水體磷脅迫對(duì)濕地植物大薸修復(fù)技術(shù)的影響研究

梁小喧 段旭

摘要：水體磷污染是世界所面臨的重要環(huán)境問(wèn)題之一，如何防治水體磷污染已經(jīng)成為我國(guó)水環(huán)境保護(hù)的重要課題。而植物修復(fù)技術(shù)是利用特定的植物對(duì)某種環(huán)境污染物的吸收、超量積累、降解、固定、轉(zhuǎn)移、揮發(fā)及促進(jìn)根際微生物共存體系等特性，降低或清除環(huán)境污染物，使污染環(huán)境得以恢復(fù)的科學(xué)與技術(shù)，具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)給水體磷污染提供了最佳的選擇，其修復(fù)機(jī)理包括吸收作用、富集作用、沉降、吸附和過(guò)濾作用、生化作用，對(duì)此，尋找理想的磷富集型濕地植物是磷污染水體植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。。

關(guān)鍵詞：磷污染;植物修復(fù)

自然界中湖泊、河流、海洋等水體受污染范圍廣、污染物多而復(fù)雜，因流動(dòng)性難于控制，水生植物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體既能利用水體自身資源，還能增加水體多樣性，并結(jié)合水中動(dòng)植物、微生物加強(qiáng)水體自凈能力。氮、磷元素的增加時(shí)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素，貧營(yíng)養(yǎng)水體的P/N含量為8/312mg/m3，中營(yíng)養(yǎng)水體P/N為20/500mg/m3，富營(yíng)養(yǎng)水體P/N為80/1000mg/m3，可知磷元素是控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子;對(duì)我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化水體的調(diào)查顯示，80%水體受磷元素控制。

水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為世界性的環(huán)境問(wèn)題，近年來(lái)利用水生物修復(fù)技術(shù)[1] ，在治理營(yíng)養(yǎng)化水域方面取得一定的效果。大薸[2] （學(xué)名：Pistia stratiotes）又名水浮蓮、水芙蓉、肥豬草，隸屬天南星科大薸屬植物大薸（Pistiastratiotes L.），多年生漂浮性的水生草本植物，植株根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)、繁殖迅速，易于管理，可以吸收水體中大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)化水體和污水處理具有重要作用。人工濕地[2] 是模擬自然濕地的生態(tài)系統(tǒng)，基本原理是在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，建起一個(gè)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，利用濕地系統(tǒng)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等作用，將富營(yíng)養(yǎng)化湖泊和水體中的污染物物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收分解，從而使水質(zhì)中總氮、氨氮、硝態(tài)氮、總磷、磷酸根、COD（化學(xué)需氧量、Chemical Oxygen Demand）六大指標(biāo)得到去除。總之，水生植物處理富營(yíng)養(yǎng)化水體不僅投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，還有處理污水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（N、P）及其他污染物等方法簡(jiǎn)單，易操作;植物資源可回收利用，并獲得-定經(jīng)濟(jì)效益;環(huán)境擾動(dòng)少;有較高美化環(huán)境價(jià)值易為社會(huì)接受等優(yōu)點(diǎn)。另外，它同樣有不足之處：（1）植物系統(tǒng)易遭蟲(chóng)害，應(yīng)注意防蟲(chóng);（2）植物的枯枝敗葉易造成營(yíng)養(yǎng)釋放，應(yīng)注意及時(shí)清理，另外植物死亡后應(yīng)該及時(shí)收集和栽種;（3）在冬季多數(shù)植物地上部分枯死，凈化效果有所降低;（4）植物凈化系統(tǒng)一般占地面積較大。如果能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)克服其應(yīng)用中的不足，將分子生物學(xué)的方法應(yīng)用于植物修復(fù)的研究，提高修復(fù)效率是目前亟待解決的問(wèn)題。

1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1.1國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)利用水生植物凈化水質(zhì)的研究始于20世紀(jì)70年代中期;研究的重點(diǎn)為靜態(tài)條件下單一物種及多種植物配植、動(dòng)態(tài)條件下水生植物對(duì)污染物濃度較高的污水的凈化作用。ZHou[3] 等利用水生植物系統(tǒng)處理北京動(dòng)物園的廢水，改善廢水水質(zhì)，TN和TP分別減少58%和38%;沈耀良[4] 等對(duì)金魚(yú)藻、伊樂(lè)藻、苦草3種沉水植物凈化污染水體效果進(jìn)行試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，可使NH4-N和TN分別由1.10-1.30、3.70-4.60mg/L降至0.10-0.15、0.71-1.02mg/L，PO43-和TP分別由0.06-0.08、0.45-0.47mg/L降至0.014-0.018、0.03-0.071mg/L。1998年，王國(guó)祥[5] 等采用漂浮、浮葉及沉水植物塘相間連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太湖局部水域水質(zhì)較理想改善。

1.2國(guó)外研究進(jìn)展

近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的以水生植物為核心的生態(tài)浮島和人工濕地為利用植物修復(fù)技術(shù)處理污水提供了多種可行的方案。人工浮島是1979年由德國(guó)HOEGER提出并成功建造，20世紀(jì)90年代中期得到日本科學(xué)家廣泛認(rèn)同并被應(yīng)用于湖泊治理。20世紀(jì)80年代，美國(guó)根據(jù)相同原理開(kāi)始利用魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖廢水水培生產(chǎn)生菜、西紅柿，草莓和黃瓜等蔬菜及風(fēng)信子等花卉。NATHALIE等用水培系統(tǒng)飄浮栽培毛曼佗羅凈化修復(fù)生活污水，取得了較好的效果。

1.3未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

水生植物在處理富營(yíng)養(yǎng)化水體中的研究已經(jīng)很成熟，在很多研究中作者對(duì)水生植物大藻吸收氮、磷的處理利用效率的基礎(chǔ)上選擇大藻為研究對(duì)象。通過(guò)適當(dāng)?shù)娜藶檎{(diào)控環(huán)境因子使用于凈化水體的人工濕地植物適應(yīng)能力、去污能力達(dá)到比較理想的狀態(tài)。

對(duì)濕地植物濕地植物的要求是耐淹、生長(zhǎng)期長(zhǎng)、根系發(fā)達(dá)、良好的富集作用及景觀。總之，利用水生植物修復(fù)污染水體為我國(guó)及世界其他地區(qū)日益惡化的水環(huán)境提供了一個(gè)切實(shí)可行的解決辦法，具有良好的研究和應(yīng)用前景。

對(duì)于我國(guó)的水環(huán)境污染問(wèn)題，只有從生態(tài)的角度修復(fù)和重建生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)河流的自然屬性。參考自然界水體中水生植物群落，建立小型綜合人造誰(shuí)大亨植物群落，研究利用多種水生高等植物搭配和水生植物組建人工濕地復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)來(lái)治理水體富營(yíng)養(yǎng)化，彌補(bǔ)單一物種季節(jié)性枯萎，凈化目標(biāo)單一等不足。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孫向輝.水體富營(yíng)養(yǎng)化及其植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，v.42;No.451（18）：5902-5905.

[2] 張德喜.不同人工濕地植物對(duì)生活污水凈化效果研究[J].基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)，2018，37（4）：1621-1628.

[3] Zhou J Z，Zhang X Q，Xie W M，et al.The enhanced effect of activated sludge attached to the roots of＼r，Pistia stratiotes＼r，on nutrient removal for secondary effluent[J].Water Science and Technology，2018：wst2018049.

[4] 沈耀良;王美敬;李勇;張維佳;費(fèi)忠民;羅麟;黃勇;;沉水植物修復(fù)受污水體凈化效能的研究[J];蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版）;2005，04，1-4.

[5] 王國(guó)祥;濮培民;張圣照;李萬(wàn)春;胡維平;人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)對(duì)太湖局部水域水質(zhì)的凈化作用[J]， 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，1998，10：14-19.

基金項(xiàng)目：

云南省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S201710677023）

（作者單位：西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院）