摘要氮、磷是引起水體富營養(yǎng)化、導(dǎo)致水質(zhì)惡化的重要因素，因此去除氮、磷一直是污水處理的重要任務(wù)。人們越來越多地將目光轉(zhuǎn)向利用水生植物去除氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)、凈化水質(zhì)上。綜述了近年來國內(nèi)外應(yīng)用水生植物修復(fù)氮、磷污染水體的方法、效果及其影響因素，探討了水生植物凈化污染水體的機(jī)制。最后，對今后水生植物研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞水生植物；氮；磷；凈化效果；研究進(jìn)展

中圖分類號S181.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2014）24-08317-02

Research Advances on Phytoremediation of Nitrogen and Phosphorus Polluted Water by Aquatic Macrophytes

ZHANG Youyuan， CHEN Zhensheng （Guiyang Academy of Landscape Gardening， Guiyang， Guizhou 550008）

Abstract Nitrogen and phosphorus are important factors causing eutrophication of water system and leading to deterioration of water quality， so the removal of nitrogen and phosphorus has always been an important task in wastewater treatment.Now people gradually pay more attention to the phytoremediation technique， which primary use the plants， animals and microbes for nutrient removal and water purification.The latest research achievement both at home and abroad on the polluted water purification by phytoremediation is summarized including the treatment performance and influence factors； the restoration mechanism of phytoremediation is also discussed.Finally， the future research of aquatic macrophytes was forecasted.

Key words Aquatic macrophytes； Nitrogen； Phosphorus；Purification effect；Research advances

隨著大量污染物排入水體，水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象變得越來越嚴(yán)重。傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法[1-4]對于治理富營養(yǎng)化存在一定的局限性，并且可能造成二次污染，越來越多的學(xué)者開始研究生物方法[5-7]。在污染水體修復(fù)的各種方法中，利用水生植物進(jìn)行修復(fù)是一種投資低、耗能低、無二次污染的新技術(shù)。水生植物修復(fù)受污染水體，是利用水生植物生長過程對氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收而減少水體中這類污染物質(zhì)，與此同時還可以分解、凈化水體中的其他有毒有害物質(zhì)，如重金屬等。因此，植物修復(fù)更符合當(dāng)今綠色、環(huán)保的要求，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)界已經(jīng)引起高度重視。20世紀(jì)80年代以來，植物修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境污染治理方面研究的熱點問題，并且開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化初始階段。

1水生植物的種類

陳友民等對水生植物是這樣定義的：生長在水中的植物[8]；也有一些專家對水生植物是這么定義的：指生理上依附于水環(huán)境或至少部分生殖周期發(fā)生在水中或水表面的植物類群[9]。我國通常把水生植物分為以下的4種類型[8-11]：①挺水植物。該類植物根扎于泥土中，莖和葉挺出水面，花開時離開水面，花色艷麗，如蘆葦（Phragmites australis）、菖蒲（Acorus calamus） 等；②浮葉植物。也稱浮水植物，該類植物根生長在泥土中，葉片漂浮于水面上或略高出水面，花開放時近水面，如芡（Euryale ferox） 、菱（Trapa bispinosa） 等；③漂浮植物。該類植物根飄于水中，葉完全漂浮在水面之上，可隨水飄移，如滿江紅（Azolla imbricata）、槐葉萍（Salvinia natans）等；④沉水植物。該類植物根扎于泥土中，莖葉整個沉入水中，通氣組織特別發(fā)達(dá)，以觀葉為主，如苦草（Vallisineria spiralis）、金魚藻（Ceratophyllum demersum）等。

2污染水體的植物修復(fù)機(jī)理

污染水體的植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用植物對污染物的吸附、吸收、富集和降解（植物根系與根際微生物的聯(lián)合作用） 等作用，將污染物去除或固定，從而達(dá)到水體修復(fù)的目的。一般來說，幾乎所有的水生植物都能凈化污染水體，其功能主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

2.1吸收作用水生植物根系發(fā)達(dá)，有利于吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)。鳳眼蓮（Eichhornia crassipes）在生長過程中需要吸收大量的氮磷營養(yǎng)物，對凈化富營養(yǎng)化水體具有明顯的效果。劉建武等研究了鳳眼蓮凈化含萘廢水的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)鳳眼蓮主要依靠根系的吸附作用、吸收作用甚至根際微生物的降解作用凈化水體[12]。有根的植物通過根部攝取營養(yǎng)物質(zhì)，而浮水植物浸沒在水中的莖葉也能夠從水中攝取營養(yǎng)物質(zhì)，許多根系不發(fā)達(dá)的沉水植物（如金魚藻屬）也能直接從水中吸收營養(yǎng)物質(zhì)。沉水植物狐尾藻等還具有直接吸收降解三硝基甲苯（TNT）的能力[13]。水生植物的產(chǎn)量很高，大量營養(yǎng)物被固定在其生物體內(nèi)，收割后營養(yǎng)物就能從水體系統(tǒng)中被去除。

2.2富集作用植物吸收污染物后，便富集、固定在體內(nèi)或土壤中，從而降低了水體污染物的含量。研究表明，在重金屬誘導(dǎo)下，鳳眼蓮體內(nèi)能產(chǎn)生有重金屬絡(luò)合作用的金屬硫肽[14]，因此對重金屬有很強(qiáng)的富集作用。

2.3沉降、吸附和過濾作用水生植物生長旺盛，根系發(fā)達(dá)，與水體接觸面積大，可形成密集的過濾層。香蒲（Typha orientalis）能形成縱橫交錯的地下莖網(wǎng)，水流緩慢時重金屬和懸浮顆粒被阻隔沉降，同時又在其表面進(jìn)行離子交換、鰲合、吸附、沉淀等，不溶性膠體被根系吸附，凝集的菌膠團(tuán)能把懸浮有機(jī)物和新陳代謝產(chǎn)物沉降下來[15]。

2.4生化作用大量研究表明，生化作用在植物凈化污水過程中同樣起到了很大的作用[16-18]。光合作用產(chǎn)生的O2和大氣中的O2直接輸送到植株各處，并向水中擴(kuò)散，一方面根系通過釋放O2，氧化分解根系周圍的沉降物； 另一方面使水體底部和基質(zhì)土壤形成許多厭氧和好氧小區(qū)，為微生物活動創(chuàng)造條件，形成“根際區(qū)”。這樣，植物代謝產(chǎn)物、殘體及溶解的有機(jī)碳就給濕地中的菌落提供了食物源。同時，大量微生物在基質(zhì)表面形成灰色生物膜，增加了微生物的數(shù)量和分解代謝的面積，使植物根部的污染物（富集或沉降下來的） 被微生物分解利用或經(jīng)生物代謝降解去除。在富營養(yǎng)化水體中，也可依靠水生植物根莖上的反硝化菌、氮化菌等加速氨氮向亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化，便于水生植物的吸收與利用，減小底泥營養(yǎng)鹽向水體的釋放量。

3水生植物對氮磷的凈化

3.1水生植物對氮磷凈化效果的研究現(xiàn)狀不同學(xué)者對水生植物氮磷的凈化效果都做了較為詳細(xì)的研究。付曉云等以千屈菜（Lythrum salicaria）、澤瀉（Alisma plantagoaquatica）、菖蒲、雨久花（Monochorria korsakowii）、慈姑（Sagittaria sagittifolia）5種水生植物為試驗材料，利用人工模擬方法，研究污染水體對這5種植物生長、生理的影響。結(jié)果表明，在污染水體中，菖蒲、雨久花生長最好，千屈菜較好，而澤瀉與慈姑稍差。試驗結(jié)束時，菖蒲、千屈菜、雨久花及澤瀉對水體中總氮、總磷去除效果顯著，總氮的去除率均在90%以上，總磷的去除率分別為96.13%、83.61%、75.84%和77.70%[19]。舒柳分別以鳳眼蓮、黃花水龍（Ludwigia peploides）、空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）、水鱉（Hydrocharis dubia）和浮萍（Lemna minor）5 種水生植物對總氮超過40 mg/L的生活污水進(jìn)行了3個月的生態(tài)修復(fù)處理。結(jié)果表明，水生植物對總氮具有較好的去除效果，平均水平達(dá)到60%以上，5種水生植物的除氮率最高的為鳳眼蓮（86%），空心蓮子草最低（58%）。不同水生植物對其他形態(tài)氮的去除率也具有各自的特點，鳳眼蓮對氨氮的去除率最高（88%），黃花水龍最低（14%）；浮萍和鳳眼蓮對硝態(tài)氮的去除率相當(dāng)，高達(dá)85%以上，空心蓮子草對硝態(tài)氮吸收較低（23%）[20]。何娜等采用人工配置污水的研究方法，對大薸（Pistia stratiotes）、鳳眼蓮、慈菇、菖蒲、香蒲和水蔥（Scirpus validus）這6種水生植物去除氮磷的效果進(jìn)行了試驗研究。結(jié)果表明，所選植物都能較好地吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)，對氨氮和硝態(tài)氮的去除率分別為93.71%～97.32%和76.69%～92.47%，對總磷的去除率為76.69%～92.47%，其中菖蒲對氨氮的去除效果最好，慈菇對硝態(tài)氮的去除率最高，香蒲對總磷的去除率最高。6種水生植物的氮、磷吸收貢獻(xiàn)率分別占水質(zhì)氮、磷去除率的11.71%～54.57%和17.61%～64.56%。不同種類水生植物對不同污染物的去除能力存在較大差異，并提出可針對不同污染物來選擇水生植物，進(jìn)行搭配組合修復(fù)污染水體的想法[21]。耿兵等選擇大薸（Pistia stratiotes）、浮葉眼子菜（Potamogeton natans）、萍蓬草（Nuphar pumilum）、香菇草（Hydrocotyle vulgaris）、花葉蘆竹（Arundo donax var.versicolor）、蘆竹（Arundo donax）和常綠鳶尾共7種浮水植物與挺水植物進(jìn)行研究。結(jié)果表明，水生植物對氨氮和硝態(tài)氮的去除率分別為2118%～27.25%和32.65%～45.92%。水生植物對磷的去除率為10.57%～25.81%，其中香菇草和浮葉眼子菜尤為突出，去除率分別為25.81%和25.31%[22]。

3.2不同類型水生植物對氮磷凈化效果的比較耿兵等的研究表明，浮水植物對污染物的去除能力明顯強(qiáng)于挺水植物，為挺水植物的3.15～5.64倍[22]。其他一些學(xué)者分別對浮葉植物[23-25]、挺水植物[24，26]、沉水植物[27-29]對氮磷的凈化效果做了詳細(xì)研究，通過比較發(fā)現(xiàn)沉水植物對總氮的去除效果較差，挺水植物對總磷的去除效果一般。對比幾種水生植物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，部分挺水植物（如水芹菜）和部分沉水植物（如伊樂藻）對環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)。因此，今后在水生植物種植的時候可以考慮進(jìn)行多類型、多層次結(jié)構(gòu)的種植方式，形成立體凈化，用來修復(fù)水體的富營養(yǎng)化問題，彌補(bǔ)水生植物修復(fù)污染水體在周年循環(huán)中的缺陷。浮葉植物中的水芹菜在凈化氮磷方面效果非常好。

4結(jié)語

綜上所述，水生植物在凈化污染水體中的營養(yǎng)物質(zhì)方面具有良好的效果，且能適應(yīng)不同程度富營養(yǎng)化水體的動態(tài)變化；水生植物在凈化水體的過程中具有成本低、對環(huán)境擾動小、少二次污染等特性，有利于水體環(huán)境的修復(fù)，且收割后的植物可以再次利用。但也應(yīng)注意到水生植物對水體的修復(fù)也具有一定的局限性，還應(yīng)在以下方面進(jìn)行研究：①水生植物的選擇。水生植物種類繁多，但被利用和產(chǎn)生效果的僅幾十種，更多抗污染能力強(qiáng)的水生植物有待進(jìn)一步的研究和開發(fā)；②水體污染具有特異性，不同水體之間的修復(fù)方式及利用的水生植物也各不相同，選擇多種適宜的水生植物，如何進(jìn)行優(yōu)化組合，形成立體配置，提高治理的效率，這還需要進(jìn)行深入研究；③如何把握水生植物吸收污染物的量，及時收割，避免造成二次污染，達(dá)到最優(yōu)處理效果，仍是今后研究的重點?？傊?，利用水生植物修復(fù)污染水體為我國及世界其他地區(qū)日益惡化的水環(huán)境提供了一個切實可行的解決辦法，具有良好的研究和應(yīng)用前景。

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