水生植物在水體污染修復中應用研究進展

楊 帆，焉志遠，韓 輝，孫 杰，劉贏男

（黑龍江省科學院自然與生態研究所濕地與生態保育國家地方聯合工程實驗室，哈爾濱 150040）

0 引言

隨著我國經濟的飛速發展、工業化規模擴大，城市化進程推進和人口的增加，面臨的環境問題也日漸突出，其中水資源短缺和水體污染等問題也日益嚴重。水體污染來源主要有工、農業廢水和生活污水三類，污染物進入水體后使水體的生態環境功能下降，同時隨食物鏈進行傳播，對人類的生命健康也產生威脅。傳統的污水處理方式以物理法、化學法和微生物法為主，這些方法技術較為成熟，但存在成本高，處理不完全造成二次污染等缺點。近年來，植物修復技術因其經濟成本低，與自然和諧統一等優點得到廣泛關注。植物修復技術在去除氮磷營養鹽、重金屬和有機污染物等方面都表現出了較強的應用潛力。

1 植物選擇原則

（1）本土化。應該選擇原環境中自然生存的植物，即能夠滿足植物生長的要求，又防止外來物種入侵，破壞原本的生態環境。（2）凈化能力強。水生植物在生長過程中通過截留、過濾、吸收等作用，降低水環境中有機和無機物的含量，從而減輕水體中營養鹽的含量。不同植物具有不同的污染物凈化能力，根據污染物的不同，選擇凈化能力強的污染物。（3）適應能力強。根據水質特征選擇適宜的植物，確保植物在該水體中生長并有效發揮修復作用。

2 植物污染物凈化機理

水生植物即生長在水體或含水量豐富的土壤環境中，根據其外形結構特點可以將水生植物分為挺水植物、浮葉植物、漂浮植物和沉水植物四種類型。水生植物通過截留、過濾、吸收等作用，降低水環境中有機和無機污染物的含量[1]。每種植物對水體污染的治理效果不同，既可以單獨使用也可進行組合搭配種植，以達到提高水體質量的最佳效果[2]。

2.1 吸收和富集作用

水生植物在生長過程中需要大量的營養物質，將氮、磷等營養物質吸收、固定在體內，保證自身的正常生長、發育和繁殖的營養需求。水生植物通過根系吸收營養物質的同時，浸沒在水體中的莖、葉也可以吸收水體中的營養物質。水生植物根系也可以吸收水體中少量的重金屬元素和有機物，并將其富集在體內，通過收割方式從水體中去除。

2.2 物理作用

水生植物使水流受風力影響減小，降低水體的流動速度，使水體表面上的懸浮物的沉淀速度下降，同時水流速度的減緩，也增加了污染水體的水力停留時間，提高水體污染物的凈化效率。

2.3 協同降解作用

水體環境中微生物對水體中污染物降解起著至關重要的作用，將有機物當作能源，然后將其轉化成無機物。水生植物可以為微生物的生長代謝提供營養物質，為微生物的生長繁殖提供氧氣和生境，達到降解水體的目的。同時厭氧微生物利用植物根區植物之外的空間，進行硝化和反硝化作用，降解水體中污染物的濃度[3]。

3 水生植物對水體的修復效果

3.1 水生植物對水體氮、磷的去除作用

工農業的快速發展，大量的含氮、磷營養元素的廢水未經處理就直接進入水體，導致水體中氮、磷含量不斷升高，藻類和浮游生物大量繁殖，使得水體富營養化，從而給生態環境和人類健康造成危害。水生植物不僅對水體中的氮、磷具有較高的耐受性，而且能夠有效吸收氮、磷等營養物質，轉化為自身的生物量積累[4]。除植物本身對營養物質的吸收外，水生植物還可改變基質的理化性質，植物根系向周圍釋放氧氣，促進氨氮的硝化和硝態氮的反硝化[5]。李斌等[6]研究發現，挺水植物和沉水植物對水質中的氮、磷具有凈化能力，美人蕉、水蔥和蘆葦可作為水質凈化的優選物種，而伊樂藻、苦草和篦齒眼子菜能在較短時間內降低水體總磷濃度。于魯冀等[7]研究發現不同生活型水生植物組合，挺水植物+沉水植物+浮葉植物對水質凈化效果最好，且該組合根系微生物也具有更高的多樣性和豐富度。

3.2 水生植物對水體重金屬的吸附作用

水體重金屬污染主要來自于自然界、工業生產和人類活動三大類，其來源廣、性質穩定、難降解，不易代謝，容易生物富集，通過食物鏈或飲用水進入生物體，對人類和水生生物造成危害[8]。水生植物通過根、莖、葉吸收、轉化和富集水體中的重金屬，從而達到去除或降低水體中的重金屬。植物修復重金屬污染成本低廉，不會造成二次污染，在一定程度上操作簡單，改善生態環境，且具有重金屬回收潛能。李一丹等[9]研究表明狐尾藻對鉛和銅的吸附效率較高，苦草可以作為銅的穩定劑；陳冬華等[10]研究表明不同植物組合對鉛的富集效果不同，旱傘花、再力花、鳶尾3 種配置對鉛的富集大于任意兩種組合，同一組合中不同植物鉛的富集能力也不同。

3.3 水生植物對有機污染物的吸收作用

工農業廢水和城市污水等排放含有大量的有機污染物造成水體污染，有機污染物種類多、數量大，在我國對人類健康造成威脅的有機污染物就有200～300 種之多。有機物在水體中進行生物氧化分解，需要消耗大量的溶解氧，一旦氧氣供應不足，有機物厭氧發酵，使水體發臭，毒害水生生物，破壞水體生態環境。植物直接吸收有機物，并通過木質化作用將有機物儲存在植物結構中，通過新陳代謝、礦化和揮發等作用將其無毒化，同時植物釋放的酶也可對有機物的分解起作用。如酚、氰等可以被植物直接降解，DDT、六六六等有機氯農藥可貯存在植物體內，濃度累積到很高，植物也不會受害[11]。Yan 等[12]將菖蒲和沉積物微生物聯合用于降解沉積物中多環芳烴，植物和微生物對多環芳烴的降解率高于單獨植物或微生物處理。

4 研究展望

目前，水生植物在水體修復的研究較多集中在對氮、磷富營養化水體的吸收和凈化情況，對重金屬和有機物污染的研究具有一定的局限性。植物吸收污染物后如何進行回收和利用是今后研究的重點，使其加工成可利用的產品，具有一定的實用價值和經濟價值。同時在以后的研究中，也應該考慮不同植物的組合，以及植物和微生物協同以提高水質凈化效果。利用水生植物凈化水體具有成本低、環境友好、處理效果好等優點，具有廣闊的市場和應用前景。