水生植物在水生态修复中的应用进展

倪洁丽　王微洁　谢国建　连翰伟　吴微燕　陈玲玲　沙昊雷

(1.乐清市环境监测站， 浙江　温州　325600； 2.杭州市萧山区人民政府南阳街道办事处， 杭州　311227；3.浙江万里学院生物与环境学院， 浙江　宁波　315100)



水生植物在水生态修复中的应用进展

倪洁丽1王微洁1谢国建2连翰伟1吴微燕1陈玲玲1沙昊雷3*

(1.乐清市环境监测站， 浙江温州325600； 2.杭州市萧山区人民政府南阳街道办事处， 杭州311227；3.浙江万里学院生物与环境学院， 浙江宁波315100)

摘要：本文探讨了生态修复技术中的水生植物修复的概念、作用机理及影响因素，并综述了水生植物对污染物的去除情况，以及国内外水生态修复的实验研究和应用现状，以期为水生植物的生态修复应用提供一定的参考。

关键词：生态修复；水生植物；挺水植物；沉水植物；浮水植物

随着城市化、工业化进程的不断加快，城市河道生态系统承受的压力也越来越大，由于过去人们过于强调防涝、泄洪作用，而忽视了生态、景观等其他功能，脏、乱、差等黑臭河道污染问题日益突出[1-3]，不仅有碍于城市景观、城市形象，更影响了沿河居民的生活环境。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，或是企业的工业废水偷排、漏排，或是初期雨水夹带污染物质随着地表径流汇入雨水管网，排入水体。黑臭河道的综合治理，对于维护城市生态平衡、优化城市景观、改善人居环境具有重要意义[4-5]。

目前国内外常见的黑臭河道治理技术，主要有物理方法、化学方法、生物方法和生态修复方法等。但物理方法和化学方法在应用上存在运行费用高、治标不治本、易引发二次污染等问题。近年来，城市河流生态修复已经成为河流治理领域研究和应用的热点。有学者针对我国重点治理的湖泊，如滇池、太湖等进行了深入研究，对水体生态系统的治理进行了有益探索[6-9]，从河岸生态系统出发，重点研究了受损河岸的生态治理措施，并从植物移植栽培[10-13]、河岸边坡[14-15]、生物-生态修复技术[16-19]等角度进行了实验研究，为水体生态修复做出理论探索。本文在查阅近年来国内外河道生态治理的成功案例基础上，主要对不同水生植物在水生态修复中的影响因素进行综述和探讨，以便为黑臭河道的综合整治和科学管理提供一定的借鉴。

1　水生植物在水生态修复中的作用及影响因素

1.1水生植物在水生态修复中的作用

水生态修复是指在遵循自然规律的前提下，采取各种工程、生物和生态措施使水体恢复自我修复功能，强化水体的自净能力，修复被破坏的水生态系统，使之既可最大限度为人类所利用，又可使系统达到自维持状态[20-21]。

水生植物是水生态系统的重要组成部分，在物质循环和能量传递方面起调控作用，在水生态修复中的作用方式主要包括物理过程、吸收作用、协同作用和化感作用。其在水生态修复过程中，主要是通过庞大的枝叶和根系形成天然的过滤网，对水体中的污染物质进行吸附、分解或转化，从而促进水中养分平衡；同时通过植物的光合作用，释放氧气，使水体中的溶解氧浓度上升，抑制有害菌的生长，减轻或消除水体污染[22-23]。

按照水生植物的生长特点，应用在水生态修复中的水生植物主要分为挺水植物、浮水植物、沉水植物等三大类。水生植物污水处理系统机理及应用简介详见表1[4,24-26]。

表1　水生植物污水处理系统机理及应用简介

1.2水生植物在水生态修复中的影响因素

光照是水生植物生长的必要条件，对水生植物的生长有着至关重要的作用。不同的光照条件对水生植物的株高、枝长、叶面积也有不同的影响，随着光照的减弱，植物的株高、枝长的绝对增长量与相对增长量随之增大，从而表明了弱光的状态下容易产生徒长现象。当水底光强不足入射光强的1%时，沉水植物将无法存活，可见水体透明度也是植物生存的影响因素之一[5,27-28]。

水生植物所处的水生态环境中温度变化缓慢，相对稳定，但水体的温度直接影响水生植物的季节生长，决定植物的萌芽和休眠期。温度也对植物的代谢活动有一定的影响，温度对不同植物的光合速率影响也有较大的差异[4,20]。

营养盐浓度是影响植物生长的因素之一，营养盐浓度的提高促进了植物与藻类之间的竞争，与此同时，高浓度的营养物质也会对植物本身产生胁迫，消除其营养限制，从而限制了植物的生长[19,29]。

pH值是对水质变化、水处理效果、水中溶解物能否生成沉淀物、水生生物生长繁殖以及农作物生长等产生影响的重要因素。当pH值过小、或者过大时，会对植物产生毒害作用[5]。

2　水生植物在水生态修复中的应用

2.1挺水植物的应用

挺水植物是指植物的根、根茎生长在底泥之中，茎叶挺出水面，常分布于0～1.5米的浅水处，其中有的种类生长于潮湿的岸边，挺水植物能吸收水体及底泥的氮、磷等营养物质，促进自身的生长，通过竞争的方式抑制水体中同样需要氮、磷等营养物质的藻类。常见挺水植物对污染物去除情况详见表2[4-5,31]。

表2　常见挺水植物对污染物去除情况

孙瑞莲等[32]研究了8种挺水植物对污染水体的净化效果，水力停留时间为5 d时，菖蒲、水葱、宽叶香蒲及黄花鸢尾去除COD的效果较好，去除率达到90%。水力停留时间为7 d时，氨氮和TN去除率均有较大幅度提高，其中宽叶香蒲、茭白和黄花鸢尾对氨氮和TN的去除性能最佳。刘建伟等[33]研究表明，美人蕉、黄菖蒲和水葱对水体中COD的去除率分别为30.2%、31.7%和29.4%，对氨氮的去除率分别为82.1%、87.5%和60.2%，对TN的去除率分别为48.6%、70.1%和30.2%，对TP的去除率分别为72.4%、35.7%和32.5%。仇涛等[34]考察了水芹、鱼腥草、香根草对微污染景观水体净化效果，TN、TP、COD的去除率范围分别为52.4%～64.3%，46.8%～58.4%，69%～84%，经7周净化后可使Ⅳ类水变为Ⅲ类水。可见，挺水植物对污染水体的净化效果明显。

2.2浮水植物的应用

浮水植物是指生长于浅水中，叶浮于水面，根长在水底的植物，浮水植物的根状茎发达，花大，色艳，无明显的地上茎或茎细弱不能直立，叶片漂浮于水面上，仅在叶外表面有气孔，叶的蒸腾非常大，根一般缺乏氧气，所以由于无氧呼吸可以产生醇类物质，此外，叶柄也能通过叶提供氧气。浮水植物对水体中的营养物质有很强的吸附作用，能直接吸收水体中的有毒物质和过剩营养物质，而且其繁殖能力强，可更好地净化水体。常见浮水植物对污染物去除情况详见表3[4-5,35-37]。

娄敏[38]、Malik[39]、Chen[40]、Wang[41]等发现漂浮植物对去除富营养化水体中的TN、TP效果显著，同时对增加水体中的DO有明显效果。吴湘等[42]研究认为水体中TN的去除率为黄花水龙(63%)>凤眼莲(57%)>水鳖(46%)>四角菱(42%)>空心莲子草(34%)，TP的去除率为凤眼莲(52%)>黄花水龙(50%)>水鳖(45%)>四角菱(31%)>空心莲子草(22%)，其中凤眼莲、黄花水龙水质净化效果最好。潘保原等[43]研究结果表明凤眼莲对水体中的氮、磷的去除率分别为50%～78.46%，68.16%～89.56%，水芙蓉对水体中的氮、磷的去除率分别为57.58%～76.87%，72.28%～76.47%，莲花竹对水体中的氮、磷的去除率分别为0.6%～10.8%，2.48%～10.04%。汪怀建等[44]研究表明，对TN的去除率为槐叶萍(70%)>凤眼莲(67%)>浮水莲(61%)，对TP的去除率为凤眼莲(56%)>水浮莲(53%)>槐叶萍(49%)。

表3　常见浮水植物对污染物去除情况

2.3沉水植物的应用

沉水植物是指整个植株沉入水中，根茎生于泥中，具有发达的通气组织，有利于进行气体交换。叶多为狭长或丝状，能吸收水中部分养分，在水下弱光的条件下也能正常生长发育。沉水植物整个植株都处于水中，根、茎、叶等都可以对水中的营养物质进行吸收，在营养竞争方面占据了极大的优势，沉水植物可通过光合作用向水体输送氧气，从而提高水体中溶解氧的量，促进水体中的微生物分解营养物质，但其对水质有一定的要求，因为水质浑浊会影响植物的光合作用。常见沉水植物对污染物去除情况详见表4[4-5,45]。

表4　常见沉水植物对污染物去除情况

3　结论

总体来说，目前水生植物在水生态修复方面的应用研究已较多，与其他的物理、化学方法相比，水生植物修复技术拥有成本低、不会造成二次污染、效果明显等特点，但每种方法都有自己的优缺点和适用条件，所以必须根据被修复水体环境现状，采取多种方法相组合，在保证水体环境修复、较好经济效益和较高美化环境价值的前提下，实现水生态系统结构与功能、生物多样性的修复[4-5,19]。

目前，有关水生植物在水生态修复中的应用研究，除了考察水生植物生态修复的效率及影响因素外，还应注重水生植物的使用和管理水平，并考虑多物种的组合研究，充分发挥水生植物之间的协同性，以达到水生态修复的目的。而在水生植物资源利用化途径研究方面，由于每种水生植物往往可代谢积累多种产物，具有多种资源利用价值，因此应该注重代谢产物的综合利用，从而提高其生态效益和经济效益[20,25,45]。

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基金项目：宁波市科技富民惠民项目(2015C50002),宁波市自然科学基金(2015A610255),住建部科技项目(2015-K7-008)

收稿日期：2016-01-28；2016-04-12修回

作者简介：倪洁丽,女, 1982年生，硕士,工程师,研究方向：水环境污染防治。 通讯作者：沙昊雷, E-mail:hlsha@zwu.edu.cn

中图分类号：X52

文献标志码：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