植物修复在水环境污染治理中的应用

邢亚男，胡 斌

（山东格瑞德集团有限公司，山东 德州 253000）

植物修复技术是通过对植物固定以及挥发、降解等方式消除土壤中的污染物，同时，对水环境以及空气也起到了净化作用。另外，合理利用植物根系也可以降解很多有机污染物，从而净化被污染的水环境。在科学技术不断发展的今天，植物修复技术也得到了进一步完善和优化，使其在水环境治理中的优势越来越显著。从上个世纪90年代以来，植物修复技术已成为我国环境治理的关键技术，因此，其在水环境治理中发挥的积极作用不容忽视。

1 植物修复技术的相关概述

1.1 内涵

植物修复技术在我国环境治理中的应用十分广泛，该技术主要是依靠植物特有的生理化过程完成修复，使其进入空气、水体、土壤之中，消除其中的有毒物质[1]。

广义的植物修复技术是通过植物的固定以及有效利用，消除水体、土壤、空气中的重金属污染，从而达到净化的作用，同时，还可以将自然环境中的一些放射性元素清理干净。另外，充分利用植物的根系作用，也可以将很多有机污染物进行降解。因此，在生态工程中，植物修复技术是一种有效的治理手段。并且，通过相关研究发现，利用植物的呼吸作用、挥发作用、稳定作用以及根系的降解作用，可以使环境污染得到有效治理。

而狭义的植物修复技术是指以植物超量积累某些化学元素、超耐受理论为基础，通过应用植物以及微生物体系，达到污染治理的目的。在水环境污染控制中，则是以水生植物对水体中某些有机或无机污染物的超量累积以及超耐受为基础，并借助水生植物以及微生物的关系，实现对水环境污染的治理。

1.2 优点

在大量的相关研究中发现，植物修复技术的挑战性很强，其与物理修复技术以及化学修复技术相比，该技术具有很多优点，如成本低廉，可节约治理费用等。由于植物修复技术主要是在污染现场进行，因此，也减少了设备的搬运环节，从而使整个过程更加简单便捷，也减少了人与污染物的接触。同时，该技术对环境影响不大，可有效避免二次污染，且污染物质的转移率较低，所以，处理污染物效果显著。而应用植物修复技术，在有效提升水体自净能力的同时，也产生了一定的经济效益[2]。

1.3 类型

当前，科学技术迅猛发展，而植物修复技术作为一种新型的生物技术得到了更加广泛的应用。通常，植物修复技术主要包括植物的分解和吸收。由于植物是生态环境中不可缺少的要素，其结合自然生长环境变化，实现了对自身功能的调节和发展，在此过程中会形成独特的功能，可提高对有害物质的抵抗力，以及消除能力。在植物食物链原理的基础上，将植物大量种植在被污染的水体中，其可以通过自身吸收以及降解功能，有效减少水体的污染程度；而植物挥发是在光合作用下，将不具备挥发性质的污染物转化与空气结合的气体。同时，在修复水体污染时，还可以制造出对水生植物生长有利的物质成分。

1.4 发展

多年来，我国在水环境污染治理上，一直是在走“先污染后治理”的老路，这样不仅不利于生态环境的可持续发展，其治理效果也不尽如人意。所以，根据多年的经验总结出，不能为了获取眼前的经济效益，以破坏生态环境为代价，这不仅会消耗大量成本，还非常不利于生态平衡。因此，提高资源的利用率以及转化率，是经济发展以及环境保护的重要组成部分。

此外，在能源消费以及资源总消费不变的前提下提高利用率以及转化率，社会产品总利用率才会提高；反之，社会产品总量会不变，而利用率以及转化率还会有所下降，且总能耗也将下降。因此，提高水环境污染的利用率和转化率，对实现经济效益的最大化有着重要作用。而植物修复技术可以实现资源的循环利用，既是控制环境污染的有效途径，也能促进经济发展。

2 植物的修复作用

2.1 植物的物理作用

在自然界中，水中的水生植物可以减少一定的风浪扰动，还可以降低水流速度以及水面风速，这对于去除水悬浮体的沉淀提供了很大帮助，同时也降低了这些固体重新悬浮的可能。植物还有一个主要作用就是具有很好的隔热性能，如冬季人工湿地中的水生植物会大量死亡，之后这些植物会被雪覆盖，这样就形成了一个天然的隔热层，这对人工湿地土壤的冻结起到了非常好的预防作用。

2.2 植物的吸收作用

植物可以将自身所吸收的污染物进行转化，而经过转化之后，还可以利用挥发作用将这些物质挥发到空气中，从而实现水环境的净化。而污染物在经过这个过程之后，其毒性会变得非常小，有效降低了环境的污染程度。比如：Hg、As、Se这些物质都可以借助甲基化的过程实现挥发，以此达到修复水环境的目的。另外，水生植物还可以利用污水中的营养物质作为成长供给，如一些有根的植物是通过根部摄取营养，一些浸没在水中的茎叶，也可以从水中摄取营养物质。如水中的植物数量越高，其吸收的污染物也会更多，可使大量的污染物质固定在生物体内，在收割之后，营养物质就会从系统中清理出来，也实现了废水中有机氮的微生物分解和转化，而无机氮也可以从废水中转化和分解出来。由于无机氮是植物生长不可缺少的物质，当这些物质被植物直接摄取，再将这些植物收割，就可以将其从废水中清除[3]。

2.3 植物的富集作用

部分水生植物具有较高的耐污能力，可以富集水中的金属离子以及有机物质，比如：凤眼莲，这种植物中会包含很多多酚氧化酶，其具有良好的去除重金属以及有酚有机物的功能。而部分水生植物还可以吸附和富集很多有毒、有害的物质，比如：重金属铅、汞、铜等。由于这些植物的吸收积累能力都很强，可依照植物吸附强弱进行排序，其顺序为：沉水植物、漂浮植物、挺水植物。而植物不同部位的浓缩作用也不同，还依照吸附强弱进行排序，其顺序为：根、茎、叶，但不同的器官积累系数会随着污水浓度上升而下降。

2.4 氧的传输作用

如果在缺氧的情况下，生物是无法进行正常有氧呼吸的，这样一来，还原态的一些元素以及有机物浓度就会升高，就达到了有毒的标准。而河道水体中污染物所需要的氧，大部分都来自于大自然复氧以及植物的输氧。在相关研究中发现，水生植物输氧速度率要比空气向液面扩散速度大很多，因此，植物输氧功能可有效降解水体中的污染物，在降解的过程中，所需要的补充能量则远远高于空气扩散所获得的氧量。而植物输氧是植物通过光合作用产生氧气，之后再将产生的氧气通过气道输送到植物的根部，且在植物根部区域还原介质中形成的氧化态微环境。

2.5 为微生物提供栖息地

微生物能有效净化水体，而水体中富含很多微生物，且微生物的种类和数量也很多，所以其根系会形成一个完整的网状结构。网状结构在植物根系附近会形成缺氧、好氧以及厌氧等各种不同的环境，从而为不同微生物的吸附与代谢提供条件，这也为水体净化提供了很好的支持。如大型挺水植物可以在水中吸附大量的藻类，因此，扩大了微生物的接触表面积。大量研究表明，在有植物的水体系统中，细菌数量要比无植物系统的水体高，并且植物根部的分泌物还可以促进氮、磷的释放、转化、这样就间接提高了水体的净化率。

2.6 维持水体系统稳定

植物还可以促进水体系统的稳定运行，但维持水体系统稳定运行的第一条件是保持系统具有良好的水力传输能力，因此，水生植物在这方面的作用功不可没。由于植物根和根系对介质具有一定的穿透作用，所以，在介质中就会形成很多细小的气孔和缝隙，这样就减小了介质的封闭性，使介质更加疏松，也可以加强介质的水力传输。同时，植物的生长还能够加快土壤的水力传输程度，并且在植物成熟时，其根系的水容量会更大。如果植物根部腐烂，其剩下的空隙以及通道也可以为水利传输提供支持。另外，水生植物还具有一定的美观性以及观赏性，且通过收割和回收这些水生植物[4]，既获得了一定的经济效益，又达到了净化水体的目的。

2.7 对藻类的生化他感作用

生化他感作用主要表现在水生植物个体大，吸收力强，储存营养物质以及光能能力强。一方面，水生植物会与藻类会形成一种竞争关系，进而达到抑制浮游藻类生长的作用。而另一方面，水生植物会向水中分泌化学物质，比如：萜类化合物、类固醇等，这些化学物质能有效抑制藻类的生长。尤其是水花生以及金鱼藻、浮萍等都能够在不同程度上减少水体的藻类细胞数量，并抑制超氧化物的歧化酶活性，这样就可以有效达到抑制藻类生长的目的。

2.8 其他作用

植物修复技术还具有其他作用，如一些水生植物具有一些与水处理不直接相关的作用，比如：其可以为鱼类、鸟类以及爬行动物提供食物。所以，在处理系统中可采用种植荷花、睡莲等具有良好观赏性的水生植物，这既可以净化水体，又增强了水体的美观性。

3 水环境修复中几种常见的植物修复技术类型

在水环境修复中应用植物修复技术，主要是借助物种之间的共生关系以及营养生态位、水体空间生态位等基本原则，从而可建立高效的人工生态系统，以此达到降解水体污染、改善系统内水质的目的。

3.1 挺水植物

挺水植物是一种比较常见的水体修复植物，该植物可以产生一定的阻力，还可以减少风浪的扰动，避免悬浮物质出现沉降的情况。科学利用挺水植物，是通过其与共生生物群落的净化作用净化水质。挺水植物具有庞大的根系，这些庞大的根系能够从深层的泥土中吸收更多营养元素，这样就可以降低泥中的营养元素，进而达到净化水体的目的。且挺水植物具有良好的抗逆性，产量高、生长快，还具有一定的经济效益，目前，在水体净污中已得到了比较广泛的应用。通过大量研究表明，在河道沿岸种植挺水植物，比如：芦苇等，可以达到消减氨氮的良好效果，而氨氮通过芦苇带，其浓度会大大降低，但需要注意的是，在利用沿岸挺水植物净化水体时，必须要注意水生植物的定期收割，并且要防止这些植物死亡后沉积在水底，以免造成二次污染。

3.2 沉水植物

沉水植物在生长过程中可以吸收水体中的N、P等营养物质，并分泌出可以抑制浮游生物的物质，不仅如此，沉水植物还可以减少波浪，减轻底泥悬浮以及悬浮物，这些作用都可以在一定程度上净化水体，提高水体的通明度，从而使水体可以保持清水状态。此外，沉水植物还是水域健康情况的重要指标，由于该植物对水质具有极强的净化作用，并且四季常绿，所以是目前净化水体最为理想的一种植物。通过一系列的水质净化实验表明，重建后的沉水植物能够使水质得到显著改善，且水体透明度明显提高，水色也降低，尤其在围隔CODCr和BOD5方面，其效果显著，因此，沉水植物可有效改善水质，并促进生态系统的重建。

3.3 植物浮岛

通常，在河流、湖泊中会有一些天然岛屿，而这些天然岛屿就是水生生物的栖息场所，并且在岛屿上还会形成植物-微生物-动物供受体这样的生态体系，这对水体会起到了非常显著的净化作用。但随着河湖的开发、渠化以及底泥疏浚，很多天然生态岛都会消失，这样一来，河流的自净能力也会因此而下降，导致河流生态系统受到破坏，而植物浮岛建立之后，可以使一个水域的生态自净能力有力提高。由于植物浮岛结合了绿化技术与漂浮技术，且植物生长扶梯一般都是采用聚氨酯涂装的发泡聚苯乙烯制成的，其具有质量轻、材料耐用等优势，将其广泛应用，可以为很多鸟类提供居住场所，也可以为鱼类、水生昆虫等提供生息环境，动植物也会吸收更多的氮磷。一些专家曾经做过相关实验，在蓄水池中建立一批植物生态浮岛，浮岛上种植了芦苇等植物，植物根系就会附着微生物。同时，还可以在浮岛设置鱼类产卵用的产卵床，从而为一些鱼类提供了栖息活动的场所，进而形成了稳定的净化系统。

3.4 植物浮床

植物浮床是一种模拟植物生存条件、环境制成的床体，一般是采用特殊材料制成，可以使植物获得良好的生长环境，目前，对于植物浮床的研究越来越普遍，其中沉水植物、陆生植物浮床被研究得最多。

3.4.1 沉水植物浮床

沉水植物浮床技术对水体具有良好净化作用，并且，对营养物质含量高的水体的净化作用更明显。一般情况下，造成水体沉水植物小的直接原因是高浓度的氮磷，但由于水深以及水下光照强度等条件的限制，沉水植物的生存条件也会被限制。例如，当河道水体受到污染后，水体的透明度也会下降，而当水体的透明度下降后，沉水植物就得不到充足的光照，会逐渐枯萎死亡，因此，仅依靠自然光照是不行的，这是因为随着水深的增加，沉水植物的生存环境就会越恶劣，所以，要结合河道水质的实际情况，在不同河段进行光补偿，使水下光照强度可以保持在植物所需要的光补偿点上，只有通过这样的方式，才能使沉水植物进行正常光合作用，从而加快植物的生长，最终达到净化水质的目的[5]。

3.4.2 陆生植物浮床

陆生植物浮床也是在水体净化中比较常见的修复技术，其是利用生物调控法，在污染水域或者水面种植蔬菜、花卉、绿色植物等各种陆生植物，这种方法不仅可以强化水体，还可以达到一定的美化作用。陆生植物浮床是利用植物根系的吸收和吸附能力，富集氮磷等元素，并将其降解，最终消除水体中的有害、有毒物质，最终达到净化水质、保护水域的目的。

这种种植方法与直接水面放养水葫芦不同，但与陆域植物种植的方法相似，且陆生植物浮床开拓了水面经济作物种植的前景。目前，很多区域的污染水域已建设了人工模拟池、工厂氧化塘、鱼塘等，并在这些水域上分别设置了15%、30%、45%三种不同的水上覆盖率的陆生植物处理区和空白对照区。通过一段时间的实践发现，在45%的处理区水体，各类水质指标都达到了三类水质标准，可见，这种植物修复技术的效果非常显著，其不仅可以明显去除水体中的氮、磷元素以及其他有害物质，还为加速水质净化的进程奠定了良好基础。

4 结语

近些年，我国水环境污染十分严重，因此，在经济与生态和谐发展的大前提下，应用有效治理修复水环境的方法迫在眉睫。而植物修复技术在我国水环境污染治理以及水环境修复中拥有十分广阔的前景，从实际治理的效果来看，植物修复技术获得效益显著，该技术不仅可以节约大量经济成本，还可以很好净化水体，以及提高水体自身的净化能力。本文对植物修复技术在水环境污染治理中的应用进行了分析，旨在更好的助力于我国水环境的良好建设与长远发展。