水生植物修复富营养化水体应用研究综述

刘建英，周湘灿

（江苏农林职业技术学院，江苏镇江 212400）

1 概述

1.1 水体富营养化现象

我国的淡水资源非常匮乏，以人均水资源来衡量，属于全球最缺水的几个国家之一[1]。在如此严峻的形势下，水环境还受到了一系列的污染和破坏，面临更加严峻的挑战[2]。如工业废水与生活污水的不断排放，造成了水体的富营养化[3-4]。

当水体中总氮含量超过0.3mg/L，总磷含量超过0.02mg/L 时，即属于富营养化水体，并且有“水华”爆发的危险[5-6]。据环保部对全国60 多个湖泊的调查结果显示，超过60%的水体已经达到中度营养化水平；另外，对全国主要城市景观水体水质的调查研究显示，超过90%的水体受到不同程度的污染，富营养化现象严重[7]。水体的富营养化在破坏生态环境的同时，还会严重影响人们的生活质量和制约经济发展。

综上所述，可以清晰地看到水污染已经成为一个严峻的环境问题。因此，采用水生植物修复技术保护水生态系统的研究十分必要，这对于解决如何协调好当今社会经济发展与环境效益、水资源利用与水环境保护关系大有裨益。

1.2 水生植物修复富营养化水体

水生植物是生长在湿地或者水中的植物[8]，其生活型包括沉水、浮水和挺水3 种类型[9]。

水生植物修复技术是通过吸收、富集营养化水体中重金属、有机污染物、营养盐等有害物质，实现对水环境的生态修复。运用生态技术修复受污染水体是今后水体净化的重点研究方向，而水生植物修复水体技术是水生态修复技术的核心内容之一。该技术具有造价低、生态稳定、便于推广应用、发展前景广阔的优势。同时，水生植物形态优美，能够与水体以及其他园林景观要素结合营造园林意境[10]。

水生植物的生长受到地理环境与气候因素的影响，以江苏南部区域为例，适生的挺水植物有黄菖蒲、香蒲、芦苇、千屈菜、旱伞草、荷花等；浮水植物有睡莲、芡实、萍逢草、莼菜、凤眼莲等；沉水植物有苦草、黑藻、轮叶黑藻、金鱼藻、狐尾藻、菹草等。不同水生植物种类、不同水生植物种类组合等都将影响修复的效果。

2 水生植物修复机理

2.1 水生植物根区法修复原理

德国学者Kickuch 在1977 年首次提出根区法理论，以后的水生植物修复水体的机理都是以此为核心，并在这个基础上发展而来。水生植物利用根区生化效应修复水体的原理包括2 个方面。一方面，它们从地上部分吸收氧气并将其输送到根部，由植物的根细胞扩散到根部，在地下形成一个好氧的微环境。好氧微生物在好氧环境中繁殖，分解有机物。另一方面，在根较少的地方形成厌氧区和兼氧区，有利于硝化与反硝化wt作用，达到脱氮除磷的目的。

2.2 水生植物的吸收、吸附和过滤作用

水生植物需要吸收大量的N、P 等营养元素以满足其生长，其发达的根系对水体中氮磷的富集与转移具有良好的效果[11]。同时，水生植物通过植株对污染物质的吸附和过滤作用实现水体的部分净化作用。

2.3 水生植物对藻类的抑制作用

水体中浮游藻类的过度生长会导致水体富营养化，而水生植物与浮游植物相比，在养分与光能的利用上具备竞争优势。在生长过程中，水生植物的生命周期长，植株体积大，吸收和贮存养分的能力强，能较强地抑制浮游藻类的生长[12]，具有一定的克藻效应[13]。

3 水生植物修复的具体应用

3.1 污水净化应用

纽约州农业和生物科学院的Willian J.Jewell 认为，以水生植物为基础的生态处理系统的净化效果与典型的生化处理系统相同[14]。

如Thaerlk[15]发现水生植物能够较好富集受污染水体中的Zn、Mn。Sparling D W 等[16]指出，水生植物的金属生物利用率受水或土壤pH 值、金属浓度等影响。Zayed A[17]等通过研究得出结论，浮萍是废水中Cd、Se和Cu 的良好累积物。Hansend 等[18]利用多种水生植物净化石油炼制废水，其中可去除89%的Se。Slavik D等[19]通过试验指出水生植物能除去地下水中的铀。

我国对水生植物净化污水的研究始于20 世纪70年代中期，其中以凤眼莲净化塘为主的污水处理生态工程效果较好。如北京动物园废水通过水生植物系统净化后，TN 和TP 分别减少58%和38%[20-22]。

3.2 湿地生态修复应用

3.2.1 天然湿地生态修复应用。天然湿地生态系统由江河、湖泊、湿地等内陆特定自然水域组成。我国天然湿地的区域分布极不均匀，并且在城市与工业发展的大环境下受到的污染逐渐增多。研究表明，综合运用水生植物净化技术的生态工程修复方法是很好的水体修复技术。该技术在对江苏太湖、安徽巢湖等淡水湖泊的富营养化控制和湿地生态修复中得到很好的应用[23-25]，并证明水生植物可以较好地促进天然湿地水体生态系统的恢复[26]。

3.2.2 人工湿地修复应用。人工湿地修复技术以水生植物净化技术为重要环节，对各种受污染水体设计合适的修复方案[27-28]。如吴振斌等对复合垂直流人工湿地系统进行研究，结果证明3 个有植物的系统对磷的去除率很高，分别达到了61%、65%和59%，而无植物系统的去除率仅为28%。该技术在运用的过程中，可以综合其他物理、化学、生物学净化方法进行，也可以综合园林植物景观工程进行运用。

3.3 生物浮床技术应用

生物浮床技术是运用无土栽培的原理，利用可漂浮材料为基质在水面种植植物，以减少水体中的污染物质的技术。如德国Hoeger 学者1979 年提出并成功建造人工浮岛，随后日本科学家广泛认同并将人工浮岛用于治理湖泊[29]。Nathalie 等[30]用水培系统栽培毛曼陀罗用来净化修复生活污水，取得了较好的效果。

4 结语

我国目前处于快速发展阶段，生态环境面临严峻的考验，而对环境保护的投入有限，因此水生植物的净化技术提供了一种很好的污染治理手段[31]。

水生植物修复水体技术应注重从以下5 个方面进行研究：①水生植物在不同程度受污染水体中的生长特性；②水生植物的不同种类组合对受污染水体的作用；③水生植物的后续资源化利用；④水生植物融合生态与景观效应的应用研究；⑤研究更多种类水生植物净化水体的效果。虽然目前利用水生植物净化富营养化水体尚有许多不足之处，但随着人们的深入研究，水生植物必将在水污染控制中发挥更重要的作用，从而更大程度地造福于人类[32]。