（）；睡莲三个阶段对水体 的去除率分别为（），（），（）；水浮莲生长的三个阶段对水体 的去除率分别为（），（），（）；种植物体内富集氮能力的顺序为：凤眼莲 睡莲 水浮莲；凤眼莲生长的三个阶段对水体 的去除率分别为（），（.），（）；睡莲三个阶段对水体 的去除率分别为（），（），（）；的去除率在缓慢生长时期最高，为（）。种植物体内富集磷能力的顺序为：水浮莲 凤眼莲 睡莲。沉水植物沉水植物长期沉没于水下，通气组织发达。常见的沉水植物有苦草、金鱼藻、狐尾藻、黑藻、菹草、眼子菜等。研究发现，沉水植物对、的去除率分别为 ，.，；菹草在 的培养液中随时间的增加，对 的去除率高达 以上。随时间的增加狐尾藻、眼子菜对 去除率为 ，对 去除率为 ，狐尾藻是两种沉水植物中净化、效果最好；不同沉水植物对水体、平均去除率变化范围分别为 和 ，水体、去除率大小顺序均为：黑藻 金鱼藻 菹草 狐尾藻 眼子菜。水生植物对微污染水体的净化机理 水生植物的吸收作用不同水生植物在生长过程中，对污染物、有不同层次的吸收能力，见表、表。吴爱平研究表明，水生植物对 和 的吸收值达到生长的最低标准时，会随着水体营养水平提高表现出不同规律性。表 不同水生植物对 的吸收作用 植物（）菖蒲 凤眼莲 狐尾藻 苦草 睡莲 菹草 表 不同水生植物对 的吸收作用 植物（）菖蒲 凤眼莲 狐尾藻 苦草 睡莲 菹草 应用化工第 卷 窦磊等研究表明、进入不同水生植物体内，一般只存留在细胞表面，很少一部分进入“核心”；张凤娥等发现金鱼藻、黑藻等水生植物吸收较低浓度 和 时效果显著，吸收范围分别在 ，；阳承胜等通过比较 种植物对重金属的吸附与富集效果，结果表明，种植物的吸附范围分别为 ，.，其中富集能力最强的当属菹草；等研究表明，菖蒲和金鱼藻对 的富集最多，富集系数分别为 和 ，但对 富集量极少，富集系数分别为 和 。水生植物的克藻作用水生植物体型大，生命周期长，对藻类的生长有抑制作用，见表，因而竞争优势非常明显，首先水生植物通过体型的优势增强对光和营养物质的吸收从而来影响藻类的生长，其次通过化感作用抑制藻类生长。等从蓖齿眼子菜中提取抑制羊角月牙藻生长多个半日的化感物质，主要是花烷型二萜，范围在 ；等从芦苇中分离出对铜绿微囊藻、蛋白核小球藻具有显著的抑制效果的甲基乙酰乙酸乙酯（）化感物质，为 ；等发现穗花狐尾藻分泌物中含有对铜绿微囊藻有显著抑制作用的酚酸类化感物初质（焦酸、没食子酸、儿茶素）和脂肪酸（正壬酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸）结果表明，水生种植物对藻类有较好的抑制作用。表 不同水生植物克藻效应 种类植物名称化感物质有效抑制藻类抑制率 挺水植物香蒲棕榈酸、胆固醇油酸酯、水杨醛斜生栅藻、小球藻芦苇香豆酸、阿魏酸、香草酸、芥子酸、丁香酸、咖啡酸铜绿微囊藻石菖蒲细辛醚水华鱼腥藻灯芯草二氢菲类、四氢芘羊角月牙藻漂浮植物凤眼莲亚油酸、非那烯、双非那烯雷氏衣藻沉水植物苦草二氢猕猴桃内酯铜绿微囊藻丽藻二硫环戊烷谷皮菱形藻川蔓藻半日花烷二萜类普通小球藻轮藻噻茂烷、甲硫基谷皮菱形藻 水生植物的净化能力 对水体中、的去除不同的水生植物对 和 的吸收能力不同，植物净化、吸收、吸附和沉淀的方式也不同。吴湘等通过沉水植物金鱼藻、挺水植物芦苇和浮叶植物浮叶四角菱对废水的净化能力对比，结果表明它们对 的去除效果为：芦苇 浮叶四角菱 金鱼藻；对 的去除效果为：芦苇 金鱼藻 浮叶四角菱。由此可见挺水植物芦苇对、具有较好的去除能力。任文君等研究发现在白洋淀富营养化环境下的 种沉水植物对水体、的平均去除率分别为 ，对 的平均去除率分别为 ，对 的平均去除率在 左右，综合来看金鱼藻和黑藻净化效果较好；童昌华等研究发现 种水生植物在低温季节仍然对、有 较 好 的 去 除 效 果，去 除 率 高 达.，处理 后，对 去除能力序列为狐尾藻 微齿眼子菜 马来眼子菜 凤眼莲 苦草 金鱼藻；对 去除能力序列为狐尾藻、微齿眼子菜 马来眼子菜、凤眼莲、苦草 金鱼藻；提高透明度能力序列为金鱼藻、微齿眼子菜 狐尾藻、马来眼子菜、凤眼莲 苦草。宋福等研究了 种沉水植物（狐尾藻、菹草、苦草、伊乐藻、金鱼藻、篦齿眼子菜和轮藻）在 内对草海污染水体（含沉积物）中 和 的去除效果，结果表明 种沉水植物对、的平均去除率分别为 ，；许航等研究发现水花生和水葫芦塘对校园生活污水和食堂废水的、全年都具有较高的去除效果，对 去除率在 ，去除率在 ，去除率在 。对重金属的去除不同的水生植物对污染废水中重金属的富集能力不同。生命周期越长，植物体内重金属浓度越高。姜虎生等研究发现 种水生植物（芦苇、水芹菜、香蒲）对污水中的铬（）有较强的吸收和富集作用，去除率分别为 ，结果表明芦苇对 的去除效果最好。任珺等研究发现 种水生植物（芦苇、菖蒲和水葱）对水体的铅（）和锌（）有较好的吸收作用，结果表明芦苇、菖蒲和水葱对水体铅（）和锌（）去除率分别为 ，.，对铅（）吸收能力序列为菖蒲 水葱 芦苇，对锌（）吸收能力序列为菖蒲 水葱 芦苇，由此可见菖蒲对水体的 和 吸收效果最好，水葱其次；徐德福等研究不同挺水植物对不同重金属的抗性和吸收能力，结果表明秧草对 的去除效果最好，去除率高于 。孙翔等研究发现 种水生植物（穗花狐尾第 期秦腾等：水生植物对微污染水体生态修复的研究综述藻、金鱼藻、凤眼莲、黄菖蒲、美人蕉）对、有不同程度的去除效果，对 的去除效果最好是穗花狐尾藻，去除率达到 ；凤眼莲对于 的去除效果最好，去除率达到 ，并且显著高于金鱼藻、穗花狐尾藻、美人蕉；凤眼莲对于 的去除 效 果 最 好，不 同 浓 度 下 去 除 率 均 能 达 到.，显著高于穗花狐尾藻、水芙蓉、黄菖蒲、美人蕉；凤眼莲对于 的去除效果最好，去除率达到，并且显著差异于金鱼藻、穗花狐尾藻、美人蕉、黄菖蒲等。水生植物耐盐性盐废水污染的水体中含有大量的无机氮、磷营养物质，以及极少量的，不易生物降解，造成水体富营养化，抑制水生植物生长。傅春平等发现两种水生植物（香蒲和葱花）对高盐再生水有显著的净化效果，结果表明，当盐度在 之间时，香蒲对水质有较好的净化效果，当盐度在 以上时，水葱对水质净化效果最好，香蒲较差，根据当地水质，对、和 的去除率分别为 ，.，由此可见两种水生植物对水体的营养物质有明显的降解作用。唐运平等通过调查发现 种水生植物（三棱草、香蒲、水葱、芦苇）受水体（总溶解固体）浓度的影响，芦苇、香蒲和三棱草在水体 浓度 时生长状况良好，美人蕉和水葱在水体 浓度 时长势良好；刘小川等研究发现 种挺水植物的耐盐性受盐度的影响，千屈菜、芦苇和香蒲在 盐度下耐盐性最好，水葱、黄花鸢尾和黑三棱在 的盐度下耐盐性一般，耐盐性依次为：芦苇 千屈菜 香蒲 水葱 黄花鸢尾 黑三棱 梭鱼草；赵卉琳等通过实验发现盐度在 时芦苇、千屈菜和香蒲的耐盐能力最好，盐度在 时水葱、荇菜、黄花鸢尾和黑三棱耐盐能力最好，盐度低于 时，梭鱼草的耐盐能力最差。侯晨 等研 究 发 现 当 盐 浓 度 在 时，沙芦的耐盐性强于水芦，随着盐浓度的增加沙芦愈伤组织的细胞活力从 增加到 ，水芦愈伤组织的细胞活力从 减少到 ，结果表明在盐胁迫下水芦受到的伤害明显高于沙芦，这也反映了植物体内普遍存在的交叉适应性现象；王卫红等研究发现 种沉水植物会根据盐度的增加表现出较大的差异性，通过采用河道底泥直接种植法和无底泥逐渐增加盐度水培法测量出沉水植物的相对生长率，川蔓藻和篦齿眼子菜能耐受的盐度在 ，菹草在.，金鱼藻在 。水生植物水体修复的影响因素 温度水生植物的生长和吸收都受温度的影响。当温度在植物适应范围内时，随着温度的升高，植物的生长速度加快，对水中氨、磷等营养物质的去除效果也增强。夏秋季节，很多嗜温水生植物处于旺盛生长期，同时表现出较高的净化效率，因为水生植物的净化能力与自身的生长代谢有关。蔡鲁祥研究表明沉水植物的生物量增加或减少时，水体水温也相应的升高或降低；客涵的研究结果表明：月份水温与水生植物的生物量呈负相关，分析可能的原因是菹草的大量死亡对水生植物的生物量产生影响；周汉娥等通过比较不同水生植物的生长特性，结果表明大部分沉水植物在 对 的净化能力达到 （），对 的净化能力达到 （）；而大部分挺水植物在 对 的净化能力达到 （），对 的净化能力达到 （）。透明度水体透明度表示光在水体中的透射深度，其大小随水体、悬浮物和浮游植物对入射光吸收和散射的差异而变化。所以悬浮物的成分和含量很大程度上影响水体的亮度，水体的透明度会影响水生植物的生长。周汉娥等研究表明水体的透明度降低会影响光强从而阻碍沉水植物的光合作用，使其无法生存；李一平等表明水体透明度能够直观反映湖泊水下光场的分布情况，是沉水植物生态恢复的基础条件；王琪等的研究结果表明，透明度是影响滇池淹没植物覆盖度的主要因素；白凤青等研究表明沉水植物只有在光补偿（点）深度以上进行正常的光合作用和呼吸才能生长，并且需要在水体的一定深度处存在光补偿点和补偿深度。结论与展望（）不同水生植物对轻污染水中氮、磷的去除能力较好，对重金属离子的富集能力较好，耐盐性和污水净化效果较好。芦苇、菖蒲等挺水植物可吸收溶解态和悬浮微粒中的污染物，对、等金属物具有良好的吸收效果；水葫芦、浮萍等漂浮植物可净化石化废水和生活污水，对、等污染物具有良好的去除效果。（）水生植物的生长状态受环境温度影响，通过采用水生植物多种组合配置或多级水生植物串联塘来提高水生植物的生长期，由于水生植物对水体的净化能力与其生长状态关系紧密，所以通过以上的方法可以形成一定的净化层次，实现水生植物净化功能的季节性交替互补。（）水体中有多种污染类型，进一步的研究应侧重于加强有效植物品种的选择、培育和合理共应用化工第 卷植，以满足各种环境修复的需要。其他措施还应包括及时清理枯叶和枯枝，防止腐烂。因此，在水生植物修复被污染水体的过程中，开展全过程管理，防止二次污染也是一项非常重要的工作。参考文献：杨皓然 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