水生植物在水生態修復中的應用進展

倪潔麗　王微潔　謝國建　連翰偉　吳微燕　陳玲玲　沙昊雷

(1.樂清市環境監測站， 浙江　溫州　325600； 2.杭州市蕭山區人民政府南陽街道辦事處， 杭州　311227；3.浙江萬里學院生物與環境學院， 浙江　寧波　315100)

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水生植物在水生態修復中的應用進展

倪潔麗1王微潔1謝國建2連翰偉1吳微燕1陳玲玲1沙昊雷3*

(1.樂清市環境監測站， 浙江溫州325600； 2.杭州市蕭山區人民政府南陽街道辦事處， 杭州311227；3.浙江萬里學院生物與環境學院， 浙江寧波315100)

摘要：本文探討了生態修復技術中的水生植物修復的概念、作用機理及影響因素，并綜述了水生植物對污染物的去除情況，以及國內外水生態修復的實驗研究和應用現狀，以期為水生植物的生態修復應用提供一定的參考。

關鍵詞：生態修復；水生植物；挺水植物；沉水植物；浮水植物

隨著城市化、工業化進程的不斷加快，城市河道生態系統承受的壓力也越來越大，由于過去人們過于強調防澇、泄洪作用，而忽視了生態、景觀等其他功能，臟、亂、差等黑臭河道污染問題日益突出[1-3]，不僅有礙于城市景觀、城市形象，更影響了沿河居民的生活環境。城市黑臭河道形成的主要原因是生活污水直接排入城市河流中，或是企業的工業廢水偷排、漏排，或是初期雨水夾帶污染物質隨著地表徑流匯入雨水管網，排入水體。黑臭河道的綜合治理，對于維護城市生態平衡、優化城市景觀、改善人居環境具有重要意義[4-5]。

目前國內外常見的黑臭河道治理技術，主要有物理方法、化學方法、生物方法和生態修復方法等。但物理方法和化學方法在應用上存在運行費用高、治標不治本、易引發二次污染等問題。近年來，城市河流生態修復已經成為河流治理領域研究和應用的熱點。有學者針對我國重點治理的湖泊，如滇池、太湖等進行了深入研究，對水體生態系統的治理進行了有益探索[6-9]，從河岸生態系統出發，重點研究了受損河岸的生態治理措施，并從植物移植栽培[10-13]、河岸邊坡[14-15]、生物-生態修復技術[16-19]等角度進行了實驗研究，為水體生態修復做出理論探索。本文在查閱近年來國內外河道生態治理的成功案例基礎上，主要對不同水生植物在水生態修復中的影響因素進行綜述和探討，以便為黑臭河道的綜合整治和科學管理提供一定的借鑒。

1　水生植物在水生態修復中的作用及影響因素

1.1水生植物在水生態修復中的作用

水生態修復是指在遵循自然規律的前提下，采取各種工程、生物和生態措施使水體恢復自我修復功能，強化水體的自凈能力，修復被破壞的水生態系統，使之既可最大限度為人類所利用，又可使系統達到自維持狀態[20-21]。

水生植物是水生態系統的重要組成部分，在物質循環和能量傳遞方面起調控作用，在水生態修復中的作用方式主要包括物理過程、吸收作用、協同作用和化感作用。其在水生態修復過程中，主要是通過龐大的枝葉和根系形成天然的過濾網，對水體中的污染物質進行吸附、分解或轉化，從而促進水中養分平衡；同時通過植物的光合作用，釋放氧氣，使水體中的溶解氧濃度上升，抑制有害菌的生長，減輕或消除水體污染[22-23]。

按照水生植物的生長特點，應用在水生態修復中的水生植物主要分為挺水植物、浮水植物、沉水植物等三大類。水生植物污水處理系統機理及應用簡介詳見表1[4,24-26]。

表1　水生植物污水處理系統機理及應用簡介

1.2水生植物在水生態修復中的影響因素

光照是水生植物生長的必要條件，對水生植物的生長有著至關重要的作用。不同的光照條件對水生植物的株高、枝長、葉面積也有不同的影響，隨著光照的減弱，植物的株高、枝長的絕對增長量與相對增長量隨之增大，從而表明了弱光的狀態下容易產生徒長現象。當水底光強不足入射光強的1%時，沉水植物將無法存活，可見水體透明度也是植物生存的影響因素之一[5,27-28]。

水生植物所處的水生態環境中溫度變化緩慢，相對穩定，但水體的溫度直接影響水生植物的季節生長，決定植物的萌芽和休眠期。溫度也對植物的代謝活動有一定的影響，溫度對不同植物的光合速率影響也有較大的差異[4,20]。

營養鹽濃度是影響植物生長的因素之一，營養鹽濃度的提高促進了植物與藻類之間的競爭，與此同時，高濃度的營養物質也會對植物本身產生脅迫，消除其營養限制，從而限制了植物的生長[19,29]。

pH值是對水質變化、水處理效果、水中溶解物能否生成沉淀物、水生生物生長繁殖以及農作物生長等產生影響的重要因素。當pH值過小、或者過大時，會對植物產生毒害作用[5]。

2　水生植物在水生態修復中的應用

2.1挺水植物的應用

挺水植物是指植物的根、根莖生長在底泥之中，莖葉挺出水面，常分布于0～1.5米的淺水處，其中有的種類生長于潮濕的岸邊，挺水植物能吸收水體及底泥的氮、磷等營養物質，促進自身的生長，通過競爭的方式抑制水體中同樣需要氮、磷等營養物質的藻類。常見挺水植物對污染物去除情況詳見表2[4-5,31]。

表2　常見挺水植物對污染物去除情況

孫瑞蓮等[32]研究了8種挺水植物對污染水體的凈化效果，水力停留時間為5 d時，菖蒲、水蔥、寬葉香蒲及黃花鳶尾去除COD的效果較好，去除率達到90%。水力停留時間為7 d時，氨氮和TN去除率均有較大幅度提高，其中寬葉香蒲、茭白和黃花鳶尾對氨氮和TN的去除性能最佳。劉建偉等[33]研究表明，美人蕉、黃菖蒲和水蔥對水體中COD的去除率分別為30.2%、31.7%和29.4%，對氨氮的去除率分別為82.1%、87.5%和60.2%，對TN的去除率分別為48.6%、70.1%和30.2%，對TP的去除率分別為72.4%、35.7%和32.5%。仇濤等[34]考察了水芹、魚腥草、香根草對微污染景觀水體凈化效果，TN、TP、COD的去除率范圍分別為52.4%～64.3%，46.8%～58.4%，69%～84%，經7周凈化后可使Ⅳ類水變為Ⅲ類水。可見，挺水植物對污染水體的凈化效果明顯。

2.2浮水植物的應用

浮水植物是指生長于淺水中，葉浮于水面，根長在水底的植物，浮水植物的根狀莖發達，花大，色艷，無明顯的地上莖或莖細弱不能直立，葉片漂浮于水面上，僅在葉外表面有氣孔，葉的蒸騰非常大，根一般缺乏氧氣，所以由于無氧呼吸可以產生醇類物質，此外，葉柄也能通過葉提供氧氣。浮水植物對水體中的營養物質有很強的吸附作用，能直接吸收水體中的有毒物質和過剩營養物質，而且其繁殖能力強，可更好地凈化水體。常見浮水植物對污染物去除情況詳見表3[4-5,35-37]。

婁敏[38]、Malik[39]、Chen[40]、Wang[41]等發現漂浮植物對去除富營養化水體中的TN、TP效果顯著，同時對增加水體中的DO有明顯效果。吳湘等[42]研究認為水體中TN的去除率為黃花水龍(63%)>鳳眼蓮(57%)>水鱉(46%)>四角菱(42%)>空心蓮子草(34%)，TP的去除率為鳳眼蓮(52%)>黃花水龍(50%)>水鱉(45%)>四角菱(31%)>空心蓮子草(22%)，其中鳳眼蓮、黃花水龍水質凈化效果最好。潘保原等[43]研究結果表明鳳眼蓮對水體中的氮、磷的去除率分別為50%～78.46%，68.16%～89.56%，水芙蓉對水體中的氮、磷的去除率分別為57.58%～76.87%，72.28%～76.47%，蓮花竹對水體中的氮、磷的去除率分別為0.6%～10.8%，2.48%～10.04%。汪懷建等[44]研究表明，對TN的去除率為槐葉萍(70%)>鳳眼蓮(67%)>浮水蓮(61%)，對TP的去除率為鳳眼蓮(56%)>水浮蓮(53%)>槐葉萍(49%)。

表3　常見浮水植物對污染物去除情況

2.3沉水植物的應用

沉水植物是指整個植株沉入水中，根莖生于泥中，具有發達的通氣組織，有利于進行氣體交換。葉多為狹長或絲狀，能吸收水中部分養分，在水下弱光的條件下也能正常生長發育。沉水植物整個植株都處于水中，根、莖、葉等都可以對水中的營養物質進行吸收，在營養競爭方面占據了極大的優勢，沉水植物可通過光合作用向水體輸送氧氣，從而提高水體中溶解氧的量，促進水體中的微生物分解營養物質，但其對水質有一定的要求，因為水質渾濁會影響植物的光合作用。常見沉水植物對污染物去除情況詳見表4[4-5,45]。

表4　常見沉水植物對污染物去除情況

3　結論

總體來說，目前水生植物在水生態修復方面的應用研究已較多，與其他的物理、化學方法相比，水生植物修復技術擁有成本低、不會造成二次污染、效果明顯等特點，但每種方法都有自己的優缺點和適用條件，所以必須根據被修復水體環境現狀，采取多種方法相組合，在保證水體環境修復、較好經濟效益和較高美化環境價值的前提下，實現水生態系統結構與功能、生物多樣性的修復[4-5,19]。

目前，有關水生植物在水生態修復中的應用研究，除了考察水生植物生態修復的效率及影響因素外，還應注重水生植物的使用和管理水平，并考慮多物種的組合研究，充分發揮水生植物之間的協同性，以達到水生態修復的目的。而在水生植物資源利用化途徑研究方面，由于每種水生植物往往可代謝積累多種產物，具有多種資源利用價值，因此應該注重代謝產物的綜合利用，從而提高其生態效益和經濟效益[20,25,45]。

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基金項目：寧波市科技富民惠民項目(2015C50002),寧波市自然科學基金(2015A610255),住建部科技項目(2015-K7-008)

收稿日期：2016-01-28；2016-04-12修回

作者簡介：倪潔麗,女, 1982年生，碩士,工程師,研究方向：水環境污染防治。 通訊作者：沙昊雷, E-mail:hlsha@zwu.edu.cn

中圖分類號：X52

文獻標志碼：A

The application progress of aquatic plants in water ecological restoration

Ni Jieli1, Wang Weijie1, Xie Guojian2, Lian Hanwei1, Wu Weiyan1, Chen Lingling1, Sha Haolei3

(1. Environmental Monitoring Station in Yueqing City, Wenzhou 325600, China; 2. Nanyang Street Agency of Xiaoshan District People’s Government in Hangzhou City, Hangzhou 311227, China;3.College of Biological & Environmental Sciences, Zhejiang Wanli University, Ningbo 315100, China;)

Abstract:in this article, we introduced the concept, mechanism and influencing factors of aquatic phytoremediation in ecological restoration, and reviewed the pollutant removal of aquatic plants and research process in the domestic and foreign, in order to provide a certain reference for the aquatic plant application in the water ecological remediation.

Keywords:ecological remediation; aquatic plants; emerged plants; submerged plants; floating plants