移植水生植物對湖泊水體凈化作用探討

曾亞英斯琴高娃郝娟馬小雪李文才殷瑩

(1.內(nèi)蒙古阿拉善盟農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，內(nèi)蒙古 阿拉善 730306；2.內(nèi)蒙古阿拉善盟額濟納旗農(nóng)牧業(yè)技術推廣中心，內(nèi)蒙古 阿拉善 735400)

引言

目前湖泊水體污染,富營養(yǎng)化嚴重，已成為國內(nèi)外普遍存在的重要環(huán)境問題之一[1]。水體污染作為當下對環(huán)境惡劣形勢予以治理的關鍵內(nèi)容，其所包含的生態(tài)系統(tǒng)與水體生態(tài)功能等受內(nèi)外在因素的不良影響，使得水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略的推進極為困難。針對普遍存在于富營養(yǎng)化水體生態(tài)修復工程中的水生植物，如沉水植物、挺水植物、漂浮植物等，需要選擇使用合適的水生植物修復技術以達到富營養(yǎng)化水體治理的最終目的，在這一過程中，科學合理的技術的應用表現(xiàn)出了投資小與高環(huán)保效果的優(yōu)勢。從水生植物的種植功能角度來看，其通過吸收與吸附雜質(zhì)實現(xiàn)水質(zhì)凈化目標，并在各類營養(yǎng)物質(zhì)互相競爭的環(huán)節(jié)充分發(fā)揮競爭優(yōu)勢，從而達到抑制藻類植物繁殖的目的，為水體環(huán)境的改善提供了完備條件。近些年來，針對以水生植物種植為核心的水體凈化研究角度，以圍繞挺水植物構建出的人工濕地凈化水體為例，有專家對各類植物的凈化效果差異進行了深入分析。因此，探討水生植物對湖泊水體的凈化作用對進一步深入研究挺水植物對湖泊生態(tài)修復具有重要參考意義。本文對移植水生植物對湖泊水體凈化作用進行研究分析，并以居延海進行實例分析。

1 水生植物對湖泊水體凈化的作用研究

1.1 水生植物凈化水體的途徑

1.1.1 直接吸收

對于水生植物來說，其自身生命周期相較藻類要長得多，直至其完全死亡才會將其吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)釋放出來，這也是磷等元素被儲存在挺水植物內(nèi)相較藻類有更為突出穩(wěn)定性特征表現(xiàn)的主要原因。基于此，建議通過在已經(jīng)處于富營養(yǎng)狀態(tài)的水體中種植一定量水生植物的方式以達到去除水體中過多元素的目的，且能夠在這一過程中獲得更多的與水生植物相關聯(lián)的生物資源。植物具有直接對磷、氮等化合物吸收的特征，且在其生長狀態(tài)中所產(chǎn)生的根系分泌物更可促使一系列的具有嗜磷、氮等元素特征的細菌的生長進程，為實現(xiàn)磷、氮等元素的轉化目標提供完備條件，進而實現(xiàn)水體凈化效率的提升目標。

1.1.2 微生物降解

對于微生物來說，其所進行的一系列代謝活動具有將水體中化合物進行生物降解的作用。以氮為例，植物吸收固然在這一環(huán)節(jié)凸顯出了極佳的應用效果，但其所使用的去除機制依舊以硝化與反硝化居多。作為水生植物，可在這一機制的支持下去除大約40%～90%的氮元素。從這點來看，微生物在整個水體凈化環(huán)節(jié)所凸顯出的降解效果不容忽視，若能夠配合使用合適的水生植物種植方案，將在其代謝活動中所產(chǎn)生的氧氣與其它類型營養(yǎng)物質(zhì)的共同支持下起到促進微生物生長的重要作用，為提高污染物降解效率奠定基礎。

1.1.3 抑制藻類生長

對于水生植物來說，由于其具有生命周期長、吸收養(yǎng)分多等能力，使得其相較藻類在競爭過程中占據(jù)的優(yōu)勢更大，這也是其表現(xiàn)出抑制藻類生長速度的主要原因。部分水生植物由于自身浸出液的原因，使其抑制藻類生長的能力得到增強。再加上水生植物的大量種植促使空間生態(tài)增加，對水中光照與溶氧條件的改善具有極為重要的現(xiàn)實意義，進而為一系列的水生植物提供完備的食物與生存場所條件，是維持生物多樣性狀態(tài)的關鍵因素。部分以藻類為主要食物的小型水生生物，也將會逐漸聚集在植物旁生長，為藻類生長速度的減緩奠定基礎。

1.1.4 物理化學分解

部分存在于水與沉積物中的營養(yǎng)元素，將會在植物的吸收與揮發(fā)作用的影響下逐漸被去除。部分存在于湖泊旁的水生植物，由于土壤表面或近水體位置風速會降低的原因，使得水體中懸浮物沉積量大大減少，繼而將沉積物質(zhì)再懸浮現(xiàn)象的發(fā)生風險予以降低，促使水體與植物的接觸時間大大延長，為保證水體環(huán)境穩(wěn)定性提供了完備條件，并起到了將水體濁度降低的重要作用。

1.2 影響水生植物凈化富營養(yǎng)化水體的因素

1.2.1 水生植物凈化水體的差異

不同類型的挺水植物由于自身生長速率的差異，使得其對水體中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收效果也略有不同，過程中表現(xiàn)出的促進微生物生長的實際能力同樣表現(xiàn)出了差異化特點。有專家選擇在汾河太原段水體富營養(yǎng)化區(qū)域投入包括豆瓣菜、蘆葦?shù)戎参镌趦?nèi)的6種水生植物，從最終結果來看，這些植物均表現(xiàn)出一定的修復試驗段水體生態(tài)環(huán)境的作用，其中尤以蘆葦獲得的效果最佳；還有專家選擇在合適水域內(nèi)揉入寬葉香蒲、水蔥等4種植物，作為對人工濕地系統(tǒng)中氮與磷元素去除能力研究的植物類型，發(fā)現(xiàn)不同水生植物所體現(xiàn)出的吸收磷、氮元素的能力各有不同，其中尤以水蔥體現(xiàn)出的吸收效果最佳。

1.2.2 水體富營養(yǎng)化程度

根據(jù)研究可知，當?shù)土椎暮吭谡７秶鷥?nèi)時，隨著氮和磷含量的增加，挺水植物對富營養(yǎng)化水體中污染物的凈化作用也會增加。與此同時，因不同品種的植物在生長規(guī)律、對營養(yǎng)成分的需求、養(yǎng)分需求比例、養(yǎng)分飽和度極限，以及植物根系對微生物生長和繁殖的影響等方面具有很大程度的差異性，因而，對各種富營養(yǎng)化水體的處理效果也不盡一致，在特定的濃度下，隨著水體中N、P和其它元素的加入，植物的凈化效果也隨之提高。一旦超過這個限度，就會導致植物的凈化效果下降，從而對植株的生長產(chǎn)生不利的作用。

1.2.3 挺水植物移植方式

由于不同植物對不同污染物的凈化效果存在差異，在不同階段，不同植株的生長速度和新陳代謝的差別，因此，多種植物進行合理搭配后要比單獨一種植物的凈化效果要強。同時，通過多種植物搭配，可以增加品種的多樣性，從而保證體系的穩(wěn)定性，降低病蟲害發(fā)生的概率。在植物中，挺水植物、沉水植物、漂浮植物、浮葉植物在生態(tài)學上表現(xiàn)出強烈的差異，如，沉水植物，其根、莖、葉都可以很好地從水里汲取養(yǎng)分；挺水植物的根系比較強壯，可以從土壤中汲取養(yǎng)分；漂浮植物的根系極為發(fā)達，能夠從水中汲取養(yǎng)分；浮葉植物的根莖在底泥中生長，可以從水中及淤積中汲取養(yǎng)分；將幾種植物組合在一起，與單一的挺(沉)水植物或2種植物組成的群落相比，其生態(tài)作用要更好。

1.2.4 其它因素

溫度、光照、微生物等因素也會對植物凈化富營養(yǎng)化水體的效果具有一定影響。通常情況下，溫度越高，植物的生長就會越好，吸收的養(yǎng)分就會越多，生物量就會越大，凈化效果也就越好。而某些抗寒的植株則正好與之形成鮮明對比，在冬季對水體的凈化效果更好；光照強度會對光合作用和植株的生長發(fā)育造成一定的影響，從而導致凈化效果的改變；植物對N、P的利用和吸收與根內(nèi)的微生物有很大關系，而微生物的類型和數(shù)目也會對植物的凈化效率有一定影響[2]。

2 居延海湖泊水體凈化措施

2.1 居延海概況

東居延海作為黑河下游綠洲生態(tài)系統(tǒng)重要的支撐點，其水質(zhì)是綠洲生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標和影響因素，居延海的存在對額濟納旗生態(tài)環(huán)境具有重大意義。通過調(diào)查研究，東居延海浮游生物的種類、密度、生物量及多樣性等群落特征以及結合浮游生物優(yōu)勢種、水質(zhì)理化指標分析湖區(qū)水質(zhì)為中營養(yǎng)型，但TN超標嚴重，存在湖區(qū)有機物污染加大和一定的富營養(yǎng)化趨勢。主要原因為水體中營養(yǎng)物質(zhì)過多，湖周邊蘆葦植物腐敗落到湖底，水體二次污染，加劇富營養(yǎng)化程度；不斷加厚的底泥成為污染物潛藏的溫床，給湖區(qū)水環(huán)境和水生態(tài)治理帶來隱患，同時也承載著上游河道帶來的N、P等物質(zhì)進入湖區(qū)，加劇了湖區(qū)水質(zhì)的變差。因此，為改善東居延海水質(zhì)狀況，可通過移植適宜湖區(qū)水環(huán)境的水生植物，有利于減少湖水的蒸發(fā)，增強東居延海湖水水循環(huán)能力，通過水體的交換和更替，改善東居延海水體水質(zhì)。

2.2 挺水植物對居延海水體凈化作用比選

在凈化水體工程中,水生植物對水中污染物吸收凈化起著十分重要的作用，選擇適當?shù)乃参锸切迯妥匀粷竦厣鷳B(tài)環(huán)境的關鍵措施。因此,針對不同水生植物對水體富營養(yǎng)化中氮磷的去除比較進行篩選研究,根據(jù)居延海目前的污染程度，再結合景觀效果和經(jīng)濟效益，選出最適合居延海移植的水生植物，主要有茭白、黃菖蒲、黃花鳶尾、美人蕉、水蔥、香根草、慈菇7種，各水生植物凈化富營養(yǎng)化水體效果詳情見表1。

表1 水生植物凈化富營養(yǎng)化水體的研究比較

利用水生植物凈化污水技術投資少、低能耗，處理過程與自然生態(tài)系統(tǒng)有著更大的相融性，無二次污染,能實現(xiàn)水體營養(yǎng)平衡，改善水體的自凈能力，對水體的主要污染物均有良好的處理效果,被認為是最有前途的水體修復技術。水生植物凈化富營養(yǎng)化水體在理論上是可行的，在實踐上也是可操作的。本研究中選出茭白、黃菖蒲、黃花鳶尾等7種適合在居延海移植的水生植物，其具有頑強生命力，適合在北方這種惡劣環(huán)境下生長，同時能產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益和景觀效益。