水生植物对富营养化水体中氮磷去除的研究进展

聂司宇 孟昊 李婷婷 陈桢

（1. 河南大学迈阿密学院，河南开封 475004；2. 河南大学环境与规划学院，河南开封 475004；3. 河南大学地理学院，河南开封 475004；4. 开封市环境监测站，河南开封 475002）

1 引言

水体富营养化是不容忽视的环境问题且严重危害人体健康。随着社会经济的发展和农药的使用，含有氮和磷的废水被排放到河流当中，出现水体富营养化，致使藻类繁殖，水体中的氧气急剧减少，甚至出现鱼虾死亡、水体变臭的现象［1］。

近年来，我国各地频繁出现水华，对人类生活和生态环境造成了巨大破坏，也对我国经济的可持续发展构成了极大制约［2］。

在中国知网上查到相关文献100 条，在万方数据库当中查出206 条结果，在science direct 中查到相关文献6 篇，在EI 中查到相关文献20 篇。

目前去除富营养化水体中氮磷的方式有3 种：物理方法、化学方法和生化方法。物理处理方法包括截污、调水冲污、膜过滤法及人工曝气等［3］；化学方法主要是添加化学药剂和吸附剂以去除水中的悬浮物和有机质，如氧化法、非氧化法和物化法等［3］；生化方法包括生态浮岛的微生物根际修复、生物膜修复方法，比如周小颖等［4］以碳素纤维为生物膜载体，研究了碳素纤维去除富营养化水体中氮磷的效果，发现碳素纤维具有良好的微生物附着特性，附着生物量大且生物膜较薄，有利于生物膜的传质。在以上3 种方法中，物理方法效果不显著，不能达到根治的目的；化学方法容易造成二次污染；生化方法因其利用水生植物、水生动物、微生物等，成本低，效率高，不易产生二次污染，且可以美化环境的优点而被广泛应用。

本文对水生植物去除富营养化水体中的氮磷进行了综述，以期对治理氮磷污染的富营养化水体提供理论依据。

2 水生植物的定义和分类

2.1 水生植物的定义

水生植物是指能够长期在水中正常生活并顺利繁殖下一代的植物，对水的依赖性较大，具有分布广、生长速度快、病害少等特点［3］。水生植物的叶子柔软且透明，有的形成为丝状，大大增加了与水的接触面积，使得植物能获得更多的光照，吸收水中的二氧化碳，进行光合作用。根据水生生物的生态习性，一般可分为4 类：沉水植物、漂浮植物、浮叶植物和挺水植物。

2.2 水生植物的分类

根据水生植物的生态习性整理了常见的几种水生植物，见表1。

表1 几种常见的水生植物

3 水生植物对氮磷的去除

3.1 水生植物对氮磷的去除原理

水生植物在生长过程中可直接吸收富营养化水体中的氮磷等物质来维持自身生长发育，为根际微生物的生存和营养物质的降解提供了必要场所和好氧、厌氧条件，有利于加速氮磷的去除［5］。

氮在水体以氨基酸、尿素、尿酸、嘌呤和嘧啶等有机物的形式以及铵态氮（NH4+）、亚硝酸盐（NO2-）、硝酸盐（NO3-）、一氧化二氮（N2O）等无机物的形式存在。植物主要通过氨化作用、硝化和反硝化作用、生物量同化等方式去除水体中的氮［3］。当含氮物质进入水体后，一部分会经过水中微生物的氨化作用转化为氨态氮，然后作为用于加快细胞分裂和生长的营养物质直接被植物吸收或从水中挥发到大气中；另一部分会形成铵态氮，经过硝化作用被氧化成硝态氮，再被植物吸收利用［6］。

磷在水体以正磷酸盐、可溶性总磷、颗粒态总磷的形式存在［7］。磷是植物生长必需的营养元素，能够促进根系的形成和生长，提高植物对环境的适应能力。植物的网状根系提高了其对水中磷酸盐和滞留颗粒态磷的吸收能力，并合成自身所需的核酸、卵磷脂及三磷酸腺苷等，最后用收割的方式去除富集在植物体内的含磷物质［8］。

磷酸盐结构通式见图1。

图1 磷酸盐结构通式

三磷酸腺苷结构通式见图2。

图2 三磷酸腺苷结构通式

3.2 水生植物对富营养化水体中氮磷去除的实例

水生植物对富营养化水体中氮磷去除的实例见表2。

表2 水生植物对富营养化水体中氮磷去除的实例

续表

4 问题和展望

通过阅读相关文献发现了目前用水生植物治理水体富营养化仍存在一些问题。比如用水葫芦等治理富营养化的水体既是机遇也是挑战，如果温度允许，高浓度的植物养分将导致水葫芦的快速生长；另一方面，如果不存在水葫芦，则水体中植物营养素的高浓度将促进藻类的生长。海洋和湖泊的生态模型之间有明显区别，不能用一种方法治理，且模型的预测效果不是很好。

在此领域应该在以下方面有所突破：水生植物处理富营养化水体规划过程需要有关天气、集水区养分含量、水力和森林学数据以及水生植物生长的生物学模型的完整信息，其中包括温度和养分含量以及收获方案，以确保成功管理公共水域的管理计划；开发用于自动灵敏度校准、不确定性估计和性能表征的技术和实用程序，以适应复杂的湖泊和海洋模型，并具有足够的灵活性以与各种模型平台一起使用。