水生植物在水体污染修复中应用研究进展

杨 帆，焉志远，韩 辉，孙 杰，刘赢男

（黑龙江省科学院自然与生态研究所湿地与生态保育国家地方联合工程实验室，哈尔滨 150040）

0 引言

随着我国经济的飞速发展、工业化规模扩大，城市化进程推进和人口的增加，面临的环境问题也日渐突出，其中水资源短缺和水体污染等问题也日益严重。水体污染来源主要有工、农业废水和生活污水三类，污染物进入水体后使水体的生态环境功能下降，同时随食物链进行传播，对人类的生命健康也产生威胁。传统的污水处理方式以物理法、化学法和微生物法为主，这些方法技术较为成熟，但存在成本高，处理不完全造成二次污染等缺点。近年来，植物修复技术因其经济成本低，与自然和谐统一等优点得到广泛关注。植物修复技术在去除氮磷营养盐、重金属和有机污染物等方面都表现出了较强的应用潜力。

1 植物选择原则

（1）本土化。应该选择原环境中自然生存的植物，即能够满足植物生长的要求，又防止外来物种入侵，破坏原本的生态环境。（2）净化能力强。水生植物在生长过程中通过截留、过滤、吸收等作用，降低水环境中有机和无机物的含量，从而减轻水体中营养盐的含量。不同植物具有不同的污染物净化能力，根据污染物的不同，选择净化能力强的污染物。（3）适应能力强。根据水质特征选择适宜的植物，确保植物在该水体中生长并有效发挥修复作用。

2 植物污染物净化机理

水生植物即生长在水体或含水量丰富的土壤环境中，根据其外形结构特点可以将水生植物分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物四种类型。水生植物通过截留、过滤、吸收等作用，降低水环境中有机和无机污染物的含量[1]。每种植物对水体污染的治理效果不同，既可以单独使用也可进行组合搭配种植，以达到提高水体质量的最佳效果[2]。

2.1 吸收和富集作用

水生植物在生长过程中需要大量的营养物质，将氮、磷等营养物质吸收、固定在体内，保证自身的正常生长、发育和繁殖的营养需求。水生植物通过根系吸收营养物质的同时，浸没在水体中的茎、叶也可以吸收水体中的营养物质。水生植物根系也可以吸收水体中少量的重金属元素和有机物，并将其富集在体内，通过收割方式从水体中去除。

2.2 物理作用

水生植物使水流受风力影响减小，降低水体的流动速度，使水体表面上的悬浮物的沉淀速度下降，同时水流速度的减缓，也增加了污染水体的水力停留时间，提高水体污染物的净化效率。

2.3 协同降解作用

水体环境中微生物对水体中污染物降解起着至关重要的作用，将有机物当作能源，然后将其转化成无机物。水生植物可以为微生物的生长代谢提供营养物质，为微生物的生长繁殖提供氧气和生境，达到降解水体的目的。同时厌氧微生物利用植物根区植物之外的空间，进行硝化和反硝化作用，降解水体中污染物的浓度[3]。

3 水生植物对水体的修复效果

3.1 水生植物对水体氮、磷的去除作用

工农业的快速发展，大量的含氮、磷营养元素的废水未经处理就直接进入水体，导致水体中氮、磷含量不断升高，藻类和浮游生物大量繁殖，使得水体富营养化，从而给生态环境和人类健康造成危害。水生植物不仅对水体中的氮、磷具有较高的耐受性，而且能够有效吸收氮、磷等营养物质，转化为自身的生物量积累[4]。除植物本身对营养物质的吸收外，水生植物还可改变基质的理化性质，植物根系向周围释放氧气，促进氨氮的硝化和硝态氮的反硝化[5]。李斌等[6]研究发现，挺水植物和沉水植物对水质中的氮、磷具有净化能力，美人蕉、水葱和芦苇可作为水质净化的优选物种，而伊乐藻、苦草和篦齿眼子菜能在较短时间内降低水体总磷浓度。于鲁冀等[7]研究发现不同生活型水生植物组合，挺水植物+沉水植物+浮叶植物对水质净化效果最好，且该组合根系微生物也具有更高的多样性和丰富度。

3.2 水生植物对水体重金属的吸附作用

水体重金属污染主要来自于自然界、工业生产和人类活动三大类，其来源广、性质稳定、难降解，不易代谢，容易生物富集，通过食物链或饮用水进入生物体，对人类和水生生物造成危害[8]。水生植物通过根、茎、叶吸收、转化和富集水体中的重金属，从而达到去除或降低水体中的重金属。植物修复重金属污染成本低廉，不会造成二次污染，在一定程度上操作简单，改善生态环境，且具有重金属回收潜能。李一丹等[9]研究表明狐尾藻对铅和铜的吸附效率较高，苦草可以作为铜的稳定剂；陈冬华等[10]研究表明不同植物组合对铅的富集效果不同，旱伞花、再力花、鸢尾3 种配置对铅的富集大于任意两种组合，同一组合中不同植物铅的富集能力也不同。

3.3 水生植物对有机污染物的吸收作用

工农业废水和城市污水等排放含有大量的有机污染物造成水体污染，有机污染物种类多、数量大，在我国对人类健康造成威胁的有机污染物就有200～300 种之多。有机物在水体中进行生物氧化分解，需要消耗大量的溶解氧，一旦氧气供应不足，有机物厌氧发酵，使水体发臭，毒害水生生物，破坏水体生态环境。植物直接吸收有机物，并通过木质化作用将有机物储存在植物结构中，通过新陈代谢、矿化和挥发等作用将其无毒化，同时植物释放的酶也可对有机物的分解起作用。如酚、氰等可以被植物直接降解，DDT、六六六等有机氯农药可贮存在植物体内，浓度累积到很高，植物也不会受害[11]。Yan 等[12]将菖蒲和沉积物微生物联合用于降解沉积物中多环芳烃，植物和微生物对多环芳烃的降解率高于单独植物或微生物处理。

4 研究展望

目前，水生植物在水体修复的研究较多集中在对氮、磷富营养化水体的吸收和净化情况，对重金属和有机物污染的研究具有一定的局限性。植物吸收污染物后如何进行回收和利用是今后研究的重点，使其加工成可利用的产品，具有一定的实用价值和经济价值。同时在以后的研究中，也应该考虑不同植物的组合，以及植物和微生物协同以提高水质净化效果。利用水生植物净化水体具有成本低、环境友好、处理效果好等优点，具有广阔的市场和应用前景。