大型水生植物修复技术在水污染治理中的应用研究

1、随着我国经济的快速发展以及人口的不断增长,淡水资源短缺和水环境污染问题日益加剧,对污染水体进行综合治理与修复已刻不容缓。传统的污染水处理方法,如生化二级处理法,效果虽理想,但建造、运行、管理费用过高;化学法和换水法,有一定效果,但化学法易产生二次污染,换水法不够方便、经济,而且仅适宜于小型水体。20世纪70年代,水生植物开始受到人们关注。大型水生植物有良好的净化效果与独特的经济效益,其修复技术在水污染治理中具有很高的应用价值,已成为环境领域的研究热点。一、植物修复技术植物修复技术是生物修复技术的一个分支。植物修复是利用特定的植物对某种环境污染物的吸收、超量积累、降解、固定、转移、挥发及促进根际

2、微生物共存体系等特性,降低或清除环境污染物,使污染环境得以恢复的科学与技术。120世纪70年代,利用水生植物清除水环境中的污染物开始受到人们的关注。大型水生植物介于水泥、水气及水陆界面,对生态系统循环起着重要的调节作用,且有良好的净化效果与独特的经济效益,是建立良好湖泊生态的基础。2二、大型水生植物大型水生植物主要包括水生维管束植物和高等藻类,包括四种生态类型:挺水植物、浮水植物、飘浮植物和沉水植物。挺水植物的根扎入泥中、茎叶挺出水面、植株高大,常见的有芦苇、香蒲、荷花、千屈菜、水葱;浮水植物的根生于泥中、叶片漂浮水面或略高于水面上,常见种类有王莲、睡莲、萍蓬草、芡实;漂浮植物的根漂浮于水中、

3、叶完全浮于水面,整株植物可随水漂泊,如凤眼莲、浮萍;沉水植物的根扎于泥中、茎叶沉入水中,有金鱼藻、苦草、菹草、眼子菜等。近十几年来,国内外研究较多且对水体污染有显著效果的水生植物有:凤眼莲、水花生、大型水生植物修复技术在水污染治理中的应用研究王慰娟(福建广播电视大学,福建福州,350003摘要:大型水生植物修复技术在水污染治理中起着积极作用,本文综述了大型水生植物修复技术的研究进展,主要介绍大型水生植物对氮、磷、有机污染物、重金属的吸收、降解、吸附和沉降、抑制藻类生长的机理、应用效果、以及水生植物种类的选择和配置,并展望了大型水生植物修复技术的前景。关键词:大型水生植物;植物修复技术;水污染治

4、理;机理;选择;配置中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1008-7346(201203-0088-04收稿日期:2012-04-12作者简介:王慰娟,女,福建古田人,福建广播电视大学理工系副教授。2012年第3期总第93期Journal of Fujian Radio &TV UniversityNo.3,2012General ,No.93福建广播电视大学学报水葱、浮萍、宽叶香蒲、狐尾藻、眼子菜、菹草、灯芯草、苦草、水鳖、茭白、芦苇等。三、大型水生植物的修复机理植物修复是利用特定植物对某种污染物进行吸收、超量积累、降解、转移、吸附和沉降、抑制浮游植物生长等,从而净化污水。(

5、一吸收水体中的污染物1.吸收水体中的氮、磷等无机营养物质水生植物对富营养化水体具有良好的修复效果。当大量的N、P等进入水体时,就会引起水体富营养化,而这些营养元素是大型水生植物生长的营养来源。水生植物能直接吸收利用污水中的氮、磷等营养物质,供生长发育需要。水体中的无机氮可被植物直接摄取合成蛋白质与有机氮,之后随着收割,植物被转移出,所吸收的营养物质也随之移出水体,从而达到净化的目的。3水中的无机磷同样是植物必需的营养元素,污染水体中的无机磷被植物吸收和同化后转化成植物的ATP、DNA、RNA等有机成分,然后通过植物的收割而移去。4大型水生植物具有过量吸收氮、磷等营养元素的能力。研究表明,水生植

6、物的氮、磷含量都达到或超过生长所需最低的N和P阈值,代表性浮叶植物和沉水植物的N、P含量随着湖泊营养水平提高呈现规律性变化。5在太湖典型富营养化水域所进行的种植美人蕉辅以空心菜和旱伞草的试验表明,通过植物去除的氮和磷总量远远超过其基础总量,磷的最高去除量高出近40倍,水质均由原来的劣V类上升到类,透明度从原来的45cm增加到180cm以上。2.吸收与分解水体中的有机污染物大型水生植物可以因其高大的植株体吸附大量有机物,相对减少水中有机物的浓度,以达到较好的净化效果。大型水生植物也可通过酶的作用和生化作用进行转化和分解,如酚类进入植物体后参与糖代谢,或者和糖结合生成酚糖苷,或者被多酚氧化酶和过氧

7、化物酶氧化而解除毒性,6达到更彻底的净化。浮萍则把90%的酚代谢为毒性更小的产物。7试验证明,凤眼莲可大幅度加速水溶液中甲基对硫磷的消解,能有效地将之去除。最近研究发现,狐尾藻等具有直接吸收降解三硝基甲苯(TNT的能力。8大型水生植物还可通过根系分泌有机酸类等物质,刺激根系微生物活性,促进微生物降解有机物。3.吸收水体中的重金属重金属污染的修复只能从一种形态转化为另一种形态,或通过扩散迁移等作用,使污染物浓度逐步降低。植物通常是通过螯合和区室化等作用,9耐受并吸收富集环境中的重金属,再将植物处理,或者依靠植物将金属固定在一定环境空间以阻止其进一步的扩散。水生植物对重金属Zn、Cr、Pb、Cd、

8、Co、Ni、Cu等有很强的吸收积累能力。沉水植物和浮水植物能够吸收很多重金属。Burken通过研究观察到,将印第安芥根部浸入6mg/L Cu溶液中24小时后,根部的Cu回收率可达到97.15%,生物积累系数达到498。水生植物对重金属吸收的累积能力依次为沉水植物>漂浮和浮叶植物>挺水植物,根系发达的水生植物大于根系不发达的水生植物。(二微生物的降解作用微生物对水体中各种污染物的降解起着很重要的作用,它们把有机质作为丰富的能源,将其转化为营养物质和能量。研究证明,污水中的含氮有机物分解所产生的氨态氮,虽然通过植物吸收去除了一部分,大部分则是通过硝化作用和反硝化作用的连续反应而去除的。

9、10水中污染物所需要的O2主要来自大气中O2和植物输O2,而水生植物的输O2速率远比依靠空气扩散的速率大。O2输送到植株体各处,一2012年第3期王慰娟:大型水生植物修复技术在水污染治理中的应用研究部分的O2通过根系向根区释放,扩散到周围缺氧区域中,为微生物提供了一个有氧环境,促进了根区微生物的生长和繁殖,促进了好氧微生物对有机物的降解;根区以外的厌氧环境则适于厌氧微生物群落的生存,进行有机物的厌氧降解。据研究,很多湿地的大型挺水植物在水中部分能附生大量的藻类,这也为微生物提供了更大的接触表面积。11(三吸附、沉降作用大型水生植物使近土壤或水体表面的风速降低,为悬浮固体的沉淀去除创造了较好条件

10、,并增加了水体与植物间的接触时间,同时还可以增强底质的稳定和降低水体的浊度。此外,植物的根系会分泌大量的有机酸和氨基酸等,而且根系表皮细胞由于进行新陈代谢,死亡后在微生物的作用下分解为腐殖质。这些分泌物和腐殖质中有一系列功能团,如羟基(OH、羧基(COOH、酚羟基、烯醇羟基以及芳环结构等,它们对含各种基团的化合物均具有极强的吸附能力。同时,附着于根系的细菌菌体在进入内源呼吸期后会发生凝集,部分凝集的菌胶团则能把悬浮性的有机物和新陈代谢产物沉降下来。12(四对藻类生长的抑制作用高等水生植物对藻类有抑制作用。一方面,大型水生植物与浮游藻类争夺营养物质、光照,由于大型水生植物个体大,削弱了光线到达水

11、体的强度,阻碍了植物覆盖下的水体中藻类的大量繁殖,抑制了藻类生长。另一方面,大型水生植物产生的化感物质可以抑制水体中有害藻类的生长,13水生植物向环境释放化感物质(如酚、生物碱等,在其周围形成一个微环境区域,破坏了藻类正常的生理代谢功能,从而影响该区域内藻类生长。中科院南京地理与湖泊研究所2000年在莫愁湖中建立围区,先后引种凤眼莲、水花生、伊乐藻、菹草和微齿眼子菜等水生植物,用于净化富营养化湖水,结果表明,这些水生植物能快速提高水体透明度,降低水体营养盐水平,对藻类有明显的抑制作用。总之,水生植物与藻类之间,既存在相互竞争,又存在化感作用,但其化感作用更为主要。14四、大型水生植物在修复污染

12、水体中的选择与配置水生植物修复污染水体很大程度上取决于对植物种类的选择和配置。有针对性地选用特定的植物并合理配置,修复才能达到最佳效果。(一水生植物的选择在选择修复污染水体的水生植物时,要对水质进行充分分析,在不同水域科学选择水生植物种类。水生植物的选择要遵循以下原则:1.功能性原则:应根据不同修复对象选择具有一定净化能力的植物。2.本土性原则:因地制宜,优先考虑生长在受污水体中的原生植物,既治理了受污水体,又恢复了水体自身的自然生态系统。尽量避免引入外来物种,以减少物种入侵可能带来的无法控制因素。3.适应性原则:所选物种应对当地水体流域的气候水文条件有较好适应性。4.抗逆性原则:所选物种应尽

13、可能抗逆性强。5.可操作性原则:所选物种应该易栽培、便于管理养护和后处理等。(二水生植物的配置水生植物是水体中的关键生态类群,以沉水植物为基础的水环境生态系统则是一种良性循环的生态系统。如狐尾藻、大茨藻和金鱼藻能抑制藻类大量繁殖,配合种植,可改善水质;在水质较好的水域配合种植一些产氧强的品种(如菹草改善溶解氧状况,可逐步形成稳定的福建广播电视大学学报(总第93期2012年6月25日良性循环的水域生态系统。15五、展望大型水生植物修复技术是一项新兴的绿色污染治理技术,对不同的污水体都有很好的修复效果,由于是一个崭新的研究领域,还存在许多问题有待进一步的发展与完善。首先,目前虽然对单一水生植物的净

14、化能力研究相对较多,但应用的植物种类还较单一。中国具有丰富的水生植物资源,真正被利用且产生效果的仅几十种,寻找更多的治污植物将有待于进一步研究。第二,关于水生植物之间的相互作用、相互关系对净化水体有着怎样影响的研究还很有限,多种水生植物搭配存在很大的研究空间。第三,水体中污染物浓度过高或过低都会影响植物修复的效果。污染物浓度过高超过植物的耐毒性,将导致植物死亡;过低,则限制植物对污染物的吸收。因此,当污染物浓度超过环境标准时,要研究考虑采用其他的修复方法。第四,植物的后处理仍然是一个难题。当植物的去污能力达到饱和或到了凋亡季节,残留的植物体往往会成为新的污染源,形成二次污染。因此如何及时妥善处

15、置植物残体并资源化利用有待进一步研究。大型水生植物修复技术在净化污染水体方面有着显著的优越性,随着研究的不断深入,应用范围将不断扩大,希望这一新兴“绿色”技术能与当地生态治理工程项目相结合,这对污染防治、生态恢复重建将有积极的现实意义。参考文献1张庆费,郑思俊,夏檑.园林M.北京:科学出版社, 2010.2Mclzer A.Aqutatic macrophytes as tools for lakem-anagementJ.Hydrobiologis,1999,395/396:l8l-190.3宋海亮,吕锡武.利用植物控制水体富营养化的研究与实践J.安全与环境工程,2004,11(3:35-3

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